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DE10241305A1 - Production of polymer particles comprises forming emulsion of molten polymer droplets at high temperature and pressure, reducing droplet size and reducing pressure to evaporate liquid and solidify droplets - Google Patents

Production of polymer particles comprises forming emulsion of molten polymer droplets at high temperature and pressure, reducing droplet size and reducing pressure to evaporate liquid and solidify droplets Download PDF

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DE10241305A1
DE10241305A1 DE2002141305 DE10241305A DE10241305A1 DE 10241305 A1 DE10241305 A1 DE 10241305A1 DE 2002141305 DE2002141305 DE 2002141305 DE 10241305 A DE10241305 A DE 10241305A DE 10241305 A1 DE10241305 A1 DE 10241305A1
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Abstract

Method for producing very fine particles (10) of a fusible solid (2)comprises: (a) producing an emulsion (8) in which droplets of molten solid are held in a liquid (3) at high temperature and pressure; (b) mechanical treatment of the emulsion, to reduce the size of the droplets; and (c) reducing the pressure so that the liquid evaporates and the droplets are cooled and solidify. Method for producing very fine particles (10) of a fusible solid (2)comprises: (a) producing an emulsion (8) in which droplets of molten solid are held in a liquid (3) at high temperature and pressure; (b) mechanical treatment of the emulsion, e.g. with a rotor/stator emulsifier (7), to reduce the size of the droplets; and (c) reducing the pressure so that the liquid evaporates and the droplets are cooled and solidify. An Independent claim is also included for very fine particles of solids, especially polymers, produced using the process.

Description

Aus der DE 199 40 314 A1 ist es bekannt, zur Herstellung feinstdisperser Farbstoffzubereitungen die in einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, dispergierten Farbstoffe unter Druck und bei erhöhter Temperatur aufzuschmelzen und die so erhaltene Emulsion in einem Homogenisator derart mechanisch zu beanspruchen, dass die in der Flüssigkeit emulgierten Tröpfchen der Farbschmelze zerkleinert werden. Der Homogenisator besteht dabei im Wesentlichen aus einer Lochblende, vor deren Öffnung die durchströmende Emulsion sehr stark beschleunigt wird, was zu Scherkräften und zu einer Zerkleinerung der Tröpfchen führt. Hinter der Lochblende wird die Emulsion auf einen niedrigeren Druck entspannt, wobei weiterhin eine Emulsion mit den in der Flüssigkeit emulgierten Tröpfchen der Farbschmelze vorliegt. Anschließend wird die behandelte Emulsion in einem Wärmetauscher auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Farbstoffe abgekühlt, so dass als Ergebnis die gewünschte Dispersion vorliegt.From the DE 199 40 314 A1 it is known to produce finely disperse dye preparations in a liquid, for. B. water, dispersed dyes under pressure and at elevated temperature and to mechanically stress the emulsion thus obtained in a homogenizer such that the droplets of the color melt emulsified in the liquid are crushed. The homogenizer essentially consists of a perforated diaphragm, before which the emulsion flowing through is accelerated very strongly, which leads to shear forces and to a comminution of the droplets. Behind the pinhole, the emulsion is depressurized to a lower pressure, an emulsion with the droplets of the color melt emulsified in the liquid still being present. The treated emulsion is then cooled in a heat exchanger to a temperature below the melting temperature of the dyes, so that the desired dispersion is obtained as a result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zu vereinfachen.The invention has for its object that to simplify known methods.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung feinster Partikel aus schmelzbaren Farbstoffen gelöst, bei dem eine Emulsion hergestellt wird, die bei einer über der Schmelztemperatur der Feststoffe liegenden Temperatur und hohem Druck die zu Flüssigkeitströpfchen aufgeschmolzenen Feststoffe in einer Flüssigkeit enthält, bei dem ferner durch mechanische Beanspruchung der Emulsion die Flüssigkeitströpfchen zerkleinert werden und bei dem schließlich durch freie Druckentspannung die Flüssigkeit zumindest teilweise verdampft wird und dabei die Flüssigkeitströpfchen unter die Schmelztemperatur der Feststoffe abgekühlt werden.According to the invention, the object is achieved by a process for producing the finest particles from meltable Dyes dissolved, which produces an emulsion that is at a temperature above the melting temperature the temperature and high pressure of the solids are melted into liquid droplets Solids in a liquid contains in which the mechanical stress on the emulsion Crushed liquid droplets and finally due to free pressure relief, the liquid at least partially is evaporated and the liquid droplets underneath the melting temperature of the solids are cooled.

Durch die freie, schlagartige Druckentspannung auf etwa den Umgebungsdruck wird erreicht, dass die überhitzte Flüssigkeit zumindest teilweise verdampft und dabei die Flüssigkeitströpfchen in etwa auf die Siedetemperatur der Flüssigkeit und damit unter die Schmelztemperatur der Feststoffe abkühlt. Auf diese Weise werden unmittelbar die gewünschten Feststoffpartikel erhalten, ohne dass eine Zwangskühlung, wie z. B. der bei dem bekannten Verfahren vorgesehene Wärmetauscher, erforderlich ist.Due to the free, sudden pressure relief to about the ambient pressure is reached that the superheated liquid evaporates at least partially and thereby the liquid droplets approximately to the boiling point the liquid and thus cools below the melting temperature of the solids. On in this way the desired solid particles are obtained immediately, without forced cooling, such as B. the heat exchanger provided in the known method, is required.

Vorzugsweise erfolgt zumindest ein Teil der mechanischen Beanspruchung der Emulsion gleichzeitig mit der Druckentspannung, so dass die Erstarrung der Flüssigkeitströpfchen zu den Feststoffpartikeln unmittelbar nach ihrer Zerkleinerung erfolgt. Dadurch werden auch dann sehr gute Ergebnisse, d. h. sehr feine Feststoffpartikel erzielt, wenn die zerkleinerten Flüssigkeitströpfchen aufgrund der Eigenschaften der eingesetzten Stoffe zum Zusammenwachsen neigen sollten, so dass zumindest in vielen Anwendungsfällen der Einsatz von Emulgatoren oder Dispergierhilfsmitteln bis hin zum Verzicht reduziert werden kann.Preferably at least one takes place Part of the mechanical stress on the emulsion at the same time the pressure release, so that the solidification of the liquid droplets increases the solid particles take place immediately after they are crushed. This will result in very good results even then. H. very fine Solid particles achieved when due to the crushed liquid droplets the properties of the substances used tend to grow together should, so that at least in many applications the use of emulsifiers or dispersing aids can be reduced to the point of dispensing with them can.

Schließlich lassen sich die zu den Feststoffpartikeln erstarrten Flüssigkeitströpfchen besonders einfach von der verdampften Flüssigkeit trennen, so dass auch hierzu keine aufwendigen Maßnahmen erforderlich sind. Im einfachsten Fall erfolgt die Trennung gleichzeitig mit der Druckentspannung unter Ausnutzung der dabei frei werdenden kinetischen Energie. Natürlich können die erhaltenen Partikel bei Bedarf auch wieder in der dazu kondensierten Flüssigkeit oder einer anderen Flüssigkeit dispergiert werden.Finally, they can be added to the Solid particles solidify liquid droplets particularly easily of the vaporized liquid separate, so that there are no complex measures required are. In the simplest case, the separation takes place simultaneously with the pressure release taking advantage of the pressure released kinetic energy. Naturally can if necessary, the particles obtained are condensed again liquid or another liquid be dispersed.

Soweit die Flüssigkeit bei der freien Druckentspannung nur teilweise verdampft, kann die Verdampfung in vorteilhafter Weise durch Wärmezufuhr unterstützt werden.So much for the liquid with the free pressure release only partially evaporated, the evaporation can be advantageous be supported by the supply of heat.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht grundsätzlich die Herstellung feinster Partikel unterschiedlichster Feststoffe, soweit diese schmelzbar sind. In besonders vorteilhafter Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Polymere anwenden. Dies ist insofern überraschend, als aufgrund der extrem unterschiedlichen Schmelzviskositäten, Oberflächenspannungen und Grenzflächenwinkeln nicht zu erwarten war, dass das Zerteilen von emulgierten Schmelztröpfchen für langkettige Polymere mit mittleren Molmassen über 10000 g/mol erfolgreich anzuwenden ist. Gegenstand der Erfindung sind somit auch feinste Partikel eines Feststoffs, insbesondere eines Polymers, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Partikel zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Gegensatz zu rauen Bruchflächen fester Körper eine nahezu glatte Oberfläche besitzen; insbesondere sind die so hergestellten Partikel ellipsoid bis nahezu kugelförmig. Es konnten Partikeldurchmesser kleiner als 50 μm bis kleiner als 0,2 μm erzielt werden.The method according to the invention basically enables Production of the finest particles of different solids, so far these are fusible. This can be done in a particularly advantageous manner inventive method also apply to polymers. This is surprising in that due to the extremely different melt viscosities, surface tensions and interface angles it was not expected that the splitting of emulsified melt droplets for long chain Polymers with average molecular weights above 10,000 g / mol successful is to be applied. The invention therefore also relates to the finest Particles of a solid, in particular a polymer, obtainable from the inventive method. These particles are characterized by the fact that they are in contrast to rough fracture surfaces solid body an almost smooth surface have; in particular, the particles produced in this way are ellipsoidal to almost spherical. Particle diameters of less than 50 μm to less than 0.2 μm could be achieved become.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:To further explain the invention is in Following referred to the figures of the drawing; in detail demonstrate:

1 schematisch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage und 1 schematically a system suitable for performing the method according to the invention and

2 eine modifizierte Ausführung der in 1 gezeigten Anlage. 2 a modified version of the in 1 shown plant.

In einem Vorlagebehälter 1 werden zu zerkleinernde Feststoffe 2 durch Rühren in einer Flüssigkeit 3 dispergiert. Bei den Feststoffen kann es sich beispielsweise um Polymere oder Mischungen aus Polymeren mit oder ohne Zusätzen, wie Pigmente, Hilfsstoffe usw. handeln. Als Flüssigkeit 3 kommen insbesondere solche in Betracht, in denen die zu zerkleinernden Feststoffe nicht oder nur sehr schlecht löslich sind; ansonsten muss die Löslichkeitsgrenze überschritten werden, damit Fest stoffe ausfallen. Die Dispersion 4 wird mittels einer Pumpe 5 auf einen sehr hohen Druck gebracht und gleichzeitig oder, wie hier gezeigt, anschließend mittels einer Heizvorrichtung 6, z. B. ein Wärmetauscher, auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Feststoffe erwärmt. Der von der Pumpe 5 erzeugte Druck ist dabei so hoch, dass ein Sieden oder Verdampfen der Flüssigkeit 3 vermieden wird. Dabei können je nach verwendeten Feststoffen 2, insbesondere bei Polymeren, Drücke größer als 1000 bar oder sogar größer als 1900 bar notwendig sein. In einer nachfolgenden Emulgiervorrichtung 7 wird die nun vorliegende Emulsion 8 aus den zu Flüssigkeitströpfchen aufgeschmolzenen Feststoffen 2 in der Flüssigkeit 3 starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, wobei die Flüssigkeitströpfchen zerkleinert werden. Es kommen herkömmliche Emulgiervorrichtungen, wie z. B. ein Rotor-Stator-Aggregat, in Frage. Bei der hier gezeigten Emulgiervorrichtung 7 handelt es sich um einen Hochdruckhomogenisator mit einem Homogenisierventil 9, hier in Form einer Lochblende, durch das die unter Druck stehende Emulsion 8 gepresst wird. Dabei werden die Flüssigkeitströpfchen durch Turbulenz, Kavitation und Scherkräfte zerrissen. Unmittelbar hinter dem Homogenisierventil 9 wird die Emulsion 8 schlagartig auf Umgebungsdruck entspannt, wobei die Flüssigkeit 3 zumindest teilweise verdampft und dabei die Flüssigkeitströpfchen unter die Schmelztemperatur der Feststoffe 2 abkühlt. Die zu den gewünschten feinsten Partikeln 10 erstarrten Flüssigkeitströpfchen werden durch die kinetische Energie der Druckentspannung in einen Auffangbehälter 11 geschleudert und lagern sich an dessen Innenwand an. Der Flüssigkeitsdampf 12 wird durch den Auffangbehälter 11 entsorgt und gegebenenfalls dem Wärmetauscher 6 zugeführt. Damit die Flüssigkeit 3 möglichst vollständig verdampft, ist unmittelbar hinter dem Homogenisierventil 9 eine Heizeinrichtung 13 vorgesehen.In a storage container 1 become comminuted solids 2 by stirring in a liquid 3 dispersed. The solids can be, for example, polymers or mixtures of polymers with or without additives, such as pigments, auxiliaries, etc. As a liquid 3 come into consideration in particular those in which the solids to be comminuted are insoluble or only very poorly soluble; otherwise the solubility limit must be exceeded so that solids fail. The dispersion 4 is by means of a pump 5 brought to a very high pressure and at the same time or, as shown here, subsequently by means of a heating device tung 6 , e.g. B. a heat exchanger, heated to a temperature above the melting temperature of the solids. The one from the pump 5 The pressure generated is so high that the liquid boils or evaporates 3 is avoided. Depending on the solids used 2 , especially for polymers, pressures greater than 1000 bar or even greater than 1900 bar may be necessary. In a subsequent emulsifying device 7 is the present emulsion 8th from the solids melted into liquid droplets 2 in the liquid 3 exposed to strong mechanical loads, whereby the liquid droplets are crushed. There are conventional emulsifiers such. B. a rotor-stator unit in question. In the emulsifying device shown here 7 is a high pressure homogenizer with a homogenizing valve 9 , here in the form of a pinhole through which the emulsion under pressure 8th is pressed. The liquid droplets are torn apart by turbulence, cavitation and shear forces. Immediately behind the homogenizing valve 9 becomes the emulsion 8th suddenly relaxes to ambient pressure, taking the liquid 3 evaporates at least partially and thereby the liquid droplets below the melting temperature of the solids 2 cools. The desired fine particles 10 Solidified droplets of liquid are released into a collecting container by the kinetic energy of the pressure release 11 flung and accumulate on the inside wall. The liquid vapor 12 is through the collection container 11 disposed of and, if necessary, the heat exchanger 6 fed. So that the liquid 3 evaporated as completely as possible, is immediately behind the homogenizing valve 9 a heater 13 intended.

Die Druckentspannung folgt unmittelbar auf die mechanische Beanspruchung der Emulsion, d. h. mit dieser nahezu gleichzeitig, so dass für ein Zusammenwachsen der zerrissenen Flüssigkeitströpfchen keine Zeit verbleibt und deshalb der Zusatz von Emulgatoren oder Dispergierhilfsmitteln bis hin zum Verzicht reduziert werden kann. Dem Homogenisierventil 9 können natürlich weitere Mittel zur Homogenisierung vorgeordnet sein.The pressure release follows directly on the mechanical stress on the emulsion, ie almost simultaneously with it, so that there is no time for the torn liquid droplets to grow together and the addition of emulsifiers or dispersing aids can therefore be reduced to the point of dispensing with them. The homogenizing valve 9 Of course, other means of homogenization can be arranged upstream.

Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Anlage unterscheidet sich von dem nach 1 dadurch, dass der hier z. B. mehrstufig aufgebaute Homogenisator 7 und eine Düse 14, hinter der die in dem Homogenisator 7 behandelte Emulsion 8 auf Umgebungsdruck frei entspannt wird, voneinander beabstandet angeordnet sind.This in 2 Shown embodiment of the system differs from that 1 in that the z. B. multi-stage homogenizer 7 and a nozzle 14 , behind which in the homogenizer 7 treated emulsion 8th is relaxed freely to ambient pressure, are arranged spaced apart.

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung feinster Partikel (10) aus schmelzbaren Feststoffen (2), – bei dem eine Emulsion (8) hergestellt wird, die bei einer über der Schmelztemperatur der Feststoffe (2) liegenden Temperatur und hohem Druck die zu Flüssigkeitströpfchen aufgeschmolzenen Feststoffe (2) in einer Flüssigkeit (3) enthält, – bei dem durch mechanische Beanspruchung der Emulsion (8) die Flüssigkeitströpfchen zerkleinert werden und – bei dem durch freie Druckentspannung die Flüssigkeit (3) zumindest teilweise verdampft wird und dabei die Flüssigkeitströpfchen unter die Schmelztemperatur der Feststoffe (2) abgekühlt werden.Process for the production of very fine particles ( 10 ) from fusible solids ( 2 ), - where an emulsion ( 8th ) which is produced at a temperature above the melting temperature of the solids ( 2 ) temperature and high pressure the solids melted into liquid droplets ( 2 ) in a liquid ( 3 ) contains - where mechanical stress on the emulsion ( 8th ) the liquid droplets are crushed and - in which the liquid ( 3 ) is at least partially evaporated and the liquid droplets below the melting temperature of the solids ( 2 ) are cooled. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mechanischen Beanspruchung annähernd gleichzeitig mit der Druckentspannung erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that at least part of the mechanical stress is almost simultaneous with the pressure release. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Partikeln (10) erstarrten Flüssigkeitströpfchen und die verdampfte Flüssigkeit (12) voneinander getrennt werden.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the particles ( 10 ) solidified liquid droplets and the evaporated liquid ( 12 ) be separated from each other. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung gleichzeitig mit der Druckentspannung unter Ausnutzung der dabei frei werdenden kinetischen Energie erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that taking advantage of the separation simultaneously with the pressure release of the kinetic energy released in the process. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung der Flüssigkeit (3) durch Wärmezufuhr (Heizeinrichtung 13) unterstützt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporation of the liquid ( 3 ) by supplying heat (heating device 13 ) is supported. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Feststoffe (2) Polymere verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as solids ( 2 ) Polymers are used. Feinste Partikel (10) eines Feststoffs (2), insbesondere eines Polymers, erhältlich nach dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.Finest particles ( 10 ) a solid ( 2 ), in particular a polymer, obtainable by the process according to one of the preceding claims.
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