DE1801928A1

DE1801928A1 - Mikrowellen-Trocknungsverfahren fuer synthetische Polymerisate

Info

Publication number: DE1801928A1
Application number: DE19681801928
Authority: DE
Inventors: Forster Eric O
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1967-10-10
Filing date: 1968-10-09
Publication date: 1969-05-14
Also published as: BE722063A; US3434220A; FR1585782A; NL6814515A; GB1226988A

Description

Mikrowellen - (Proclaiungsverfahren für synthetische Polymerisate.

Pur diese Patentanmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden IJ.S.Anmeldung Ser.No. 674,155 vom 10. Oktober 1967 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes. Polymerisierungsverfahren, insbesondere auf ein Verfahren zum Entfernen flüchtiger Stoffe und zum Trocknen von Polymerisaten vermittels Mikrowellenheizung.

Bei bekannten Herstellungsverfahren für Polymerisate müssen Lösungsmittel und/oder Wasser aus dem Polymerisat entfernt werden. Beispielsweise wird bei der Darstellung von Butylgummi das Erzeugnis als eine Aufschlämmung von Butylgummi erhalten, wobei der Butylgummi im allgemeinen in der Form von Krumen oder Partikeln in Wasser enthalten ist. Die Gummipartikel werden dann aus der Aufschlämmung abgeschieden und auf einem Vibrations-

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sieb oder la einem Drehfilter des OliYer-Typs entwässert, Ms sie mir iioefe, ©twa 30 "bis etwa 60 Gewichtsprozente (Gew.^) Wasser enthalten* Sie werden äaoa noch weiter auf mechanischem Wege» beispielsweise durch einen Expeller oder Verdränger nach, Andersoa oder ©ine Entwässerungs-Sclineckenpresse entwässert Ms ilir Wassergehalt etwa 6 "bis 20 Gew.56 beträgt«,

Ein Expeller oder Teräränger nach Jm&exBon, ist eine durchgehende mechanische Schneckenpresse,, die auf einer Welle mehrere getrennte Schnecken aufweist „ die in ,bestimmten Abständen, darch Manschetten und Breelieransätae voneinander getrennt und innerhalb einer Trommel angeordnet siaä, die aus Stätoen gebildet ist, denen sich enge Schlitze feefin'äen. Die Welle das Material von äem Aufgaljetrichter durch die Entwäss©- rungstrommel Mndureb.· Bei äem unter Druck erfolgenden Durchgang der Feststoffe durch die Srommel wird die Flüssigkeit aus Seil-!Feststoffen herausgedrückt und kann durch die Zwischenräume swischen den Stäben ier froisael entweichen.

Das nach diesem Terfahreneschritt noch zurückgebliebene Wasser wird durch Erhitzen entfernt. Dazu werden die Partikel beispielsweise in eine geheizte Schneckenpresse mit einer Entlüftung für flüchtige Stoffe (devolatilising extruder) eingeführt, die mit einer

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BAD ORIGINAL

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Preßform - Tablettiermaschine gekoppelt ist. Sie auf diese Weise erhaltenen !Tabletten sind praktisch wasserfrei unö enthalten nur etwa 0,1 bis 0,5 Gew.^ Wasser. Sie werden zwecks Abkühlung ins Wasser geworfen, damit sich die Tabletten nicht aneinander heften. Das an der Tablettenoberfläche anhaftende Wasser wird durch Erhitzung in einem Trockenofen oder einer sogenannten Trockendarre entfernt. Sann werden die Tabletten abgekühlt und in bekannter Weise unter Sruckeinwirkung zu Ballen gepreßt.

Sas Ausformen der Ballen erfolgt im allgemeinen bei Temperaturen von etwa 60 - 120 ⁰O. und einem Sruck Ton etwa 56 bis 246 at, wobei Temperatur und Sruck für etwa 5 bis 60 Sekunden aufrechterhalten werden. Sie dadurch erhaltene, kompakte Masse hat dann eine Sichte von etwa 640 - 865 kp/nr⁵.

Ähnliche Verfahren, bei denen Wasserabscheidungs- und Trocknungsschritte zur Anwendung gelangen, bilden auch einen Bestandteil von anderen Polymerisationsverfahren. Beispielsweise wird Styren-Butadien-Gummi (GE-S) aus Kautschukmilch hergestellt, die durch Tersetzen mit Säure oder Salzen zur Koagulation gebracht wird. Sas koagulierte Erzeugnis wird gewaschen, in einem Vakuum-Srehfilter nach Oliver gefiltert, aus diesem herausgenommen, wobei es einen Wassergehalt von etwa 30 Gew.^ aufweist,

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und anschließend für etwa zwei Stuhdeii bei einer Höchsttemperatur von 82 ⁰Cv getrocknet um den Anteil an flüchtigen Stoffen (z.B. Wasser) auf etwa 0,5 # herabzusetzen.· "· " " · '■ "· ■.■ ■'■■■·■■ .· ."""■""■■ "-" ■-'■"·-■■- "■'-- : ^;

Es läßt sich ohne weiteres ersehen, daß die herkömmlichen Trocknungsverfahren sehr viel Platz beanspruchen und dementsprechend auch kostspielige Anlagen erfordern. Hinzu kömmt, daß die Wärmebehaüdlung bei verschiedenen bekannten Verfahren entweder unzureichend oder sogar schädlich ist.

Beispielsweise erhalten Polymerisate (z.B. PVC, Butylgummi) infolge der Scherwirkung und der hohen Temperatur von 190 - 260 ⁰C. in der Schneckenpresse mit einer Entlüftung für flüchtige Stoffe eine molekulare Gewichtsverteilung, die im unteren Bereich liegt, folglich ist es bei der Herstellung von Butylgummi nur unter großen Schwierigkeiten möglich, ein Polymerisat herzustellen, bei welchem das Verhältnis von mittlerem Molgewicht (RL) "zu.-Durchschnittsmolekulargewicht (M_w) größer ist als 4,0.

Die halogenisierten Butylgummi, insbesondere beispielsweise bromierter Butylgummi, zersetzen sich bei den Trocknungstemperaturen, die in einer Schneckenpresse mit Entlüftung für flüchtige Stoffe angewendet werden. Daher werden tränenreizende Gase, z.B. HBr frei und die Einrichtungen sind einer starken Korrosion unterworfen.

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Wenn Polyisobutylen in der durch die U.S. Patentschrift ISSt, 3 264 387 bekannten Weise dargestellt, getrocknet und zu Ballen gepreßt worden ist und dann für mehrere Wochen gelagert wird, werden die Ballen verhältnismäßig transparent. Dadurch wird die eingeschlossene feuchtigkeit in der Mitte des Ballens in der lorm eines großen weißen "Baseballs" sichtbar.

Obwohl der Wassergehalt des Polymerisats nur etwa 0,1 bis etwa 0,8 Gew.# beträgt und die Qualität des Erzeugnisses nicht beeinträchtigt, ist das Aussehen des Ballens nachteilig beim Verkauf. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, das zurückbleibende Wasser gleichfalls zu entfernen und ein völlig wasserfreies Erzeugnis herzustellen. Vermittels der bekannten Troeknungsverfahren ist es jedoch nicht möglich, den Wassergehalt des Polymerisates noch weiter zu senken.

Für die Behandlung von Polymerisaten sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, bei denen eine elektronische Erwärmung angewendet wird. So werden beispielsweise Metallpartikel in einem vulkanisierbaren Gummi dispergiert und das Gemisch wird vermittels einer Induktionsheizung mit einer Frequenz von etwa 1 MHz (Megahertz) ausgehärtet, wie es z.B. in der U.S. Patentschrift Nr. 3 249 658 beschrieben ist. Wie bereits aus der Bezeichnung hervorgeht, ruft die Induktionsheizung Wirbelströme

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in einem Leiter, z.B. in metallischen Feilspänen hervor, wobei die Erwärmung von den in dem Material induzierten Wirbelströmen hervorgerufen wird und die Erwärmung des Gummis durch die Wärmeleitung der metallischen Feilspäne

erfolgt. η

Dielektrische Erwärmung ist dazu angewendet worden, nichtleitende Stoffe, die jedoch polare Moleküle enthalten, zu erwärmen. Beispielsweise kann Polyvinylchlo—

rid in Gieß- "Vor-Formen" gedruckt und dielektrisch aufgeheizt werden, bevor es in eine Druckgießform eingeführt wird. Die Erwärmungstechnik beruht dabei auf der durch die Polarität der Moleküle induzierten Heizwirkung. Der aufzuheizende oder zu erwärmende Stoff wird zwischen zwei Platten gebracht, die eine Kapazität in einem elektronischen Stromkreis bilden. Die Polarität der Platten wird dabei mit einer Frequenz in der Größenordnung von etwa 1 bis 150 MHz rasch umgekehrt. Die Erwärmung wird durch

. das schnelle Hin- und Herschwingen der polaren Moleküle hervorgerufen, die ihrerseits versuchen, sich in der Richtung des sich ständig ändernden Feldes auszurichten.

Neuerdings ist es gelungen, natürlichen Gummi oder synthetische Elastomere dadurch teilweise auszuhärten, daß diese Stoffe durch die Mitte eines schraubenförmig gewundenen, metallischen Hohlleiters hindurchgeführt werden, wobei der Hohlleiter mit einem Mikrowellengenerator ver-

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bunden ist^ der mit einer Frequenz von etwa 300 bis etwa 30 000 MHz betrieben wird. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der Britischen Patentschrift Sr. 1 065 971 dargestellt. Das Aushärten wird dadurch vervollständigt, daß der Stoff durch eine herkömmliche Heizvorrichtung hindurchgeschickt wird.

Die Mikrowellen-Heizung wie auch die bekannten Verfahren der dielektrischen ,Heizung beruhen auf der Tatsache, daß elektromagnetische Wellen mit einem dielektrischen Stoff in Wechselbeziehung treten, wobei ein Teil der elektromagnetischen Wellenenergie gespeichert und ein anderer Teil zerstreut wird. Die Heizwirkung ist dabei eine Funktion der zerstreuten Energie (dielektrischer Verlust). Der dielektrische Verlust wird durch den Reibungswiderstand verursacht, der bei einer permanenten oder einer induzierten Dipolausrichtung in einem elektrischen Wechselfeld auftritt. Bei Polymerisaten ist mit der Zunahme der Strahlungsfrequenz ganz allgemein ein Ansteigen des dielektrischen Verlustes zu beobachten. Einige Polymerisate, wie z.B. Polyvinylchlorid, zeigen jedoch eine Abnahme des dielektrischen Verlustes bei höheren Frequenzen.

Obwohl alle polymeren Moleküle mit wenigen Ausnahmen eine gewisse Polarität zeigen, sind die synthetischen Elastomere im wesentlichen unpolar und haben daher einen

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niedrigen dielektrischen Verlust. Sie Erwärmung dieser Stoffe wird daher in der Regel dadurch erreicht, daß polare Stoffe als Füllstoffe mit dem Hauptstoff vermischt werden, wie z.B. Ruß.

Die Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zum Abscheiden flüchtiger Stoffe, insbesondere von Wasser, von einem Polymerisat angeben. Das Verfahren soll ermöglichen, flüchtige Stoffe praktisch vollständig aus einem unpolaren,synthetischen Polymerisat zu entfernen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das synthetische Polymerisat, welches ein polares Lösungsmittel enthält, einer Transportvorrichtung zugeführt und vermittels der Transportvorrichtung durch wenigstens einen Hikrowellen-Hohlraumresonator, der auf einer Mikrowellenfrequenz von etwa 900 bis etwa 30 000 NHz arbeitet, während einer Zeitspanne hindurchtransportiert, die so bemessen wird, daß der Anteil des polaren Lösungsmittels in dem Polymerisat auf weniger ale 5000 /ig/g (5000 Teile pro 10 Teile) herabgesetzt wird. Bas Polymerisat kann auch durch zwei Mikrowellen-Hohlraumresonatoren hindurchdurchgeführt werden, die mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der Anteil an flüchtigen Stoffen in im wesentlichen unpolaren Polymerisaten auf einen unterhalb der feststellbaren

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Grenze von 1 /Ug/g (oder 1 Teil in 10 !eilen) liegenden Wert herabgesetzt werden kann, wenn eine kontinuierliche Trocknung in zwei Verfahrensschritten vermittels Mikrowellen-Heizung erfolgt, wobei der erste Trocknungaschritt bei 915 MHz (L - Band) über eine Zeitspanne von etwa zehn Sekunden bis zu drei Minuten ausgeführt wird um den !Feuchtigkeitsgehalt auf einen unter 5 Gew. $> liegenden Wert zu senken, und der zweite Trocknungsschritt bei 2450 MHz (S- Band) über eine Zeitspanne von etwa zehn Sekunden bis zu etwa drei Minuten ausgeführt wird.

Während des Trocknungsverfahrens wird das feuchte Polymerisat auf einem Förderband durch den Resonanzhohlraum hindurchtransportiert. Dabei bildet das Polymerisat einen von etwa 7,5 bis etwa 18 cm starken Belag auf dem Förderband. Vorzugsweise ist das Polymerisat in Partikelform.

Überraschenderweise ergeben sich bei diesem Trokknungsverfahren die weiteren Vorteile, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren getrockneten Polymerisate ein besseres Aussehen, eine größere Streuung des Molgewichtes (d.h. einen höheren Wert von «£ ) und einen höheren Elastizitätsmodul aufweisen. Obwohl das Polymerisat vollkommen trocken ist, verläßt es den zweiten Resonanzhohlraum nur handwarm und braucht daher vor der Weiterverarbeitung zu Ballen nicht weiter abgekühlt zu werden.

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Sie Erfindung wird anhand eines Aueführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.

Eig. 1 ist eine schematische Barstellung des

Arbeitsablaufes einer /bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäSen Verfahrens·

Fig. 2 ist eine schematische, isometrische Barstellung eines Resonanzhohlraumes (Mikrowellenofens).

Ber in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Butylgummi¹¹ ist allgemein üblich, siehe beispielsweise die Zeitschrift "industrial Engineering and Chemistry", Band 32, Seite 1283 und folg.Seiten.

Butylgummi hat im allgemeinen ein Molekulargewicht nach Staudinger zwischen etwa 20 000 und etwa 500 000, vorzugsweise jedoch zwischen etwa 25 QOO und etwa 200 000 und insbesondere zwischen 45 000 bis 60 000. Die Jodzahl von Butylgummi liegt nach Vijs zwischen etwa 0,5 und etwa 50, vorzugsweise jedoch zwischen 1 und 15. Die Barstellung von Butylgummi ist in der U.S. Patentschrift Nr. 2 356 128 beschrieben.

Halogenisierte, gummiartige, Isoolefin-Multiölefin enthaltende !Copolymerisate, insbesondere bromierter Butylgummi, die sich in vorteilhafter Weise nach dem. ¥er-

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fahren der Erfindung von flüchtigen Stoffen befreien und trocknen lassen, werden vorzugsweise durch eine Halogenisierung der gummiartigen, Isoolefin-Multiolefin enthaltenden Kopolymerisate hergestellt, wobei die Herstellungsweise so beschaffen sein soll, daß das Molekulargewicht nicht verringert wird. Die dazu erforderlichen Herstellungstechniken sind bekannt, wie z.B. vermittele des in der U.S. Patentschrift Fr. 2 944 573 beschriebenen Verfahrens.

Der entstehende halogenisierte Butylgummi kann durch Ausfällung mit oxydierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere mit Alkoholen oder Ketonen, wie z.B. Azeton oder einem anderen Mittel, das den halogenisierten Butylgummi nicht löst, gewonnen werden. Dieser wird dann bei einem Druck von etwa 1 bis 760 mm Quecksilber absolut und etwa 0° bis 180 ⁰C, vorzugsweise bei etwa 50° bis 150 ⁰C. ,beispielsweise bei 70 ⁰C. getrocknet. Andere Verfahren.zum Gewinnen des chlorinierten Polymerisate bestehen in der Anwendung bekannter Sprühtechniken in Verbindung mit Trommeltrocknung.

Andererseits kann die Lösung von halogenisiertem Gummi auch in einen Behälter eingespritzt werden, der Dampf und/oder verwirbeltes Wasser enthält, der, bzw. das auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt ist um das Lösungsmittel zu verflüchtigen und eine Wasseraufschlämmung des Gummi zu bilden. Dieser halogenisierte Gummi

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kann durch Filtration aus der Aufschlämmung abgeschieden werden und wird dabei in der Form von Krumen oder Flocken erhalten. Pas auf diese Weise hergestellte halogenisierte, gummiartige Polymerisat hat ein Molekulargewicht nach Staudinger im Bereich von angenähert 20 000 bis 500 000, vorzugsweise zwischen 25 000 und 200 000.

Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck "Polyisobutylen" soll Homopolymere des Isobutylens bezeichnen, die ein Molekulargewicht nach Staudinger von etwa 60 000 bis etwa HO 000 haben. Das zur Herstellung des Polymerisats verwendete Verfahren ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung*

Obwohl Latex oder Kautschukmilch des CrR-S -Typs (ßtyren-Butadien) besondere Erwähnung findet, läßt sich das Trocknungsverfahren nach der Erfindung auch auf jedes andere Verfahren der Polymerisation von Latex anwenden. Der Ausdruck "Latexpolymerisation" soll in der vorliegenden Beschreibung alle Verfahren umfassen, bei denen Monomere während des Polymerisationsverfahrens in Wasser oder in einem wasserhaltigen Medium in Emulsion oder in Suspension gebracht werden. Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Latex" soll alle Polymerisate umfassen, die durch Polymerisation von Latex gewonnen werden.

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Der in dieser Beschreibung vorkommende Ausdruck "Mikrowellen-Heizung" bezeichnet eine Erwärmung oder Erhitzung durch elektromagnetische Strahlung bei Frequenzen zwischen etwa 900 bis etwa 30 000 MHz. Vorzugsweise liegt die Heizfrequenz durch Mikrowellen (Zentimeterwellen) allgemein im Frequenzbereich von etwa 900 bis etwa 8600 MHz und insbesondere im Bereich von etwa 915 bis etwa 2450 MHz.

Obwohl das Verfahren nach der Erfindung in erster Linie auf bestimmte synthetische Elastomere anwendbar ist, läßt es sich für alle Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen unpolaren Polymerisaten verwenden, bei denen zur Ausscheidung flüchtiger polarer Lösungsmittel oder von Wasser ein Trocknungsschritt erforderlich ist. Der Ausdruck "Polymerisat" soll Elastomere, Plastomere (plastimers) und Thermoplaste einschließen, während der Ausdruck "im wesentlichen unpolar^rt alle diejenigen Stoffe umfaßt, deren dielektrischer Verlustfaktor zwischen den Werten von etwa 0,0001 bis etwa 0,1 liegt, worunter z.B. Butylgummi, halogenisiertes Butyl, GR-S- Polymerisate und Polyvinylchlorid fallen.

Zur Behandlung des Stoffes, welcher der Mikrowellenstrahlung ausgesetzt werden soll, können sowohl gewundene Hohlleiter als auch Hohlraumresonatoren verwendet werden. Die gewundenen Hohlleiter haben den Nachteil, daß die

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trocknende Schicht des Stoffes verhältnismäßig dünn sein muß. Bei der !Trocknung von Butylgummi vermittels eines gewundenen Hohlleiters ist die auf dem Förderband auf !zubringende Schicht von Butylgummi beispielsweise auf eine Maximalstärke von 7,5 cm bei 915 MHz und auf eine Maximalstärke von 1,2 ei bei 2450 MHz beschränkt. Diese Beschränkung wird durch die Ausbreitungseigenschaften der elektromagnetischen Strahlung, sowie auch dadurch bedingt, daß sie auf den Innenraum des Hohlleiters begrenzt bleiben muß.

Um die bestmöglichste Ausnutzung der elektromagnetischen Strahlung für die Heizung zu erzielen, ist es erforderlich, den zu erhitzenden Stoff durch die Mitte des gewundenen Hohlleiters hindurchzuführen, da das elektrische Feld an dem oberen und dem unteren Ende des Hohlleiters Maximalwerte hat, während es an den Seiten einen Minimalwert erreicht. Eine dünne Schichtstärke erfordert eine verhältnismäßig enge Öffnung in dem Hohlleiter und es besteht daher keine Gefahr, daß Strahlung aus dem Hohlleiter austritt. Wenn dagegen die Schichtstärke zunimmt, muß auch die Höhe der Öffnung zunehmen und kommt dabei in den Bereich hoher Feldstärke, so daß Strahlung aus dem Hohlleiter austreten kann und dadurch der Gesamtheizgrad verringert wird.

Nach dem Verfahren der Erfindung wird vorzugsweise ein Hohlraumresonator verwendet, weil dabei die Schicht-'

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stärke größer sein kann. Beispielsweise kann die Schichtstarke bei der Trocknung von Butylgummi zwischen etwa 12,5 und etwa 25 cm betragen und liegt vorzugsweise bei etwa 15 bis etwa 20 cm, insbesondere jedoch bei 17,8 cm, wenn die Frequenz 915 HHz beträgt. Bei einer Frequenz von 2450 HHz soll die Schichtstärke in den Grenzen von etwa 2,5 bis 7,5 cm liegen, vorzugsweise etwa 3,8 bis etwa 6,4 cm betragen und ist optimal bei 5 cm.

• In Fig. 1 der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 11 die Abgabeseite von dem Aufschlämmungstank bei der Butylhersteilung. Vermittels der Abgabeseite wird die Wasseraufschlämmung einem Vibrationssieb 12 zugeleitet. Der überwiegende Wasseranteil wird dabei von dem krumen- oder flockenförmigen Butylgummi abgetrennt und durch den Wasserabgabestutzen 13 abgeführt, während der krumenförmige Butylgummi, welcher etwa 605ε Wasser enthält, durch eine Förderschnecke 14 einem Expeller nach Anderson 15 zugeführt wird, welcher den Wassergehalt auf etwa 6 bis 30 Gew.# herabsetzt, wobei der Wassergehalt jedoch im allgemeinen in die Grenzen von etwa 10 bis etwa 20 Gew.i» gebracht wird. Das Wasser wird durch den Wasserabgabestutzen 13'. abgeführt. Die Krumen mit dem geringeren Wassergehalt werden dann auf ein Förderband 16 geschüttet und in einen ersten Hohlraumresonator 17 eingeführt, dem seinerseits durch einen Hohlleiter 18 eine elektromagnetische Strahlung mit der Frequenz 915 MHz zugeführt wird.

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In diesem ersten Hohlraumresonator 17 wird der Wassergehalt auf etwa 5 Gew.# verringert. Dann wird der Stoff weiter in einen zweiten Hohlraumresonator 19 eingeführt, dem über einen Hohlleiter 20 eine elektromagnetische Strahlung von 2450 MHz zugeleitet wird. Die Butylgummikrume verläßt den zweiten Hohlraumresonator 19 mit einem Wassergehalt, der weniger als 10/Ug/g (10 Teile pro 10 Teile) beträgt und beispielsweise unter 1yug/g liegt.

Die Hohlraumresonatoren 17 und 19 können zwei getrennte Mikrowellenöfen sein, die beide jeweils mit einer Absorptionssperre an ihrem Auslaß und an ihrem Einlaß versehen sind. Es kann sich dabei aber auch um eine einzige Einheit handeln, bei der die beiden Hohlräume durch eine metallische Trennwand und entsprechende Mikrowellenisolatoren 27, beispielsweise ein mit Wasser gefüllter Raum von etwa 12,5 bis 65 cm Stärke, voneinander getrennt sind.

Der Aufbau des Hohlraumresonators ist im einzelnen aus der Darstellung der Fig. 2 ersichtlich, in welcher das Bezugszeichen 21 ein Gehäuse (den Resonanzhohlraum) bezeichnet, das aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff wie z.B. Metall hergestellt ist. Das Gehäuse ist etwa 1,50 bis 3,00 m lang, etwa 0,30 bis 1,20 m hoch und hat eine Breite von etwa 0,60 bis 1,35 m. Die genauen Gehäuseabmessungen sind abhängig von dem zu behandelnden Stoff, der beabsichtigten Eingangsleistung und der

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gewünschten Verweilzeit. Die Einlasse für die Mikrowellenstrahlung 22, 23 und 24 befinden sich vorzugsweise in den Ecken an dem einen Ende des Gehäuses 21 und stehen unter rechten Winkeln zueinander. Wenigstens ein Einlaß, der Einlaß 22, weist in eine Richtung, die der Richtung des Stoffdurchganges innerhalb des Hohlraumes entgegengesetzt- ist.

An den beiden Enden des Gehäuses befindet sich jeweils eine Öffnung, ein Auslaß 25 und ein Einlaß 26. Der Austritt von Mikrowellenstrahlung aus diesen öffnungen wird durch Filter in der Form von Reaktanzen oder Blindwiderständen verhindert, deren Ausführung an sich bekannt ist. Es können auch Absorptionssperren 27 vorgesehen werden, die beispielsweise aus Wasser oder Äthylenglykol bestehen. Das absorbierende Medium wird dabei im Umlauf durch einen außenliegenden Wärmeaustauscher 28 gekühlt.

Das Förderband 29 wird innerhalb des Gehäuses 21 durch Walzen 30 gestützt, die in gleichen Abständen angeordnet sind und aus einem nichtleitenden Werkstoff wie beispielsweise Teflon oder Keramik bestehen.

Zur Verhinderung von Kondensation innerhalb des Gehäuses wird über den zu trocknenden Stoff wärme luft hinweggeblasen. Die Lufteinlässe 31 und die luftauslässe 32 sind dabei in einer solchen Weise angeordnet, daß der luftstrom optimal genutzt wird. Für die Trocknung von

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Butylgummi besteht das Förderband 29 beispielsweise aus einem Sieb. Pie Lufteinlässe 31 befinden sich, dann unterhalb des Siebes und die Luftauslasse 32 an den Seiten des Gehäuses 21, wobei entsprechende Zwischenwände vorgesehen sind« um einen unmittelbaren Durchgang des Luftstromes von den Einlassen zu den Auslässen zw verhindern. Die Luft strömt daher durch die Schicht von Butylgummi nach oben und durch die Auslässe wieder aus dem Gehäuse hinaus. Bei der Trocknung von pulverigen Stoffen, wie z.B. Latex oder Latexverbindungen, erfolgt der Luftstrom über die Oberfläche des Stoffes hinweg von der einen zur anderen Seite des Förderbandes.

Die Einlasse für die Mikrowellenstrahlung sind in bekannter Weise durch Hohlleiter mit einem Mikrowellengenerator verbunden. Um eine gleichförmige Strahlungsverteilung innerhalb des ganzen Hohlraumes zu gewährleisten, sind an dem Ende des Gehäuses und gegenüber den Einlassen für die Strahlung Rtihrvorrichtungen 33 angeordnet. Die Rührvorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einer drehbar gelagerten Stange 34 und zwei, sich diametral gegenüberliegenden Schaufeln 35» die sich über die ganze Länge der Stange erstrecken. Während des Betriebes laufen die Rührschaufeln um 90° phasenversetzt zueinander (d.h. daß in der Ruhestellung die Schaufeln benachbarter Rührvorrichtungen unter einem rechten Winkel zueinander stehen). Es werden zwischen einem und zehn solcher Rühr-

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vorrichtungen und vorzugsweise etwa drei bis fünf Vorrichtungen verwendet.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dadurch erhaltenen Vorteile.

Beispiel 1

Es soll Butylgummi mit einem mittleren Feuchtigkeitsgehalt von 20 Gew.$> getrocknet werden.

Einrichtung:

1. Ein Hohlraumresonator,, der bei 915 MHz (Ii - Band) arbeitet. Hohlraumabmessungen: Breite 1,20 m; Höhe 0,90 m;

Länge 10m

Breite des Förderbandes: 0,90 m Leistung (Mikrowellen) : 450 kW Luftdurchsatz : 2550 m³/h bei 77 ⁰C

2. Zwei Hohlraumresonatoren, die beide bei 2450 MHz (S - Band) arbeiten. Hohlraumabmessungen: Breite 1,20 m; Höhe 0,90 m;

Länge 7t50 m

Breite des Förderbandes: 0,90 m Leistung (Mikrowellen) : 90 kW pro Hohlraum Luftdurchsatz : 2210 m⁵/h bei 66⁰C Von dem Anderson - Expeller einer Anlage zur Darstellung von Butylgummi wurde der krumenförmige Butylgummi, der einen Wassergehalt von etwa 20 Gew.# aufweist,

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dem Förderband des Im L - Band arbeitenden Hohlraumresonators mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 2900 kg/h (Naßgewicht) zugeführt. Sie Schichtstärke des krumenförmigen Butylgummi auf dem Förderband betrug dabei etwa 15 cm. Nach Ablauf einer Verweilzeit von etwa 90 Sekunden (die durch die Geschwindigkeit des Förderbandes einstellbar ist) verließ der krumenförmige Butylgummi den im L - Band arbeitenden Hohlraum mit einem Wassergehalt von etwa 5 bis 7 Gew.#.

Dieses halbgetrocknete Erzeugnis wurde in zwei Ströme aufgespalten und den im S - Band arbeitenden Hohlraumresonatoren zugeführt. Die Schichtstärke des Stoffes in diesen Hohlräumen betrug etwa 3 »8 cm. Nach Ablauf einer Verweilzeit von etwa 12 1/2 Sekunden innerhalb des Hohlraumes verließ der Gummi den Hohlraum mit einem Wassergehalt von weniger als 10/Ug/g (10 Teile pro 10 Teile). Dabei hatte er ein schneeweißes Aussehen. Die Herstellungsgeschwindigkeit betrug etwa 2260 kg pro Stunde ψ an trockenem Polymerisat.

Beispiel 2

Einer der beiden im S - Band arbeitenden Hohlraumresonatoren des Beispieles 1 wurde mit einer Leistung von 120 kW an Mikrowellenenergie betrieben und dazu verwendet, pro Stunde etwa 1800 kg nassen Polyisobutylene zu trocknen.

A. Polyisobutylen mit einem Wassergehalt von etwa

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5 &ew.^ würde nach einer Verweilzeit von etwa 25 Sekunden in dem Hohlraum his auf einen Wassergehalt von weniger als 1#ug/g getrocknet. B. Polyisobutylen mit einem Wassergehalt von etwa 2 Gew.^ wurde nach einer Verweilzeit von etwa 10 Sekunden in dem Hohlraum bis auf einen Wassergehalt von weniger als 1 /Ug/g getrocknet. Wenn das nach diesem Beispiel getrocknete Polyisobutylen zu Ballen gepreßt wird, bleibt der Ballen klar und es sind keine Anzeichen von eingeschlossener feuchtigkeit, d.h. keine weißen "Basebälleⁿ zu sehen.

Beispiel 3

Polyvinylchlorid mit einem Wassergehalt von etwa 18 Gew. f6 Wasser wurde in einem im S - Band arbeitenden Hohlraumresonator (d.h. bei 2450 HHz), der eine Mikrowellen-Leistungsaufnahme von 60 kW hat, getrocknet. Das !Förderband war 0,30 m breit, die Temperatur der zugeführten Iiuft betrug 63 ⁰C. und der luftdurchsatz etwa 2210 ir/h. Die Sehiehtstärke des Stoffes auf dem Förderband war etwa 5 ca-mid-die ¥erweilzeit betrug etwa 25 Sekunden.

Bas in einer Menge von 22,7 kg pro Stunde erhaltene Erzeugnis hatte zu Ende der Behandlung einen Wassergehalt von weniger als 1/Ug/g. In seinem Aussehen war es von seihneeweiSer Farbe uni eignete sich daher zur Herstellung iiinner Bohlehtem, die eine größere Klarheit und Durchals «die sonst üblichen, nur weißlichen

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Erzeugnisse aufweisen«

Eine Bestimmung des Molekulargewichtes (nach osmo- ' metrischen Verfahren im dampfförmigen Zustand) ergab einen Wert von 10 000 im Vergleich zu dem auf herkömmliche Weise getrockneten Pulver, das einen Wert von 8000 zeigt.

Obwohl in der Praxis ein derart hoher Wassergehalt (d.h. von über 5 Gew.36) durch Verwendung eines im L - Band w und eines im S - Band arbeitenden Hohlraumresonators, die hintereinander geschaltet sind, beseitigt werden würde, zeigt das Laboratoriumsexperiment doch, daß durch Trokknung vermittels der Mikrowellen-Heizung ein Erzeugnis erhalten werden kann, das ein besseres Aussehen und ein höheres Molekulargewicht besitzt.

Beispiel 4

Bei einem Verfahren für Polypropylen wurde das etwa 25 Gew.# ataktisches Polypropylen und etwa 13 Gew.# W Wasser enthaltende Polymerisat in der Laboratoriumseinrichtung des Beispieles 3 getrocknet. Each Ablauf einer Verweilzeit von etwa 16 Sekunden hatte das (in einer Menge von 22,7 kg pro Stunde erhaltene) Erzeugnis ein schneeweißes Aussehen und einen Wassergehalt von weniger als 1/Ug/g.

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Beispiel 5

Krumenförmiger Butylgummi mit einem Wassergehalt von etwa 5 Gew.96 wurde in einem der im S - Band arbeitenden Hohlraumresonatoren des Beispieles 1 bei einer Mikrowellenleistung von 90 kW getrocknet. Die Schichtstärke des Stoffes betrug etwa 3,8 cm und der Luftdurchsatz 2380 nr/h bei einer Lufttemperatur von etwa 63 ⁰C. Bei einer Verweilzeit von etwa 30 Sekunden wurde der Wassergehalt auf weniger als 1 ug/g herabgesetzt. Das so erhaltene Erzeugnis (in einer Menge von 1 815 kg/h !Trockengewicht) war in-der Form schneeweißer Krumen oder Flocken und erschien nach der Pressung in Ballen klar und nicht weißlich oder gelblich, wie es bei den auf die herkömmliche Weise getrockneten Erzeugnissen zu beobachten ist.

Das Erzeugnis hatte eine größere Streuung des

MVi

Molekulargewichtes (d.h. f^ = 6 gegenüber einem Wert 4 für Gummi, der auf bekannte Weise getrocknet worden ist). Der größere Molekulargewichtsbereich ermöglicht eine leichtere Verarbeitung des Gummi.

Die vorstehend gegebenen Beispiele zeigen, daß die !Trocknung von Butylgummi durch Mikrowellen-Heizung nicht nur die normalerweise erforderliche !Trocknungszeit erheblich verkürzt, sondern überraschenderweise auch ein Erzeugnis von besserem Aussehen und einer größeren Streuung des Molekulargewichtes liefert.

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Obwohl das erfindungsgemäße Irocknungsverfahren gestattet, den Anteil an flüchtigen Stoffen in einem Polymerisat ggf. auf einen unterhalb der feststellbaren Grenze, z.B. von 1 /ug/g liegenden Wert herabzusetzen, ist es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß es in vielen Fällen vollkommen ausreicht, wenn der Anteil an flüchtigen Stoffen, z.B. an Wasser in einem synthetischen Polymerisat auf weniger als 5000 /Ug/g oder vorzugsweise auf etwa 3000 /Ug/g herabgesetzt wird. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auch dann erhalten, wenn die Trocknung an einem höheren Gehalt oder Anteil an flüchtigen Stoffen, beispielsweise bei 3000 /Ug/g unterbrochen wird.

Beispielsweise beträgt die Temperatur des ganzen Polymerisats unter diesen Bedingungen nur etwa 82 - 88 ⁰C. im Vergleich zu einer Temperatur von etwa 190 - 260 ⁰C. bei der Trocknung bis zu diesem Grade vermittels bekannter Verfahren. Die infolge der niedrigeren Temperaturen er- * haltenen Vorteile bestehen, wie bereits erwähnt, in einem besseren Aussehen, d.h. einer schneeweißen statt einer weißlichen oder gelblichen Farbe, und in einer größeren Streuung des Molekulargewichtes. Außerdem besitzen die Polymerisate eine höhere Zugfestigkeit und einen höheren Elastizitätsmodul.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren in einer

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Anwendung zum Abscheiden yon Wasser beschrieben worden ist, läßt es sich in gleicher Weise auf alle Polymerisationsverfahren anwenden, bei denen ein !Prägerstoff oder ein Lösungsmittel entfernt oder abgeschieden werden soll und das Lösungsmittel (Wasser oder ein organisches Lösungsmittel) polar ist. Das nasse oder feuchte Polymerisat muß dazu nur dem Mikrowellenofen in der Form von Pulver, Krumen oder Tabletten zugeführt werden. Der in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck "polares Lösungsmittel" soll Wasser oder ein polares organisches Lösungsmittel, dessen Dielektrizitätskonstante größer ist als 4,0 umfassen.

- Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abscheiden eines polaren Lösungsmittels aus einem im wesentlichen unpolaren synthetischen Polymerisat, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polymerisat, welches das polare Lösungsmittel enthält, einer Transportvorrichtung (29) zugeführt und vermittels der Transportvorrichtung durch wenigstens einen Mikrowellen-Hohlraumresonator ~ (17» 19)) der mit einer Mikrowellenfrequenz von etwa 900 bis etwa 30 000 MHz betrieben wird, während einer Zeitspanne hindurchtransportiert wird, die so bemessen wird, daß der Anteil des polaren Lösungsmittels in dem Polymerisat auf weniger als 5000yug/g oder 5000 Teile pro 10 Teile herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat in Partikelform eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat durch zwei Mikrowellen-Hohlraumresonatoren (17, 19) hindurchtransportiert wird, von denen der eine mit einer Mikrowellenfrequenz von 915 MHz und der andere mit einer Mikrowellenfrequenz von 245O MHz betrieben wird* wobei die Verweilzeit

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in jedem der beiden Hohlräume so bemessen wird, daß der Anteil des Lösungsmittels in dem ersten Hohlraum auf weniger als 5 Gew.$> und in dem zweiten Hohlraum auf weniger als 5000 /ug/g herabgesetzt wird.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat durch einen oder mehrere Hohlraumresonatoren hindurchtransportiert wird und seine Verweilzeit in diesen Hohl-

räumen jeweils so bemessen wird, daß der Anteil an polarem Lösungsmittel 'in dem Polymerisat auf weniger als 10 ug/g oder 10 Teile pro 10 Teile herabgesetzt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polymerisat zu Beginn des Verfahrens einen polaren Lösungsmittelanteil von etwa 6 bis 30 Gew.^ aufweist.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung einen Verfahrensschritt bei der Herstellung eines Polymerisates darstellt, welches in der Form einer Aufschlämmung in dem polaren Lösungsmittel erhalten worden ist.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische

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Polymerisat aus GR-S- Gummi, Butylgummi, halogenisiertem Butylgummi, Polyvinylchlorid, Polypropylen oder Polyisobutylen besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat aus krumenförmigem Butylgummi und das polare Lösungsmittel aus Wasser besteht, wobei der Wassergehalt des flockenförmigen Stoffes vor dem Abscheidungsschritt durch mechanische Entwässerung

| um etwa 6 bis 30 Gew.^ herabgesetzt wird,

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymerisat aus Polyisobutylen in Partikelform und das polare Lösungsmittel aus Wasser besteht, wobei die Polyisobutylenpartikel ursprünglich einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 6 Gew.$ aufweisen und die Verweilzeit innerhalb des Hohlraumresonators so bemessen wird, daß der Feuchtigkeitsgehalt auf weniger als 1/Ug/g herabgesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ursprüngliche Feuchtigkeitsgehalt des Polymerisates von etwa 0,1 bis etwa 0,8 Gew.$ "beträgt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete Polyisobutylen anschließend bei Temperaturen von 60 - 121 ⁰C. und unter

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einem Druck zwischen 56 und 246 at, der für etwa 5 bis 16 Sekunden einwirkt, zu Ballen verarbeitet wird·

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