METHOD OF DENSIFYING THERMOPLASTIC MATERIALS

Abstract: 1. Method of mixing, heating, comprissing and then cooling thermoplastic synthetic material in a fast running mixer, characterized in that water is suplied in fine distribution to the synthetic material after a material temperature lying within the compression range has been reached so that the temperature of the whole material is kept within a predetermined temperature range below the melting temperature during the whole compression process.

Description: Verfahren zum Verdichten von thermoplastischem Kunststoffmaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen, Erwärmen, Verdichten und anschliessenden Kühlen von thermoplastischem Kunststoffmaterial (beispielsweise von leichten Kunststoffolien, Fasern, HohlkörPern und Kunststoffabfällen aller Art, die verdichtet und agglomeriert bzw. granuliert werden sollen). Verfahren der vorstehend genannten Art sind beispielweise durch die DE-AS 1 679 834 und die DE-OS 2 432 861 bekannt. Die Einleitung der zum Verdichten und Agglomerieren des Kunststoffmateriales benötigten Reibungswärme in das Gut erfolgt hierbei durch ein -rotierendes Zerkleinerungswerkzeug. Dabei wird das Kunststoffmaterial sehr ungleichmässig erhitzt, wobei es insbesondere im Arbeitsbereich des Zerkleinerungswerkzeuges vielfach zu lokalen Überhitungen des Kunststoffmateriales kommt.Der Schmelzpunkt des thermoplastischen Kunststoffmateriales wird dabei nicht selten in einzelnen Zonen des Zerkleinerungs- und Verdichtungsraumes über- schritten. Bedingt durch diese sehr ungleichmässige Materialerhitzung und die gelegentliche Überschreitung der Schmelztemperatur ergibt sich bei den bekannten Verfahren häufig ein wenig homogenes Produkt von schlechter Rieselfähigkeit und mit einer innerhalb eines breiten Spektrums liegenden Kornverteilung. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, mit einfachen anlagentechnischen Mitteln ein besonders gleichmässig verdichtetes, gut rieselfähiges Produkt zu erzeugen, dessen Kornspektrum nur eine geringe Bandbreite aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Kunststoffmaterial nach Erreichen einer innerhalb des Verdichtungsbereiches liegenden Materialtemperatur Wasser in fein verteilter Form derart zugeführt wird, dass die Temperatur des gesamten Materiales während des ganzen Verdichtungsvorganges innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches unterhalb der Schmelztemperatur gehalten wird. Bei den bisher bekannten Verfahren erfolgt eine Kühlung des Kunststoffmateriales durch Wassereinspritzung erst nach vollständiger Beendigung der Verdichtung des Materiales (d.h. zu dem Zweck ,das verdichtete Material von der Verdichtungstemperatur auf Endtemperatur abzukühlen). Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt demgegenüber die Wasserzuführung bereits während der Verdichtung des Materiales, und zwar zu dem Zweck, die Temperatur des gesamten Kunststoffmateriales während des ganzen Verdichtungsvorganges innerhalb eines verhältnismässig engen Temperaturbereiches unterhalb der Schmelztemperatur zu halten. Durch diese dosierte Kühlung wird zwar der Verdichtungsvorgang bei dem erfindungsgemässen Verfahren zeitlich etwas verlängert; auf der anderen Seite werden jedoch lokale Überhitzungen des Materiales, insbesondere ein Erreichen oder gar Oberschreiten der Schmelztemperatur in einzelnen Zonen, mit Sicherheit vermieden. Die einheitliche Temperaturführung des gesamten Kunststoffmateriales führt zu einem gleichmässig verdichteten und auch in seinen sonstigen Eigenschaften sehr homogen Produkt, das eine gute Rieselfähigkeit besitzt und dessen Kornspektrum eine enge Bandbreite aufweist. Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Temperaturführung während des Verdichtungsvorganges nicht durch die lokale Materialerwärmung aufgrund des Misch-, Zerkleinerungs- und Verdichtungsvorganges, sondern im wesentlichen durch die dosierte Wasserzuführung bestimmt wird, lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren den unterschiedlichsten thermoplastischen Kunststoffmaterialien optimal anpassen. Die feinfühlige Temperatursteuerung des Verdichtungsprozesses wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch begünstigt, dass das zugeführte Wasser die Wärmeleitung vom Kunststoffmaterial zu einem für die Temperatursteuerung verwendeten Temperaturfühler verbessert und damit eine nahezu verzögerungsfreie Überwachung der Materialtemperatur durch den Temperaturfühler bewirkt. Gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung wird jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen Materialtemperatur eine bestimmte Wassermenge in das Kunststoffmaterial eingespritzt. Dies erfolgt zweckmässig in der Weise, dass jeweils nach Erreichen der vorgegebenen Materialtemperatur Wasser während eines kurzen Zeitintervalles, vorzugsweise von 0,5 bis 5 s, in das Kunststoffmaterial eingespritzt wird. Diese Wassereinspritzung erfolgt um so kürzer und häufiger, je kleiner der vorgegebene Temperaturbereich ist, innerhalb dessen die Materialtemperatur während des Verdichtungsvorganges gehalten werden soll. Bei Wahl genügend kurzer Einspritzintervalle zeichnet sich dieses Verfahren durch besonders geringe Schwankungen der Materialtemperatur während des Verdichtungsvorganges aus. Die Änderungen der Temperatur des Kunststoffmateriales während des Verdichtungsvorganges durch intervallweise Wasserzuführung werden erfindungsgemäss - je nach Art des thermopla stischen Kunststoffmateriales - innerhalb eines Bereiches von weniger als 10 "C, vorzugsweise von weniger als 5 OC, gehalten. Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen oberen Materialtemperatur so lange Wasser in das Kunststoffmaterial eingespritzt, bis eine vorgegebene untere Materialtemperatur erreicht ist. Bei einem solchen Verfahren wird durch geeignete Anordnung der Temperaturfühler zweckmässig für ein möglichst verzögerungsfreies Ansprechen der Temperaturfühler auf die Materialtemperatur gesorgt. Um das Wasser in möglichst fein verteilter Form in das Kunststoffmaterial einzuführen, kann es erfin dungsgemäss in einem Luftstrom ausgelöst und mittels dieses Luftstromes in das Material eingedüst werden. Zweckmässig erfolgt hierbei die Einführung des Wassers in den Materialbereich höchster Erwärmung. Wird insbesondere ein mit Flügeln versehenes, rotierendes Mischwerkzeug verwendet, so wird das Wasser zweckmässig im Arbeitsbereich der Flügelenden zugeführt. Dies kann entweder durch die von den F1t- geln des Mischwerkzeuges bestrichene Wand des Mischbehälters oder durch die rotierenden Flügel selbst erfolgen. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispieles erl u- tert. Es zeigen Fig.1 eine Mischvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens; Fig.2 ein Diagramm der Materialtemperatur in Ab hängigkeit von der Zeit. Die in Fig.1 in einer teilweise geschnittenen Vertikalansicht dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens enthält auf einem Ständer 1 einen Verdichterbehälter 2, der nach oben durch einen Deckel 3 abgeschlossen ist, der durch Spannelemente 4 angezogen wird. Durch den Boden des Verdichterbehälters 2 greift eine Rotorwelle 5 hindurch, die von einem im Ständer 1 untergebrachten Antriebsmotor angetrieben wird. Die Rotorwelle ist durch eine Lagerung 6 hindurchgeführt, über die sich der Verdichterbehälter 2 auf den Ständer 1 abstützt. Die Rotorwelle 5 trägt an ihrem oberen Ende einen Vorzerkleinerungsteller 7 mit im Umfangsbereich aufgesetzten Rotormessern 8. Im unteren Bereich der Rotorwelle 5 sind verhältnismässig dicht über dem Boden des Verdichterbehälters 2 Verdichterflügel 9 vorgesehen, die an ihrem Umfang Aufsatzmesser 10 tragen. Der mit den Rotormessern 8 besetzte Vorzerkleinerungsteller 7 ist von einem am Deckel 3 befestigten ringförmigen Stator 11 umgeben, der an seinem inneren Umfang dicht über den Rotormessern 8 Statormesser 12 trägt. Über dem Deckel 3 befindet sich ein Materialaufgabetrichter 13, über den bei geöffnetem Deckel 3 Material in den Verdichterbehälter 2 eingefüllt werden kann. Im Innenraum des Verdichterbehälters 2 befindet sich - nahe der Bewegungsbahrr der Aufsatzmesser 10 - eine Sprühdüse 14, die über eine Leitung 15 und Ventile 16, 17 mit einer Druckluftquelle 18 und einem Wasseranschluss 19 in Verbindung steht. Weiterhin ist im Innenraum des Verdichterbehälters 2 nahe dem Bodenbereich ein Wärmefühler 20 angeordnet, der an ein Thermometer 21 bzw. an eine (nicht veranschaulichte) Steuereinrichtung angeschlossen ist. Zur Zuführung von Kühl luft dient ein durch einen Motor 22 angetriebenes Kühlluftgebläse 23, das über einen Xühlluftzuführstutzen 24 mit dem Innenraum des Verdichterbehälters 2 in Verbindung steht. Die Abführung der Kühl luft aus dem Verdichterbehäl ter 2 erfolgt über eine Leitung 25 und einen Staub abscheider 26. Das im Staubabscheider 26 abgeschiedene Material fällt in den Materialaufgabetrichter 13 zurück. Eine Hubvorrichtung 27 dient schliesslich zum mechani schen Heben des Deckels 2 zum Reinigen .1: des Verdichterbehälters 2. Im Betrieb der Vorrichtung wird durch die Sprühdüse 14 - in Abhängigkeit von der durch den Wärmefühler 20 ermittelten Temperatur des zu verdichtenden thermo plastischen Kunststoffmateriales - Wasser dosiert in den Innenraum des Verdichterbehälters 2 eingespritzt. Die an den Wärmefühler 20 angeschlossene, die Wasser zufuhr steuernde Einrichtung dosiert hierbei die Wasserzufuhr derart, dass die Materialtemperatur während des Verdichtungsvorganges innerhalb eines gewünschten engen Bereiches gehalten wird. Nach Beendigung des Verdichtungsvorganges wird die Anlage auf Kühlung umgeschaltet, wobei soviel und/oder solange Wasser bzw. Kühlluft zugeführt wird, bis das Produkt erhärtet und lagerfähig abgekühlt bzw. trocken ist. Fig.2 zeigt ein typisches Zeit-Temperatur-Diagramm für das Mischen, Erwärmen, Verdichten und anschlieBen- de Kühlen von Polypropylen. In der Ordinate ist die Materialtemperatur (in "C) und in der Abszisse die Zeit (in min) aufgetragen. I z.B. Polypropylen In einer ersten Phase I wird das Kunststoffmaterial'\ durch die rotierenden Flügel und Messer gemischt und durch die hierbei erzeugte Reibungswärme auf etwa 160 0C erwärmt. Nach Erreichen dieser Temperatur erfolgt in der Phase II ein intervallweises Wassereinspritzen, wobei durch jeden Einspritzvorgang (von etwa 0,5 bis 2 s Dauer) eine Temperaturabsenkung von etwa 50C eintritt. Während dieser Phase wird das Kunststoffmaterial gleichmässig verdichtet. In einer anschliessenden Phase III erfolgt sodann eine Kühlung und Granulation des verdichteten Materiales, in einer Phase IV schliesslich der Auswurf des Gutes. Bei der für das erfindungsgemässe Verfahren wesentlichen Wasserzuführung während der Verdichtungsphase II wird durch geeignete Dosierung des Kühlmediums gewährleistet, dass die durch das zugeführte Kühlmedium entzogene Wärmemenge die über die Mischwerkzeuge in der gleichen Zeit zugeführte Reibungswärme (unter Berücksichtigung der durch zunehmende Verdichtung gebundenen Schmelzwärme) etwa ausgleicht. Erwärmt sich beispielsweise eine Charge von 50 kg Polyäthylen in der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wassereinspritzungen durch Reibungswärme durchschnittlich um etwa 4 ob, so bedeutet dies (bei einer spezifischen Wärme von 0,45) eine Wärmezufuhr von 90 kcal. Um diese Wärmemenge abzuführen, werden jeweils 0,15 1 Wasser eingespritzt. Dieses Wasser nimmt durch Erwärmung von 200C auf 1000C zunächst 12 kcal auf; weiterhin werden durch Verdampfung (bei 530 kcal Verdampfungswärme) noch 79,5 kcal abgeführt, insgesamt somit 91,5 kcal. Um das Verfahren wirtschaftlich schnell ablaufen zu lassen, wird beispielsweise während 0,5 s Wasser eingespritzt, was innerhalb von 5 s eine Kühlung um jeweils ca. 50C bewirkt; dann steigt die Materialtemperatur innerhalb weiterer 5 s wieder auf die ursprüngliche Verdichtungstemperatur an, worauf sich das Spiel wiederholt. Die Zuführung des Kühlmediums beginnt jeweils nach Erreichen einer vorgewählten Temperatur, die beispielsweise bei LD-PE (Polyäthylen niedriger Dichte) bei 1200C und bei PP (Polypropylen) bei 1600C liegt. Die Temperatur wird je nach Schmelzpunkt und thermoplastischen Eigenschaften des jeweiligen Kunststoffmateriales unterschiedlich gewählt. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren liegt das Kornspektrum des Fertigproduktes innerhalb enger Grenzen. Beispielsweise liegen 90% der Gesamtmenge im Kornspektrum von 2 bis 5 mm Durchmesser und nur 10% ausserhalb, während bei den bekannten Verfahren - bedingt durch die eingangs erläuterte ungleichmässige Verdichtung - im allgemeinen nur 30 bis 50% der Gesamtmenge des Fertigproduktes in dem genannten Kornspektrum liegen.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Mischen, Erwärmen, Verdichten und anschliessenden Kühlen von thermoplastischem Kunst stoffmaterial in einem schnell laufenden Mischer, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoffmaterial nach Erreichen einer innerhalb des Verdichtungsbereiches liegenden Ma terialtemperatur Wasser in fein verteilter Form derart zugeführt wird, dass die Temperatur des ge samten Materiales während des ganzen Verdich tungsvorganges innerhalb eines vorgegebenen Tem peraturbereiches unterhalb der Schmelztemperatur gehalten wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen Ma terialtemperatur eine bestimmte Wassermenge in das Kunststoffmaterial eingespritzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen Materialtemperatur Wasser während eines kurzen Zeitintervalles, vorzugsweise von 0,5 bis 5 s, in das Kunststoffmaterial eingespritzt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungen der Temperatur des Kunststoff materiales während des Verdichtungsvorganges durch intervallweise Wasserzuführung innerhalb eines Be reiches von weniger als 10 9C, vorzugsweise von weniger als 5 "C, gehalten werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils nach Erreichen einer vorgegebenen oberen Materialtemperatur so lange Wasser in das Kunststoffmaterial eingespritzt wird, bis eine vorgegebene untere Materialtemperatur erreicht ist. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in einem Luftstrom verteilt zuge führt wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in den Materialbereich höchster Erwärmung eingeführt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7 unter Verwendung eines mit Flügeln versehenen, rotierenden Mischwerk zeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser im Arbeitsbereich der Flügelenden zugeführt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial vor der Verdichtung -;orzerkleinert wird.

Inventors: HERFELD, FRIEDRICH W., DR.
Applicants: DR. HERFELD GMBH & CO.KG
Application year: 1983
Main classification: B29B7
IPC codes: B29B13, B29B7