Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines hydrophilen Polymers aus einem hydrierten Gelpolymer sowie eine Vorrichtung hierfür.
Hydrophiles Polymer wird bei vielen industriellen Verfahren benötigt. Dabei kann es sich um wasseraufquellende Polyacrylsäureester, teilweise neutralisierte Polyacrylsäureester, Polyacrylamide, Teilhydrolysate von Polyacrylamiden und Polyvinylalkoholen handeln. Ihre Herstellung geschieht meist dadurch, dass ein Monomer zusammen mit einem Katalysator in einen Reaktor eingegeben wird. In dem Reaktor erfolgt ein Mischen und bevorzugt Kneten der Komponente in einer Luft- oder Stickstoffatmosphäre unter Zugabe von Dampf.
Als ein optimaler Reaktor wird insbesondere ein zweiwelliger Knetmischer der Firma List betrachtet, der unter der Kurzbezeichnung ORP-DP im Handel ist. In einem derartigen Reaktor erfolgt optimal eine Polymerisation des Monomers in Lösung, wodurch hydrierte Gelpartikel geformt werden, wobei diese gleichzeitig axial zu einem Austrag hin befördert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung eines hydrophilen Polymers sowohl qualitativ zu verbessern als auch zu verbilligen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass das hydrierte Gelpolymer vor dem Trocknen in Gelpartikel einer vorbestimmten Grösse geschnitten und/oder die Oberflächen des hydrierten Gelpolymers vor dem Trocknen mit einem Zusatz (D) bedeckt und der überschüssige Anteil dieses Zusatzes vor dem Trocknen wieder aus dem Gelpolymer abgetrennt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Verkleinerung der Partikelgrösse und Homogenisierung der Gelpartikel das Trocknen wesentlich beschleunigt werden kann. Hierdurch wird wesentliche Trocknungszeit eingespart, sodass das gesamte Verfahren wirtschaftlich verbessert ist.
Das Schneiden des Gels sollte im Übrigen sofort nach dem Austragen aus dem Reaktor erfolgen, da es dann noch im nassen Stadium stattfindet, in dem die geschnittenen Partikel frei fliessend sind. Die Flüssigkeit wirkt hier als Gleitmittel.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens, die insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, zusammen mit dem Schneiden angewendet wird, liegt darin, dass dem hydrierten Gelpolymer vor dem Trocknen ein Zusatz als Trennhilfsmittel beigemischt wird. Es hat sich herausgestellt, dass hydrierte Gelpartikel, die nach dem Austragen aus dem Reaktor sofort getrocknet werden, infolge des Fehlens des Wasserfilmes auf ihrer Oberfläche zusammenhaften und dadurch ein späteres Durchtrocknen der zusammengeballten Gelpartikel verzögert wird. Dies wird durch den erwähnten Zusatz verhindert, der quasi als ein frei fliessendes Bindemittel wirkt. Als Zusatz kann beispielsweise herkömmliches Mehl, Talk oder das feine, getrocknete hydrophile Polymer in Frage kommen.
Bevorzugt geschieht das Zugeben des Zusatzes in einem Mischer, beispielsweise in einem Drehrohr, wobei es möglich ist, gegen Ende des Drehrohres den überschüssigen Zusatz wieder auszutragen und ihn im Kreislauf zu führen.
Nach dem Mischer gelangt das Gelpolymer in einen Trockner, wobei das Trocknen bevorzugt bei bewegten Gelpartikeln erfolgt. Hierdurch wird der Trocknungsvorgang wiederum wesentlich beschleunigt, beispielsweise gegenüber bekannten Bandtrocknern, bei denen das hydrierte Gelpolymer bewegungslos auf einer Oberfläche geführt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur ein Fliessschema eines erfindungsgemässen Verfahrens zum kontinuierlichen Herstellen eines hydrophilen Polymers aus einem hydrierten Gelpolymer.
Zur Herstellung eines hydrierten Gelpolymers wird in einen Reaktor 1, beispielsweise ein Doppelwellenkneter (List-Reaktor ORP-DP), ein Monomer A und ein Katalysator eingegeben. Ferner wird dem Reaktor 1 Luft oder Stickstoff und Dampf zugeführt. In einem derartigen Reaktor erfolgt eine Polymerisation in Lösung, wobei das Produkt in axialer Richtung des Reaktors 1 zu einem Austrag 2 hin befördert wird, wobei frei fliessende, hydrierte Gelpartikel geformt werden.
Der Austrag erfolgt mittels einer schematisch dargestellten Doppelschnecke 3, der wiederum Messer 4 zum Schneiden der Gelpartikel nachgeordnet sind. Das Schneiden der Gelpartikel sollte in diesem feuchten Stadium (im Dampf) erfolgen, um die Gelpartikel weiterhin frei fliessend zu halten.
Die Partikelgrösse in diesem Stadium des kontinuierlichen Verfahrens ist sehr wichtig im Hinblick auf die später erfolgende Trocknung. Diese wird verbessert, wenn kleinere Partikel getrocknet werden sollen. Hydrierte Gelpartikel mit einem Durchmesser von 1 cm können innerhalb von 50 Minuten bei 180 DEG C und 30 mbar abs. getrocknet werden. Partikel mit einem Durchmesser von 1 bis 1,5 cm benötigen dagegen eine Trocknungszeit von 90 Minuten unter denselben Bedingungen.
Voraussetzung für eine verbesserte Trocknung dürfte auch sein, dass die Gelpartikelgrösse so homogen wie möglich gehalten wird.
Aus dem Austrag 2 wird die Luft oder der Stickstoff und der Dampf B abgelassen. Die hydrierten Gelpartikel gelangen dagegen in einen sich drehenden, rohrförmigen Mischer 5, in dem sie mit einem Zusatz D vermischt werden. Bevorzugt ist dieser Zusatz ein herkömmliches Mehl, Talk oder ein gemahlenes hydrophiles Polymer. Dieser Zusatz bewirkt, dass ein Anhaften der hydrierten Gelpartikel untereinander verhindert wird, während ein oberflächlicher Wasserfilm von den hydrierten Gelpartikeln abgetrennt wird. Er wirkt wie ein frei fliessendes Bindemittel und kann deshalb gegen Ende des Mischers 5 beispielsweise durch \ffnungen 6 ausgetragen werden. Bevorzugt wird der Zusatz D recycliert und im Kreislauf verwendet.
Aus dem Mischer 5 gelangt das Gelpolymer über eine Zuführeinrichtung 7 in einen Trockner 8. Dieser Trockner 8 weist ein bewegtes Trockenbett für das hydrierte Gelpolymer auf, das dann kontinuierlich als getrocknetes hydrophiles Polymergranulat C aus einem Austrag 9 ausgetragen wird.
Der Feinanteil des Trockenproduktes wird aus einer Vorrichtung 11 abgetrennt und als recyclierter Zusatz zurückgeführt, wie dies durch Pfeil 10 angedeutet ist.
The invention relates to a method for the continuous production of a hydrophilic polymer from a hydrogenated gel polymer and an apparatus therefor.
Hydrophilic polymer is required in many industrial processes. These can be water-swelling polyacrylic acid esters, partially neutralized polyacrylic acid esters, polyacrylamides, partial hydrolyzates of polyacrylamides and polyvinyl alcohols. They are usually produced by introducing a monomer into a reactor together with a catalyst. The component is mixed and preferably kneaded in an air or nitrogen atmosphere with the addition of steam in the reactor.
A twin-shaft kneading mixer from List, which is commercially available under the short name ORP-DP, is considered to be an optimal reactor. In such a reactor, the monomer is optimally polymerized in solution, as a result of which hydrogenated gel particles are formed, these being simultaneously conveyed axially to a discharge.
The present invention is based on the object of both improving the quality of the production of a hydrophilic polymer and making it less expensive.
To achieve this object, the hydrogenated gel polymer is cut into gel particles of a predetermined size before drying and / or the surfaces of the hydrogenated gel polymer are covered with an additive (D) before drying and the excess portion of this additive is removed from the gel polymer before drying is separated.
It has been found that if the particle size is reduced and the gel particles are homogenized, drying can be accelerated considerably. This saves significant drying time, so that the entire process is economically improved.
Incidentally, the gel should be cut immediately after it has been discharged from the reactor, since it then still takes place in the wet stage, in which the cut particles are free-flowing. The liquid acts as a lubricant here.
A further improvement of the process, which is used in particular, but not exclusively, together with cutting, is that an additive is added to the hydrogenated gel polymer as a drying aid before drying. It has been found that hydrogenated gel particles, which are dried immediately after being discharged from the reactor, adhere to their surface due to the lack of a water film, thereby delaying subsequent drying of the aggregated gel particles. This is prevented by the addition mentioned, which acts as a free-flowing binder. For example, conventional flour, talc or the fine, dried hydrophilic polymer can be used as an additive.
The addition is preferably carried out in a mixer, for example in a rotary tube, it being possible to discharge the excess additive again towards the end of the rotary tube and to circulate it.
After the mixer, the gel polymer goes into a dryer, the drying preferably taking place with moving gel particles. This in turn significantly accelerates the drying process, for example compared to known belt dryers, in which the hydrogenated gel polymer is carried out motionless on one surface.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing; in its single figure, this shows a flow diagram of a method according to the invention for the continuous production of a hydrophilic polymer from a hydrogenated gel polymer.
To produce a hydrogenated gel polymer, a monomer 1 and a catalyst are introduced into a reactor 1, for example a twin-screw kneader (List reactor ORP-DP). Air or nitrogen and steam are also fed to the reactor 1. In such a reactor, polymerization takes place in solution, the product being conveyed in the axial direction of the reactor 1 to a discharge 2, free-flowing, hydrogenated gel particles being formed.
The discharge takes place by means of a schematically represented twin screw 3, which in turn is followed by knives 4 for cutting the gel particles. The gel particles should be cut in this moist stage (in the steam) in order to keep the gel particles flowing freely.
The particle size at this stage of the continuous process is very important with regard to the subsequent drying. This is improved if smaller particles are to be dried. Hydrogenated gel particles with a diameter of 1 cm can abs within 50 minutes at 180 ° C and 30 mbar. be dried. In contrast, particles with a diameter of 1 to 1.5 cm require a drying time of 90 minutes under the same conditions.
A prerequisite for improved drying should also be that the gel particle size is kept as homogeneous as possible.
The air or the nitrogen and the steam B are discharged from the discharge 2. The hydrogenated gel particles, on the other hand, enter a rotating, tubular mixer 5, in which they are mixed with an additive D. This additive is preferably a conventional flour, talc or a ground hydrophilic polymer. This addition has the effect that the hydrogenated gel particles are prevented from sticking to one another while a superficial water film is separated from the hydrogenated gel particles. It acts like a free-flowing binder and can therefore be discharged towards the end of the mixer 5, for example through openings 6. The additive D is preferably recycled and used in the circuit.
The gel polymer passes from the mixer 5 via a feed device 7 into a dryer 8. This dryer 8 has a moving drying bed for the hydrogenated gel polymer, which is then continuously discharged from a discharge 9 as dried hydrophilic polymer granules C.
The fine fraction of the dry product is separated from a device 11 and returned as a recycled additive, as indicated by arrow 10.