[go: up one dir, main page]

DE10144748A1 - Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse - Google Patents

Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse

Info

Publication number
DE10144748A1
DE10144748A1 DE10144748A DE10144748A DE10144748A1 DE 10144748 A1 DE10144748 A1 DE 10144748A1 DE 10144748 A DE10144748 A DE 10144748A DE 10144748 A DE10144748 A DE 10144748A DE 10144748 A1 DE10144748 A1 DE 10144748A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
polycondensate
extruder
screw
ratio
screw elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10144748A
Other languages
English (en)
Inventor
Achim Philipp Sturm
Juergen Schweikle
Andreas Christel
Christoph Naef
Federico Innerebner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Polymetrix AG
Original Assignee
Buehler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Priority to DE10144748A priority Critical patent/DE10144748A1/de
Priority to BRPI0212427-0A priority patent/BR0212427B1/pt
Priority to MXPA04002375A priority patent/MXPA04002375A/es
Priority to ES02754115T priority patent/ES2252493T3/es
Priority to JP2003526657A priority patent/JP4307258B2/ja
Priority to PCT/CH2002/000500 priority patent/WO2003022550A1/de
Priority to CNB028177924A priority patent/CN1253299C/zh
Priority to AT02754115T priority patent/ATE309898T1/de
Priority to DE50204967T priority patent/DE50204967D1/de
Priority to EP02754115A priority patent/EP1425151B1/de
Publication of DE10144748A1 publication Critical patent/DE10144748A1/de
Priority to US10/796,099 priority patent/US20040262807A1/en
Priority to US11/157,970 priority patent/US20050248052A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/78—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
    • B29C48/80—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders
    • B29C48/83—Heating or cooling the cylinders
    • B29C48/832—Heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
    • B29C48/405—Intermeshing co-rotating screws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/69—Filters or screens for the moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50—Details of extruders
    • B29C48/76—Venting, drying means; Degassing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/78—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
    • B29C48/80—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, in welchem Kunststoffe und Elastomere (wie z. B. PET oder Kautschuk) in möglichst schonender Weise und mit möglichst hoher Durchsatzmenge verarbeitet werden können, um die Qualität des Endproduktes zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des ganzen Prozesses zu steigern. Erfindungsgemäß können Prozessaufgaben wie Mischen, Kühlen/Heizen (Wärmeaustausch) und Entgasen (Stoffaustausch) gleichzeitig und mit hoher Effizienz ausgeführt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die kontinuierliche Aufbereitung eines Produktes mittels eines gleichsinnig drehenden, mehrwelligen Extruders gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 9.
  • Ein derartiges Verfahren ist z. B. in der DE 195 36 289 C2 beschrieben. Das darin beschriebene Verfahren kann für die Verarbeitung von Kunststoffen, insbesondere von Harzen und zähplastischen Massen, auf einem Zweiwellen-Extruder angewendet werden. Um thermische, thermisch-chemische und rein mechanische Beeinträchtigungen der Produktqualität während der Verarbeitung des Produktes gering zu halten, wird bei diesem Verfahren die Verweilzeit des Produktes im Extruder gering gehalten. Dies wird erreicht, indem man bei hohen Drehzahlen in Verbindung mit hohen Drehmomentdichten, hohe Durchsätze verarbeitet. Gleichzeitig bleibt aber das freie Volumen (Prozessraumvolumen) im Extruder unverändert hoch.
  • Die hierbei auftretende mechanische und thermische Produktbelastung kann insbesondere bei der Verarbeitung von Polykondensaten, wie z. B. Polyestern, oder Elastomeren, wie z. B. Kautschukmischungen, jedoch zu inakzeptabel hohen Produktschädigungen führen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das sich insbesondere für die Aufbereitung und Verarbeitung hochviskoser Produkte (wie z. B. Polymeren; Emulsionen, etc.) eignet, bei denen durch zu hohe Temperaturen und/oder zu hohe Verweilzeiten im Extruder im Verlaufe des Prozesses qualitätsmindernde Veränderungen am Produkt auftreten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren gemäss Anspruch 1 oder gemäss Anspruch 9 gelöst. Entscheidend ist dabei, dass die Verweilzeit des Produktes im Extruder ohne die Notwendigkeit für extrem hohe Drehzahlen reduziert wird, was durch eine Reduktion des freien Volumens (Prozessraumvolumen) im Extruder erreicht wird.
  • Bei dem Verfahren gemäss Anspruch 1 ist der Verfahrensraum, mit einer Mantelfläche am (Gehäusefläche), einem freien Volumen Vf sowie den Schneckenwellenaussendurchmesser Da und den Schneckenwelleninnendurchmesser Di der sich nur um ihre jeweils eigene Achse gleichsinnig drehenden Schneckenwellen derart gestaltet, dass mindestens ein Teil der Verfahrenszone ein Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 1020 für zweigängige Schneckenelemente und ein Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 2000 für dreigängige Schneckenelemente bei einem Verhältnis Da/Di = 1,3 bis 1,7 aufweist. Das freie Volumen Vf bezeichnet hierbei die Aufnahmekapazität der zugeführten Komponenten. Jeder Volumeneinheit des Produktes steht eine grosse Oberfläche zur Kühlung/Heizung und zur Entgasung des Produktes zur Verfügung, wodurch eine schonende Behandlung der eingebrachten Edukte und damit eine hohe Qualität des Endproduktes ermöglicht wird.
  • Eine schonende Bearbeitung der Edukte wird erreicht mittels einer Vielzahl von Schneckenwellen mit einem möglichst kleinen Schneckenwellendurchmesser, gekoppelt mit tiefen Drehzahlen von bis zu 600 Upm. Die hierbei entstehenden Scher- und Knetkräfte wirken schonend auf das Produkt ein. Aufgrund der Vielzahl an Schneckenwellen resultiert eine kurze Verfahrensteillänge mit einem hohen Verhältnis zwischen Oberfläche und freiem Volumen.
  • Für einen Vergleich mit anderen Mischaggregaten, muss das gleiche freie Volumen zu Grunde gelegt werden.
  • Das Verhältnis zwischen Oberfläche und freiem Volumen bezieht sich auf den Zustand bei gleichen freien Volumen, verglichen mit anderen Mischaggregaten.
  • Zweckmässigerweise leitet man in den Extruder eine Drehmomentdichte (Drehmoment pro Schnecke/Achsabstand3) von mindestens 7 Nm/cm3 und insbesondere von mindestens 9 Nm/cm3 ein. Die grössere Drehmomentdichte erlaubt einen höheren Leistungseintrag bei gleicher Drehzahl; ergibt somit mehr Durchsatz und daraus resultierend eine kürzere Verweilzeit, wodurch sich die Erhitzung der zugeführten Edukte im Verlaufe des Verfahrens verringert und somit eine geringere thermische Produktschädigung erzielt werden kann.
  • In Verbindung mit einem hohen Antriebsdrehmoment kann ein hoher Durchsatz und damit eine geringe Verweilzeit realisiert werden, was sich positiv auf die Produkttemperatur auswirkt.
  • Vorzugsweise wählt man für das Verhältnis Da/Di = 1,5 bis 1,63.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn man das Verhältnis Am3/Vf2 derart wählt, dass bei zweigängigen Schneckenelementen Am3/Vf2 ≥ 1500 und bei dreigängigen Schneckenelementen Am3/Vf2 ≥ 3000 ist.
  • Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem zu bearbeitenden Edukt um ein verunreinigtes und/oder feuchtes Polykondensat, insbesondere um einen Polyester wie Polyester- Rezyklat. Das Polyester-Rezyklat kann z. B. PET-Flaschenrezyklat sein. Das erfindungsgemässe Verfahren ist hierfür besonders vorteilhaft, da durch die grosse spezifische Oberfläche die Trocknung und Entgasung des Produktes begünstigt wird, so dass ungewollte flüchtige Bestandteile des Polykondensats in hohem Masse entfernt werden. Besonders wesentlich ist dabei die Entfernung von Wassermolekülen aus dem Polykondensat, die zur Hydrolyse der Kettenmoleküle und damit zur Absenkung der intrinsischen Viskosität des Polykondensats führen. Die grosse spezifische Oberfläche und dadurch bedingt die verbesserte Kühlung des Produktes und das verbesserte Ausgasen eventueller oxidativer Verunreinigungen verringert auch den rein thermischen als auch thermisch-oxidativen Abbau der Kettenmoleküle. Insgesamt ergibt sich eine schonendere Behandlung und damit hohe Qualität des Produktes und somit eine hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
  • Bei dem Verfahren gemäss Anspruch 9 ist der Verfahrensraum, mit einer Zwickelfläche Az, einem freien Volumen Vf sowie den Aussendurchmesser Da und den Innendurchmesser Di der sich nur um ihre jeweils eigene Achse gleichsinnig drehenden Schneckenwellen, derart gestaltet, dass mindestens ein Teil der Verfahrenszone ein Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 5 × 10-1 für zweigängige Schneckenelemente und ein Verhältnis Az3/Vf2 ≥ 2 × 10-2 bei dreigängigen Schneckenelementen bei einem Verhältnis von Da/Di = 1,3 bis 1,7 aufweist. Der grosse Anteil an Zwickelbereichen führt zu einem hohen Anteil an Umschichtungsvorgängen und damit guten Mischeigenschaften. Insbesondere bei mehreren Zwickelbereichen erhält man eine höhere Axialströmung des Materials, was zu einer kürzeren Verweilzeit des Produktes im Extruder beiträgt. Auch hier wird eine schonende Bearbeitung des Produktes erreicht mittels einer Vielzahl von Schneckenwellen mit einem möglichst geringen Schneckenwellendurchmesser gekoppelt mit tiefen Drehzahlen von bis zu 600 Upm. Die hierbei entstehenden Scher- und Knetkräfte wirken schonend auf das Produkt ein. Aufgrund der Vielzahl an Schneckenwellen resultiert eine kurze Verfahrensteillänge mit einem hohen Verhältnis zwischen spezifischer Zwickelfläche und freiem Volumen.
  • Für einen Vergleich mit anderen Mischaggregaten, muss das gleiche freie Volumen zu Grunde gelegt werden.
  • Zweckmässigerweise leitet man auch hier in den Extruder eine Drehmomentdichte (Drehmoment pro Schnecke/Achsabstand3) von mindestens 7 Nm/cm3 und insbesondere von mindestens 9 Nm/cm3 ein. Die grössere Drehmomentdichte erlaubt einen höheren Leistungseintrag bei gleicher Drehzahl; ergibt somit mehr Durchsatz und daraus resultierend eine kürzere Verweilzeit, wodurch sich die Erhitzung des Produktes im Verlaufe des Verfahrens verringert und somit eine geringere thermische Produktschädigung erzielt werden kann.
  • Auch hier kann somit in Verbindung mit einem hohen Antriebsdrehmoment ein hoher Durchsatz und damit eine geringe Verweilzeit realisiert werden, was sich positiv auf die Produkttemperatur auswirkt.
  • Vorzugsweise wählt man für das Verhältnis Da/Di = 1,5 bis 1,63.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Teil der Verfahrenszone ein Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 1020 für zweigängige Schneckenelemente und ein Am3/Vf2 ≥ 2000 für dreigängige Schneckenelemente aufweist und dass es sich bei einem der zugeführten Komponenten um ein Elastomer handelt.
  • Aufgrund des hohen Anteils an Zwickelbereichen ergibt sich eine höhere Oberflächenbildungsrate zur Benetzung der zugeführten Komponenten, insbesondere des Elastomers mit Weichmacher. Auch hier ist durch die grosse spezifische Oberfläche eine grosse Kühlfläche gegeben, was zusammen mit dem hohen Durchsatz und den hohen axialen Geschwindigkeiten in den Zwickelbereichen letztendlich zu einer schonenden Bearbeitung der Komponenten führt. Niedrige Drehzahlen der Schneckenwellen, hohe Drehmomentdichten in Verbindung eines kleinen freien Volumens und einen ausreichend hohen Durchsatz ergeben weniger hohe Temperaturen im Prozess.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist das Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 1500 für zweigängige Schneckenelemente und Am3/Vf2 ≥ 3000 für dreigängige Schneckenelemente.
  • Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Elastomer um ein pulverförmiges oder granuliertes Elastomer, in welchem bereits ein Füllstoff eingebunden ist, wie z. B. bei Pulverkautschuk.
  • Weiterhin vorteilhaft ist die dichtkämmende Ausführung der Schneckenelemente, die mit ihrem Selbstreinigungseffekt zur geringeren thermischen Belastung des Produktes beitragen.
  • Vorzugsweise wird das erfindungsgemässe Verfahren mit einem Extruder durchgeführt, der mindestens vier einzeln angetriebene Schneckenwellen besitzt.
  • Eine weitere kühltechnische Verbesserung erreicht man, wenn man einen Extruder mit einem temperierbaren Kern und einem temperierbaren Gehäuse verwendet, die sich beide nicht bewegen, wobei je nach Bedarf der Kern und das Gehäuse auch separat temperiert werden können. Zweckmässigerweise sind hierfür die Gehäuse in separat temperierbare Segmente unterteilt.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch auf einem Extruder durchgeführt werden, dessen Schneckenwellen kranzförmig, insbesondere ringförmig, angeordnet sind.
  • Zweckmässigerweise wird das Polykondensat im Verlaufe des erfindungsgemässen Verfahrens aufgeschmolzen und später wieder verfestigt, wobei die Gesamtzeit, während der die Temperatur des Polykondensats im Verlaufe des Verfahrens über der Schmelztemperatur des Polykondensats liegt, weniger als etwa 60 Sekunden, vorzugsweise weniger als etwa 30 Sekunden, beträgt. Für eventuell ablaufende hydrolytische Abbaureaktionen steht somit nur wenig Zeit zur Verfügung. Dadurch wird ermöglicht, selbst mit einem an sich hohen Restwassergehalt in der Schmelze von mehr als 200 ppm zu arbeiten, ohne eine IV-Verringerung von mehr als 0,05 dl/g in Kauf nehmen zu müssen.
  • Das Polykondensat kann in seiner Ausgangsform als Schüttmaterial mit einer Schüttdichte im Bereich von 200 kg/m3 bis 600 kg/m3 vorliegen, und zwar insbesondere in Form von Flocken oder Schnitzeln.
  • Zweckmässigerweise wird dabei das Polykondensat-Ausgangsmaterial vor dem Aufschmelzen teilweise vorgetrocknet. Dadurch kann durch Kombination der wenig aufwendigen teilweisen Trocknung mit der kurzen Verweilzeit im geschmolzenen Zustand ein Endprodukt mit geringem IV-Abbau erhalten werden. Vorzugsweise weist das Verfahren einen Entgasungsschritt zum Entfernen flüchtiger Verunreinigungen und/oder Zerfallsprodukte aus dem Polykondensat auf.
  • Vorzugsweise wird das Polykondensat in den Extruder im festen Zustand eingebracht, und das Polykondensat wird auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes erwärmt, wobei das Polykondensat entgast und/oder getrocknet wird. Das Entgasen und/oder Trocknen des Polykondensats im festen Zustand erfolgt hier bei einem Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks und/oder unter Zugabe eines Inertgases.
  • Insbesondere zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren dadurch aus, dass sich die Gesamtzeit, während der das Polykondensat im Verlaufe des Verfahrens als Schmelze vorliegt, aus einem ersten Zeitabschnitt, während dem das Polykondensat nach dem Aufschmelzen im Extruder noch im Extruder verweilt, und aus einem zweiten Zeitabschnitt, während dem das noch geschmolzene Polykondensat ausserhalb des Extruders bearbeitet wird, zusammensetzt, wobei der erste Zeitabschnitt vorzugsweise weniger als etwa 15 Sekunden beträgt. Besonders vorteilhaft ist eine Verweilzeit der Schmelze im Extruder von weniger als etwa 10 Sekunden.
  • Die Bearbeitung des geschmolzenen Polykondensats ausserhalb des Extruders kann den Schritt der Schmelzefiltration zur Abscheidung von Verunreinigungspartikeln enthalten. Zum Aufbau des notwendigen Druckes wird vorzugsweise eine Schmelzepumpe eingesetzt. Dazu müssen die Schmelzepumpe und der Schmelzefilter so in den Prozess integriert werden, dass die erfindungsgemässe kurze Verweilzeit eingehalten wird.
  • Das Polykondensat kann dann beim Verfestigen zu einem aus Pellets bestehendem Granulat verarbeitet werden.
  • Die Erfindung liefert daher ein Verfahren, in welchem viskose und viskoelastische Stoffe wie z. B. Thermoplaste und Elastomere in möglichst schonender Weise und mit möglichst hoher Durchsatzmenge verarbeitet werden können, um die Qualität des Endproduktes zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses zu steigern. Erfindungsgemäss können wichtige Prozessaufgaben wie Mischen, Kühlen/Heizen (Wärmeaustausch) und Entgasen (Stoffaustausch) gleichzeitig und mit hoher Effizienz ausgeführt werden.
  • Als Anlage zur Durchführung des Verfahrens eignet sich z. B. ein gleichsinnig drehender Mehrwellenextruder, insbesondere ein ringförmiger 12-Wellenextruder, wobei auch andere Bauformen, wie nicht-ringförmige Mehrwellenextruder oder ringförmige Mehrwellenextruder mit anderen Wellenzahlen, einsetzbar sind.
  • Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens verbessert sich, wenn für eine Prozessaufgabe bei möglichst kleiner Baugrösse der Verarbeitungsmaschine eine möglichst hohe Verarbeitungsmenge (hoher Durchsatz) erzielt wird.
  • Eine schonende Behandlung des Produktes führt unter anderem zur Verbesserung folgender Qualitätsmerkmale:
    • - Schädigungsgrad des Endproduktes z. B. geringe thermische Produktschädigung
    • - Güte der mechanischen Eigenschaften des Endproduktes, z. B. guter Dispersionsgrad.
  • Eine schonende Bearbeitung des Produktes wird unter anderem erreicht durch:
    • - notwendig hohe, aber gleichmässige Scherbeanspruchung
    • - eine kurze Verweilzeit im Extruder
    • - einen hohen Durchsatz
    • - das grosse Verhältnis Zwickelfläche/freies Volumen (Am3/Vf2)
    • - ein hohes Verhältnis spezifische Oberflächen freies Volumen (Am3/Vf2)
    • - ein enges Verweilzeitspektrum aufgrund des Einsatzes selbstreinigender Schneckenelemente.
  • Die Erfindung liegt in dem Einsatz der hohen Drehmomentdichte, mit welcher erst die hohen Durchsätze realisiert werden können, welche für die Produktqualität verantwortlich sind.
  • Die Prozessaufgaben lassen sich erfindungsgemäss mit hoher Effizienz ausführen, unter anderem durch:
    • - eine häufige Umschichtung des Materials
    • - ein hohes Verhältnis spezifische Oberfläche/freies Volumen (Am3/Vf2) bei gleichzeitig hoher Oberflächenbildungsrate (Wärme- und Stoffaustausch)
  • Bei einem Mehrwellenextruder, welcher diesem Verfahren zugrunde gelegt wird, liegt eine grosse Anzahl von Zwickeln vor, während das freie Volumen sehr gering gehalten wird. Ein Vorteil dieser Maschinen liegt in einer besseren Verteilung, Zerteilung und Umschichtung des Produktes.
  • Von den Erfindern der vorliegenden Erfindung wurde ein Vergleich durchgeführt zwischen dem erfindungsgemässen Verfahren auf einem ringförmigen 12-Wellenextruder und einem Verfahren auf einem Zweiwellenextruder.
  • Bei einem 12-Wellenextruder wird pro Umdrehung der Schnecke das Material 12-mal mehr als bei einem Zweiwellenextruder umgeschichtet. Das Umschichtverhältnis U vom 12-Wellen- zum Zweiwellenextruder beträgt also:

    U = 12 : 1
  • Die Verteilung, Zerteilung und Umschichtung des Produktes werden durch die dimensionslose Kennzahl aus dem Verhältnis der Zwickelfläche3, Az3, zum freien Volumen2, Vf2, charakterisiert.
  • Die Temperierungs- und Entgasungsleistung des Verfahrens wird durch die dimensionslose Kenzahl aus dem Verhältnis der Oberfläche3 (Am3) zum freien Volumen2 (Vf2) charakterisiert.
  • Zur Berechnung der Zwickelfläche wurden die Beziehungen nach Booy (M. L. Booy; Isothermal Flow of Viscous Liquids in Corotating Twin Screw Devices; Polymer Enegineering and Science, December, 1980, Vol. 20, No. 18) hinzugezogen.
  • Der Wert des Verhältnisses Az3/Vf2 beinhaltet das Umschichtverhältnis oder den Umschichtfaktor U.
  • Bei einem Mehrwellenextruder liegen grosse Oberflächen (Schnecken- und Gehäuseoberfläche) vor, während das freie Volumen sehr gering gehalten wird. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens auf dieser Maschine liegt deshalb in der Ausnutzung des hohen Verhältnisses spezifische Oberfläche/Volumen.
  • Diese dimensionslose Kennzahl wird mit dem Verhältnis der Bohrungsoberfläche3, Am3, und dem freien Volumen2, Vf2, gebildet.
  • Versuche mit einem ringförmigen 12-Wellenextruder zeigten die Eignung dieser Maschine für Prozesse, bei denen eine gute Ver- und Zerteilung, Umschichtung, Kühlung und Entgasung elementar sind.

Claims (35)

1. Verfahren für die kontinuierliche Aufbereitung eines Produktes mittels eines gleichsinnig drehenden, mehrwelligen Extruders, dessen Verfahrensraum eine Mantelfläche Am und ein freies Volumen Vf hat und dessen Schneckenwellen sich nur um ihre jeweilige Achse drehen, wobei die Schneckenelemente am Schneckensteg einen Aussendurchmesser Da und am Schneckengrund einen Innendurchmesser Di haben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Verfahrenszone ein Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 1020 für zweigängige Schneckenelemente und ein Am3/Vf2 ≥ 2000 für dreigängige Schneckenelemente bei einem Verhältnis Da/Di = 1,3 bis 1,7 aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Extruder eine Drehmomentdichte (Drehmoment pro Schnecke/Achsabstand3) von mindestens 7 Nm/cm3 eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Extruder eine Drehmomentdichte (Drehmoment pro Schnecke/Achsabstand3) von mindestens 9 Nm/cm3 eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Da/Di = 1,5 bis 1,63 ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis bei zweigängigen Schneckenelementen Am3/Vf2 ≥ 1500 und bei dreigängigen ein Am3/Vf2 ≥ 3000 ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu bearbeitenden Produkt um ein verunreinigtes und/oder feuchtes Polykondensat handelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu bearbeitenden Polykondensat um Polyester handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu bearbeitenden Polykondensat um ein Polyester-Rezyklat, insbesondere PET- Flaschen-Rezyklat handelt.
9. Verfahren für die kontinuierliche Aufbereitung eines Produktes mittels eines gleichsinnig drehenden, mehrwelligen Extruders, dessen Verfahrensraum eine Zwickelfläche Az und ein freies Volumen Vf hat und dessen Schneckenwellen sich nur um ihre jeweilige Achse drehen, wobei die Schneckenelemente am Schneckensteg einen Aussendurchmesser Da und am Schneckengrund einen Innendurchmesser Di haben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Verfahrenszone ein Verhältnis Az3/Vf2 ≥ 5 × 10-1 für zweigängige Schneckenelemente und ein Verhältnis Az3/Vf2 ≥ 2 × 10-2 bei dreigängigen Schneckenelementen bei einem Verhältnis von Da/Di = 1,3 bis 1,7 aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Extruder eine Drehmomentdichte (Drehmoment pro Schnecke/Achsabstand3) von mindestens 7 Nm/cm3 eingeleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Extruder eine Drehmomentdichte von mehr als 9 Nm/cm3 eingeleitet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Da/Di = 1,5 bis 1,63 ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Teil der Verfahrenszone ein Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 1020 für zweigängige Schneckenelemente und für dreigängige Schneckenelemente ein Am3/Vf2 ≥ 2000 aufweist and dass es sich bei einer der zugegebenen Edukt- Komponente um ein Elastomer handelt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Am3/Vf2 ≥ 1500 bei zweigängigen Schneckenelementen und Am3/Vf2 ≥ 3000 für dreigängige Schneckenelemente ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Elastomer um ein pulverförmiges oder granuliertes Elastomer handelt, in welchem bereits mindestens ein Füllstoff eingebunden ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenelemente dichtkämmend sind.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder mindestens vier einzeln angetriebene Schneckenwellen besitzt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder einen temperierbaren Kern und temperierbare Gehäuse besitzt, die sich nicht bewegen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern und die Gehäuse separat temperiert werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse in Segmente unterteilt sind, welche separat temperiert werden.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Extruder die Schneckenwellen kranzförmig, insbesondere ringförmig, angeordnet sind.
22. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat im Verlaufe des Verfahrens aufgeschmolzen und später wieder verfestigt wird, wobei die Gesamtzeit, während der die Temperatur des Polykondensats im Verlaufe des Verfahrens über der Schmelztemperatur des Polykondensats liegt, weniger als etwa 60 Sekunden beträgt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzeit, während der die Temperatur des Polykondensats im Verlaufe des Verfahrens über der Schmelztemperatur des Polykondensats liegt, weniger als etwa 30 Sekunden beträgt.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Restwassergehalt in der Schmelze grösser als 200 ppm ist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat in seiner Ausgangsform als Schüttmaterial mit einer Schüttdichte im Bereich von 200 kg/m3 bis 600 kg/m3 vorliegt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat in Form von Flocken oder Schnitzeln vorliegt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat-Ausgangsmaterial vor dem Aufschmelzen teilweise vorgetrocknet wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Entgasungsschritt zum Entfernen flüchtiger Verunreinigungen und/oder Zerfallsprodukte aus der Polykondensatschmelze aufweist.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat in einen Extruder im festen Zustand eingebracht wird, das Polykondensat auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes erwärmt wird und das Polykondensat entgast und/oder getrocknet wird, wobei das Entgasen und/oder Trocknen des Polykondensats im festen Zustand bei einem Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks und/oder unter Zugabe eines Inertgases erfolgt.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzeit, während der das Polykondensat im Verlaufe des Verfahrens als Schmelze vorliegt, einen ersten Zeitabschnitt, während dem das Polykondensat nach dem Aufschmelzen im Extruder noch im Extruder verweilt, und einen zweiten Zeitabschnitt, während dem das noch geschmolzene Polykondensat ausserhalb des Extruders bearbeitet wird, aufweist.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des ersten Zeitabschnitts weniger als etwa 15 Sekunden beträgt.
32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des ersten Zeitabschnitts weniger als etwa 10 Sekunden beträgt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des geschmolzenen Polykondensates ausserhalb des Extruders eine Schmelzefiltration beinhaltet.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des geschmolzenen Polykondensates ausserhalb des Extruders die Verwendung einer Schmelzepumpe beinhaltet.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Polykondensat beim Verfestigen zu einem aus Pellets bestehenden Granulat verarbeitet wird.
DE10144748A 2001-09-11 2001-09-11 Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse Ceased DE10144748A1 (de)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10144748A DE10144748A1 (de) 2001-09-11 2001-09-11 Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse
PCT/CH2002/000500 WO2003022550A1 (de) 2001-09-11 2002-09-11 Verfahren zur durchführung kontinuierlicher misch- und aufbereitungsprozesse mittels spezieller verhältnisse von mantelfäche und freiem volumen bzw. schneckeninnen- und aussendurchmesser
MXPA04002375A MXPA04002375A (es) 2001-09-11 2002-09-11 Metodo para procedimientos continuos de mezclado y preparacion por medio de relaciones especiales de la superficie lateral y el volumen libre y/o los diametros interno y externo del tornillo sin fin.
ES02754115T ES2252493T3 (es) 2001-09-11 2002-09-11 Procedimiento para la realizacion de procesos continuados de mezcla y tratamiento por medio de unas condiciones especiales de la superficie lateral y del volumen libre o bien del diametro helicoidal interior y exterior.
JP2003526657A JP4307258B2 (ja) 2001-09-11 2002-09-11 周面と自由体積との特殊な比、若しくはスクリュー内径と外径との特殊な比を用いて、連続的な混合及び処理プロセスを行うための方法、及び多軸押出機
BRPI0212427-0A BR0212427B1 (pt) 2001-09-11 2002-09-11 método para realização de processos de mistura e preparação contìnuos por meio de relações especiais da superfìcie lateral e o volume livre e/ou diámetro interno e externo da rosca sem fim.
CNB028177924A CN1253299C (zh) 2001-09-11 2002-09-11 利用外壳面积和自由体积或螺杆内径和外径的特定比例来实施连续混合和加工过程的方法
AT02754115T ATE309898T1 (de) 2001-09-11 2002-09-11 Verfahren zur durchfuhrung kontinuierlicher misch-und aufbereitungsprozesse mittels spezieller verhältnisse von mantelfläche und freiem volumen bzw. schneckeninnen- und aussendurchmesser
DE50204967T DE50204967D1 (de) 2001-09-11 2002-09-11 Verfahren zur durchfuhrung kontinuierlicher misch- und aufbereitungsprozesse mittels spezieller verhältnisse von mantelfläche und freiem volumen bzw. schneckeninnen- und aussendurchmesser
EP02754115A EP1425151B1 (de) 2001-09-11 2002-09-11 Verfahren zur durchfuhrung kontinuierlicher misch- und aufbereitungsprozesse mittels spezieller verhältnisse von mantelfläche und freiem volumen bzw. schneckeninnen- und aussendurchmesser
US10/796,099 US20040262807A1 (en) 2001-09-11 2004-03-10 Method for continuous mixing and preparation processes by means of special ratios of the lateral surface and the free volume and/or internal and external diameter of the screw
US11/157,970 US20050248052A1 (en) 2001-09-11 2005-06-22 Method for continuous mixing and preparation processes by means of special ratios of the lateral surface and the free volume and/or internal and external diameter of the screw

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10144748A DE10144748A1 (de) 2001-09-11 2001-09-11 Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10144748A1 true DE10144748A1 (de) 2003-05-28

Family

ID=7698646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10144748A Ceased DE10144748A1 (de) 2001-09-11 2001-09-11 Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10144748A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005035220A1 (de) * 2003-10-14 2005-04-21 Bühler AG Verfahren zur herstellung eines formkörpers aus einem polykondensat
DE102006052610B4 (de) * 2006-11-08 2013-04-18 Blach Verwaltungs Gmbh & Co. Kg Mehrwellenextruder
US20210316491A1 (en) * 2018-09-04 2021-10-14 Covestro Intellectual Property Gmbh & Co. Kg Method for producing a molding compound having improved properties

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005035220A1 (de) * 2003-10-14 2005-04-21 Bühler AG Verfahren zur herstellung eines formkörpers aus einem polykondensat
WO2005035221A1 (de) * 2003-10-14 2005-04-21 Bühler AG Verfahren zur herstellung eines formkörpers aus einem polykondensat
DE10348425A1 (de) * 2003-10-14 2005-05-25 Bühler AG Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem Polykondensat
DE10348425B4 (de) * 2003-10-14 2008-07-24 Bühler AG Verfahren zur Herstellung eines Profils aus einem Polykondensat
DE102006052610B4 (de) * 2006-11-08 2013-04-18 Blach Verwaltungs Gmbh & Co. Kg Mehrwellenextruder
US20210316491A1 (en) * 2018-09-04 2021-10-14 Covestro Intellectual Property Gmbh & Co. Kg Method for producing a molding compound having improved properties

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3332629C2 (de)
EP0560033B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Polymeren aus thermoplastischem Polykondensat
DE69415631T2 (de) Verfahren zur Wiederverwertung der Kunstharzabfälle und Vorrichtung dafür
DE10348425B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Profils aus einem Polykondensat
DE202016101935U1 (de) Extrusionsanlage zur Herstellung von Formstücken aus Kunststoffen
EP3055338B1 (de) Verfahren zum herstellen von halobutyl-kautschuk
EP1425145A1 (de) Elastomermischungen für die gummiherstellung
WO1997012746A1 (de) Verfahren zur durchführung kontinuierlicher aufbereitungsprozesse auf gleichsinnig drehenden, dichtkämmenden extrudern
WO2017001048A1 (de) Verfahren zur verarbeitung von produkten im extruder
EP2419255A1 (de) Verfahren zur recyclierung von kunststoffen
EP2138294A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Eintrag eines Treibmittels
DE102017004563A1 (de) Entgasen beim Extrudieren von Polymeren
WO2020104432A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum recyceln von kunststoffen
EP1473137A1 (de) Verfahren zum Aufschmelzen und Homogenisieren von multimodalen und bimodalen Polyolefinen
DE10054854B4 (de) Extruder mit Entgasung
EP3995278B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von polykondensaten
EP1425151B1 (de) Verfahren zur durchfuhrung kontinuierlicher misch- und aufbereitungsprozesse mittels spezieller verhältnisse von mantelfläche und freiem volumen bzw. schneckeninnen- und aussendurchmesser
EP1432560B1 (de) Kontinuierliche herstellung von elastomermischungen für die gummiherstellung
EP4452598A1 (de) Blasfolienanlage und verfahren zum herstellen einer folienbahn
DE10144748A1 (de) Verfahren zur Durchfürung kontinuierlicher Misch-und Aufbereitungsprozesse
DE2654774B2 (de) Schneckenmaschine zur Homogenisierung von aufgeschmolzenen Polymeren
WO2022200051A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur wärmebehandlung von thermoplastischen kunststoffschmelzen
DE102004007479B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von mindestens zwei Materialien zu einem Produkt
EP3659773B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung einer styrol-acrylnitril-schmelze
DE2153143A1 (de) Verfahren zur extrusion hochviskoser thermoplaste mittels einschnecken-extruder

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: PAE REINHARD, SKUHRA, WEISE & PARTNER GBR, 80801 M

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R082 Change of representative

Representative=s name: ISARPATENT GBR PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: BUEHLER THERMAL PROCESSES AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: BUEHLER AG, UZWIL, CH

Effective date: 20140407

R082 Change of representative

Representative=s name: ISARPATENT PATENTANWAELTE BEHNISCH, BARTH, CHA, DE

Effective date: 20140407

Representative=s name: ISARPATENT GBR PATENT- UND RECHTSANWAELTE, DE

Effective date: 20140407

Representative=s name: ISARPATENT - PATENTANWAELTE- UND RECHTSANWAELT, DE

Effective date: 20140407

R003 Refusal decision now final

Effective date: 20140322