Hintergrund und Aufgabenstellung
Kautschukmodifizierte Polymere sind technische Kunststoffe, bei denen elastomere Komponenten gezielt in eine thermoplastische Polymermatrix eingebracht werden, um die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts deutlich zu verbessern.
Dabei werden signifikant erhöht:
- Schlagzähigkeit
- Elastizität
- Spannungsrissbeständigkeit
- Tieftemperaturverhalten
- allgemeine Bruchfestigkeit
Zu den wichtigsten kautschukmodifizierten Polymeren zählen:
- hochschlagfestes Polystyrol (HIPS)
- Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
- Styrol-Butadien-Copolymere (SB bzw. SBR)
Diese Werkstoffe finden weltweit Anwendung in:
- Elektronikgehäusen
- Haushaltsgeräten
- Verpackungen
- Automobilbauteilen
- Spielzeug
- technischen Formteilen
Für die Herstellung dieser Produkte muss synthetischer Kautschuk, typischerweise Polybutadien oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), zunächst vollständig in Styrol-Monomer bzw. Styrol-Acrylnitril-Systemen gelöst und homogen verteilt werden.
Dabei entsteht ein Kautschuk-Slurry als Ausgangsbasis für die anschließende Polymerisation.
Die Qualität des späteren Kunststoffs wird maßgeblich beeinflusst durch:
- vollständige Solubilisierung des synthetischen Kautschuks
- Feinheit der Zerkleinerung
- Homogenität der Dispersion
- konstante Prozessbedingungen
Eine unzureichende Auflösung oder ungleichmäßige Verteilung des synthetischen Kautschuks führt zu:
- Gelpartikeln
- Inhomogenitäten
- Oberflächenfehlern
- Filtrationsproblemen
- verminderten mechanischen Eigenschaften
Traditionell erfolgte die Auflösung des synthetischen Kautschuks diskontinuierlich in großen Rührwerksbehältern. Dabei wurden die Kautschukblöcke direkt in das Styrol-Monomer eingebracht und über viele Stunden intensiv gerührt, bis eine ausreichend homogene Lösung entstand.
Mit steigenden Anforderungen an Produktqualität, Prozesseffizienz, Arbeitssicherheit und Umweltverträglichkeit stößt dieses Verfahren zunehmend an seine Grenzen.
Die Herstellung hochwertiger kautschukmodifizierter Polymere erfordert daher eine Prozesslösung, die Zerkleinerung, Dispergierung und Auflösung effizient in einem kontrollierten kontinuierlichen Verfahren kombiniert.
Die Herausforderungen bei der Verarbeitung synthetischer Kautschuke
Polybutadien- oder SBR-Kautschuk wird üblicherweise in Form großer Ballen mit Einzelgewichten von ca. 35 kg angeliefert. Aufgrund der hohen Elastizität und Kohäsion des Materials ist eine direkte und schnelle Auflösung im Monomer nur schwer möglich.
Die Verarbeitung synthetischer Kautschuke stellt daher hohe Anforderungen an die Misch- und Zerkleinerungstechnik.
Scherwirkung
Konventionelle Rührwerke erzeugen häufig nicht die erforderliche Scherintensität, um den synthetischen Kautschuk ausreichend zu zerkleinern und homogen zu dispergieren.
Dadurch verbleiben im Produkt:
- ungelöste Partikel
- Gelklumpen
- grobe Rückstände
Prozess- und Reifezeiten
Da die Kautschukpartikel nur langsam vom Monomer durchdrungen werden, sind lange Misch- und Quellzeiten erforderlich.
Ablagerungen und Verstopfungen
Nicht vollständig gelöste Kautschukreste führen häufig zu:
- Verstopfungen von Korbsieben
- Ablagerungen in Rohrleitungen
- erhöhtem Reinigungsaufwand
Energieverbrauch
Lange Mischzeiten und große Rührwerksvolumina verursachen einen hohen spezifischen Energiebedarf.
Sicherheits- und Umweltanforderungen
Die Verarbeitung leicht flüchtiger Styrolmonomere in offenen oder teiloffenen Systemen führt zu:
- erhöhten Emissionen
- Geruchsbelastungen
- erhöhten Anforderungen an den Explosionsschutz
Moderne Produktionsprozesse erfordern daher:
- geschlossene Systeme
- kontrollierte Prozessbedingungen
- ATEX-konforme Anlagentechnik
Produktqualität
Diskontinuierliche Batch-Prozesse erschweren eine reproduzierbare Prozessführung und führen häufig zu Schwankungen bei:
- Viskosität
- Kautschukverteilung
- Feststoffgehalt
Die Lösung: Kontinuierliche Gummilöseanlagen von Hosokawa Micron und Cavitron
Seit 1988 liefern Hosokawa Micron und Cavitron gemeinsam leistungsfähige Löseanlagen für die kontinuierliche Verarbeitung von synthetischem Kautschuk zur Herstellung kautschukmodifizierter Polymere.
Das System kombiniert in einem geschlossenen kontinuierlichen Prozess:
- Primärzerkleinerung
- Feinzerkleinerung
- Dispergierung
- Homogenisierung
- Solubilisierung
Hosokawa Micron Rubber Chopper
Der erste Prozessschritt erfolgt über den bewährten PB15 Rubber Chopper von Hosokawa Micron.
Diese Maschine wurde speziell für die Vorzerkleinerung von Ballen aus synthetischem Kautschuk entwickelt und zeichnet sich aus durch:
- robuste Bauweise
- hohe Betriebssicherheit
- energieeffizienten Betrieb
- lange Standzeiten
Der Rubber Chopper zerkleinert die angelieferten Kautschukblöcke kontinuierlich in Granulate definierter Größe. Dadurch wird die spezifische Oberfläche deutlich vergrößert und optimale Voraussetzungen für den anschließenden Löseprozess geschaffen.
Cavitron-Gummilöseanlage
Die vorzerkleinerten Kautschukgranulate werden anschließend kontinuierlich der Cavitron-Gummilöseanlage zugeführt.
Über eine Förderschnecke gelangen die Granulate gemeinsam in den Cavitron-Dissolver; zeitgleich wird das Styrol-Monomer eingedüst.
Das speziell entwickelte Rotor/Stator-System erzeugt dabei:
- intensive Scherkräfte
- hohe Turbulenzen
- optimierte Strömungsverhältnisse
Dadurch werden die Kautschukpartikel fein zerkleinert, intensiv benetzt und gleichmäßig im Monomer dispergiert.
Die hohe Scherenergie vergrößert die Kontaktfläche zwischen synthetischem Kautschuk und Styrol erheblich. Das Monomer kann dadurch schneller in die Polymerstruktur eindiffundieren. Der Kautschuk quillt auf und beginnt bereits im Dissolver zu solubilisieren.
Gleichzeitig verhindert die kontinuierliche Zwangsförderung:
- Agglomeratbildung
- Sedimentation
- lokale Konzentrationsunterschiede
Bereits beim Austritt aus dem Cavitron-Dissolver wird ein Auflösungsgrad von bis zu 90 % erreicht.
Der erzeugte Kautschuk-Slurry wird anschließend kontinuierlich in einen Reifetank gefördert, in dem die vollständige Solubilisierung unter kontrollierten Bedingungen erfolgt.
Das Ergebnis ist eine hochhomogene und reproduzierbare Kautschuklösung als ideale Ausgangsbasis für die anschließende Polymerisation.
Kundennutzen
- vollautomatische kontinuierliche Verarbeitung
- Kombination von Zerkleinern, Dispergieren, Homogenisieren und Auflösen
- hohe Auflösungseffizienz
- minimierte Rückstände und ungelöste Partikel
- hohe Produktqualität und konstante Endproduktqualität
- Verarbeitung von mehr als vier Tonnen synthetischem Kautschuk pro Stunde
- Herstellung hochkonzentrierter Kautschuklösungen
- reduzierte Mischzeiten, Energieverbrauch, Lösemittelverluste und Betriebskosten
- geringerer Wartungsaufwand
- reduzierte Korbsiebverstopfungen, Ablagerungen und Reinigungsintervalle
- hohe Prozesssicherheit und ATEX-Konformität
- kompaktes und platzsparendes Design
- flexible Verarbeitung unterschiedlicher Kautschuktypen, Rezepturen, Konzentrationen und Polymerformulierungen
Fazit
Die kontinuierliche Verarbeitung von synthetischem Kautschuk wie Polybutadien oder SBR ist ein entscheidender Prozessschritt bei der Herstellung moderner kautschukmodifizierter Polymere.
Die von Hosokawa Micron und Cavitron entwickelte Löseanlage kombiniert Zerkleinerung, Dispergierung und Solubilisierung in einem hocheffizienten kontinuierlichen Verfahren und schafft damit optimale Voraussetzungen für die Herstellung hochwertiger ABS-, HIPS- und SB-Polymere.
Durch die intensive Scher- und Dispergierwirkung des Cavitron-Dissolvers werden hochhomogene Kautschuklösungen erzeugt, die eine reproduzierbare Polymerisation und gleichbleibend hohe Produktqualität ermöglichen.
Im Vergleich zu klassischen Batch-Prozessen profitieren Anwender von:
- deutlich verkürzten Prozesszeiten
- reduziertem Energieverbrauch
- geringeren Emissionen
- verbesserter Arbeitssicherheit
- niedrigeren Wartungs- und Betriebskosten
Das System hat sich weltweit in zahlreichen Produktionsanlagen erfolgreich bewährt und ist seit Jahrzehnten ein wichtiger Bestandteil moderner Polymer- und Kunststoffproduktion.
Übersicht Kundenvorteile
1
Vollautomatisch und hohe Auflösungseffizienz
2
Verkürzte Durchlaufzeit
3
Verarbeitung großer Mengen möglich
4
Über vier Tonnen Kautschuk pro Stunde
5
Flexibel und vielseitig
6
Geringere Umweltbelastung
7
Kompaktes, platzsparendes Design
8
Geringerer Wartungsaufwand
9
Hohe Prozesskontrolle für reproduzierbare Qualität
10
Qualitativ hochwertige Thermoplasten bei effizienter Herstellung
Vorteile im Detail
- Vollautomatisch und hohe Auflösungseffizienz:
Die vollautomatische, kontinuierlich arbeitende Anlage kombiniert Zerkleinern, Homogenisieren und Auflösen in einem System. - Die Durchlaufzeit verkürzt sich erheblich, gleichzeitig sinken Energiebedarf und Betriebskosten.
- Verarbeitung großer Mengen und hoher Kautschuk-Konzentrationen:
- Das System verarbeitet über vier Tonnen Kautschuk pro Stunde und stellt hochkonzentrierte Kautschuklösungen her.
- Flexibel und vielseitig: Die leistungsstarke Cavitron-Maschine ermöglicht die Verarbeitung unterschiedlicher Produktqualitäten und Rezepturen.
- Geringere Umweltbelastung und maximaler Arbeitsschutz: Da das Material in einem geschlossenen System verarbeitet wird, werden keine Partikel oder Dämpfe freigesetzt. Das System erfüllt selbstverständlich die europäischen Richtlinien für den Einsatz in explosionsfähigen Atmosphären (ATEX).
- Kompaktes, platzsparendes Design:
Durch die kompakte Bauweise reduziert sich der benötigte Platzbedarf deutlich – besonders vorteilhaft für Produktionsanlagen mit begrenztem Raum. - Geringerer Wartungsaufwand:Durch die intensive Zerkleinerung des Kautschuks entstehen weniger Rückstände, und das regelmäßige Reinigen der Korbsiebe entfällt.
- Hohe Prozesskontrolle für reproduzierbare Qualität: Die Anlage arbeitet präzise und zuverlässig und liefert Ergebnisse mit konstant hoher Produktqualität.Verfahren und Resultate bleiben stets reproduzierbar.
- Löseanlagen für die kontinuierliche Verarbeitung von Kautschuk von Hosokawa Micron & Cavitron ermöglichen nicht nur eine effiziente und qualitativ hochwertige Herstellung von Thermoplasten, sondern tragen auch zur Senkung der Produktionskosten und zur Verbesserung der Nachhaltigkeit bei.
Das System hat sich weltweit bei zahlreichen Kunden bewährt und ist seit 1988 zu einem unverzichtbaren Bestandteil bei der Herstellung von ABS, HIPS und SBR bzw. SB geworden.
Technische Spezifikationen
Statische Dichtungen:
Viton, Teflon, Kalrez, andere Elastomere.
Betriebsdruck:
Bedarfsabhängig, bis 100 bar, Standard: bis 10 bar.
Betriebstemperatur:
Bedarfsabhängig bis 250 °C, Standard: 150 °C.
Leistungen, Energieeinsatz:
Typenübersicht Download.
Antriebe und Kraftübertragung:
Drehstrommotoren, Hochfrequenzmotoren, mechanische Getriebe, Regelantriebe,
stufenlose, elektronisch gesteuerte und kontrollierte. Keilriemen, Poly-V-Riemen.
Intensitätsstufen:
Betriebsbezogene, von der groben Vermischung bis zur Dispergierung im Angström-Bereich.
Lagerung:
Kegelrollenlager, Schrägkugellager (doppelt).
engineered.
