DE1920777C3

DE1920777C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Thermoplastpulvern

Info

Publication number: DE1920777C3
Application number: DE1920777A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6710 Frankenthal Fauth; Heinz Dipl.-Ing. Dr. 6842 Buerstadt Gehrig; Richard Prof. Dr. Sinn; Klaus Dr. Steigerwald; Dieter Dipl.-Ing. Dr. 6718 Gruenstadt Stockburger; Friedrich Dr. 6703 Limburgerhof Urban
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1969-04-24
Filing date: 1969-04-24
Publication date: 1978-08-24
Also published as: CH504941A; SE355521B; JPS5122023B1; CA922465A; DE1920777A1; ZA702690B; AT311667B; DE1920777B2; FR2039455A1; BE749382A; NL7006033A; GB1298121A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Thermoplastpulvern durch Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe in dünnen Schichten und Zerteilen des schmelzflüssigen Extrudats zu einem Pulver mit Hilfe eines Gases oder Dampfes als Zerstäubungshilfsmedium.

Für die Herstellung von Thermoplastpulvern durch Zerstäubung sind mehrere Verfahren bekannt.

Nach dem in der britischen Patentschrift 6 09 560 beschriebenen Verfahren wird geschmolzenes Polyäthylen durch eine Düse gepreßt und mit Hilfe eines Gasstroms zerkleinert. Um pulverförmige Produkte zu erhalten ist es erforderlich, dem Polyäthylen Stoffe zuzusetzen, die seine Viskosität vermindern. Dadurch werden aber die mechanischen Eigenschaften des Polyäthylens verschlechtert Außerdem fällt das pulverförmige Polyäthylen bei diesem Verfahren, besonders wenn dem Polyäthylen keine viskositätsvermindernden Stoffe zugesetzt werden, zusammen mit fadenförmigen Polyäthylen an.

Ferner ist aus der US-Patentschrift 28 31 a*5 bekannt, Hochdruckpolyäthylen unmittelbar nach der Herstellung zu pulverisieren, indem man das aus dem Reaktor unter hohem Druck austretende Gemisch von Äthylen und geschmolzenem Polyäthylen in ein Rohr entspannt und es durch Aufspritzen von Wasser aus ringförmig angeordneten Düsen abschreckt Bei diesem Verfahren treten jedoch große Äthylenverluste auf und das Produkt muß von dem Wasser abgetrennt und getrocknet werden.

Außerdem ist aus der schweizerischen Patentschrift 4 53 664 ein Verfahren zur Herstellung von Thermoplastpulvern bekannt, bei dem geschmolzene Kunststoffe aus düsenförmigen öffnungen in Form von Strängen ausgepreßt und die Stränge durch Aufblasen eines Gasstroms in etwa senkrechter Richtung zur Austrittsrichtung der Stränge zerkleinert werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die allgemeine Störanfälligkeit der Zerstäubungsvorrichtung, weil die Produktbohrungen leicht verstopfen und ein Rückstau des Produktes in die Gasdüse beobachtet wird, so daß die Anlage nicht mehrmals abgestellt und wieder angefahren werden kann. Vor jeder neuen Inbetriebnahme muß die Düse ausgebaut und gereinigt werden. Auch können mit Hilfe dieses Verfahrens keine Produkte zerstäubt werden, die Feststoffe in homogener Verteilung enthalten.

Aus der französischen Patentschrift 12 24 667 ist ferner ein Verfahren bekannt. Pasten aus Farbstoffen, Chemikalien oder Sitzen zu zerstäuben, wobei für die Zerstäubung solcher teigiger Massen lediglich die durch die Feuchtigkeit bedingten Adhäsionskräfte der Teilchen aneinander zu überwinden sind Bei diesem bekannten Verfahren wird die Paste ringförmig extrudiert und von nur einer Seite, nämlich der Innenseite her mit Luft zerstäubt Für die Zerstäubung der Pasten ist ein pilzförmiger Düsenvorsatzkörper, aus dem die Luft ausströmt, vorgesehen.

Aus einer anderen Literaturstelle, der französischen Patentschrift 13 47 435 ist es bereits bekannt, Polyolefin pulver durch Extrudieren des Polyolefins in dünnen Schichten und Zerteilen des Extrudats zu Pulver mit Hilfe eines Gases herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein betriebssicheres Verfahren aufzuzeigen, mit dem es in technisch einfacher Weise gelingt kontinuierlich eine Vielzahl thermoplastischer Kunststoffe zu Pulvern unterschiedlicher Korngrößen zu zerstäuben, wobei der spezifische Energiebedarf für die Zerstäubung niedriger als nach bekannten Verfahren sein soll.

so Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man die jchmelzflüssigen Thermoplaste bei brücken von 5 bis 300 atü in Form eines Schlauches mit Wandstärken von 0,2 bis 3 mm extrudiert und den Schmelzeschlauch mit dem Zerstäubungshilfsmedium mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 700 m/sec beaufschlagt, wobei die Beaufschlagung mittels zweier Teilströme im Verhältnis 1 :3 bis 3:1 erfolgt, indem man zuerst einen Teilstrom auf die Innenseite des Schmelzeschlauches einwirken läßt, während die Außenseite des Schlauches noch auf einer Länge von 2 bis 8 mm geführt wird, dann den zweiten Teilstrom konzentrisch auf die Außenseite des Schmelzeschlauches unter einem Winkel von 15 bis 70° zur Schlauchachse auftreffen läßt und den Gas- bzw.

h5 Dampfstrom noch 1 bis 6 mm parallel zur Schlauchachse führt.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu den bekannten Verfahren sind:

Der spezifische Energiebedarf liegt bei der Zerstäubung von Thermoplastschmelzen um etwa 50% niedriger als bei den bekannten Verfahren bei qualitativ gleicher Körnung, Außer der Verwendung von Inertgasen als Hilfsmedium kann auch Luft und Dampf verwendet werden. Bei Anwendung von Luft als Zerstäubungshilfsmedium werden die Betriebskosten nochmals reduziert Die Verstopfungsanfälligkeit der Produktmündung der Zerstäubungsvorrichtungen ist erheblich kleiner. Daher können Schmelzen zerstäubt werden, die Feststoffbeimengungen bis zu ca. 70% enthalten.

Die allgemeine Störanfälligkeit der Zerstäubungsvorrichtungen ist geringer, weil kein Rückstau der Schmelze in die Gasdüse eintritt Die Vorrichtungen lassen sich mehrmals abstellen und wieder in Betrieb nehmen, ohne daß sie jedesmal ausgebaut und gereinigt werden müssen. Es können mehrere Zerstäubungsvorrichtungen parallel in einem Sprühturm verwendet werden, wodurch größere Anlagekapazitäten möglich sind.

Bevorzugt wird zur Ausführung des Verfahrens eine Vorrichtung mit einem Zuführungen sowie Auülaßdüsen für den schmelzflüssigen thermoplastischen kunststoff und das Zerstäubungshilfsmedium aufweisenden Gehäuse benutzt, bei der nach der Erfindung drei Düsen konzentrisch angeordnet sind, und zwar eine Innengasdüse von 1 bis 30 mm Durchmesser und eine AuSengasdüse mit einer Ringspaltbreite von 03 bis 5 mm unter einem Winkel von 15 bis 70⁰C zur Düsenachse sowie eine Produktdüse mit ein;r Ringspaltbreite von 0,2 bis 3 mm mit einem Konuswinkel von

5 bis 40", bezogen auf die Düsenachse, wobei die Mündungsvorderkante der Innengasdüse um einen Abstand von 2 bis 8 mm von der Mündungsvorderkante der Produktdüse zurücksteht und die Mündungsvorderkante der Außengasdüse um eine Strecke von 1 bis

6 mm über die Mündungsvorderkante der Produktdüse übersteht

Zu den thermoplastischen Kunststoffen, die nach denn erfindungsgemäßen Verfahren zu Pulvera verarbeitet werden können, gehören z. B. Polyolefine, Polyamide, Polyurethane, Polyester und Polymerisate des Styrols, o-Methylstyrols und «-Methylstyrols.

Als Thermoplaste werden für das Verfahren Olefinpolymerisate vorgezogen. Es ist aber auch möglich, Gemische aus verschiedenen miteinander mischbaren Thermoplasten zu pulverisieren.

Geeignete Olefinpolymerisate sind vor allem die Homopolymerisate von Monoolefinen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen. Bei den vorzugsweise verwendeten Polyäthylenen kommt der ganze Dichtebereich von 0,915 bis 0,960 g/cm³ in Frage. Geeignet sind auch die Copolymerisate des Äthylens mit Olefinen, wie Propylen und Buten-1 sowie Copolymerisate des Äthylens mit anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren, z. B. Vinylestern von gesättigten aliphatischen Monocarbonsäuren mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, Vinyläthern, Vinylchlorid, Acryl- und Methacrylestern, die sich von Alkanoleii mit t bis 5 Kohlenstoffatomen ableiten sowie Polymerisate aus Äthylen und Acrylsäureester^ die zusätzlich freie Acrylsäuregruppen enthalten, z.B. Äthylen-tert- Butylacrylat-Acrylsäurepolymere. Der Anteil der Comononieren am Gesamtgewicht des Polymerisats kann bis zu 50 Gewichtsprozent betragen. Auch kann chloriertes Polyäthylen verwendet werden, wie auch Mischpolymerisate des Isobutylens, die bis zu 10 Gewichtsprozent 1,3-Diolefine, beispielsweise Butadien und Isopren, enthalten.

Die für das Verfahren geeigneten Polyamide werden beispielsweise durch Polymerisation von Lactamen hergestellt- die 6 oder 12 Ringkohlenstoffatome

s enthalten oder durch Polykondensation aus aliphatischen Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure und Sebacinsäure, und aliphatischen Diaminen mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen. Polymerisate mit einem weiten Molekulargewichts bereich, der durch den Schmelzindex (nach ASTM D 1238-57 T) MI (2,16/190⁰C) von 0,1 bis 100, vorzugsweise 0,5 bis 25, charakterisiert wird, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zerstäubt werden. Die Zugabe von Weichmachern oder Gleitmitteln zur

is Verbesserung der Fließfähigkeit ist für die Zerstäubung der Schmelzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich. Allen genannten Produkten können jedoch vor der Zerstäubung Beimengungen zugesetzt werden, um bestimmte Produkteigenschaften oder

μ bestimmte Voraussetzungen für die Weiterverarbeitung zu erzielea z. B. Wärme-, Licht- und UV-Stabilisatoren, weiterhin Flammschutzmittel, Far'.itoffe, Füllstoffe, z. B. Holzmehl, feiner Sand, Kreide, Titandioxid und Ruß, sowie Metallpulver oder Späne und Glasfasern.

Der Anteil der Beimengungen in den Schmelzen kann bis zu 70 Gewichtsprozent betragen. Die zulässigen TeilcheDgrößen der Beimengungen hängen von ihrer Form und der Abmessung der Produktdüse ab. Ist die Längsabmessung der Teilchen ungefähr gleich der Querabmessung, so beträgt die zulässige Maximalgröße der Teilchen etwa die Hälfte der Ringjchlitzbreite der Produktmündung. Bei Querabmessungen unter 0,1 mm kann die Länge bis zu ca. 10 mm betragen. Bei der Zerstäubung von Thermoplastschmelzen, die feinteilige Beimengungen enthalten, fallen Pulver an, in denen die Zusätze homogen verteilt sind.

Im einzelnen führt man das erfindungsgemäße Verfahren so aus, daß die thermoplastischen Kunststoffe aufgeschmolzen, in einer konisch verjüngten Ring- filmströmung, vorzugsweise mit Drall, zur Düsenmündung gefördert und in Schlauchform extrudiert werden. Die Betriebsbedingungen der Schmelze (Geschwindigkeiten, Drücke, Temperaturen) lassen sich wie folgt -abgrenzen: Die Extrusionsgeschwindigkeit des Produk tes liegt zwischen 0,2 und 4, vorzugsweise zwischen 1 und 2 m/sec, der Produktdruck zwischen 5 und 300, vorzugsweise zwischen 60 und 200 Atmosphären. Die Schmelzetemperatur kann zwischen dem Schmelzpunkt und der ohne chemische Veränderung (Abbau) des

so Produktes höchstzulässigen Temperatur liegen. Zweckmäßigerweise arbeitet man zur Erzielung relativ geringer Viskositäten nahe der oberen Grenze.

Der Konuswinkel λ der Produktströmung gemäß Figur soll 5 bis 40, vorzugsweise 15 bis 25°, bezogen auf die P'jssnachse, betragen. Der Drallwinkel zur Erzielung eines auf dem Umfang gleichmäßigen Films kann zwischen 0 und 6C liegen, vorzugsweise wischen 15 und 45°. Die Abmessungen des extrudieren Schlauches liegen in den Grenzen: Innendurchmesser 1 bis 30, vorzugsweise 3 bis 15 mm, Filmstärke 0,2 bis 3, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm.

Als Zerstäubungshilfsmedien werden vor allem Luft, inerte Gase oder Wasserdampf verwendet. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich, wenn Luft als Zerstäubungshilfsmedium dient. Bei der Verwendung von Wasserdampf muß das Thermoplastpulver anschließend getrocknet werden. Das für die Zerstäubung benutzte Hilfsmedium wird

in zwei Teilströme im Mengenverhältnis I : 3 bis 3:1. vorzugsweise I : 1,5 bis 1,5 : 1 aufgeteilt. Diese Teilströme werden so geführt, daß sie den aus der Düsenmündung austretenden Produktschlauch an dessen Innen- und Außenseite angreifen und zerstäuben. Auf diese Weise wird eine relativ große Kontaktfläche zwischen Produkt und Hilfsmedium geschaffen. Da das Hilfsmedium beiderseitig des Schlauches angreift, hat es nur die halbe Filmstärke zum Zweck der Zerstäubung zu durchdringen. Durch entgegengesetzte Umfangskomponenten (Drall) der beiden Gasströme kann die Turbulenz und das Schergefälle im Mündungsbereich verstärkt werden. Mit der großen Kontaktfläche, der kleinen Durchdringungstiefe, der große Turbulenz und dem hohen .Schergefälle werden günstige Voraussetzungen für eine energiesparende Zerstäubung geschaffen.

Der erste Teilgasstrom, vorzugsweise der kleinere, wird in den extrudierten Produktschlauch hineingeblasen. Der Durchmesser dieses Innengasstromes ist in der Regel um 0 bis 2, vorzugsweise um G,j bis i ίϊΐΐΊΊ 'iueiiici als der Innendurchmesser des Produktschlauches. Bevor der Produktschlauch die Außenwand seiner Düse verlassen hat. greift der Innengasstrom den Produktschlauch bereits an. Diese Angriffsstelle liegt um 2 bis 8, vorzugsweise um 3 bis 5 mm hinter der Extrusionsebene des Produktschlauches zurück (Innengasrücklage). Der Außengasstrom, vorzugsweise der größere Teilstrom, wird konzentrisch auf die Außenseite des Produktfilms in einem Winkel β (gemäß Figur) zur Düsenachse aufgeblasen, der um 10 bis 30, vorzugsweise um 15 bis 25" größer als der Konuswinkel der Produktströmung ist. Die Dicke des Außengasringes liegt zwischen 0,3 und 3. vorzugsweise zwischen 0.5 und 2 mm. Der Außengasstrom wird, lachdem er den Produktschlauch angegriffen hat. noch auf einer Länge von 1 bis 6, vorzugsweise von 2 bis 4 mm von der Außengasdüse geführt (Außengasvorlage). Werden die beiden Gasströme mit Drall versehen, so ist der Winkel zwischen dem resultierenden Geschwindigkeitsvektor und der Düsenachse (Drallwinkel) zweckmäßig nicht größer als 30^c. vorzugsweise kleiner als 15", auszubilden. In diesem Fall haben die Geschwindigkeitsumfangskomponenten der beiden Gasströme vorzugsweise entgegengesetzte Richtung. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet jedoch auch mit drallfreien Gasströmen. Die Betriebsbedingungen für das Zerstäubungshilfsmedium hängen in starkem Maße von der Düsenkapazität (Produktdurchsatz pro Zeit) ab, sowie auch von der angestrebten Kornfeinheit. Drücke von 4 bis 6 Atmosphären für das Hilfsmedium reichen aus. wenn die Düsenkapazität bis ca. 30 kg/h beträgt. Bei einer Düsenkapazität von 200 bis 300 kg/h sind 30 bis 50 Atmosphären erforderlich. Der spezifische Gasaufwand steigt dabei von 1 bis 2 auf 3 bis 4 kg Hilfsmedium je kg Produkt Wird ein sehr feines Pulver gewünscht, dessen Korngröße z. B. zu 95% unter 50 μιτι liegen soll, so muß unter sonst gleichen Bedingungen der Gasdruck auf 100 bis 200 Atmosphären gesteigert werden oder man erhöht den spezifischen Gasaufwand auf 10 bis 20 kg Hilfsmedium pro kg Produkt

Die erreichbare mittlere Gas- bzw. Dampfgeschwindigkeit in den Mündungsquerschnitten liegt bei den angegebenen Drücken meist zwischen dem 0,8- und 035fachen der Schallgeschwindigkeit d. h. je nach Temperatur des Hilfsmediums etwa zwischen 300 und 400 m/sec. Bei der Verwendung von Gasen als Hilfsmedium können Temperaturen zwischen 20 und 35O°C angewendet werden, vorzugsweise zwischen 80 und 120⁰C. Die hohen Gastemperaturen von 150 bis 350°C sind nur dann erforderlich, wenn das Hilfsmedium die Wärme für die Beheizung der Zerstäubungsvorrichtung liefern muß. Zweckmäßigerweise sieht man dafür aber elektrische Heizungen vor. Bei der Verwendung von Dampf als Zerstäubungshilfsmedium mit Temperaturen von 150 bis 200⁰C kann auf die elektrische Heizung der Düsen verzichtet werden.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

ίο dient zweckmäßigerweise eine Vorrichtung, die gemäß Abbildung im wesentlichen aus drei konzentrisch angeordneten Düsen besteht, wobei das Zerstäubung hilfsmedium durch die Innengasdüse (1) von I bis 30 mm Durchmesser und die Außengasdüse (3) mit einer

ti Ringspaltbreite von 0.3 bis 5 mm unter einem Winkel von ß=\5 bis 70° zur Düsenachse sowie der in einem Extruder aufgeschmolzene Kunststoff durch die Produktdüse (2) mit einer Ringspaltbreite von 0,2 bis 3 mm mit einem Konuswinkel « von 5 bis 40°, bezogen auf die

Düäci'läCi'läc, gciöfucri UHu ucfäTi iffi

der dreiflutigen Düse zusammengeführt werden, daE der Innengasstrom in einem Abstand (x) von 2 bis 8 mm vor der Mündungsvorderkante der Produktdüse auf die Innenseite des extrudierten Produktschlauches einwirkt während die Mündungsvorderkante der Außengasdüse um eine Strecke (y) von 1 bis 6 mm über die Mündungsvorderkante der Produktdüse übersteht Die innere Abschirmhülse (4) und die äußere Abschirmhülse (5) verhindern, daß das Produkt von den meist kälterer Gasströmen zu sehr abgekühlt wird. Die innere Düsenheizung (6) und die äußere Düsenheizung (7] dienen zur Einstellung bzw. Aufrechterhaltung dei optimalen Verdüsungstemperatur des Produktes. Diese Temperatur wird durch die Thermoelemente (8) arr Düseneingang und (9) kurz vor der Düsenmündung de: Produktes überwacht. Bei (10) wird das Innengas dei Düse zugeführt, bei (11) das Produkt und bei (12) da: Außengas. Der Mündungsquerschnitt (die Spaltbreite; der Produktdüse wird durch den Distanzring (13 eingestellt die Mündungsspaltbreite der Außengasdüst durch den Distanzring (14). Für eine genau konzentri sehe Ausrichtung der Mündungsquerschnitte sorger Zentrierbunde im zylindrischen Teil der Düsen bzw Hülsen. Diese Zentrierbunde sind zur Ermöglichung de; Durchflusses mit einer Anzahl von Bohrungen odei Schlitzen versehen, die gegebenenfalls zur Erzielung eines Dralls eine Neigung in Umfangsrichtung aufwei sen können. Während die Durchmesser dieser Bundboh rungen keine Rolle spielen, besteht für die Flächensum me der Bohrungen bzw. Schlitze auf einem Bund die Bedingung, daß sie größer sein muß als die Fläche de; zugehörigen Mündungsringspalts, vorzugsweise Uiii der Faktor 1, 2 bis 4. Soll auch das Innengas mit einem Dral versehen werden, so wird ein Drallkörper arr

Innengaseingang der Düse (bei 10) eingelegt

Die Anwendungsgebiete der Thermoplastpulvei ohne und mit Beimengungen erstrecken sich über ein« sehr weiten Bereich. Die pulverförmigen Thermoplastf werden z. B. beim Rotationssintern eingesetzt, bein Spritzguß, insbesondere für KJeinteile, weiterhin füi Beschichtungen, ζ. B. von Teppichrücken, Metallflächei (Rammspritzen). Thermoplaste mit Beimengungei werden für formstabile größere Teile eingesetzt, z.B Platten, insbesondere auch zur Verbesserung dei

f,', Festigkeitseigenschaften (Zusatz von Glasfasern). Ther moplastpulver mit hohen Farbstoffbeimengungen sim zur gleichmäßigen Einfärbung größerer Mengen Ther moplaste besser geeignet als der reine Farbstoff. Da;

10

gleiche gilt für die Eindosierung von Stabilisatoren und anderen Beimengungen, insbesondere zur Vorbereitung des Thermoplastes für die Folienherstellung. Ist für die Nachbehandlung eines Thermoplastes eine große Oberfläche erfo-derlich, so ist der Einsatz von zerstäubtem Pulver als Zwischenstufe zweckmäßig.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele weiter erläutert.

Die Korngrößen des Pulvers wurden durch Siebanalysen mil einem Luftstrahlsieb ermittelt.

Beispiel 1

Ein Polyäthylen der Dichte 0,92 g/cm^J mit einem Schmelzindex von 18 (2,16 kg/190°C) und einem Schmelzpunkt von 110° C wird über einen Schneckenextruder und eine elektrisch beheizte Rohrleitung zu einer Zerstäubungsvorrichtung der Kapazität 30 kg/h gefördert. Der extrudierte Produktschlauch hat einen Durchmesser von 4 mm und eine Stärke von 0,3 mm. Der InnenEasstrom hat einen Durchmesser von 3,5 mm, der ringförmige Außengasstrom eine Stärke von 0,4 mm. Als Zerstäubungshilfsmedium dient Stickstoff von 200⁰C und 8 atü Druck. Das Mengenverhältnis Außengas zu Innengas beträgt 1,2; die Innengasrücklage (x) und die Außengasvorlage (y) sind je 2 mm, der Konuswinkel der Produktströmung λ= 17,5°, der Konuswinkel der Außengasströmung /? = 37,5°. Die Schmelze wird mit 65 atü und 28O⁰C in die Zerstäubungsvorrichtung gefördert und dort auf 300° C aufgeheizt. Bei einem spezifischen Gasaufwand von 1 Nm³Je kg Produkt wird folgende Körnung erzielt:

°0% < 500 μπι

60%<300μπι
8%<100 μπι

Beispiel 2

Der Außengasspalt wird gegenüber Beispiel 1 auf 0,5 mm vergrößert, so daß nun ein spezifischer Gasaufwand von 1,3 NmVkg vorliegt. Es wird in diesem Fall mit Preßluft zerstäubt. Bei sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wird nun ein Polyäthylenpulver folgender Körnung erhalten:

90% < 500 μπι

65% < 300 μπι

10%<100μπι

Beispiel 3

Der Außengasspalt wird gegenüber Beispiel 1 auf 0,7 mm vergrößert, so daß der spezifische Gasaufwand auf 33 Nm³/kg steigt. Bei sonst unveränderten Betriebsbedingungen ist die Körnung des Polyäthylenpulvers:
97,5% < 500 μπι
82% < 300 μπι
14% < 100 μπι

Beispiel 4

Bei der in Beispiel 1 angeführten Zerstäubungsvorrichtung wird mit einem Konuswinkel der Außengasströmung /?=60° gearbeitet sowie mit den übrigen Daten nach Beispiel 3. Man erhält ein gröberes Polyäthylenpulver, bei dem 32% der Teilchen >500 μιτι sind.

Beispiels

An der Zerstäubungsvorrichtung nach Beispiel 1 wird die Innengasrückiage (x) und die Außengasvorlage (y) auf 5 mm vergrößert Zerstäubt man das in Beispiel 1

20

25

30

35

40

45

50

55 beschriebene Polyäthylen, so erhält man ein Korn mit 30% > 500 μπι.

Beispiel 6

Gegenüber Beispiel 1 wird ein Verhältnis Außengas zu Innengas von 0,4 eingestellt. Alle übrigen Parameter bleiben unverändert. Man erhält ein Polyäthylenpulver, das 50% Teilchen einer Größe über 500 μηι aufweist.

Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn das Verhältnis Außengas zu Innengas 2,7 beträgt.

Beispiel 7

Die Zerstäubungsvorrichtung wird wie in Heispiel 1 eingestellt und das gleiche Produkt nun mit Wasserdampf von 14 atü und einem spezifischen Dampfaufwand von 2,5 kg/kg zerstäubt. Die erhaltene Körnung ist wie folgt:

96% < 500 μηι
76% < 300 μπι
Ι5%<Ι00μπι

Zur Erzielung des gleichen Kornspektrums mit einer Zerstäubungsdüse ohne elektrische Heizungen sind 18 atü und 3 kg Dampf je kg Produkt erforderlich.

Beispiel 8

Ein Polyäthylen der Dichte 0,92 g/cm³ mit einem Schmelzindex von 5 wird der Düse nach Beispiel 1 zugefördert. Der erforderliche Förderdnick der Schmelze ist bei 29O⁰C 120 atü. Zerstäubt wird mit Stickstoff von 15 atü und 160⁰C, der spezifische Gasaufwand beträgt 2 Nm³/k|». Die erhaltene Körnung entspricht der von Beispiel 2.

Beispiel 9

Das in Beispiel 8 genannte Polyäthylen wird mit 35 bis 50% T1O2 und verschiedenen Farbstoffen mit Primärteilchen unter 1 μνη als hochkonzentriertes Batch der in Beispiel 1 beschriebenen Zerstäubungsvorrichtung mit einer Außengas-Spalteinstelkng von 0,5 mm zugefördert und unter folgenden Bedingungen zerstäubt: Schmelzendruck 120 atü, Schmelzentemperatur 310⁰C, Gasdruck 20 atü, Gastemperatur 350° C, spezifischet Gasaufwand 1,9 NmVkg. Das erhaltene Kornspektrum 93% < 500 μπι

70% < 300 μπι

20%<100μιτι

ist unabhängig von der Konzentration der Beimengungen im angegebenen Bereich.

Beispiel 10

Eine Schmelze mit Beimengungen wie in Beispiel 9 wird mit einem spezifischen Gasaufwand von 4,5 NmVkg, einer Gastemperatur von 215°C und einem Gasdruck von 38 atü zerstäub L Der höhere Energieaufwand ergibt deutlich feinere Körnungen als im vorigen Beispiel:

99,5% < 500 μπι

96%<300μιη

50% < 100 μπι

60 Beispiel 11

Ein Polyäthylen der Dichte 034 g/cm³ mit einem Schmelzindex von 0,9 sowie einem Rußgehalt von 35% wird unter folgenden Bedingungen mittels der Zerstäubungsvorrichtung nach Beispiel 1 zerstäubt: Schmelzentemperatur 260⁰C; Schmelzeridnick 50 atü, Stickstofftemperatur 220⁰C, Stickstoffdruck 38 atü. Mit einem

809634/76

1 Zf .C\J I I I

spezifischen Gasaufwand von 8 NmVkg wird folgende Körnung erzielt:

99% < 500 μπι

93% < 300 μηι

55%<100μπι

Beispiel 12

Ein Polyäthylen der Dichte 0,96 g/cm³ mit einem Schmelzindex v^n 6,5 wird der Zerstäubungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 zugefördert und mit folgenden Betriebsdaten zerstäubt: Schmelzentemperatur 280⁰C, Schmelzendruck 130 atü, Gasdruck 25 atü, Gastemperatur 130°C, spezifischer Gasaufwand 4 Nm-Vkg. Das erhaltene Pulver hat folgende Kornverteilung:

99%<500μπι

20%<100μιη

70%<300μΐπ

Beispiel 13

Ein Polyäthylen der Dichte 0,96 g/cm³ mit einem Schmelzindex von 5 (2,16 kg/190°C) und einem Schmelzpunkt von 135°C wird wieder über den Schneckenextruder und eine elektrisch beheizte Rohrleitung in eine Zerstäubungsvorrichtung der Kapazität 30 kg/h gefördert. In dieser wird im Gegensatz zu Beispiel I die Schmelze nicht in Form eines gotten Schlauches extrudiert, sondern als Schlauch ' mit Einkerbungen in Fließrichtung. Diese Riefen haben in dem 0,6 mm starken Schlauch eine Tiefe von 0,4 mm, eine Breite von 0,5 mm und untereinander einen Abstand von ebenfalls 0,5 mm. Die Schmelzentemperatur beträgt 275°C, die Schmelzviskosität 1,8 · 10⁴ Poise. Der Förderdruck der Schmelze ist 80 atü. Die beiden Gasströme (Stickstoff) werden mit 10 atü in einem Mengenverhältnis Außengas zu Innengas von 1,15 und mit einer Temperatur von 250⁰C in die Düse gefördert. Das Mengenverhältnis Gas zu Produkt beträgt 2 NmVkg. Es wird ein Pulver folgender Körnung erhalten:

85%<500μπι

45% < 300 μπι

5%<100μπι

Beispiel 14

Produkt und Zerstäubungsvorrichtung wie Beispiel 13. Betriebsdaten der Schmelze ebenfalls unverändert. Die Verdoppelung des spezifischen Gasaufwandes auf 4 NmVkg bei 20 atü Gasdruck ergibt eine Kornverfeinerung auf folgende Werte:

99,5% < 500 μπι

95%<300μπι

25%<100μπι

Beispiel 15

Ein Polycaprolactam mit einem K-Wert von 68 bis 72 und einer Schmelzviskosität von 4000 Poise bei 250⁰C wird der Zerstäubungsvorrichtung nach Beispiel 1 zugefördert Die Schmelze enthält einen Zusatz von 40% Glasfasern (Durchmesser 10 μιη, Länge 1 bis 4 mm). Der Produktmündungsschlauch hat eine Stärke von 0,5 nun. Die Schmelze wird mit 50 atü Druck und 300° C in die Zerstäubungsvorrichtung gefördert, das Zerstäubungsgas mit 2 atü und 140° C Der spezifische Gasaufwand beträgt 0,5 Nm³/kg. Das erhaltene Pulver hat eine nadelige Struktur mit Querabmessungen zwischen 0,1 und 0,5 mm sowie Längsabmessungen von 0,5 bis 2 nun.

Beispiel 16

Das in Beispiel 1 genannte Polyäthylen wird einer Zerstäubungsvorrichtung der Kapazität 100 kg/h mit 120 atü und 300⁰C zugefördert. Der extrudierte Schmelzenschlauch hat einen Innendurchmesser von 5 mm und eine Stärke von 0,8 mm. Die Innengasrücklage (x) und die Außengasvorlage (y) betragen je 3 mm, die Konuswinkel λ= 17,5° und 0 = 37,5°. Die Zerstäubungsvorrichtung hat keine elektrischen Heizungen. Die Temperatur des Innengases beträgt 300⁰C, die Außengastemperatur 120°C. Der Außengasspalt hat eine Stärke von 1 mm. Der Gasdruck (hier Luft) beträgt innen und außen 30 atü. Das Mengenverhältnis Außengas zu Innengas ist 1,15, der spezifische Gasaufwand 3 NmVkg. Man erhält folgende Körnung:
95% <: 500 μιη
84% <: 300 μιη
59% < 200 μπι

πι c ι λ μ i c ι ι/

Zerstäubungsvorrichtung wie Beispiel 16, ebenso die Betriebsbedingungen des Gases. Ein Polyäthylen der Dichte 0,92 g/cm³ mit einem Schmelzindex von 5 wird bei 300⁰C Schmelzentemperatur und 160 atü Schmel-/endruck zerstäubt. Der spezifische Gasaufwand ist 3 NmVkg. Die Körnung sieht folgendermaßen aus:
89% < 500 μπι
75% < 400 μπι
62% < 300 μπι

Beispiel 18

Ein Polyäthylen mit der Dichte 0,92 g/cm³ und dem Schmelzindex 18 wird einer Zerstäubungsvorrichtung der Kapazität 200 kg/h zugefördert. Der extrudierte Schlauch hat einen Innendurchmesser von 6 mm und eine Stärke von 1 mm. Die Innengasrücklage (x) und die Außengasvorlage (y) betragen jeweils 3,5 mm, die Winkel α= 17,5° und 0=37,5°. Da in die Düse keine elektrischen Heizungen eingebaut sind, wird mit einer Innengastemperatur von 250⁰C gearbeitet Das Außengas hat eine Temperatur von 8O⁰C. Die Dicke der Außengasringströmung ist 1,2 mm. Das Gasverhältnis außen zu innen beträgt 1,2, der spezifische Gasaufwand 4,5 NmVkg und der Gasdruck 50 atü. Die Kornanalyse hat folgendes Ergebnis:
93% < 500 μπι
71%<300μπι
23% < 100 μπι

Bespiel 19

Das Polyäthylen nach Beispiel 18 wird mit einer elektrisch beheizten Zerstäubungsvorrichtung der Kapazität 200 kg/h zerstäubt Die geometrischen Mündungsabmessungen der Düse sind wie in Beispiel 18, abgesehen vom Außengasringspalt, der nun auf 1 mm eingestellt ist, wodurch sich bei 50 atü Gasdruck ein spezifischer Gasaufwand von 3,5 Nm³/kg ergibt Die Gastemperatur beträgt innen und außen 80⁰C Es wird die gleiche Körnung wie in Beispiel 18 mit wesentlich kleinerem Energieaufwand erzielt

Beispiel 20

Das Polyäthylen nEch Beispiel 18 wird einer elektrisch beheizten Zerstäubungsvorrichtung der Kapazität 300 kg/h zugefordert Die Abmessungen des extrudierten Schlauches betragen 65 mm Innendurchmesser und 1,2 mm Stärke. Die Größe der Innengas-

(χ) und der AuBengasvorlage (y) ist 4 mm, der Winkel λ == 17,5°, der Winkel β = .?7,5^Ο. Der Gasdruck ist 50 atü, die Gastemperatur 80°C innen und außen, das GasverhälU.is außen zu innen 1,2. Mit einem spezifischen Gasaufwand von 3 Nm³/kg wird folgendes Kornspektrum erhalten:

84%<500μΐη

55% <: 300 um

18% < 100 um

Beispiel 21

Es wird gemäß Beispiel 20 gearbeitet und ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat der Dichte 0,94 g/cm³ und des Schmelzindexes 4 mit einem Gehalt von 14% Vinylacetat zerstäubt. Man erhält folgendes Kornspektrum:

85% < 500 um

57% < 300 um

!5%<:100um

Die Eigenschaften des eingesetzten Materials waren nach der Versprühung unverändert.

Beispiel 22

Wieder wird gemäß Beispiel 20 gearbeitet und ein Äthylen-n-Butylacrylat-Copolymerisat der Dichte 0,93 g/cm³ und des Schmelzindexes 2 mit einem Gehalt von 17% n-Butylacrylat verwendet. Es ergibt sich folgende Körnung:
87% < 500 um
57% < 300 um

16% < 100 um

Nach der Versprühung kann keine Veränderung dfr Eigenschaften des eingesetzten Materials festgestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von Thermoplastpulvern durch Extrudieren thermoplastischer Kunststoffe in dünnen Schichten und Zerteilen des schmelzflussigen Extrudats zu einem Pulver mit Hilfe eines Gases oder Dampfes als Zerstäubungshilfsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß man die schmelzflüssigen Thermoplaste bei Drücken von 5 bis 300 atü in Form eines Schlauches mit Wandstärken von 0,2 bis 3 mm extrudiert und den Schmelzschlauch mit dem Zerstäubungshilfsmedium mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 700 m/sec beaufschlagt, wobei die Beaufschlagung mittels zweier Teilströme im Verhältnis 1 :3 bis 3 :1 erfolgt, indem man zuerst einen Teilstrom auf die Innenseite des Schmelzschlauches einwirken läßt, während die Außenseite des Schlauches noch auf einer Länge von 2 bis 8 mm geführt wird, dann den zweiten Teilstrom konzentrisch auf die Außenseite des Schmelzeschlauches unter einem Winkel von 15 bis 70° zur Schlauchachse auftreffen läßt und den Gas- bzw. Dampfstrom noch 1 bis 6 mm parallel zur Schlauchachse führt

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Zuführungen sowie Auslaßdüsen für den schmelzflüssigen thermoplastischen Kunststoff und das Zerstäubungshilfsmedium aufweisenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß drei Düsen konzentrisch angeordnet sind, und zwar eine Innengasdüse (1) von 1 bis 30 mm Durchmesser und eine Außengasdüse (3) mit einer Ringspaltbreite von 03 bis 5 mm unter einem Winkel (ß) von 15 bis 70° zur Düsenachse sowie eine Produktdüse (2) mit einer Ringspaltbreite von 0,2 bis 3 mm mit einem Konuswinkel ^x) von 5 bis 40°, bezogen auf die Düsenachse, wobei die Mündungsvorderkante der Innengasdüse (1) um einen Abstand (x) von 2 bis 8 mm von der Mündungsvorderkante der Produktdüse (2) zurücksteht, und die Mündungsvorderkante der Außengasdüse (3) um eine Strecke (y) von 1 bis 6 mm über die Mündungsvorderkante der Produktdüse (2) übersteht