DE69603637T2

DE69603637T2 - Verfahren zur Herstellung von Polymerkörnern

Info

Publication number: DE69603637T2
Application number: DE1996603637
Authority: DE
Inventors: Theodorus Johannes Cornelis Arts; Johannes Nicolaas Ferdinand Colenberg; James Michael Garvey; Philip Ashley Lagar; Theo Jan Osinga; Joseph Pierre Hubert Theunissen
Original assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Current assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2016-03-16
Also published as: DE69603637D1; ATE183113T1

Description

Verfahren zur Herstellung von Polymerkörnern

Erfindungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Körnern, die ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polymer umfassen, bei dem das Polymer in eine im wesentlichen horizontale Trommel eingegeben wird, die eine Mehrzahl rotierender Arme aufweist, die bis an die innere Oberfläche der Trommel heranreichen, wobei das Polymer in der Trommel in einer Flüssigkeit vorliegt und in einer einzigen Trocknungs- und Granulierungsstufe zu Körnern umgewandelt wird, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung der Körner.

Hintergrund der Erfindung

Ein Zweistufenverfahren des oben erwähnten Typs ist aus der JP-A 03 143 604 bekannt. Gemäß JP-A 03 143 604 wird ein Polymer in Pulverform in eine Trommel eingebracht, während Wasser separat in diese Trommel eingeführt wird. Man läßt das Polymer in dar Trommel Wasser bis zu einem Gehalt von 15 bis 40 Gewichtsprozent aufnehmen, wodurch ein Gel gebildet wird. Dieses Gel wird durch die Dreharme gespalten. In einer zweiten Stufe werden die so gebildeten Polymerkörner getrocknet.
Granulierte Polymere werden weithin bei Formulierungen verwendet, wo große Wassermengen unerwünscht sind, beispielsweise Waschpulver für Stoffe, Geschirrspülpulver, Geschirrspültabletten, Wasserenthärtungspulver und -tabletten, befeuchtbare Pulver, die Agrochemikalien enthalten. Polymere können als Bindemittel, Dispergiermittel, Kalkenthärter, etc. verwendet werden.
Wasserlösliche oder wasserdispergierbare Polymere in Körnerform werden auch für eine Anzahl anderer Anwendungen verwendet wie beispielsweise Zusammensetzungen zur Wasserbehandlung, Dispergiermittel für Pigmente, Mineraldispergiermittel, Zementadditive, Additive zur Ölförderung, additive Zusammensetzungen für Anwendung bei Textilien, Klebstoffe, Kosmetika, Papieradditive, etc. Im folgenden wird in der Beschreibung jedoch auf Detergentien Bezug genommen, wenn auch die hergestellten Körner nicht auf dieses Anwendung beschränkt sind.
Detergenz-Zusammensetzungen werden unter anderem für mechanisches Geschirrspülen und Waschen von Stoffen eingesetzt. Detergenz-Zusammensetzungen für mechanisches Geschirrspülen (auch bekannt als Maschinengeschirrspülen oder automatisches Geschirrspülen) sowie für das Waschen von Stoffen erfordern üblicherweise die Gegenwart einer Komponente, die in der Lage ist, Calciumionen (und Magnesiumionen), die in der Waschflüssigkeit vorliegen, zu binden, wobei diese Komponente üblicherweise als Builder bezeichnet wird.
Ca-Ionen (und Mg-Ionen) können mit Alkalimetallsilikaten, Carbonaten und Seife, die auf dem gewaschenen Produkt wie Geschirr, Stoffen, etc. zu einer Ausfällung reagieren, die abgelagert wird.
Konventionelle Builder umfassen Phosphat (z. B. Natriumtriphosphat, allgemein als STP oder STPP bezeichnet) und wohl bekannte organische Säuren wie Zitronensäure, Bernsteinsäure usw.
In der Vergangenheit sind alle Arten von Polymeren verstärkt als Co-Builder eingesetzt worden zur Erhöhung der Bindungswirkung für Calcium und/oder Magnesium.
In neueren Pulvern zum mechanischen Geschirrspülen wird Phosphat aus Gründen des Umweltschutzes durch die schwächeren organischen Säuren oder Säuresalze, vorzugsweise das Natriumsalz, beispielsweise von Zitronensäure, ersetzt. In modernen Formulierungen werden Polymere im allgemeinen zur Verbesserung der Bindungseigenschaften der Builder für Ca und Mg verwendet. Diese Polymere beugen auch der Wiederablagerung von Schmutz auf dem gewaschenen Produkt vor; sie werden im allgemeinen in Mengen von 1 bis 10 Gewichtsprozent in Pulvern für mechanisches Geschirrwaschen angewandt.
Detergenzprodukte für mechanisches Geschirrwaschen werden fast ausschließlich durch trockenes Vermischen der verschiedenen Komponenten in Körnerform hergestellt. Als Ergebnis dieser Entwicklung ist eine steigende Nachfrage nach den vorgenannten Polymeren in Körnerform mit geeigneten Eigenschaften zum Einbau in die Detergenz-Zusammensetzung festzustellen.
Es wurden Co-Körner entwickelt, die aus zwei oder mehr beim mechanischen Geschirrwaschen erforderlichen Komponenten bestehen. Im allgemeinen sind diese Co-Körner auf Basis von Silikat, Natriumcarbonat oder Natriumbicarbonat in Verbindung mit einer organischen Komponente, die ein oder mehrere Polymere umfaßt, aufgebaut.
Diesen Körnern ermangelt es jedoch häufig zur Erfüllung der Anforderungen des Detergenz-Formulierers einer oder mehrerer der folgenden Eigenschaften: Homogenität, geeignete Fließeigenschaften, Stärke, Löslichkeit, Schüttdichte und Morphologie. Weiterhin ist die Freiheit des Formulierenden bei der Auswahl der optimalen Verhältnisse in dem Detergenzprodukt beschränkt.
Diese im Stand der Technik bekannten Co-Körner werden im allgemeinen in einem Zweistufenverfahren hergestellt, ausgehend von einer Lösung, die die Komponenten enthält, welche in einer Trockenstufe, beispielsweise einem Sprüh trocknungsturm, einem Ringtrockner, einem Trommeltyptrockner etc. zu einem feinen Pulver getrocknet werden, welches in einem marktüblichen Kompaktor kompaktiert werden kann. Unter Bezug auf die Kompaktierung werden die US-A 3 875 282 und US-A 3 931 036 in Bezug genommen. Das kompaktierte Produkt, daß den Kompaktor als dünne Platte verläßt, wird gebrochen, gemahlen und durch geeignete Siebe in die gewünschte Teilchengröße klassiert. Übergroße und Feinpartikel können durch den Kompaktor recyclet werden.
Ein Nachteil eines solchen Kompaktierungsverfahrens ist, daß in Folge der geringen Ausbeute der gewünschten Partikelgröße (etwa 200-1.250 um für Detergenzpulver) im allgemeinen ein zu starkes Recycling erforderlich ist (häufig mehr als 50%). Des weiteren ist das Verfahren ein Zweistufenverfahren, welches kompliziert und nicht wirtschaftlich ist.
Waschzusammensetzungen für Stoffe erfordern, insbesondere wenn sie auf Basis eines Zeoliten als Hauptbuilder, insbesondere Zeolit 4A, aufgebaut sind, auch die Gegenwart von Polymeren wie oben erwähnt. Infolge der Tatsache, daß diese Produkte auch mehr und mehr durch Trockenmischprozesse hergestellt werden, ist es wesentlich, daß die Bestandteile für solche Waschzusammensetzungen als freifließende, nicht staubende Körner von ausreichender Schüttdichte und Löslichkeit bereit gestellt werden.
In Folge dessen besteht auch für Waschdetergenzpulver für Stoffe eine steigende Nachfrage für die genannten Polymere in Körnerform.
Polymere werden gewöhnlich in Waschpulvern für Stoffe in Mengen von etwa 0,1 bis 8 Gewichtsprozent eingesetzt.
Da die Körner im allgemeinen pneumatisch in den Anlagen zur Herstellung von Detergenzzusammensetzungen gefördert werden, müssen die Partikel ausreichend hart sein um den Abrieb zu minimieren, der Feinteile erzeugt und Staubprobleme verursacht. Weiterhin müssen die Polymere vorzugsweise ausreichend löslich oder mindestens in Wasser dispergierbar sein. Es wurde beobachtet, daß Co-Körner, die durch Kompaktierung von diese Polymere enthaltenden feinen Pulvern hergestellt werden, eine Tendenz aufweisen, Feuchtigkeit anzuziehen, und zu klebrigen Produkten und zur Agglomeration führen.
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Körnern, der genannten Polymere in einer einzigen Stufe, wobei die Körner ausreichend löslich sind, die gewünschte Schüttdichte aufweisen und einen minimalen Abrieb zeigen.
Zur. Erreichung dieses Ziels wird mit der Erfindung daher ein Verfahren bereitgestellt zur Herstellung von Körnern, die ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polymer enthalten, bei dem das Polymer in einer im wesentlichen horizontalen Trommel mit einer Vielzahl von rotierenden Armen, die bis nahe an die innere Oberfläche der Trommel heranreichen, eingeführt wird, wobei in der Trommel das Polymer mit einer Flüssigkeit vorliegt und zu Körnern in einer einzigen Trocknungs- und Granulierungsstufe geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer in die Trommel als Lösung oder Dispersion eingegeben wird, daß die Trommel eine erhöhte Temperatur aufweist und daß ein Gas bei erhöhter Temperatur in die Trommel eingeleitet wird.
Entsprechend der Erfindung werden ausgezeichnete Polymerkörner in einem einzigen Schritt hergestellt.
Es ist festzustellen, daß die entsprechend der Erfindung hergestellten Körner auch andere Komponenten umfassen können, die für die spezifische Anwendung der Körner nützlich sind, beispielsweise für Bestandteile von Detergenzzusammensetzungen, wie Silikatbestandteile, oberflächenaktive Mittel, etc., vorausgesetzt, daß diese Stoffe das Granulationsverfahren nicht behindern.
Diesbezüglich wird Bezug genommen auf EP-A 0 385 956 und US-A 4 252 968.
EP-A 0 385 956 betrifft ein Verfahren zur Spheronisierung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein oder mehrere Pulver werden in einem dichten Gefäß mit einer im wesentlichen vertikalen Achse eingebracht, welches einen Bodenschaber aufweist, der um eine zu der Achse des Behälters parallele Achse rotiert. Weiterhin ist ein einzelnes oder mehrere spheronisierende rotierende Werkzeuge mit einer im wesentlichen discoidalen Form vorhanden. Die Pulver werden gemischt und es wird eine Binderlösung zugegeben, wobei die Zusammensetzung von Pulvern und Binderlösung unter Verwendung des Spheronisier-Werkzeugs spheronisiert wird. In einem abschließenden Schritt kann das spheronisierte Material durch Fluidisierung getrocknet werden. Das Trocknen einer Polymerlösung oder -Dispersion in einer im wesentlich horizontalen Trommel, die eine Vielzahl von nahe an die interne Oberfläche heranreichenden rotierenden Arme aufweist, ist nicht beschrieben.
US-A 4 252 968 beschreibt einen kontinuierlichen Prozeß zur Herstellung von granuliertem Polycarbonat, umfassend das Einspeisen von Polycarbonatpulver in ein im wesentlichen vertikales Trocknungsrohr, welches mit einem rotierenden mechanischen Rührer versehen ist, bei welchem das Pulver mit Hilfe eines gleichlaufenden Stroms von heißem Inertgas oder Dampf fluidisiert wird. Bei diesem Verfahren wird wiederum Fluidisierung anstelle einer Trocknungsoperation in einer im wesentlichen horizontalen Trommel mit rotierenden Armen verwendet. Weiterhin ist die Rotationsgeschwindigkeit in US-A 4 252 968 relativ gering.
Weiter wird Bezug genommen auf EP-A 0 526 978, in der ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilikatkörnern in einem einzigen Trocknungs- und Granulierungsschritt unter Verwendung einer Trommel mit einer Mehrzahl von rotierenden Armen beschrieben ist.
Vorzugsweise wird das Polymer ausgewählt aus den folgenden Polymeren oder einer Mischung davon:
- Polymere auf Basis von Acryl- oder Methacrylsäure, Copolymere oder Mischungen davon;
- Polymere auf Basis von Vinylacetat, einschließlich Homopolymere, und Co-Polymere mit anderen Monomeren;
- Biopolymere.
Die Polymere auf Basis von Acryl- oder Methacrylsäure können entweder Homopolymere dieser Säuren oder Mischungen davon, Co-Polymere mit anderen Monomeren mit einfach ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen (-Ienen), wie Maleinsäure, Itaconsäure und Vinylacetatmaleinsäure oder Mischungen davon sein. Bevorzugte Polymere sind die Homopolymera von Acryl- und Methacrylsäure und die Copolymere dieser Säuren mit Maleinsäure und/oder Mischungen davon. Diese Polymere können entweder in der Säureform oder in einer neutralisierten (oder teil-neutralisierten) Form nach Neutralisation mit einer alkalischen Verbindung, wie einer Alkalihydroxidlösung, bereitgestellt werden.
Das (Meth)acrylsäure/Maleinsäureverhältnis das Co-Polymeren ist nicht spezifisch limitiert. Es ist jedoch ein Verhältnis bevorzugt, das zwischen einem Molverhältnis von (Meth)acrylsäure/Maleinsäureanhydrid von 0,5 : 1 und einem Molverhältnis von Acrylsäure/Maleinsäureanhydrid von 3,5 : 1 liegt.
Das Polymer auf Vinylacetatbasis schließt Homopolymere von Vinylacetat ebenso ein wie Co-Polymere mit anderen Monomeren, die einfach ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindungen enthalten, wie Maleinsäure und Itaconsäure.
Die Biopolymere sind vorzugsweise Stärke und Stärkederivate.
Bezüglich der Polymere auf Basis von Acryl- oder Methacrylsäure ist festzustellen, daß die Polymere in Molekulargewicht und Zusammensetzung variieren können in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Monomere von (Meth)acrylsäure und Maleinsäure, welches während der Polymerisation verwendet wurde, und dem Polymerisationsgrad. Die Polymere sind in Wasser löslich und können teilweise oder vollständig durch Zugabe von Alkali, beispielsweise einem Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise Natriumhydroxid, neutralisiert werden.
Diese Polymere in saurer oder neutraler Form sind auf dem Markt erhältlich und werden von National Starch and Chemical Company, Bridgewater in New Jersey (US) and National Starch and Chemical Speciality Polymers Limited, Braunston, Daventry, Northants (GB), vertrieben.
Beispiele solcher Produkte, die von National Starch geliefert werden, sind
Handelsmarke: Produkt
Alcosperse 475 ein Copolymer in saurer Form
Alcosperse 175 ein Copolymer in neutralisierter Form
Alcosperse 659 ein Homopolymer in saurer Form
Alcosperse 602N ein Homopolymer in neutralisierter Form
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Lösung oder Dispersion des Polymers in einer Flüssigkeit verwendet. Unter diesem Begriff sollen auch Emulsionen und ähnliches verstanden werden. Die Flüssigkeit ist nicht spezifisch limitiert, sondern ist vorzugsweise ein polares Lösungsmittel, und es wird weiter bevorzugt eine wäßrige Lösung oder Dispersion des Polymers eingesetzt.
Die Lösung oder Dispersion, die verwendet wird, umfaßt vorzugsweise vorteilhaft 20 bis 60 Gewichstprozent, vorzugsweise 35 bis 60 Gewichtsprozent und weiter bevorzugt 40 bis 50 Gewichtsprozent des Polymers.
Das in die Trommel eingeleitete Gas ist vorteilhaft ein Inertgas, vorzugsweise wird Luft eingesetzt. Das Gas dient als Trocknungsmedium zur Trocknung der Polymerlösung oder -dispersion und zur Entfernung des verdampften Lösungsmittels.
Vorzugsweise wird die Polymerlösung oder -dispersion in dem oberen Teil der Trommel eingegeben und das Gas in den unteren Teil der Trommel. Auf diese Weise wird der einstufige Trocknungsprozeß gemäß der Erfindung optimiert.
Es ist wesentlich, daß die innere Wandung der Trommel geheizt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80ºC und der Zersetzungstemperatur des Polymers, weiter bevorzugt zwischen 120ºC und 200ºC, und insbesondere bevorzugt zwischen 150ºC und 170ºC.
Das eingeleitete Gas wird ebenfalls erhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80ºC und 350ºC weiter bevorzugt zwischen 120ºC und 250ºC, und insbesondere bevorzugt zwischen 150ºC und 200ºC.
Für den Fachmann ist es klar ersichtlich, daß die spezifischen Temperaturen von Wand und Gas ausgewählt werden in Abhängigkeit von den spezifischen Umständen, beispielsweise dem Feststoffgehalt der Lösung oder Dispersion, ihrer Temperatur, den Dimensionen der Trommel, der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsarme etc.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Arme wird vorzugsweise so gesteuert, daß die Geschwindigkeit der Armspitzen zwischen 15 und 28 m/s liegt, vorzugsweise zwischen 20 und 24 m/s. Diese Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der Spitzen dar Arme, die in Form von Paddeln, Schaufeln, Flügelblättern oder Pflügen oder ähnlichem relativ zur inneren Oberfläche der Trommel gestaltet werden können.
Die Temperatur der Polymerlösung ist selbstverständlich nicht kritisch und kann gewählt werden zwischen Umgebungstemperatur und ihrer Siedetemperatur; aus praktischen Erwägungen ist eine Temperatur zwischen 50ºC und 90ºC bevorzugt.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können Körner mit einem weiten Bereich von Teilchengrößen hergestellt werden. Insbesondere liegt die durchschnittliche Teilchengröße der hergestellten Körner zwischen 0,1 und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 und 1,2 mm.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von unter 0,2 mm und über 2 mm recyclet. Vorteilhaft werden diese Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von unter 0,2 mm durch Eingabe etwa in den Mittelteil der Trommel recyclet.
Durch Recycling der zu großen und zu kleinen Teilchen wird eine sehr effiziente und wirtschaftliche Verfahrensweise erreicht. Die Wahl des Mittelteils der Trommel bringt den zusätzlichen Vorteil, daß die Teilchen vor der Eingabe in die Trommel nicht wieder gelöst werden müssen, sondern als trockene Partikel eingegeben werden können, wobei eine Mischung mit dem Material innerhalb der Trommel, welches zu Körnern geformt wird, erfolgt. Die exakte Lokalisierung dieser Einführung in die Trommel ist nicht sehr kritisch, jedoch wird der mittlere Teil, das heißt in Transportrichtung des Materials gesehen, bevorzugt.
Die recyclierten Teilchen können auch in der in die Trommel eingespeisten Lösung wieder gelöst werden, oder nahe bei/oder mit dem Gasstrom eingespeist werden.
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können Körner erhalten werden, die ein wasserlösliches oder -dispergierbares Polymer umfassen, geeignet zur Verwendung in Detergentien. Diese Körner weisen vorzugsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von unter 15 Gewichtsprozent auf, weiter bevorzugt zwischen 5 und 10 Gewichtsprozent. Die Löslichkeit der Körner ist vorzugsweise so, daß die Körner sich so schnell wie möglich auflösen, beispielsweise innerhalb von 3 Minuten in Wasser von 20ºC, vorzugsweise innerhalb 2 Minuten. Die Kugelmühlenzerreibbarkeit der Körner ist vorzugsweise unter 10%.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung kann die Schüttdichte der Körner eingestellt werden; vorzugsweise liegt die Schüttdichte zwischen 300 und 800 g/l.
Die Verwendung der Körner gemäß der Erfindung ist nicht auf Detergenz-Zusammensetzungen beschränkt, sondern diese Körner können auch bevorzugt für eine Zusammensetzung zur Wasserbehandlung verwendet werden, ein Dispergiermittel für Pigmente, ein Dispergiermittel für Mineralien, ein Zementadditiv, ein Ölbohrhilfsmittel, eine Zusammensetzung für ein Textiladditiv, einen Klebstoff, ein Papieradditiv, eine Agrochemikalie, oder eine kosmetische Zusammensetzung.
Schließlich wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die geeignet ist, zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, die zumindest eine röhrenförmige Trommel umfaßt mit einer Heizvorrichtung zum Erhitzen der inneren Trommeloberfläche, eine rotierende Welle mit einer Vielzahl von nahe an die innere Oberfläche heranreichenden Armen, Vorrichtungen zum Einspeisen einer Lösung oder Dispersion zur Trocknung, Vorrichtungen zur Einspeisung für Trockengas und eine Auslaßvorrichtung für getrocknetes Material und Gas, dadurch gekennzeichnet, daß Einspeisevorrichtungen in der Nähe des Zentrums der Trommel zum Einspeisen von recycliertem getrocknetem Material vorhanden sind.
Im folgenden werden die Testverfahren beschrieben, die zur Bestimmung der Eigenschaften der in den Beispielen erhaltenen Körner verwendet wurden.

Testverfahren

Schüttdichte:

Ein Zylinder (Höhe/Durchmesser-Verhältnis etwa 2) wird mit Pulver bis zu einem gemessenen Volumen von 1 Liter gefüllt und die Probe wird gewogen.

Kugelmühlenzerreibbarkeit (BMF):

Diese mißt den Korngradabrieb unter Bedingungen, die ein Hochschermischen repräsentieren. Die Körnerprobe wird zur Entfernung von übergroßen (> 1200 um) und zu kleinen (< 200 um) Partikeln gesiebt und in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil wird zur Messung der Größenverteilung durch Sieben verwendet. Der andere Teil wird in die Kugelmühle gegeben.
Die Kugelmühle ist ein 10 · 10 cm Zylinder, der 50 Porzellankugeln von 1 cm Durchmesser enthält und bei 90 U/min betrieben wird, in einer Neigung von 16ºC. Nach 5 Minuten mahlen, wird die Probe entfernt und zur Bestimmung der Größenverteilung gesiebt. Der Kugelmühlabrieb wird als Erhöhung an Feinteilen < 200 pin in % angegeben.
Teilchengröße: Gemessen mit Standardsieben (Retsch).

Feuchtigkeitsgehalt:

2 g Material werden in eine saubere Aluminiumschale überführt und in einen Ofen mit verstärktem Zug gestellt, der bei einer Temperatur von 130ºC gehalten wird. Die Probe wird eine Stunde im Ofen gehalten, danach wird sie gekühlt und schnellstmöglich wieder gewogen. Der Gewichtsverlust stellt den Feuchtigkeitsgehalt dar.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: einen senkrechten Schnitt durch eine Granulierapparatur gemäß der Erfindung;
Fig. 2: die graphische Darstellung der Feuchtigkeitsaufnahme der Körner gemäß der Erfindung und durch Kompaktierung erhaltene Körner gegen die Zeit;
Fig. 3: eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit von Körnern gemäß der Erfindung und durch Kompaktierung erhaltenen Körnern gegen die Zeit.

Spezifische Beschreibung der Erfindung

Ein Beispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird im folgenden zur Erläuterung beschrieben; es begrenzt nicht die Erfindung.
Der verwendete Apparat wird in Fig. 1 dargestellt; er umfaßt eine doppelwandige Ohrtrommel 1, die horizontal befestigt ist. Durch die von der Doppelwand gebildete Höhlung 2 wird Heizöl geleitet, um die innere Oberfläche der Trommel auf eine erforderliche Temperatur aufzuheizen. Die Trommel weist eine Länge von 2 m und einen Durchmesser von 0,35 m auf. Entlang der zylindrischen Achse ist eine rotierende Welle 3 angebracht, die etwa 100 Arme 4 in gleichen Abständen über die Länge aufweist, wobei vier Arme an jedem Kontaktpunkt angebracht sind. Diese Arme haben paddelförmige Enden, die sich bis fast in Kontakt mit der inneren Wandung erstrecken. Die Welle rotiert mit etwa 1200 Umdrehungen pro Minute (Upm), entsprechend einer Geschwindigkeit von 22 m/sec, das heißt, dies ist die Geschwindigkeit der Spitze der Paddelenden.
Eine Acrylsäure/Maleinsäure-Copolymer-Lösung mit einem Acrylsäure/Maleinsäure-Verhältnis von etwa 3 : 1 und einem Molekulargewicht von etwa 70.000 und einer Dichte von etwa 1,3 kg/l (45% Trockensubstanz) wurde in einen Einlaß 5 knapp oberhalb der Achse auf einer Seite dar Trommel in einer Geschwindigkeit von etwa 70 kg/h mit einer Temperatur von 60ºC eingesprüht. Auf 190ºC durch einen Wärmeaustauscher aufgeheizte Luft wird in die Trommel mit einer Geschwindigkeit von 600 m³/h in einen Einlaß 6 nahe der Achse und nahe dem Punkt, an dem die Polymerlösung am gleichen Ende der Trommel eingegeben wird (das heißt in gleicher Strömungsrichtung) eingeleitet. Das kornförmige Polymerprodukt und Luft verlassen die Trommel an dem anderen Ende durch die Leitung 7. Die Temperatur der Trommelwand wurde auf 160ºC gehalten.
Das verwendete Polymer war ein Copolymer von Acrylsäure und Maleinsäure, Alcosperse 475 der Firma National Starch and Chemical Company, Bridgewater New Jersey (USA).
Die Polymerlösung wurde rasch in Tröpfchen zerteilt durch die Stärke der Luftbewegung und dann durch die Rotationsenergie der Paddel gegen die Trommelwand geschleudert. Die Tröpfchen wurden bei ihrem Durchtritt durch die Trommel unter der Einwirkung der Luft kontinuierlich auf die Wand geschleudert.
Das Polymerprodukt wurde am untersten Punkt der Trommel abgezogen; es wurden im wesentlichen sphärische Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung von
50% unter 250 Mikron
35% 200 bis 1000 Mikron
15% über 1000 Mikron gefunden.
Das Produkt klebte nicht an der Trommelwand oder den bewegten Teilen und war freifließend. Es wies einen Wassergehalt von 8% auf, eine Schüttdichte von 480 g/l und eine Kugelmühlenzerreibbarkeit von unter 5% für Teilchen über 200 Mikron.
Es wurde zur Herstellung des gewünschten Produktes mit einem Teilchengrößenbereich von 0,2 mm bis 1,2 mm nach Abtrennung von der Luft und dem Dampf mittels eines Zyklons gesiebt. Die Teilchen außerhalb dieses Bereichs können durch Zugabe zu der Polymerlösung recycelt werden. In einem zweiten Beispiel wurde die Polymerlösung unter den gleichen Bedingungen behandelt. Feinteilchen wurden jedoch über eine Dosierschraube 9 in den Apparat zurückgeführt. Das Gewichtsverhältnis von Feinteilchen zu Eingangsstrom war 1 : 1. Anstelle der Wiedereinführung der Feinteile durch die Dosierschraube 9 können diese auch durch 8 rückgeführt werden; die Rückführung durch 9 erscheint jedoch effektiver. Aus diesem Grund ist die Zuleitung 8 gestrichelt gezeichnet.
Das Polymerprodukt wurde an dem niedrigsten Punkt der Trommel abgezogen; es wurde festgestellt, daß es im wesentlichen sphärischen Teilchen mit einer Teilchengrößenverteilung von
53% unter 250 Mikron
35% 200 bis 1000 Mikron
12% über 1000 Mikron besteht.
Das Produkt klebte nicht an der Trommelwand oder den bewegten Teilen und war freifließend. Es wies einen Wassergehalt von 8% auf, eine Schüttdichte von 480 g/l und eine Kugelmühlenzerreibbarkeit von unter 5% für Teilchen über 200 Mikron.
Es wurde gesiebt, um das gewünschte Produkt mit einem Teilchenbereich von 0,2 bis 1,2 mm nach Abtrennung von der Luft und Dampf mittels eines Zyklons zu erhalten. Die Teilchen unter 0,2 mm wurden durch 9 recycelt.
Die o. g. beiden Beispiele wurden auch mit dem Polymer Alcosperse 175 von National Starch und Chemical Company mit ähnlichen Ergebnissen durchgeführt.
Nachfolgen wird die Feuchtigkeitsaufnahme und die Löslichkeit der Körner gemäß der Erfindung verglichen mit Körnern, die durch Kompaktierung eines sprühgetrockneten Pulvers hergestellt wurden.
Fig. 2 zeigt die Feuchtigkeitsaufnahme von Körnern, die entsprechend der Erfindung hergestellt und im Beispiel beschrieben sind, im Vergleich mit Körnern, die auch mit Alcosperse 475 hergestellt wurden, bei denen die gleiche Lösung sprühgetrocknet wurde unter Verwendung einer Gaseinlaßtemperatur von 260 bis 275ºC und einer Gasauslaßtemperatur von 98 bis 110ºC. Danach wurde das trockene Pulver mit einem maximalen Wassergehalt von 10% entsprechend dem Verfahren nach US-A 3 875 282 kompaktiert. Die Körner wurden zur Herstellung des Produktes mit einem Teilchengrößenbereich von 0,2 bis 1,2 mm gesiebt. Etwa 5 g von beiden Körnerproben wurden in einer Aluminiumschale eingewogen und in einer Feuchtigkeitskammer bei 78% relativer Feuchtigkeit und 38ºC plaziert. Die Probe wurde nach festgesetzten Zeiten wieder gewogen und die Gewichtszunahme als Prozentsatz des Anfangsgewichtes bestimmt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Die Feuchtigkeitsaufnahme des Beispiels gemäß der Erfindung und des Vergleichsbeispiels gemäß dem Stand dar Technik wurden je zweimal bestimmt. Es ist klar ersichtlich, daß die Feuchtigkeitsaufnahme der erfindungsgemäßen Körner wesentlich geringer ist als bei den kompaktierten Körnern.
Zur Bestimmung der Lösungszeit der beiden Körnerprodukte wie oben beschrieben wurden 115 g gepulvertes Polymer (0,2 bis 1,2 mm) gewogen. 500 ml entionisiertes Wasser wurden in eine Flasche gegeben und gerührt. Eine Leitfähigkeitselektrode wurde eingesetzt und die Rührgeschwindigkeit wurde so eingestellt, daß sich gerade ein Wirbel bildete. Das eingewogene Pulver wurde zu dem gerührten Wasser zugesetzt und gleichzeitig eine Stoppuhr gestartet. Die Leitfähigkeit jeder Probe wurde in 10 sec-Intervallen bis zu einer Minute und in 30 sec-Intervalen anschließend bis zu drei Minuten oder bis zur Übereinstimmung zweier aufeinanderfolgender Ablesungen bestimmt. Das Ergebnis ist in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 3 dargestellt. Eines Standardkaliumchloridlösung wurde zur Kontrolle verwendet. Es ist deutlich ersichtlich, daß die Löslichkeit des Polymers gemäß der Erfindung höher ist als die Löslichkeit der Polymerkörner, die durch Kompaktierung hergestellt wurden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Körnern, umfassend ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Polymer, bei dem das Polymer in eine im wesentlichen horizontale Trommel mit einer Vielzahl von rotierenden Armen eingegeben wird, die bis nahe an die innere Oberfläche der Trommel heranreichen, wobei das Polymer in der Trommel mit einer Flüssigkeit vorliegt und zu Körnern in einem einzigen Trocknungs- und Granulierungsschritt umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer als Lösung oder Dispersion in die Trommel eingegeben wird, daß die Trommel eine erhöhte Temperatur aufweist und daß ein Gas bei erhöhter Temperatur in die Trommel eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ausgewählt wird aus den folgenden Polymeren oder einer Mischung davon:

- Polymere auf Basis von Acryl- oder Methacrylsäure, Copolymere davon, oder Mischungen davon;

- Polymere auf Basis von Vinylacetat, einschließlich Homopolymere und Copolymere mit anderen Monomeren und

- Biopolymere.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung oder Dispersion des Polymers eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Lösung oder Dispersion 20 bis 60 Gew.-% des Polymers enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Lösung oder Dispersion 35 bis 60 Gew.-% des Polymers enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Lösung oder Dispersion 40 bis 50 Gew.-% des Polymers enthält.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein (Meth)acrylhomopolymer, ein Copolymer von (Meth)acrylsäure und Maleinsäure, oder einem Gemisch davon enthält.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Inertgas Luft ist.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerlösung oder Dispersion in den oberen Teil der Trommel und das Gas in den unteren Teil der Trommel eingegeben wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der inneren Oberfläche der Trommel zwischen 80ºC und der Zersetzungstemperatur des Polymers liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der inneren Oberfläche der Trommel zwischen 120 und 200ºC liegt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der inneren Oberfläche der Trommel zwischen 150 und 170ºC liegt.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßtemperatur zwischen 80ºC und 350ºC liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßtemperatur zwischen 120 und 250ºC liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßtemperatur zwischen 150 und 200ºC liegt.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Arme so eingestellt wird, daß die Geschwindigkeit dar Spitzen der Arme zwischen 15 und 28 m/s liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Spitzen der Arme zwischen 20 und 24 m/s liegt.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Teilchengröße der hergestellten Körner zwischen 0,1 und 2 mm liegt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Teilchengröße der hergestellten Körner zwischen 0,2 und 1,2 mm liegt.

21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße unter 0,2 mm und über 2 mm recycelt werden.

22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße unter 0,2 mm recycelt werden, indem sie etwa in den mittleren, sich in Längsrichtung erstreckenden Teil der Trommel eingegeben werden.

23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, umfassend zumindest eine rohrförmige Trommel (1) mit einer Heizvorrichtung zum Erhitzen der inneren Oberfläche der Trommel (1), einer rotierenden Welle (3) mit einer Vielzahl von Armen (4), die nahe an die genannte innere Oberfläche heranreichen, Einspeisevorrichtungen (5) für eine zu trocknende Lösung oder Dispersion, Einspeisevorrichtungen für Trocknungsgas und Entladevorrichtungen für getrocknetes Material und Gas, dadurch gekennzeichnet, daß Einspeisevorrichtungen (9) etwa in der Nähe des sich in Längsrichtung erstreckenden Zentrums der Trommel zur Eingabe von rezykliertem getrocknetem Material vorhanden sind.