DE1645493B2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen bebreiten hochviskoser polymerer - Google Patents

Description

gemäß so ausgebildet ist, daß das Gerät aus einem horizontal angeordneten, mit einem Heizmantel versehenen Reaktionsgefäß mit einer Vielzahl von in Reihe nebencinanderliegenden Reaktionskammern besieht, die durch mindestens zwei sich von dem Boden des Reaktionsgefäßes senkrecht nach oben bis zu einer bestimmten Höhe unterhalb der oberen Abdeckung des Gefäßes erstreckende Trennwände voneinander getrennt sind, und daß oberhalb der Trennwände ein den Reaktionskammern gemeinsanier durchgehender Raum vorgesehen ist, daß mindestens zwei Rühreinrichtungen aufweisende Wellen horizontal durch die Reaktionskammern hindurchgoführt sind, und daß Einrichtungen zum Zuführen des Ausgangs-Reaktionsteilnehmers in die erste Reaktionskammer, Einrichtungen zum Entfernen des Reaktionsproduktes sowie Einrichtungen zum Abführen der während des Reaktionsablaufes gebildeten flüchtigen Bestandteile aus dem Reaktionsgefäß vorgesehen sind. zo

So sind erstens an mindestens einer der Wellen sich radial nach außen erstreckende Rührflügel vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß sie dem geschmolzenen Reaktionsteilnehmer in den Reaktionskammern eine Vorwärtsbewegung erteilen, zweitens as sind in jeder der Trennwände in einer Lage, von den Rührflügeln nach vorn gesehen, Überlauföffnungen vorgesehen, um den Überfluß und das Durchtreten des Reaktionsteilnehmers durch die Öffnungen zu bewirken. Drittens ist die Anordnung der öffnungen derart getroffen, daß ihr unterer Rand höher als die Wellen liegt und daß der höchste Punkt, den die Spitzen der Rührflügel während ihrer Drehbewegung erreichen, ein Punkt zwischen der Oberkante der Trennwände und dem unteren Rand der öffnungen ist, und viertens befindet sich der größere Teil der drehbaren Rührflügel normalerweise unterhalb der Oberfläche der Reaktionspartner.

Ein Vorzug der Vorrichtung nach der Erfindung ist, daß das Reaktionsgefäß zylindrische Form besitzt und horizontal angeordnet ist. Obgleich normalerweise zwei Rührwellen vorgesehen sind, können drei oder mehr Rührwellen verwendet werden, um die wirksame Oberfläche der Reaktionsteilnehmer zu erhöhen. Die Umlaufgeschwindigkeit der Wellen darf nicht zu schnell sein, um die Erzeugung von Wärme, herrührend vom Abscheren des hochviskosen Materials, zu verhindern. Sie bewegt sich zwischen einigen bis einigen zehn Umdrehungen pro Minute. Die Drehrichtung kann beliebig gewählt werden, muß jedoch so getroffen werden, daß unter Berücksichtigung der Form der Rührflügel eine wirksame Knetwirkung erzielt wird. Die Rührflügel sind praktisch über die ganze Länge der Welle radial befestigt. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß an jeder Welle in jeder der Reaktionskammern lediglich ein einziger Flügel vorgesehen wird. Die Rührflügel können in ihrer Form entweder brettähnlich oder schraubenähnlich sein oder auch einen ausgesprochen flügelähnlich ausgebildeten Abschnitt besitzen, doch ist es nicht erwünscht, daß sie eine komplizierte Form haben, was häufig die Ursache für die Bildung von Toträumen ist. Das Spiel zwischen den Flügeln oder Schaufeln und der Wandung ist vorzugsweise gering, doch bewegt es sich, um die Erzeugung von Wärme infolge Abscherens zu verhindern, üblicherweise zwischen einigen Millimetern bis zu einigen zehn Millimetern. Der Abstand zwischen den Wellen kann entweder derart sein, daß die von den Flügeln beschriebenen Umfangskreise einander buinaln· treffen oder daß sie einander überschneiden, ohne daß jedoch die Flügel mit der benachbarten Welle kollidieren. Wenn die Flügel einander überschneiden, muß natürlich sichergestellt werden, daß die Flügel nicht miteinander kollidieren, was durch geeignetes Festlegen der Lage und der Umlaufgeschwindigkeit der Flügel und ihrer Umlaufrichtung geschehen kann.

Indem auf diese Weise mindestens zwei Rühreinrichtungen, bestehend aus Rührwellen und -flügeln, verwendet werden, läßt sich der sonst bestehende Nachteil des Klebens und der gegenseitigen Beeinflussung eines hochviskosen Materials als Vorteil dazu benutzen, den Knetvorgang in zufriedenstellender Weise durchzuführen. Die Vorwärtsbewegung des Reaktionsteilnehmers längs des Schaftes kann durch entsprechende Verdrehung und Schrägstelluiig der an der Welle befestigten Flügel erreicht werden, wodurch den Flügeln eine Schrauben- oder Propellerwirkung erteilt wird. Es ist nicht besonders erforderlich, daß auch die andere Welle so ausgestaltet wird, daß sie eine Weiterbewegung erzeugt, doch ist es möglich, in den Reaktionskammern eine Zirkulationsbewegung dadurch zu erzeugen, daß von der zweiten Welle durch entsprechende Gestaltung eine in der entgegengesetzten Richtung verlaufende Weiterbewegung hervorgerufen wird.

Nach der vorliegenden Erfindung sind in den Trennwänden in Fließrichtung vor den Rühreinrichtungen, die dem geschmolzenen Reaktionsteilnehmer eine vorwärtsgerichtete Fließbewegung erteilen, Überlauföffnungen vorgesehen. Der untere Rand dieser öffnungen liegt höher als die Welle der Rühreinrichtungen, während der höchste Punkt, den die Spitzen der Rührflügel während ihrer Drehbewegung erreichen, zwischen der oberen Kante der bereits erwähnten Trennwände und dem unteren Rand der erwähnten Öffnungen liegt. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Gerätes wird das Niveau des geschmolzenen Reaktionsteilnehmers in den Reaktionskammern in Höhe des unteren Randes der erwähnten öffnungen gehalten oder sogar auf einem noch etwas geringeren Niveaus, wenn die Rührbewegung gestoppt wird, und ein größerer Teil (d. h. mindestens die Hälfte) der Rührflügel ist normalerweise während ihrer Drehung in den geschmolzenen Reaktionsteilnehmer eingetaucht. Daher wird bei dem Vorgang, zu dem die Vorrichtung nach der Erfindung verwendet wird, nur jener Teil des Reaktionsteilnehmers, der über die Überlauföffnungen hinaus angehoben worden ist, durch die Rührflügel zwangläufig infolge der Vorwärtsbewegung durch die öffnungen extrudiert. Da darüber hinaus nicht nur die Bewegung des anderen ungleichförmigen Überflusses durch die Trennwände verhindert worden ist, sondern auch die Schwankungen in der Menge des an den Rührflügeln anhaftenden Reaktionsteilnehmers entsprechend der Viskosität gering ist, kann die Menge des Reaktionsteilnehmers in der Reaktionskammer jederzeit konstant gehalten werden. Aus diesem Grunde bildet die Reaktionsvorrichtung nach der Erfindung einen eine gleichbleibende Menge des Reaktionsteilnehmers enthaltenden Kaskadenbehälter. Somit können also, wenn eine gleichbleibende Menge des intermediär gebildeten Polymers von der an dem einen Ende des Reaktionsgefäßes vorgesehenen Aufgabeöffnung für das die Reaktion in Hans bringende Material

zugeführt worden ist und die Reaktionskammern und da beständig eine neue Oberfläche gebildet wird, auf einer für den Reaktionsablauf geeigneten Tempe- wird die Abtrennung der flüchtigen Bestandteile beratur, auf einem entsprechenden Druck und unter schleunigt. Ein Teil des Reaktionsteilnehmers wird einer geeigneten Atmosphäre gehalten werden, Hoch- beim Anheben durch den Flügel 4 durch eine Überpolymere von gleichmäßiger Qualität von dem ande- 5 lauföffnung 13 hindurch in die nächste Reaktionsren Ende des Reaktionsgefäßes abgezogen werden. kammer vorwärtsbewegt. Insgesamt sind acht Reak-Für das Abziehen bzw. Abführen der Hochpolymere tionskammem vorgesehen. Um das Flüssigkeitsniveau kann ein Schraubenextruder oder andere für die Ver- des Reaktionsteilnehmers messen zu können, sind in wendung im Zusammenhang mit hochviskosem Ma- der achten Kammer keine Rührflügel vorgesehen, terial geeignete Pumpentypen verwendet werden. Da io Eine Schraubenpumpe 10 ist am Boden der achten das Erhitzen des Reaktionsgefäßes gleichmäßig er- Kammer angeordnet, und das Reaktionsprodukt wird folgen muß, ist die Erhitzung mit einem Heizmedium durch diese Pumpe mit einer vorbestimmten Durchüber dem Heizmantel vorgesehen. Obgleich die Re- flußrate abgezogen. Ein Rohr 11 ist zum Abführen aktionstemperatur sich entsprechend dem bearbei- der flüchtigen Bestandteile vorgesehen, während ein teten Material ändert, liegt sie in üblicher Weise zwi- 15 Rohr 12 dazu dient, sowohl das Inertgas zuzuführen sehen 200 und 350° C; der Druck im Innern des als auch den im Inneren des Reaktionsgefäßes herr-Reaktionsgefäßes wird unter einer Atmosphäre eines sehenden Druck zu bestimmen,
inerten Gases, wie Stickstofrgas, bei einem Vakuum Mit dem folgenden Beispiel sei erläutert, wo die von einigen Millimetern Quecksilbersäule gehalten, beschriebene Vorrichtung verwendet wird und wie wenn die Reaktionsteilnehmer entweder Polyester 20 Polyäthylenterephthalat eines hohen Polymerisationsoder Polycarbonate sind, und bei einem normalen grades bereitet wird. Die Erfindung soll jedoch nicht atmosphärischen oder einem verringerten Druck, darauf beschränkt werden. Die grundmolare bzw. wenn die Reaktionsteilnehmer Polyamide sind. innewohnende Viskosität wurde in den Beispielen in Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Orthochlorphenol bei 35° C gemessen. Die genann-Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; in der 25 ten Prozentsätze sind Gewichtsprozente.
Zeichnung zeigt .

F i g. 1 eine Draufsicht, teilweise geschnitten, für Beispiel

die Erläuterung der Vorrichtung nach der Erfindung, Ein intermediär gebildetes Polymer aus PoIy-Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten, äthylenterephthalat mit einer grundmolaren Viskosider in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und 30 tat von 0,65 und mit einem Gehalt von 0,045% Fi g. 3 einen senkrechten Schnitt gemäß Linie X-X Antimontrioxyd als Katalysator wurde in einer in F i g. 2. Menge von 40 kg je Stunde der in der Zeichnung In Fig. 1, 2 und 3 ist ein Reaktionsgefäß 1 dar- dargestellten Vorrichtung zugeführt. Die Temperatur gestellt, das einen Heizmantel aufweist und in dem im Innern der Reaktionskammern wurde durch den Rührwellen 2 und 3 mit Rührflügeln 4, 5, 6 und 7 35 Heizmantel bei 285^C C gehalten und der Druck bei angeordnet sind. Außerdem sind im Innern des Ge- einem Vakuum von 0,5 mm Quecksilbersäule. Die fäßes Trennwände 8 vorgesehen. Die Wellen 2 und 3 Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle 2 betrug werden in Richtung der Pfeile α und b mit einem 12 Umdrehungen pro Minute. Nach einer durch-Geschwindigkeitsverhältnis von 3 :2 gedreht. Der schnittlichen Verweilzeit von zwei Stunden wurde Rührflügel 4 ist gegenüber der Welle um etwa 15° 40 ein Polymer mit einer grundmolaren Viskosität von geneigt, doch sind die anderen Flügel S, 6 und 7 0,85 und einer Schmelzviskosität von 15 000 Poise nicht geneigt. Der Reaktionsteilnehmer, der in dem kontinuierlich abgeführt. Wenn dieses Produkt un-Re3ktionsgcrät der vorhergehenden Stufe zu einem mittelbar einer Spinnvorrichtung zugeführt und vermittleren Polymerisationsgrad polykondensiert wor- spönnen wurde, wurde ein für die Herstellung techden ist, wird mit einer kontrollierten Geschwindig- 45 nischer Textilien geeigneter Faden erhalten,
keit von einem Rohr 9 zugeführt und tritt in die Während die Vorrichtung nach der Erfindung erste Reaktionskammer ein. Da die vier Flügel in insbesondere für die Bereitung von Hochpolymeren jeder der Reaktionskammern komplizierte mitein- mit einer Schmelzviskosität von über 4000 Poise ander zusammenwirkende Bewegungen ausführen, vorgesehen ist, kann sie ebenso vorteilhaft zum Bewird der Reaktionsteilnehmer gleichförmig durch- 50 reiten von Polymeren mit geringeren Schmelzviskomischt, und die Erzeugung von Toträumen wird ver- sitäten als den vorhergehend erwähnten verwendet hindert Die flüssige Oberfläche des Reaktionsteil- werden, um auf Grund der Stabilität der Verweilzeit nehmen; wird eine komplex gewölbte Oberfläche, homogene Reaktionsprodukte zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

nuierlich Hochpolymere herstellt, die durch die Patentansprüche: Polymerisation bei erhöhter Temperatur zur Faser und Folienherstellung geeignet sind,

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Bereiten Ganz allgemein gesprochen ist diese Art von hochviskoser Polymerer durch kontinuierliches 5 Reaktionsvorachtung erforderlich, um erstens den Bewirken einer Polykondensationsreaktion unter geschmolzenen Reaktionsteilnehmer möglichst in Erzeugen flüchtiger Bestandteile, dadurch _ej_nem Zustand, der dem durch einen Kolben erzeugg β kennzeichnet, daß die Vorrichtung aus ten Fluß ähnlich ist, allmählich von der Aufgabeeinem horizontal angeordneten, mit einem Heiz- öffnung zu der Austragsöffnung zu bringen; zweitens mantel versehenen Reaktionsgefäß (1) mit einer i_{0 um} eine feste durchschnittliche Verweilzeit für den Vielzahl von in Reihe nebeneinanderliegenden Reaktionsteilnehmer in der Vorrichtung zu schaffen,; Reaktionskammern besteht, die durch minde- _un(j drittens, um die während des Reaktionsablaufes stens zwei sich von dem Boden des Reaktions- erzeugten flüchtigen Bestandteile wirkungsvoll abzugefäßes (1) senkrecht nach oben bis zu einer führen.

bestimmten Höhe unterhalb der oberen Ab- _xs D_a j_{edoch der} Reaktionsteilnehmer in dem Maße, deckung des Gefäßes erstreckende Trennwände _wj_{e s}j_ch der Polymerisationsgrad mit dem Ablauf (8) voneinander getrennt sind, und daß oberhalb der Reaktion erhöht, eine viskose und schwer zu der Trennwände (8) ein den Reaktionskammern bearbeitende Substanz wird, ist es schwierig, die gemeinsamer durchgehender Raum vorgesehen drei vorgenannten Erfordernisse gleichzeitig zu ist, daß mindestens zwei Rühreinrichtungen (4, 5, ₂o erfüllen.

6, 7) aufweisende Wellen (2, 3) horizontal durch Bisher bestand die hauptsächliche Maßnahme, um

die Reaktionskammern hindurchgeführt sind und dem ersten Erfordernis Genüge zu tun, darin, eine daß Einrichtungen zum Zuführen des Ausgangs- Vielzahl von Reaktionskammern vorzusehen; um der Reaktionsteilnehmers in die erste Reaktions- zweiten Forderung zu genügen, wurden Überlaufkammer, Einrichtungen zum Entfernen des Reak- _{a5 wehre} vorgesehen; und um der dritten Forderung tionsproduktes sowie Einrichtungen zum Abfüh- _zu genügen, wurde das Rühren und Bewegen des ren der während des Reaktionsablaufes gebil- Reaktionsteilnehmers beschleunigt, um dessen wirkdeten flüchtigen Bestandteile aus dem Reaktions- _same oberfläche auf einen Höchstwert zu steigern, gefäß (1) vorgesehen sind. I_{n de}n letzten Jahren hat sich jedoch eine erhöhte

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ₃₀ Nachfrage nach Polymeren mit einem viel höheren kennzeichnet, daß mindestens eine der Rühr- Polymerisationsgrad als bisher für solche Verwenwellen (2, 3) radial nach außen weisende Rühr- dungszwecke, wie z. B. technische Textilien, ergeben, flügel (4) aufweist, die derart ausgebildet sind, Die Verarbeitung dieser hochviskosen Materialien daß sie den geschmolzenen Reaküonsteilnehmern j_st zunehmend schwieriger geworden, doch gibt es in den Reaktionskammern eine V^rwärtsbewe- ₃₅ bisher keine Vorrichtungen, die für diese hochviskosen gung erteilen. Materialien geeignet wären.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Es ist nämlich üblicherweise schwierig, derartig durch gekennzeichnet, daß in jeder der Trenn- hochviskose Materialien gründlich durchzurühren wände (8) in einer von den Rührflügeln (4) zum _und zu durchmischen, da es dabei mehr auf ein Herbeiführen des Überfließens nach vorn gerich- ₄o Kneten als auf ein Durchrühren ankommt. Daweiterteten Lage Überlauföffnungen (13) vorgesehen hin das Maß, mit dem diese Materialien unter dem sind, durch die der geschmolzene Reaktionsteil- Einfluß der Schwerkraft zu fließen beginnen, äußerst nehmer von einer Reaktionskammer zur anderen gerine ist, ist es erforderlich, sie zwangläufig durch fließt- Einwirken einer mechanischen Kraft weiterzuleiten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- 45 Doch ist bei den bekannten Vorrichtungen diesem kennzeichnet, daß die Überlauföffnungen (13) Punkt bisher nicht genügend Aufmerksamkeit gederart angeordnet sind, daß ihr unterer Rand widmet worden. Von der Herstellung her gesehen höher als die Rührwellen (2, 3) liegt und daß sich ist es auch ein Vorteil, daß Hochpolymere als solche der von den Spitzen der Rührflügel (4, 5) zu unmittelbar aus einer Spinndüse extrudiert und gleich erreichende höchste Punkt zwischen dem oberen 50 in die Form des Endproduktes gebracht werden, Rand der Trennwände (8) und dem unteren Rand ohne sie vorher noch in Granulatform zu bringen, der Überlauföffnungen (13) befindet. Das dient zum Verhindern der Zersetzung oder des

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Abbaues dieser I-Iochpolymeren durch Hitze. In dadurch gekennzeichnet, daß sich der größere diesem Falle ist es jedoch erforderlich, daß zeitweise Teil der verschiedenen drehbaren Rührflügel (4,5, 55 Qualitätsveränderungen der Polymeren so gering wie 6, 7) unter der Oberfläche des Reaktionsteilneh- möglich gehalten werden. Um das zu erreichen, mers befindet. müssen alle Reaktionsbedingungen stabilisiert werden. Bei den bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen

neigte jedoch das hochviskose Reaktionsprodukt

60 dazu, an der Welle und den Rührflügeln der Rühreinrichtungen zu kleben, mit der Folge, daß es

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reaktions- äußerst schwierig war, die Verweilzeit des Reaktionsvorrichtung zum kontinuierlichen Bereiten synthe- teilnehmers beständig stabil zu halten,
tischer linearer Polymerer durch Polykondensations- Es hat sich jetzt gezeigt, daß durch die Venven-

reaktion. Sie bezieht sich insbesondere auf eine 65 dung einer Vorrichtung nach der Erfindung PoIy-Reaktionsvorrichtung, die aus intermediär gebildeten mere mit einem höheren Polymersiationsgrad als Polymeren kondensierbarer Substanzen, wie z. B. bisher in kontinuierlicher Weise sehr stabil bereitet Polyestern, Polymadien und Polycarbonaten, konti- werden können, wen die Vorrichtung erfindungs-