DE2241616C3

DE2241616C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Polyadditionsharzzwischenprodukten

Info

Publication number: DE2241616C3
Application number: DE2241616A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Birsfelden Franz; Andreas Pratteln Maier
Original assignee: BUSS AG BASEL (SCHWEIZ)
Current assignee: BUSS AG BASEL (SCHWEIZ)
Priority date: 1972-08-24
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1978-07-13
Also published as: US3936522A; DE2241616B2; JPS5547048B2; DE2241616A1; GB1399692A; JPS5052148A

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Polyadditionsharzzwischenprodukten.

Es ist bereits aus der DT-OS 19 44 897 bekannt, daß die festen und/oder flüssigen Ausgangsstoffe für das Harz dosiert in eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung eingespeist werden, in der sie bei kurzer Verweüzeit intensiv unter Wärmezufuhr in Längs- und Querrichtung gemischt, plastifiziert und homogenisiert werden, worauf die plastische Mischung durch eine beheizte Düse kontinuierlich auf eine Kühlstrecke ausgetragen wird, auf der sie erfaßt und geprägt wird, wonach schließlich die erstarrte, nun spröde Mischung gebrochen und gemahlen wird. w

Das fertige Zwischenprodukt wird bei diesem Verfahren in Form eines Pulvers gewonnen und ist nicht oder nur ganz gezielt vorvernetzt. Es ist dabei außerordentlich wichtig, daß der zugesetzte Härter noch nicht reagiert hat, damit das Pulver bei der hS Weiterverarbeitung, z. B. nach einem Schichtauftrag auf einen Gegenstand, unter Wärmezufuhr vernetzt und vollständig ausgehärtet werden kann, b/w. daß es ermöglicht wird, daß das Pulver in einer beheizten Presse zu aushärtbaren Teilen formbar ist. Mindestens eines der zur Anwendung gelangenden Ausgangsprodukte stellt einen Polymer dar, an den durch Addition reaktionsfähige, polymere oder monomere Substanzen angelagert werden. Die Reaktionen erfolgen dabei schrittweise und die entsprechenden Zwischenprodukte erhalten damit zusammenhängende Eigenschaften, die von schmelzbar, nur noch teilweise schmelzbar 'ms zu vollkommen ausgehärtet fortschreiten. Auch die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Viskosität und das Brechverhalten ändern sich. Es sind aber dennoch bis zur vollkommenen Aushärtung des endgültigen Kunststoffproduktes reaktionsfähige Komponenten vorhanden, die labil auf Druck und Temperatur reagieren.

Bei der Herstellung der Zwischenprodukte tritt eine Phase auf, bei der die einzelnen Komponenten eine teigige bis flüssige, sehr klebrige Masse bilden. In diesem Zustand wird diese Masse aus der Misch- und Kneteinrichtung durch eine Düse ausgetragen, und, um ein Ankleben der Masse an der Düse zu verhindern, ist bekannt, diese zu beheizen. Es hat sich nun aber in der praktischen Anwendung des Verfahrens gezeigt, daß diese Maßnahme allein noch nicht genügt, um im kontinuierlichen Dauerbetrieb über mehrere Stunden ein ganz allmählich einsetzbares »Zufrieren" der Düse zu verhindern.

Bisher wurden üblicherweise beheizte Düsen mit einem länglichen Schlitz verwendet, um das austretende Produktband möglichst breit und dünn zu formen, damit das Produkt, welches ein schlechter Wärmeleiter ist, rasch und gleichmäßig abgekühlt werden kann. Beim Austrag durch eine solche Düse bildet sich aber eine dünne, langsamer fließende Grenzschicht, welche dadurch eine längere Verweilzeit in der beheizten Düse besitzt. Dies hat je nach der Reaktivität des zugesetzten Härters eine Aushärtereaktion zur Folge, so daß diese Grenzschicht fest wird und am Metall der Düse haften bleibt. Es bildet sich danach eine entsprechende Grenzschicht aus, der wiederum das gleiche Schicksal zuteil wird, d. h. welche sich schließlich auf die bereits angelagerte erste Grenzschicht setzt. Je nach Reaktivität der Mischung geht dieser Prozeß mehr oder weniger schnell vor sich, endet aber in jedem Fall mit einem Zusetzen der Düse, so daß der kontinuierliche Ablauf unterbrochen werden muß.

Man hat sich bisher damit beholfen, entweder zwei Düsen vorzusehen, von denen jeweils eine an der Maschine im Einsatz ist, währenddem die andere Düse gereinigt wird, wodurch sich aber nicht vermeiden läßt, den Verfahrensablauf von Zeit zu Zeit, wenn auch nur kurz, zu unterbrechen. Eine andere Möglichkeit, insbesondere bei der Verarbeitung von extrem schnell aushärtenden Produkten wurde darin erblickt, überhaupt ohne Düse mit freiem Austritt des Produktes aus dem Schneckengehäuse zu arbeiten, was aber nicht besonders wirtschaftlich ist, da beim Anfahren der Anlage ein großer Materialverlust zu verzeichnen ist.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren so 7ti verbessern, daß ein Zusetzen der Düse selbst im kontinuierlichen Dauerbetrieb über Stunden und Tage mit Sicherheit vermieden wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die plastische Mischung mit einer Temperatur im Bereiche von 50 —90°C aus der Misch- und Kneteinrichtung ausgetragen und daß die Austragsdüse auf einer Temperatur von höchsten 5OT eehnllen

wird. Die genaue Temperatur hängt natürlich von der Reaktivität der Mischung ab.

Um eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, wird eine heiz- und/oder kühlbare, kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung mit rotierender hin- und hergehender Welle, welche an ihrem Austrag eine heizbare Düse besitzt, an welche sich eine endlos umlaufende Kühlstrecke anschließt, in deren Bereich eine Prägeeinrichtung angeordnet ist, der eine Brech- und Mahleinrichtung nachgeschaltet ist Erfindungsgemäß wird die heizbare Düse als Runddüse ausgebildet, deren Düsenöffnung von beiden Seiten der Düse her gleichmäßig bis auf einen, durch spitze Kanten begrenzten Durchgangsquerschnitt abnehmend ausge- is bildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann diese Düse eine an ihre Austrittsöffnung bündig anschließende, heiz- oder kühlbare Rutsche besitzen, wobei es außerdem vorteilhaft ist, wenn eine solche Düse im Inneren mit Kanälen versehen ist, durch die ein Wärmeaustausch lediurn leitbar ist.

!m folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung näher erläutert, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird, auf der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen, verbesserten Düse im Schnitt dargestellt ist.

Bei der Entwicklung des Verfahrens ist man von der Überlegung ausgegangen, daß die homogenisierten und höchstens vorvernetzten Zwischenprodukte, welche noch reaktionsfähigen Härter enthalten, in einem Bereich, der erheblich über dem Schmelzpunkt liegt, niedrig viskos sind, in einzelnen Teilchen aber bereits auszuhärten beginnen. In diesem niedrig viskosen Zustand besitzen die Produkte hingegen eine nur sehr geringe Klebrigkeit. In einem weiteren Temperaturbereich, der ca. zwischen 50 und 9O⁰C liegt, sind die Zwischenprodi'kte einerseits zähplastisch und stark klebrig, andererseits ist die thermische Belastung derselben aber stark reduziert und die Aushärtereaktion unterbleibt. Unter ca. 5O⁰C beginnen die Produkte zu erstarren und gehen von einem plastischen Zustand in einen starren, spröden Zustand über, welch letzterer ungefähr bei Raumiemperaiur erreicht wird. Im letztgenannten Temperaturbereich kleben die Produkte nunmehr unmerklich, würden aber in der Austrittsdiise sofort erstarren.

Bisher hat man also in der Austrittsdüse die für die so Aufbereitung notwendige, zwar thermisch schonende, aber klebrige ^Dhase umgange.i, indem man die Düse so stark aufheizte, daß das Produkt ohne zu kleben, in niedrig viskosem Zustand austreten konnte, mußte dabei eine vollständige Aushärtung der sehr dünnen, an den Düsenwandungen langsamer fließenden Grenzschichten in Kauf nehmen.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun so vorgegangen, daß man das zähplastische Zwischenprodukt mit einer Temperatur von 50 —9O⁰C, die im einzelnen von der Art des verarbeiteten Produktes abhängt, konti uierlich durch eine Düse austrägt, deren mit dem Produkt in Berührung kommende Fläche auf eine Temperatur von ca. Ή — höchstens 50'C geheizt bzw. gekühlt ist. Bei dieser Temperatur besieht keine h5 Gefahr mehr, daß das Produkt anklebt. Hingegen besteht die Gefahr, daß es in der Stauzone der Düse erstarrt und dieselbe zusetzt Dieser Gefahr wird dadurch begegnet, daß man die Düse nicht in der allgemein üblichen Art mit Düsenlippen zur Führung des Materialstromes in der Stauzone ausgerüstet, sondern eine Runddüse mit Einführung und Messerkante vorsieht, wodurch die Verweilzeit in der Stauzone verschwindend klein wird. Neben diesem Vorteil hat es sich gezeigt, daß die fehlende Führung den weiteren Vorteil mit sich bringt, daß durch das plötzliche Entspannen des Produktes ein breiter Materialstrom gebildet wird, der auf die nachfolgende Kühleinrichtung geleitet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen Düse kann etwa wie aus der Zeichnung ersichtlich ausgeführt sein. Das nur am Austragsende im Schnitt dargestellte Gehäuse der Misch- und Knetmaschine ist mit 1 bezeichnet und endet in einem Flansch 2. In diesem Gehäuse 1 ist in bekannter Weise eine rotierende Schneckenwelle 3 gelagert. Die Gehrv..;ewand 1 kann vorzugsweise mit einem Mantel 4 umgeben sein, so daß in den dadurch gebildeten Zwischenraum 5 ein Wärmeaustauschmedium zur Heizung oder Kühlung der Misch- und Knetmaschine einleitbar ist

Am Flansch 2 ist die Düse 6 befestigt Sie besitzt eine öffnung 7 in Form eines Doppelkonus, so daß ein kleinster Durchgangsquerschnitt 8 gebildet ist, der sich auf beide Seiten der Düse hin gleichmäßig erweitert. Die den kleinsten Durchgangsquerschnitt 8 begrenzenden Kanten sind als spitze Messerkanten 9 ausgeführt. Im Bereiche des kleinsten Durchgangsquerschnittes 8 ist die Düse 6 mit Kanälen 10 ausgerüstet, durch welche ein über Leitung Ii zugespeistes Wärmeaustauschmedium geleitet werden kann, um die Düse auf der vorbestimmten Temperatur zu halten.

Bündig an die Austrittsöffnung anschließend ist eine Rutsche 12 vorgesehen, welche geneigt ausgeführt ist und zur Ableitung des die Düse verlassenden Mattrialstromes dient. Diese Rutsche 12 ist hohl ausgeführt, so daß in ihrem Innenraum 13 über eine Leitung 14 ein Warn jaustauschmedium geleitet werden kann, um die Rutsche 12 auf der gleichen Temperatur wie die Düse 6 zu halten.

Beim Betrieb der bekannten, eingangs erwähnten Vorrichtung mit normal schnell härtenden Lackharzen, die eine Aushärtezeit von 60 Sek. bei I8O°C besitzen, mußte die üblicherweise verwendete Schlitzdüse alle 6 Stunden ausgewechselt werden, da sie bis dann so weit zugesetzt war, daß ein einwandfreier Betrieb der Einrichtung verunmöglicht wurde. Bei extrem schnell aushärtenden Lackharzen mit einer Aushärtezeit von 10—20 Sek. bei 180⁰C war der Einsatz einer Düse überhaupt nicht mehr möglich bzw. wirtschaftlich nicht mehr tragbar, da sie sich innerhalb kürzester Zeit zugesetzt hat.

Bei einem Versuch der Anmeldend mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Düse hat sich folgendes Resultat ergeben: Bei der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Aufbereitung von extrem schnell aushärtenden Lackharzen mit einer Aushärtezeit von 10—20 Sek. bei 180⁰C wurde die Düse und die Kutsche auf 45⁰C gehalten, während das Produkt mit einer Temperatur von 8O⁰C ausgetragen wurde. Bei einwandfreien Resultaten war nach 6 Stunden Dauereinsatz nicht eier geringste Materialansatz an Jer Düse festzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufbereitung von Polyadditionsharzzwischenprodukten, wobei die festen und/oder flüssigen Ausgangsstoffe für das Harz dosiert in eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Kneteinrichtung eingespeist werden, in der sie bei kurzer Verweüzeit intensiv unter Wärmezufuhr in Längsund Querrichtung gemischt, plastifiziert und homo- to genisiert werden, worauf die plastische Mischung durch eine beheizte Düse kontinuierlich auf eine Kühlstrecke ausgetragen wird, auf der sie erstarrt und geprägt wird, wonach schließlich die erstarrte, nun spröde Mischung gebrochen und gemahlen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Mischung mit einer Temperatur von 50—90°C aus der Misch- und Kneteinrichtung ausgetragen und die Austragsdüse auf einer Temperatur von höchstens 50° C gehalten wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einer heiz- und/oder kühlbaren, kontinuierlich arbeitenden Misch- und Knetmaschine mit rotierender und hin- und hergehender Welle, welche an ihrem Austrag eine heizbare Düse besitzt, an welche sich eine endlos umlaufende Kühlstrecke anschließt, in deren Bereich eine- Prägeeinrichtung angeordnet ist. der eine Brech- und Mahleinrichtung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die heizbare Düse (6) als Runddüse ausgebildet ist, deren Düsenöffnung von beiden Seiten der Düse her gleichmäßig bis auf einen durch spitze Kanten (9) begrenzten kleinsten Durchgangsquerschnitt (8) abnehmend ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, ladurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) eine an ihre Austrittsöffnung bündig anschließende, heiz- oder kühlbare Rutsche (12) besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) im Innern mit Kanälen (10) ausgerüstet ist, durch die ein Wärmeaustauschmedium leitbar ist.