[发明专利]脱气方法、脱气装置以及螺杆元件的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将含聚合物的介质，如特别地聚合物熔体、聚合物溶液和分散体进行脱气（Entgasung）的方法，并且还涉及用于进行上述方法的脱气装置。

背景技术

挤出是一种在聚合物的制备、处理和加工中经常使用的方法。在此并且在以下，挤出是在一个单螺杆或多螺杆挤出机中对介质的处理。

在聚合物的制备中，挤出在工业上用于将挥发性组分如单体、低聚物以及还有助剂和溶剂从含聚合物介质中去除（[1]，第192页至第212页；[1]=Klemens Kohlgrüber.双螺杆挤出机（Twin-Screw Extruders），慕尼黑汉泽尔出版社（Hanser Verlag Munich），2007）。此外，还可以在挤出过程中任选进行聚合物的化学改性，例如通过接枝、官能团的改性或通过分子量的针对性增加或减少来进行的分子量改性，或者该聚合物可以例如通过混入添加剂来进行最终制造。

挤出的优点被以下缺点抵消：特别大量的能量在有待挤出的含聚合物的介质中，特别在典型地用作挤出机中的处理元件的螺杆元件的相互啮合的区域中被耗散，这可以导致严重的局部过热。这种局部过热可以导致对产品的损害，例如，气味、颜色、化学组成的变化，或产品中不均匀性的形成，例如凝胶颗粒或斑点。

在局部过热的情况下不同聚合物中的损害模式，例如，描述于WO2009/153000A，第22页第7行至第24页第25行中。

如果温度太高，橡胶如聚丁二烯（BR）、天然橡胶（NR）、聚异戊二烯（IR）、丁基橡胶（IIR）、氯代丁基橡胶（CIIR）、溴代丁基橡胶（BIIR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚氯丁二烯（CR）、丁二烯-丙烯腈橡胶（NBR）、部分氢化的丁二烯-丙烯腈橡胶（HNBR）和乙烯-丙烯-二烯共聚物（EPDM）尤其倾向于显示出交联和凝胶形成，这导致从其生产的产品的机械特性的严重恶化。在氯代丁基和溴代丁基橡胶以及还有氯丁二烯橡胶的情况下，腐蚀性的氯化氢和溴化氢可以在升高的温度下被释放并且这进而催化该聚合物的进一步的分解。

该聚合物的损害进展的反应速率取决于温度和反应速率常数k(T)，这可以由阿仑尼乌斯方程来描述：

k(T)=A*exp(-E_A/(R*T))。

在这个方程中，k是反应速率常数，T是以[K]为单位的绝对温度，A是频率因子，E_A是以[J/mol]为单位的活化能并且R是以[J/(mol*K)]为单位的普遍气体常数。

因此，还从能量的观点来看，用于含聚合物的介质的挤出的方法应该通常被配置为使得平均温度升高尽可能低并且避免如发生例如在根据现有技术的一种具有经典的Erdmenger螺杆轮廓的螺杆元件的相互啮合区域中的局部温度峰。

现有技术包括大量解决这个问题的途径。

DE1 180 718A披露了一种具有单程的（）处理元件或螺杆元件的双螺杆机器。在截面中，这些螺杆元件的外轮廓是由圆弧组成的。在旋转方向上的有效齿面具有一个由三个圆弧组成的外轮廓，这三个圆弧的中点位于外半径上或这些螺杆元件的纵向轴上。一个缺点是这些螺杆元件仅允许作用在有待处理的材料上的剪切和/或伸长流动的设置中较小的灵活性。

WO2009/152968和WO2011/039016披露了用于挤出机的处理元件，特别是螺杆元件，由于它们的修圆的形状，这导致在挤出过程中更少的能量输入到含聚合物的介质中。

EP1 617 985A1披露了一种处理设备以及还有一种用于将双峰聚烯烃类进行脱气的方法。在该处理设备中，两个同步旋转的双螺杆挤出机被串联安排并且该第二挤出机从运输方向来看具有一个用于将有待处理的聚烯烃类进行脱气的脱气区。这种处理设备的一个缺点是该脱气性能，即去除的不希望的挥发性组分的比例，是低的。

EP0861717A1披露了一种用于处理释放大量挥发物的材料的方法和装置。该挤出装置具有一个主挤出机和两个横向地通向其的辅助挤出机，使得在该主挤出机的脱气区中形成的气流被分为至少三个子流，然后将这三个子流从这些挤出机中排出。

EP1 127 609A2披露了一种用于使用捏合机将挥发性组分从含聚合物的介质中去除的方法。在此，能量部分地是通过该捏合机的壁引入的并且用于将溶剂汽化。此外，将能量通过该捏合机的旋转螺杆作为机械能引入。经由该捏合机的机械能的引入极大地取决于产品的粘度，这大大减少了灵活性以及因此该方法用于工业用途的吸引力。