DE1645600B2

DE1645600B2 - Verfahren zur abtrennung fluechtiger materialien aus fluessigen mischungen, die polymerisate und fluechtige bestandteile enthalten

Info

Publication number: DE1645600B2
Application number: DE19661645600
Authority: DE
Inventors: Ted Tibor Martinsville; Klosek Felix Peter Neshanic Station N.J. Szabo (V.StA.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1976-06-24
Also published as: US3395746A; GB1111500A; FR1506650A; BE690878A; DE1645600A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Materialien aus flüssigen Mischungen, die Polymerisate und flüchtige Bestandteile enthalten.

Bei der Herstellung von Polymerisaten, z. B. bei einer Massen- und Lösungspolymerisation oder bei anderen, üblichen Verfahren, bleiben beträchtliche Mengen an Ausgangsmaterialien, wie z. B. nicht umsetzbares Monomeres oder Lösungsmittel, im 'Polymerisatprodukt gemischt oder eingeschlossen. Diese Verunreinigung ist aufgrund ihrer bekannten, nachteiligen Wirkungen auf die Polymerisateigenschaften unerwünscht. Ein übliches Verfahren zur Abtrennung des Polymerisates aus solchen fließbaren Präparaten ist die Verflüchtigung derselben. Das Präparat wird erhitzt und zur Blitzverdampfung von Lösungsmittel und anderen flüchtigen Materialien in eine Niederdruckkammer eingeführt, was ein Schäumen des Präparates bewirkt. Der HauDtnachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß eine beträchtliche Dampfmenge im Schaum eingeschlossen ist und bei dem Produkt verbleibt. Weiterhin erhöht die durch eine Verdampfung verursachte Abkühlung die Viskosität des Produktes so, daß es schwer ist, das Polymerisat aus der Blitzverdampfungskammer zu entfernen.

Das fließbare Präparat kann zur Beseitigung dieses Problems weiter erhitzt werden; das Erhitzen der Mischung zwecks Schaffung der gesamten Verdampfungswärme kann jedoch eine Zersetzung des Polymerisates oder eine andere, unerwünschte Polymerisatbildung bewirken.

Zur Entfernung des Produktes ist die Blitzverdampfungskammer mit einer Doppelzahnradpumpe verschen worden. Dabei befindet sich ein Paar paralleler, eng ineinander greifender Zahnrüder - da eines das andere antreibt - im unteren Teil der Blitzverdampfungskammer zur Aufnahme des oberhalb eingeführten Beschickungspräparates. Die Zahnräder sind in der Nähe der Kammerwände angebracht und rotieren in der Zone des Ineinandergreifen? aufwärts, so daß das anfallende, blitzverdampfte Präparat auf den oberen Oberflächen der Zahnräder gesammelt (erfaßt) wird, von wo es zur Bearbeitung zwischen den Kammerwänden und den sich bewegenden Zahnradzähnen umgewälzt wird; anschließend wird es zur Eingreifzone auf der Unterseite der Zahnräder geleitet, wo das blitzverdampfte Produkt abgestrippt und aus der Kammer gepumpt wird. Das verschäumte Polymerisatpräparat wird so zwischen einer stationären und einer sich bewegenden Oberfläche hindurchgeführt. Daher können solche Pumpen das Polymerisat nicht auf einen Feststoffgehalt über 90% behandeln, da das Polymerisatpräparat bei erhöhten Viskositäten nicht zwischen die Zahnradzähne fließt und dazu neigt, an den Kammerwänden zu haften und an diesen hochzusteigen, wodurch sie bedeckt werden und das System blockiert wird.

Aus der DT-AS 1 0 84 907 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines polymeren Produktes unter Entfernung der flüchtigen Bestandteile bekannt, wobei das Gemisch eine Extraktionszone durchläuft, in der es bei Unterdruck von flüchtigen Bestandteilen befreit wird.

Dabei wird das zu reinigende Material zuerst verpreßt, dann bei Unterdruck von flüchtigen Bestandteilen befreit und dann erneut unter Druck gesetzt. erneut verpreßt und nochmals bei Unterdruck von den flüchtigen Bestandteilen befreit. Nach diesem Verfahren sind demnach 4 aufeinanderfolgende Stufen notwendig. Trotzdem können nur Mischungen erhalten werden, die 85% Polymere enthalten. Das bekannte Verfahren ist somit aufwendig und führt zu schlechten Ergebnissen.

Die US-PS 3 0 72 626 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung eines Polymers aus verdünnten Polymerisatlösungen, wobei das Lösungsmittel im Vakuum blitzartig verdampft wird bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Polymerisats. Dabei kann bei Unterdruck mittels mechanischen Knetens restliches Lösungsmittel vor dem Extrudieren des Polymerisats entfernt werden.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird in einer Unterdruckkammer durch eine Sprühvorrichtung versprüht und es ist angegeben, daß es nicht einfach ist. das Material zu »atomisieren«.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Entfernung flüchtiger Materialien aus einem viskosen, fiießbaren Polymerisatpräparat zur Erzielung eines flüssigen Polymerisatproduktes mit einem Feststoffgehalt wesentlich über 90%.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Materialien aus flüssigen Mischungen, die Polymerisate und flüchtige Bestandteile enthalten, durch blitzartiges Abdampfen der flüchtigen Materialien bei vermindertem Druck und anschließendes Verdichten, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die viskose fließbare Mischung im oberen Teil einer auf vermindertem Druck gehaltenen Kammer der Blitzverdampfung unterwirft und den gebildeten verschäumten Polymerisatstrang in der Kammer praktisch ohne Berührung mit den Kanimerwänden frei nach unten führt und

b) diesen zur Entfernung weiterer flüchtiger Materialien durch Hindurchführen durch ein in Fließrichtung rotierendes Walzen- oder Schraubenpaar komprimiert, worauf die Polymerisatmasse aus der Kammer abgezogen wird.

Die Spaltenbreite der gegeneinander rotierenden Walzen liegt dabei über der notwendigen, mecha-

rüschen (ζ. B. aus konstruktiven Gründen notwendigen) Breite und unter der Dicke des Polymerisalstranges, vvobei sich jede der Oberflächen in der Berührungszone praktisch mit dem Fluß des sich nähernden Stranges bewegt, um ihn in und durch tue Walzenspalte zu ziehen, damit der Strang komprimiert und von flüchtigen Materialien weiter befreit wird.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende Beschreibung sowie die Zeichnungen weiter veranschaulicht, ,ο

Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Daraufsicht einer erfindungsgemäß geeigneten Vorrichtung.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie 2-2.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäß geeigneten Vorrichtung; und

Fig 4 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung entlang der Linie 4-4.

In den Zeichnungen wird ein (nicht gezeigtes) flüs- _;o siges, auf eine geeignete Verflüchtigungstemperatur erhitztes Polymerisatpräparat in die Niederdruckkammer 12 des Gehäuses 10 (vgl. Fig. 1 und 2) durch die Einfuhrungsöffnung 16 eingeführt, worauf das Präparat blitzverdampft wird und einen Schaumstrang 2s bildet, der ohne Berührung mit den Kammerwänden 11 und 13 auf die unterhalb liegenden Walzen 14 absteigt. Ein Dampfauslaß 18 in Verbindung mit den (nicht gezeigten) Evakuierungsmitteln ist vorgesehen, um den Druck in Kammer 12 unterhalb des Dampfdruckes der darin eingeführten Lösung zu halten und um, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, die erhaltenen Dämpfe abzuführen. Die Walzen 14 werden gemäß der in Fig. 2 gezeigten Pfeilrichtung, d. h. in Fließrichtung des eintreffenden Schaumstranges, rotiert, so daß sie den Strang aufnehmen und den Schaum in der Spalte 15 zur weiteren Dampffreigabe komprimieren.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Schranken 20, die benachbart zu den Walzen 14 angebracht sind, streifen das komprimierte Polymerisatpräparat von den Walzen ab. Dieses als viskose Flüssigkeit vorliegende Präparat verläßt die Kammer über die Rampe 22 und den Auslaß 24. Gegebenenfalls kann eine (nicht gezeigte) Pumpe mit dem Auslaß 24 verbunden sein, um die Walzen 14 beim Auspumpen des Produktes zu unterstützen, z. B. wenn die Kammer unter einem Hochvakuum steht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in einer anderen, z. B. in Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung durchgeführt werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein fließbares Polymerisatpräparat durch einen Einlaß 32 in die durch das Gehäuse 26 umschlossene Niederdruckkammer 28 eingeführt, um in oben beschriebener Weise einen verschäumten Strang zu bilden. Die Kam- 5s mer 28 wird durch eine (nicht gezeigte) Evakuiervorrichtung, die mit einem Dampfauslaß 34 verbunden ist, auf einem verminderten Druck gehalten. Die Zwillingsschrauben werden in der in Fig. 4 gezeigten Pfeilrichtung rotiert, und der anfallende, verschäumte Strang wird am Walzenteil 30 der Schrauben 29 erfaßt und wie oben komprimiert. Der Walzenteil 30 kann wahlweise mit Oberflächenunregelmäßigkeiten, z. B. Rillen 35, versehen sein, die den verschäumten Strang im Laufe des Komprimierens gegen die Rillen 31 der Schrauben 29 führen. Anschließend wird das komprimierte Polymerisatpräparat durch die Rillen 31 *rf\,nt und durch den Auslaß 35 in Fig. 3 und 4 aus der Kammer 28 geführt oder stranggepreßt Der untere Teil 33 des Gehäuses 26 ist, wie in F i g. 4 gezeigt, entsprechend dem Schraubenprofil geformt, um eine vollständige Entfernung des Produktes zu gewährleisten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein flüssiges Fräparat einer Verdünnung bis zu 50 Gew.-% Polymerisat zu einem praktisch lösungsmittelfteien Polymerisat mit einem Gehalt von weniger als 2, häufig weniger als 1 Gew.-% Lösungsmittel oder anderen flüchtigen Materialien behandelt werden. So kann z. B. eine Polystyrollösung mit 50 Gew.-% Polymerisat im nicht umgesetzten Monomeren auf ein Material mit 99,9 Gew.-% Polymerisat behandelt werden.

Das fließbare Polymerisatpräparat kann aus praktisch jedem polymeren Material bestehen, wie Polystyrol, Polypropylen, Polyäthylen-Vinylpolymerisate usw., das in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z. B. seinem Monomeren, oder inerten Flüssigkeiten, wie Benzol, Toluol, Heptan und Aceton, gelöst ist.

Das Polymerisatpräparat kann bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die Niederdruckkammer eingeführt werden, was z. B. von der Art des Beschickungsmaterials, der Beschickungstemperatur, dem Druck in der Kammer, der Walzengeschwindigkeit, der Größe der Anlage usw., abhängt. Das folgende Beispiel 1 zeigt eine Kombination dieser Faktoren, die vom Fachmann entsprechend den Erfordernissen leicht bestimmt werden können.

Das fließbare Präparat wird bei einer ausreichenden Temperatur in die Niederdruckkammer oder die Abtrennzone von dampfförmigem Material und Flüssigkeit eingeführt, um eine heftige Freisetzung der flüchtigen Materialien zu bewirken, wenn die Beschickung in die Kammer eintritt; die Temperatur sollte jedoch unter derjenigen liegen, bei welcher die besonderen Lösungskomponenten sich zersetzen oder anderweitig beeinträchtigt werden. Die Lösung wird vorzugsweise auf einem ausreichend hohen Druck gehalten, um ihr Sieden in den Beschickungsleitungen durch Druckvtntile, die z. B. in den der Kammer benachbarten Leitungen angebracht sind, zu vermeiden. Es kann jedoch ein starkes Sieden in den Leitungen erfolgen, ohne daß die Trennung von Dampf und Flüssigkeit in der Kammer wesentlich beeinflußt wird.

Der Druck in der Kammer wird unterhalb des Dampfdruckes der Beschickungslösung und vorzugsweise genügend weit unter dem Beschickungsdruck gehalten, um einen wesentlichen Druckabfall und eine Blitzverdampfung der flüchtigen Materialien, wie z. B. Lösungsmittel, mit gleichzeitigem heftigem Schäumen der Lösung zu bewirken. Die Temperatur der Kammer ist zweckmäßig so hoch, aaß die erhaltene Lösung im flüssigen Zustand gehalten wird und die Lösungsmittelkomponenten verdampft werden. Die Kammertemperatur wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, z. B. durch den aufrechterhaltenen Druck und die thermischen Eigenschaften der Beschickungslösung, die sich nach dem Eintritt ausdehnt und abkühlt.

Obgleich der Kammerdruck in Abhängigkeit von den besonderen, zu verflüchtigenden Lösungsmitteln oder anderen flüchtigen Materialien variiert, wurden Drucke zwischen etwa 10-300 mm Hg im allgemeinen als zweckmäßig gefunden, wobei der untere Bereich der angegebenen Werte bevorzugt wird.

Erfindungsgemäß kann zweckmäßig eine übliche

Vakuumpumpe oder andere geeignete Evakuierungsmittel, die z. B. mit dem oberen Teil der Kammer durch einen Dampfauslaß verbunden sind, angewendet werden. Mit der Vakuumpumpe kann. z. B. zur Rückgewinnung der abgestrippten flüchtigen Materialien, ein Kühler verbunden sein. Wird jedoch z. B. bei hoher Temperatur und hohem Druck eine niedrig siedende Lösung in die Kammer eingeführt, so können die Evakuierungsmittel entsprechend den Erfordernissen des Verfahrens weggelassen werden. ₎₀

Die sich bewegenden Oberflächen, die den verschäumten Polymerisatstrang mechanisch komprimieren, bestehen aus einem harten Material, wie Metall, z. B. rostfreier Stahl. Diese Oberflächen liegen, wie angegeben, zweckmäßig aufwalzen. In gleicher Weise ,₅ kann jedoch auch mindestens ein Paar endloser Bander verwendet werden. Die Bänder können verschieden, z. B. in V-Form, angebracht sein, wobei die unteren Biegungen (Schleifen) der Bänder in nächster Nähe zueinander enden, um einen engen Spalt zu ergeben.

Die Walzen oder Bänder können eine glatte oder unregelmäßige Oberfläche, z. B. aus Zahnrädern oder Rillen, haben. Die Walzen oder Bänder sind so angebracht, daß bei ihrer Spalte eine mechanische Öffnung über der notwendigen mechanischen Öffnung dcrselben und unterhalb der Dicke des durch sie austretenden Polymerisatstranges gebildet wird.
Zum Komprimieren des verschäumten Polymerisatstranges wird vorzugsweise ein Walzenpaar verwendet. Gegebenenfalls können jedoch auch verschiedene, aufeinander folgende Walzenpaare verwendet werden, die übereinander liegen und jeweils z. B. in der in Fig. 2 angegebenen Weise rotieren, so daß die Walzenoberflächen an ihren entsprechenden Spalten in der Fließrichtung des verschäumten Stranges rotieren. Zwischen jedem Walzenpaar können auch geeignete Mittel zur Dampfentfernung, ζ. Β. ein Vakuumauslaß, vorgesehen sein.

Die Bänder oder Walzen können bei jeder geeigneten Geschwindigkeit bis zu etwa 300 Umdr./min. oder mehr rotiert werden, wie es dem Verfahren und den mechanischen Erfordernissen entspricht

Das Produkt wird, wie angegeben, durch die Pumpwirkung der Walzen oder Bänder aus der Kammer entfernt, oder durch eine zusätzliche, geeignete Hilfspumpe oder andere Mittel, z. B. Zwillingsschrauben, wie in Fig. 3 und 4 angegeben. Es können auch andere Arten von Schrauben verwendet werden, wie /. B. lmii l'aar von Schrauben, mit je einem Walzen teil in ihrer Mitte und Rillen an beiden Enden, se daß das komprimierte Produkt in zwei Richtungei aus der Niederdruckkammer und so aus zwei Produkt auslassen geführt wird. Die Schrauben können ver schiedenartige Rillen, von rechteckigen bis zu runden aufweisen. Die Schrauben können auch in einem sol chen Abstand voneinander stehen, daß die benach barten Rillen derselben direkt ineinandergreifen odei in unmittelbarer Nähe voneinander angebracht sind Indem die Schraubenrillen in unmittelbarer Nähe angebracht werden, wird auf das bereits komprimierte Präparat zur weiteren Dampffreisetzung eine Schwerkraft und weiterer Druck ausgeübt. Zur Abführung dei so freigesetzten Dämpfe können im Schraubenkanal Vakuumöffnungen vorgesehen sein.

Das fließbare Polymerisatpräparat kommt nach dem Eintritt in die Niederdruckkammer und der Bildung eines darin absteigenden, verschäumen Stranges vorzugsweise nur mit den sich bewegenden Oberflächen der Walzen oder Bänder in Berührung bis nach dem Komprimieren in deren Spalte, um einen gleichmäßigen, schnellen Fluß durch das Verflüchtigungssystem zu gewährleisten. Selbstverständlich kann erfindungsgemäß jedoch mindestens ein Teil des verschäumten Polymerisatpräparates auf dem Weg zur mechanischen Komprimierung mit den Kiimmerwänden in Berührung kommen, solange die wesentliche Masse des verschäumten Stranges unmittelbar auf die oben erwähnten, sich bewegenden Oberflächen fällt.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung:

Beispiele 1 bis6

Lösungen aus Polystyrol in seinem Monomeren, PoIyhydroxyäther in Toluol und Polyvinylchlorid in Aceton, wurden in einer in Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung von P.üchtigen Materialien befreit Die Schrauben hatten einen Fuödurchmesser von 2,5 cm, einen Spitzendurchmesser von 5 cm und eine Rillendicke von etwa 1,25 cm. Die Länge der Kompressionszone, d. h. der Walzenteil der Schrauben, betrug 2,5 cm, die Länge des gerillten Teiles betrug 15 cm. Gemäß der folgenden Tabelle wurden bei einer Schraubenrotation von 100 Umdr./min. verschiedene Versuche durchgeführt:

Polymerisat

Blitzverdampfungskammer

Beschickungs- Beschick,-geschw. Temp. °C

kg/Std.

Druck % Polymerisat % Polymerisat

mm Hg in Beschickg. im Produkt

1	Polystyrol
2	Polystyrol
3	Polystyrol
4	Polyhydroxyäther
5	Polyhydroxjäther
6	Polyvinylchlorid

22,95	172	100	80	98,15
43,50	175	100	80	97,86
41,37	178	90	80	98,63
95,25	180	760	61,8	98,5
86,18	185	760	61,8	98,7
14,06	127	200	49,0	83,5

Aus der obigen Tabelle geht hervor, daß erfindungsgemäß ein praktisch von flüchtigen Materialien befreites Polymerisat erhalten wird. Der Prozentsatz an Polymerisat im Produkt kann durch entsprechende Einstellung der aufgeführten Variablen, z. B. durch Verringern des Kammerdruckes oder Erhöhung der Beschickungstemperatur oder andere Mittel, wie Erhöhung der Größe der Vorrichtungskomponenten gemäß Bestimmung durch den Fachmann für ein gegebenes Polymerisatpräparat zur Bildune eines Pmrinttp«

mit bis zu 99,9% oder mehr Polymerisat erhöhl werden. Weiterhin kann das Polymerisatprodukt gegebenenfalls auch erneut behandelt werden, d. h. zwei- oder mehr Male der Blitzverdampfung und Komprimierung unterworfen werden.
Nach dem Austritt aus der Abtrennungszone der flüchtigen Materialien kann das Produkt dann gegebenenfalls in eine übliche Walzvorrichtung geführt werden, z. B. eine entlüftete Strangpresse mit einer oder mehreren Schrauben, um ein praktisch reines Polymerisat zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409526/470

Claims

Palentansprüche:

1. Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Materialien aus flüssigen Mischungen, die Polymerisate und flüchtige Bestandteile enthalten, durch blitzartiges Abdampfen der flüchtigen Materialien bei vermindertem Druck und anschließendes Verdichten, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die viskose fließbare Mischung im oberen Teil einer auf vermindertem Druck gehaltenen Kammer der Blitzverdampfung unterwirft und den gebildeten verschäumten Polymerisatstrang in der Kammer praktisch ohne Berührung mit den Kammerwänden frei nach unten führt und

b) diesen zur Entfernung weiterer flüchtiger Materialien durch Hindurchführen durch ein in Fließrichtung rotierendes Walzen-oder Schraubenpaar komprimiert, worauf die Polymerisatmasse aus der Kammer abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymerisat Polystyrol verwendet wird.