DE2302370C3 - Process for reducing the proportion of very small particles in small-particle polyolefins - Google Patents
Process for reducing the proportion of very small particles in small-particle polyolefinsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herabsetzung des Anteils an Partikeln mit einem Durchmesser unter 200 μίτι in kleinteiligen, aus Partikeln mit einem Durchmesser unter 3,5 mm bestehenden Polyolefinen.The present invention relates to a method for reducing the proportion of particles with a Diameter below 200 μίτι in small, from particles existing polyolefins with a diameter of less than 3.5 mm.
Bei einer Reihe technisch-wirtschaftlich interessanter Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen fallen diese als Primärprodukte in kleinteiliger Form an, wobei in ein und demselben Primärprodukt die Polyolefinpartikeln in breiter Korngrößenverteilung vorliegen. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung von Polyolefinen durch Suspensionspolymerisation, etwa nach dem Verfahren, das in der österreichischen Patentschrift 22 349 beschrieben ist oder nach vergleichbarenA number of technically and economically interesting processes for the production of polyolefins do not apply as primary products in small-scale form, with the polyolefin particles in one and the same primary product present in a broad grain size distribution. This is especially true in the manufacture of polyolefins by suspension polymerization, for example according to the method described in the Austrian patent 22 349 is described or according to comparable
anderen Verfahren.other procedures.
Im allgemeinen läßt sich sagen, daß bei den in Rede stehenden Verfahren zur Herstellung von kleinteiligen Polyolefinen diese primär als Partikel mit einem Durchmesser unter 3,5 mm anfallen, worunter sich ein nicht unbeachtlicher Anteil von Partikeln befindet, deren Durchmesser unter 200 μσι liegt. Dieser sogenannte »Feinstkornanteil« ist unerwünscht, da er Nachteile mit sich bringt. Als solche sind z. B. zu nennenIn general, it can be said that in the process in question for the production of small-scale Polyolefins occur primarily as particles with a diameter of less than 3.5 mm, including a There is a not insignificant proportion of particles whose diameter is below 200 μσι. This so-called "very fine grain" is undesirable because it has disadvantages. As such are e.g. B. to call
ίο das leichte Stauben, die relativ schlechte Rieselfähigkeit (Schwierigkeiten beim Einzug in Schneckenpressen!) sowie das Einschließen von Luft, wodurch nicht nur die Schüttdichte der kleinteiligen Polyolefine gesenkt wird, sondern auch deren Weiterverarbeitung ungünstig beeinflußt wird, etwa durch das Einschleppen von Luftblasen in Extrudate.ίο the easy dusting, the relatively poor flowability (Difficulties in being drawn into screw presses!) As well as the inclusion of air, which means that not only the The bulk density of the small-particle polyolefins is lowered, but also their further processing is unfavorable is influenced, for example by the introduction of air bubbles into extrudates.
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Verfahren zu entwickeln, die es möglich machen, den Anteil an Partikeln mit einem Durchmesser unter 200 μιη in kleinteiligen, aus Partikeln mit einem Durchmesser unter 3,5 mm bestehenden Polyolefinen herabzusetzen.There has therefore been no lack of attempts to develop processes that make it possible to reduce the proportion of Particles with a diameter below 200 μm in small-scale polyolefins consisting of particles less than 3.5 mm in diameter.
So sind thermisch-mechanische Verfahren bekanntgeworden, bei denen die kleinteiligen Polyolefine unter heftigem Bewegen über eine gewisse Zeitspanne auf Temperaturen gehalten werden, bei denen ein oberflächliches Anschmelzen der Polyolefin-Partikeln stattfindet und diese miteinander agglomerieren (z. B. französische Patentschrift 14 26 438). Solche Verfahren sind zwar im Prinzip einfach, führen aber in der Praxis nicht ohne weiteres zum erwünschten Ergebnis. Man hat sich daher bemüht, durch besondere technische Maßnahmen die auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden. So hat man z. B. die Rührorgane für die Behandlungsgefäße speziell gestaltet, damit das unter Reibung erwärmte Gut rasch wieder abgekühlt werden kann (z. B. deutsche Auslegeschrift 14 54 743) oder man hat zur Erreichung des gleichen Ziels die Böden und Wandungen der Behandlungsgefäße in besonderer Weise ausgebildet (z. B. deutsche Auslegeschrift 10 54 073). Man hat des weiteren versucht, das Verfahrensergebnis zu verbessern, indem man mehrstufig arbeitet, etwa mit einer Agglomerationstrommel und einer nachgeschalteten Kühltrommel (z. B. deutsche Auslegeschrift 11 18 959). Ebenso hat man vorgeschlagen, die thermische Behandlung in einem Kneter (Innenmischer) durchzuführen, wobei durch Zugabe von bereits agglomeriertem Material der Durchsatz erhöht werden soll, während ein weiterer Zusatz in Form einer verdampfbaren Flüssigkeit dafür sorgen soll, daß die thermische Belastung des Materials möglichst gering bleibt (z.B. deutsche Offenlegungsschrift 19 20 728). Diese bekannten thermisch-mechanischen Verfahren, auch in ihren besonderen Ausgestaltungen, führen zu Verfahrensprodukten, die noch erheblich zu wünschen übrig lassen und/oder sind an sich sehr aufwendig.So thermal-mechanical processes have become known in which the small polyolefins under violent agitation over a certain period of time at temperatures at which a superficial The polyolefin particles melt and agglomerate with one another (e.g. French patent 14 26 438). Such procedures are simple in principle, but lead in practice not without further ado to the desired result. One has therefore endeavored through special technical Measures to overcome the difficulties that arise. So one has z. B. the agitator for the Treatment vessels specially designed so that the items heated under friction are quickly cooled down again can (e.g. German Auslegeschrift 14 54 743) or one has to achieve the same goal the floors and The walls of the treatment vessels are designed in a special way (e.g. German interpretation 10 54 073). Attempts have also been made to improve the process result by using multiple stages works, for example with an agglomeration drum and a downstream cooling drum (e.g. German Interpretation document 11 18 959). It has also been suggested carry out the thermal treatment in a kneader (internal mixer), whereby by adding already agglomerated material, the throughput should be increased, while a further addition in the form of a vaporizable liquid should ensure that the thermal load on the material is as low as possible remains (e.g. German Offenlegungsschrift 19 20 728). These known thermo-mechanical processes, even in their special configurations, lead to process products that are still to be desired left over and / or are very expensive in themselves.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs definierten Art aufzuzeigen, das mit den vorerwähnten Nachteilen nicht oder in erheblich geringerem Ausmaß belastet ist.The present invention was based on the object of providing a method of the type defined at the outset to show that is not burdened with the aforementioned disadvantages or to a significantly lesser extent.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man die kleinteiligen Polyolefine (A) unter bestimmten thermischen Bedingungen (B) mittels einer bestimmten Vorrichtung (C) einer bestimmten mechanischen Einwirkung aussetzt.It has been found that this object can be achieved if the small-particle polyolefins (A) are included certain thermal conditions (B) by means of a certain device (C) a certain mechanical Exposure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herabsetzung des Anteils an Partikeln mit einem Durchmesser unter 200 μιη in kleinteiligen, aus Partikeln mit einem DurchmesserThe present invention accordingly relates to a method for reducing the proportion of particles with a diameter of less than 200 μm in small-scale, composed of particles with a diameter
inter 3,5 mm bestehenden Polyolefinen. Das erfindungs- *emäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß manbetween 3.5 mm existing polyolefins. The process according to the invention is characterized in that
A) zunächst das zu behandelnde kleinteilige Polyolefin auf eine Temperatur bringt, die 15 bis 250C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt, dann das kleinteilige Polyolefin in eine Agglomerisationsvorrichtung einführt, dort durch mechanische Reibung auf eine Temperatur bringt, die 2 bis 13, vorzugsweise 5 bis 10° C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt und 2 bis 10 Minuten bei dieser Temperatur beläßt (wobei einer relativ hohen Arbeitstemperatur eine relativ kurze Arbeitszeit zuzuordnen ist, et vice versa), daraufhin das kleinteilige Polyolefin aus der Agglomerisationsvorrichtung austrägt und bei einer Temperatur, die wenigstens 30° C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt, durch einen Mahl-Sieb-Vorgang von Partikeln mit einem Durchmesser über 3,5 mm befreit; mit der Maßgabe.A) first of all brings the small-particle polyolefin to be treated to a temperature which is 15 to 25 ° C. below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins, then introduces the small-particle polyolefin into an agglomeration device, bringing it to a temperature there by mechanical friction, which is 2 to 13, preferably 5 to 10 ° C below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins and is left at this temperature for 2 to 10 minutes (a relatively high working temperature being associated with a relatively short working time, and vice versa), thereupon the small-particle polyolefin is discharged from the agglomeration device and, at a temperature which is at least 30 ° C. below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins, is freed from particles with a diameter of more than 3.5 mm by means of a grinding-sieving process; with the proviso.
B) daß man als Agglomerationsvorrichtung eine Vorrichtung verwendet, die im wesentlichen besteht aus einem zylindrischen Gefäß 1 mit einem Durchmesser von 75 bis 125, vorzugsweise 90 bis 110 cm und einer Höhe von 125 bis 200 cm, einem Schlagarm 2, der unten in dem zylindrischen Gefäß angeordnet ist, durch einen Antriebszapfen 3 in Rotation versetzt werden kann und mit zwei Schlagleisten 4 versehen ist, die jeweils eine Querschnittsfläche von 100 bis 250 cm2 haben, weiterhin aus 5 bis 12 Ambossen 5, die in das zylindrische Gefäß eingelassen und den Schlagleisten gegenüberin einer Entfernung von 0,3 bis 3 cm angeordnet sind; sowie mit der weiteren Maßgabe,B) that a device is used as the agglomeration device, which consists essentially of a cylindrical vessel 1 with a diameter of 75 to 125, preferably 90 to 110 cm and a height of 125 to 200 cm, a striking arm 2, the bottom of the cylindrical Vessel is arranged, can be set in rotation by a drive pin 3 and is provided with two blow bars 4, each having a cross-sectional area of 100 to 250 cm 2 , further from 5 to 12 anvils 5, which are embedded in the cylindrical vessel and the blow bars are located opposite at a distance of 0.3 to 3 cm; as well as with the further proviso,
C) daß man die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebszapfens 3 so wählt, daß die Geschwindigkeit an der Peripherie der Schlagleisten 4 50 bis 100 m/sec beträgt.C) that the rotational speed of the drive pin 3 is chosen so that the speed at the periphery of the blow bars 4 is 50 to 100 m / sec.
Wie sich gezeigt hat, ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeignet zur Behandlung von Polyäthylenen relativ hoher Dichte, d. h. einer Dichte von 0,935 bis 0,965 g/cm3.As has been shown, the process according to the invention is particularly well suited for the treatment of polyethylenes of relatively high density, ie a density of 0.935 to 0.965 g / cm 3 .
Ein Schema, wie das Verfahren zweckmäßigerweise durchgeführt werden kann, gibt Fig. 2: In einem Vorheizer (I), z. B. einem beheizbaren Mischer einschlägig üblicher Art wird zunächst das zu behandelnde kleinteilige Polyolefin auf eine Temperatur gebracht, die bis 250C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt. Das so vorgewärmte Material gelangt dann in die eigentliche Agglomerisationsvorrichtung (II). Diese Verrichtung (vgl. dazu Fig. 1) an sich ist bekannt und handelsüblich; ihr Verwendungszweck war bisher jedoch allein die Aufbereitung von Kunststoffabfällen im Sinne eines Zerreißens. Die Vorrichtung als solche ist also kein Gegenstand der vorliegenden Erfindung und braucht — da wohlbekannt — nicht näher erläutert zu werden. Das in der Agglomerationsvorrichtung (II) behandelte Gut wird aus dieser ausgetragen und durch eine Kühlzone (III) geführt, z. B. ein Kühlband einschlägig üblicher Art. wobei es auf eine Temperatur abgekühlt wird, die wenigstens 30°C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt. Die abgekühlte Masse, die im allgemeinen teils schaumartige und teils grob-pulverige Anteile enthält, die schon bei geringer mechanischer Belastung in Einzelpartikel zerfallen (z. B. in der Hand zerreibbar), wird dann durch einen Mahl-Sieb-Vorgang (IV) von Pariikeln mit einem Durchmesser über 3,5 mm befreit. Auch hierfür eignen sich handelsübliche Vorrichtungen, wobei insbesondere an die Mühle keine hohen Anforderungen gestellt werden brauchen, da die im Gut vorhandenen Grobteile leicht in Einzelpartikeln zerfallen.A diagram of how the process can expediently be carried out is shown in FIG. 2: In a preheater (I), e.g. B. a heatable mixer of the relevant conventional type is first brought to be treated small polyolefin to a temperature which is up to 25 0 C below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins. The material preheated in this way then reaches the actual agglomeration device (II). This performance (see FIG. 1) is known per se and is customary in the trade; Until now, however, their intended use has only been the processing of plastic waste in the sense of tearing it up. The device as such is therefore not an object of the present invention and - as it is well known - does not need to be explained in more detail. The material treated in the agglomeration device (II) is discharged therefrom and passed through a cooling zone (III), e.g. B. a cooling belt of the relevant conventional type. Wherein it is cooled to a temperature which is at least 30 ° C below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins. The cooled mass, which generally contains partly foam-like and partly coarse-powdery fractions, which disintegrate into individual particles even under low mechanical stress (e.g. friable in the hand), is then removed by a grinding-sieving process (IV) Particles with a diameter greater than 3.5 mm freed. Commercially available devices are also suitable for this, with no high demands being made on the mill in particular, since the coarse parts present in the material easily disintegrate into individual particles.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist des weiteren noch zu sagen, daß man es sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich betreiben kann, wobei die Prozeßführung im diskontinuierlichen Betrieb besonders leicht zu beherrschen ist.To carry out the process according to the invention it should also be said that it can be both can operate continuously or discontinuously, the process control in discontinuous operation is particularly easy to master.
Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Bestimmung der Temperatur, bei der der Schmelzbereich des jeweils betroffenen Polyolefins beginnt, zweckmäßigerweise unter einem Heiztischmikroskop mit polarisiertem Licht bestimmt werden kann (z. B. mittels MONOSKOP). Finally, it should be mentioned that the determination of the temperature at which the melting range of each affected polyolefin begins, expediently under a hot-stage microscope with polarized Light can be determined (e.g. by means of a MONOSCOPE).
Es wird ausgegangen von einem kleinteiligen, aus Partikeln mit einem Durchmesser unter 3.5 mm bestehenden Polyäthylen, das 18% an Partikeln mit einem Durchmesser unter 200 μηι enthält. Die weiteren Kenndaten des Polyolefins sind: Meltindex nach ASTM.D 1238-65 T (bei 190°C und 21,6 kp) = 7,1 g/10It is assumed that it is made up of small particles with a diameter of less than 3.5 mm existing polyethylene containing 18% of particles with a diameter of less than 200 μm. The others Characteristic data of the polyolefin are: Melt index according to ASTM D 1238-65 T (at 190 ° C and 21.6 kp) = 7.1 g / 10
jo min; Dichte nach DIN 53 479 = 0,948 g/cmJ; Schmelzbereich (unter Heiztischmikroskop mit polarisiertem Licht) = 130 bis 1320C; Rieselfähigkeit (DDR-Prüfvorschrift TGL 160-221) = 9,2 g/sec.jo min; Density according to DIN 53 479 = 0.948 g / cm J ; Melting range (under a hot stage microscope with polarized light) = 130 to 132 0 C; Flowability (GDR test specification TGL 160-221) = 9.2 g / sec.
Des weiteren wird so verfahren, daß man zunächst das zu behandelnde kleinteilige Polyolefin mittels einer heizbaren Mischtrommel auf eine Temperatur (110JC) bringt, die 20°C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt, dann das kleinteilige Polyolefin in eine Agglomerisationsvorrichtung einführt, dort durch mechanische Reibung auf eine Temperatur (121°C) bringt, die 9°C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt und 5 Minuten bei dieser Temperatur beläßt. Daraufhin wird das so behandelte Gut aus der Agglomerisationsvorrichtung ausgetragen und — nach Passieren eines Kühlbandes — bei einer Temperatur (80°C), die 50°C unter der Temperatur liegt, bei der der Schmelzbereich des Polyolefins beginnt, durch einen Mahl-Sieb-Vorgang (Brechmühle, Schüttelsieb) vonThe further procedure is that the small-particle polyolefin to be treated is first brought to a temperature (110 J C) which is 20 ° C. below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins using a heatable mixing drum, then the small-particle polyolefin in introduces an agglomeration device, brings it there by mechanical friction to a temperature (121 ° C.) which is 9 ° C. below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins and leaves it at this temperature for 5 minutes. The material treated in this way is then discharged from the agglomeration device and - after passing through a cooling belt - at a temperature (80 ° C) which is 50 ° C below the temperature at which the melting range of the polyolefin begins, through a grinding-sieving process (Crushing mill, vibrating sieve) by
so Partikeln mit einem Durchmesser über 3,5 mm befreit.thus freed particles with a diameter over 3.5 mm.
Im Rahmen dieser Maßnahmen wird erfindungsgemäß als Agglomerationsvorrichtung eine Vorrichtung
(vgl. Fig. 1) verwendet, die im wesentlichen besteht aus
einem zylindrischen Gefäß 1 mit einem Durchmesser von etwa 100 cm und einer Höhe von etwa 150 cm,
einem Schlagarm 2, der unten in dem zylindrischen Gefäß angeordnet ist, durch einen Antriebszapfen 3 in
Rotation versetzt werden kann und mit zwei Schlagleisten 4 versehen ist, die jeweils eine Querschnittsfläche
von 180 cm2 haben, weiterhin aus 8 Ambossen 5, die in das zylindrische Gefäß eingelassen und den Schlagleisten
gegenüber in einer Entfernung von 1 cm angeordnet sind.
Während des Betreibens der Agglomerisationsvorrichtung wird die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebszapfens
3 so gewählt, daß die Geschwindigkeit an der Peripherie der Schlagleisten 4 etwa 75 m/sec
beträgt.In the context of these measures, according to the invention, a device (cf. the cylindrical vessel is arranged, can be set in rotation by a drive pin 3 and is provided with two blow bars 4, each having a cross-sectional area of 180 cm 2 , furthermore of 8 anvils 5, which are embedded in the cylindrical vessel and opposite the blow bars in a distance of 1 cm.
During the operation of the agglomeration device, the speed of rotation of the drive pin 3 is selected so that the speed at the periphery of the blow bars 4 is about 75 m / sec.
Als Verfahrensergebnis resultiert ein feinteiliges Polyäthylen mit einer relativ engen Korngrößenverteilung, einem Anteil an Partikeln mit einem Durchmesser unter 200 μιη von 3% und einer Rieselfähigkeit von 11,1 g/sec.The result of the process is a finely divided polyethylene with a relatively narrow grain size distribution, a proportion of particles with a diameter of less than 200 μm of 3% and a flowability of 11.1 g / sec.
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