DE1261661B - Verfahren und Schneckenpresse zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe zu Kunststoffschmelzen - Google Patents

Description

• Verfahren und Schneckenpresse zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe zu Kunststoffschmelzen Thermoplastische Kunststoffe werden bei der Verarbeitung vielfach mit anderen Stoffen, z. B. Farbstoffen, Katalysatoren oder Weichmachern vermischt.
• Als Endergebnis soll der zuzumischende Stoff in möglichst feiner Verteilung in dem Kunststoff vorliegen. Es geschieht beispielsweise die Einfärbung thermoplastischer Kunststoffe im allgemeinen auf die Art, daß man den zerkleinerten Kunststoff mit feinverteiltem Pigment oder Farbstoff mischt, dieses Gemisch in beheizten Knetvorrichtungen plastifiziert und bis zur gleichmäßigen Pigment- oder Farbstoffverteilung knetet. Dieses Verfahren wird entweder diskontinuierlich auf Walzenstühlen oder kontinuierlich in Schneckenpressen durchgeführt.
• Beim kontinuierlichen Verfahren ist die für den Mischvorgang zur Verfügung stehende Zeit begrenzt.
• Um auch bei schwer in Kunststoff verteilbaren Zusätzen gleichmäßige Mischungen zu erzielen, ist es üblich, den Farbstoff in Form eines Kunststoff-Farbstoff-Konzentrats, d. h. mit Kunststoff vorvermischt, zu verwenden.
• In vielen Fällen liegt der Kunststoff am Ende des Herstellungsverfahrens als Schmelze vor. Bei der Anwendung des obengenannten Verfahrens ergibt sich hierbei ein kostspieliger energieverbrauchender Umweg, wenn die Schmelze abgekühlt, zerkleinert und zur Mischung wieder aufgeschmolzen werden muß.
• Dieser Nachteil wird nach einem anderen bekannten Vorschlag vermieden. Hierbei wird eine aus zwei kontinuierlich arbeitenden Schneckenpressen bestehende Anlage benutzt. In die erste Schneckenpresse mit kleinerem Volumen wird eine zeitlich gleichbleibende Menge eines oder mehrerer Farbstoffkonzentrate zugegeben, aufgeschmolzen und vorgemischt. Diese Farbstoffkonzentratschmelze wird aus der ersten Schneckenpresse in eine zweite größere gefördert, dort mit der Schmelze des einzufärbenden thermoplastischen Kunststoffes vermischt und ausgestoßen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist indes der größere Aufwand für die beiden Maschinen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe, wie z. B. Farbstoffe oder Stabilisatoren, zu Kunststoffschmelzen durch Vorvermischen einer kleineren Teilmenge des gepulverten oder körnigen Kunststoffes mit den fein zu verteilenden Stoffen, Zuführen des Gemisches in kaltem Zustand zu einer Schneckenpresse, Aufschmelzen des Gemisches in einer Schmelzzone und Durchmischen der Schmelze in einer an die Schmelzzone anschließenden Mischzone der Schneckenpresse, Vermischen der so erhaltenden Schmelze in einer zweiten Mischzone mit der in geschmolzenem Zustand eingebrachten Hauptmenge des Kunststoffes und Ausstoßen des so erhaltenen Gesamtgemisches aus der Schnecke. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die zweite Mischzone mit der ersten Mischzone einen zusammenhängenden Arbeitsraum bildet, wobei die zweite Mischzone sich der ersten Mischzone bei gleichbleibender Querschnittausdehnung unmittelbar anschließt und das Aufschmelzen und Durchmischen in der ersten Mischzone sowie das Vermischen der beiden Schmelzen in der zweiten Mischzone bei gleicher Winkelgeschwindigkeit eines den Inhalt beider Zonen durchrührenden Mischwerkzeugs durchgeführt wird.
• Es ist zweckmäßig, daß die Vorvermischung des Kunststoffes mit den fein zu verteilenden Stoffen unter Verwendung einer Kunststoffmenge erfolgt, welche 2 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent der insgesamt aus der Vorrichtung ausgestoßenen Kunststoffmenge entspricht.
• Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Schneckenpresse mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Schnecken mit jeweils einem zylindrischen Stauelement, welches im mittleren Teil der Schnecke angeordnet ist, und mit einem Gehäuse.
• Erfindungsgemäß weist die Schneckenpresse einen für die Zugabe der kleineren Teilmenge des Kunststoffes vor dem Stauelement angeordneten hinteren Einzugsstutzen und einen in der Austragsrichtung der Schnecke hinter dem Stauelement angeordneten vorderen Einzugsstutzen für die Hauptmenge des Kunststoffes auf.
• Es ist dabei vorteilhaft, daß die zylindrische Außenfläche des Stauelementes und die Gehäuseinnenwand der Schneckenpresse durch einen ringförmigen Spalt von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,8mm Spaltweite voneinander getrennt sind.
• In den vorderen und hinteren Einzugsstutzen werden der Schneckenpresse kontinuierlich geschmolzener Kunststoff gegebenenfalls unter Druck, zudosiert.
• Unmittelbar vor dem vorderen Einzugsstutzen liegt das Stauelement, das die Aufgabe hat, das im hinteren Teil der Schneckenpresse aufgeschmolzene Konzentrat intensiv zu mischen und ein Zurückfließen des ungefärbten Kunststoffes aus dem vorderen Teil der Schneckenpresse zu verhindern. Das Stauelement bewirkt ferner, daß der Strom des geschmolzenen Konzentrates gleichmäßig und in Form einer dünnen Schicht in den vorderen Schneckenteil eintritt. Hierdurch wird erreicht, daß der mengenmäßig größere Strom der ungefärbten Kunststoffschmelze die Schmelze des Farbstoffkonzentrates sofort nach dem Eintritt in den vorderen Schneckenteil gleichmäßig verteilt in sich aufnimmt. Die weitere und schnelle Homogenisierung im vorderen Teil der Schneckenpressen wird dadurch sehr erleichtert.
• Als Farbstoffkonzentrat wird im allgemeinen ein homogenes, durch Kneten in den plastischen Zustand gebrachtes Gemisch von einem oder mehreren Farbstoffen und Kunststoff verwendet. Es kann aber auch ein trockenes Gemenge von Farbstoff und granuliertem Kunststoff verwendet werden, wobei die homogene Mischung erst im ersten Teil der Schneckenpresse durchgeführt wird. Der Begriff Farbstoff wird hier in seiner allgemeinen Bedeutung verwendet. Er umfaßt sowohl Farbstoffe, die in Kunststoff löslich sind, als auch Pigmente. Auch ungefärbte Zusätze wie Stabilisierungsmittel, Viskositätsverbesserer oder optische Aufheller lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichmäßig in Kunststoff verteilen.
• An der Stelle des Stauelementes hat die Schnecke im allgemeinen keine Gewindegänge. Der Kerndurchmesser der Schnecke ist so stark vergrößert, daß nur noch ein zylinderringförmiger Spalt zwischen Schnecke und Gehäuse verbleibt, durch den die Farbstoffkonzentratschmelze hindurchtreten muß. Die Schneckengänge können auch in einem Teil ihrer sonstigen Gewindetiefe an der Stelle des Stauelementes durchgeführt oder rückläufig in umgekehrter Förderrichtung angeordnet sein. Im vorliegenden Fall soll durch die Ausführung der Form des Stanelementes ein Strömungswiderstand geschaffen werden.
• Das unter Verwendung der beschriebenen Apparatur durchzuführende Verfahren wird besonders vorteilhaft dann angewendet, wenn die einzufärbenden Kunststoffe bei der Herstellung kontinuierlich in Form einer Schmelze anfallen. Der Vorteil liegt vor allem darin, daß drei Verfahrensschritte, nämlich Abkühlen, Zerkleinern und Vermischen eingespart werden. Außerdem fällt das wiederholte Aufschmelzen weg.
• Aber auch gegenüber den bisher bekannten Verfahren zum direkten Einfärben der kontinuierlich anfallenden Schmelze hat das Verfahren nach der Erfindung besondere Vorteile. Alle bekannten Verfahren benötigen zwei voneinander abhängige Maschinen, während das erfindungsgemäße Verfahren mit einer einzigen Schneckenpresse durchgeführt werden kann. Diese übernimmt die Aufgaben der beiden Maschinen, nämlich das Aufschmelzen des Farbstoffkonzentrates und das Mischen dieser Schmelze mit der Schmelze des einzufärbenden Kunststoffes.
• Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht mit einer Apparatur, die in Aufbau und Bedienung einfach ist, die weniger Raum und weniger Energie benötigt und die damit in der Anschaffung und im Betrieb weniger kostspielig ist als jede nach einem anderen bekannten Verfahren arbeitende Anlage mengenmäßig die gleiche Leistung bei ausgezeichneter Mischwirkung.
• Eine beispielsweise Ausführung der Schneckenpresse zum homogenen Zumischen ist in der Abbildung dargestellt.
• In dem Gehäuse 1, welches den hinteren Einzugsstutzen 2 und den vorderen Einzugsstutzen 3 besitzt, ist eine Schnecke 4 angeordnet. Sie wird durch einen angeflanschten Getriebemotor 5 in Drehung versetzt.
• Die Schnecke 4 besitzt einen hinteren Teil 6 und einen vorderen Teil 7. Diese beiden Teile sind mit Gewinde versehen. Zwischen den beiden Teilen 6 und 7 befindet sich das Stauelement 8. Es besitzt den gleichen Außendurchmesser wie die Schnecke, geht jedoch beispielsweise zylindrisch ohne eingeschnittenes Gewinde durch, so daß sich zwischen der zylindrischen Außenfläçhe des Stauelementes und der Gehäuseinnenwand ein enger Spalt bildet. Die Spaltweite liegt zwischen 0,01 und 2 mm; sie beträgt vorzugsweise 0,4 bis 0,8 mm.
• Beispiel Um Polystyrol elfenbeinfarbig einzufärben, werden folgende Farbstoffkonzentrate hergestellt; 20 Gewichtsprozent Titandioxyd in Polystyrol, 0,5 Gewichtsprozent Cadmiumgelb in Polystyrol, 0,05 Gewichtsprozent Eisenoxydrot in Polystyrol.
• Diese Farbstoffkonzentrate werden in Form von zylindrischem Granulat (2,5 2,5 mm) mittels kontinuieriich arbeitender Dosierwaagen in den hinteren Einzugsstutzen der Schneckenpresse gemäß der Abbildung zugegeben. Die Gesamtmenge der Farbstoff konzentrate beträgt 15 kg/h. Die Schneckenpresse hat einen äußeren Schneckendurchmesser von 50 mm.
• Dem vorderen Einzugsstutzen werden 100 kg/h Polystyrolschmelze von der Polymerisationsanlage unmittelbar zudosiert. Das aus der Schneckenpresse austretende Produkt im Gewicht von 115 kg/h wird in Strängen abgezogen und granuliert. Der Pigment gehalt und die Farbe des Kunststoffes bleiben während der Versuchsdauer konstant.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur kontinuierlichen homogenen Zumischung fein zu verteilender Stoffe, wie z. B.

   Farbstoffe oder Stabilisatoren, zu Kunststoffschmelzen durch Vorvermischen einer kleineren Teilmenge des gepulverten oder körnigen Kunststoffes mit den fein zu verteilenden Stoffen, Zuführen des Gemisches in kaltem Zustand zu einer Schneckenpresse, Aufschmelzen des Gemisches in einer Schmelzzone und Durchmischen der Schmelze in einer an die Schmelzzone anschließenden Mischzone der Schneckenpresse, Vermischen der so erhaltenen Schmelze in einer zweiten Mischzone mit der in geschmolzenem Zustand eingebrachten Hauptmenge des Kunststoffes und Ausstoßen des so erhaltenen Gesamtgemisches aus der Schnecke, da du r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die zweite Mischzone mit der ersten Mischzone einen zus ammenhängenden Arbeitsraum bildet, wobei die zweite Mischzone sich der ersten Mischzone bei gleichbleibender Querschnittsausdehnung unmittelbar anschließt und das Aufschmelzen und Durchmischen in der ersten Mischzone sowie das Vermischen der beiden Schmelzen in der zweiten Mischzone bei gleicher Winkelgeschwindigkeit eines den Inhalt beider Zonen durchrührenden Mischwerkzeugs durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorvermischung des Kunststoffes mit den fein zu verteilenden Stoffen unter Verwendung einer Kunststoffmenge erfolgt, die 2 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent der insgesamt aus der Vorrichtung ausgestoßenen Kunststoffmenge entspricht.
3. 3. Schneckenpresse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Schnecken mit jeweils einem zylindrischen Stauelement, welches im mittleren Teil der Schnecke angeordnet ist und mit einem Gehäuse, gekennzeichnet durch einen für die Zugabe der kleineren Teilmenge des Kunststoffes vor dem Stauelement (8) angeordneten hinteren Einzugsstutzen (2) und einen in der Austragsrichtung der Schnecke (4; 6, 7) hinter dem Stauelement (8) angeordneten vorderen Einzugsstutzen (3) für die Hauptmenge des Kunststoffes.
4. 4. Schneckenpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenfläche des Stauelementes (8) und die Gehäuseinnenwand der Schneckenpresse durch einen ringförmigen Spalt von 0,01 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm Spaltweite voneinander getrennt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patenschrift Nr. 1 007 991; USA.-Patentschriften Nr. 1 320 128, 2 719 325.