Kunststoffschmelzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit Nanopartikeln versehenen, in einem Extruder geförderten Kunststoffschmelzen sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Es ist bekannt, durch Einbringen von Nanopartikeln in Kunststoffschmelzen die Eigenschaften des daraus entstehenden Kunststoffs wie z.B. dessen Leitfähigkeit, Temperaturbeständigkeit, Festigkeit usw. zu beeinflussen. Daher werden bereits heute unterschiedliche, die jeweils gewünschten Eigenschaften fördernde Nanopartikel von Kunststoffherstellern in die Schmelze eingebracht.

Diese Nanopartikel werden in einem großen Reaktor erzeugt, verpackt, gelagert und zum Kunststoffhersteller transportiert, welcher die Nanopartikel bei Bedarf einer Schmelze zuführt.

Dabei hat sich herausgestellt, dass die Nanopartikel beim Verpacken, Transportieren und Lagern verklumpen und in Ihrer Eigenschaft als Nanopartikel kaum noch bzw. nicht zu gebrauchen sind. Daher müssen die Nanopartikelklumpen, bevor diese in die Schmelze eingebracht werden können, wieder zerkleinert werden. Selbst bei noch so aufwendigen Zerkleinerungsverfahren werden die ursprünglichen Abmessungen der Nanopartikel, die zwischen 1 bis 10 000 Nanometern liegen, kaum wieder erreicht.

BESTÄTiGUNGSKOPIE Die WO 2010/118881 A2 offenbart ein derartiges Verfahren, bei dem entsprechend angelieferte, agglomerierte Pellets deagglomeriert werden müssen, um dann einem Extruder zugeführt werden zu können. Dabei können die aus den Pellets umgeformten zum Agglomerieren neigenden Nanopartikel auf dem Weg zum Extruder bereits wieder agglomerieren.

Die DE 10 2008 038 667 offenbart ein Verfahren, bei dem die Nanopartikel in gelöster Form in einen Vorratsbehälter gegeben werden, von wo aus sie dem Extruder zugepumpt werden können. Auch hier ist das Bereitstellen der Nanopartikel mit einem erheblichen Transport- und Energieaufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von mit Nanopartikeln versehenen Kunststoffschmelzen derart weiterzubilden, dass die Nanopartikel in ihrer ursprünglichen Größe in die Schmelze eingespeist werden können, ohne dass es aufwendiger Zerkleinerungsvorrichtungen sowie hoher Energie für den Transport und das Zerkleinern von Nanoparti- kelklumpen bedarf.

Zur Lösung der Aufgabe wird verfahrensmäßig vorgeschlagen, dass in einem, dem Extruder möglichst nahe zugeordneten Reaktor Nanopartikel urgeformt werden, dass die Nanopartikel vom Urformungsort durch ein Transportmedium aus dem Reaktor abgefördert und über eine feste Verbindung in den Extruder eingespeist werden, dass sich die Nanopartikel mit der Schmelze verbinden, dass die Schmelze mit den Nanopartikeln im Extruder gemischt wird, und dass das Transportmedium aus dem Extruder abgeleitet wird.

Dadurch wird erreicht, dass die neu hergestellten Nanopartikel ohne agglomerieren zu können vom Transportmedium aufgenommen werden. Durch die unmittelbare Zuordnung des Reaktors zum Extruder können die Nanopartikel auch auf dem dadurch gewährleisteten kürzesten Weg zur Schmelze nicht agglomerieren. Dabei können die Nanopartikel beim Auftreffen auf die Schmelze vom Transportmedium getrennt werden, die Nanopartikel in die Schmelze eingearbeitet werden, und das Transportmedium direkt aus dem Extruder abgeleitet werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit dass zunächst die Nanopartikel und das Transportmedium in die Schmelze eingearbeitet werden, und dass das Transportmedium erst später, ggf. in einem anderen Verfahrensraum des Extruders, von der Schmelze und den Nanopartikeln getrennt wird.

Vorteilhaft ist dabei, dass durch Beeinflussung der Urformung und/oder über ein in der festen Verbindung angeordnetes Ventil eine Dosierung der Nanopartikel erfolgt.

Dadurch lässt sich einerseits beim Herstellungs- bzw. Urformungsprozess die Menge der neu hergestellten Nanoprtikel einstellen, und andererseits die Menge der transportierten Nanopartikel beeinflussen.

Ein besonderer Vorzug ergibt sich, wenn am Extruder über eine weitere feste Verbindung ein Vakuum anliegt, von welchem zwischen der festen Verbindung und der zweiten festen Verbindung ein Druckgefälle aufgebaut ist, über welches das Transportmedium mit den Nanopartikeln aus dem Reaktor abgesaugt und die Nanopartikel der Schmelze zugeführt werden.

Durch das Druckgefälle wird das Transportmedium mit den Nanopartikeln zur Vakuumpumpe gesaugt. Auf dem Wege dahin treffen die Nanopartikel auf die Schmelze und haften an dieser an, so dass nur noch das Transportmedium zur Vakuumpumpe gelangt.

Vorzugsweise wird die Dosierung und / oder das Mischen der Nanopartikel mit der Schmelze und/oder die Einstellung des Unterdrucks gesteuert bzw. geregelt erfolgen. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Ausgang eines dem Extruder möglichst nahe zugeordneten Reaktors zum Urformen von Nanopartikeln und unmittelbaren Einbringen derselben in ein gasförmiges Transportmedium durch eine feste Verbindung mit einer Einspeiseöffnung des Extruders unmittelbar verbunden ist.

Damit wird erreicht, dass die Nanopartikel direkt nach der Herstellung ohne Zwischenlagerung, Verpackung und längerem Transport in ihrer ursprünglich entstandenen Größe gleich der Schmelze zugeführt werden können.

Von Vorteil ist, dass dem Extruder an einer Absaugöffnung über eine weitere feste Verbindung eine Vakuumpumpe zugeordnet ist und dass zwischen der Vakuumpumpe und dem Reaktor über die Schmelze besetzte/besetzten Schnecke/Schnecken ein Kontakt derart besteht, dass das Transportmedium mit den Nanopartikeln über die Schmelzeoberfläche geführt wird.

Dadurch wird erreicht, dass durch das von der Vakuumpumpe aufgebaute Druckgefälle im Extruder die im Reaktor neu erzeugten Nanopartikel aus dessen Ausgang umgehend abgesogen werden, so dass den Nanopartikeln noch weniger Zeit bleibt, zu verklumpen bzw. agglomerieren.

Es empfiehlt sich, den Ausgang des Reaktors und/oder die feste Verbindung und/oder die Einspeiseöffnung des Extruders und/oder die Absaugöffnung und/oder die weitere feste Verbindung mit einer austauschbaren Schutzschicht auszukleiden.

Dadurch kann z.B. im Zuge eines Produktwechsels der Reinigungsaufwand durch Austausch der Schutzschicht erheblich minimiert werden. Um den Eintrag der Nanopartikel in die Schmelze günstig zu beeinflussen wird vorgeschlagen, dass der festen Verbindung und/oder der weiteren festen Verbindung in ihrer Temperatur einstellbare Temperiervorrichtungen zugeordnet sind.

Ein besonders kompakter und wirkungsvoller Aufbau wird erreicht, wenn die feste Verbindung und die weitere feste Verbindung eine Einheit bilden, wobei die Ein- speiseöffnung des Extruders und die Vakuumpumpe beabstandet, vorzugsweise am Extruder gegenüberliegend ausgebildet sind.

Die Beabstandung ist wichtig, damit den Nanopartikeln genügend Weg und Zeit verbleibt, sich mit der Schmelze zu verbinden.

Es empfiehlt sich, dass zwischen dem Reaktor und dem Extruder ein erstes Ventil zur Dosierung der im Transportmedium befindlichen Nanopartikel und/oder dass zwischen Extruder und Vakuumpumpe ein zweites Ventil zum Einstellen des Unterdrucks vorgesehen ist.

Durch die Ventile lässt sich das Mischungsverhältnis einfach beeinflussen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung zumindest auf eines der Ventile einwirkt und die Dosierung der Nanopartikel automatisch übernimmt.

Selbstverständlich kann die Steuer- bzw. Regelvorrichtung auch schon auf den Urformungsprozess (Herstellungsprozess der neuen Nanopartikel) einwirken, und so die Menge der neu hergestellten Nanopartikel einstellen.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur einen Extruder 1 , dessen nicht gezeigte Welle über einen Motor 2 angetrieben wird. Über eine Zuführvorrichtung 3 kann Granulat in den Extruder 1 eingebracht werden.

Ein Reaktor 4 ist direkt mit dem Extruder 1 über eine feste Verbindung 5 gekoppelt. Über die feste Verbindung 5, in der ein erstes Ventil 6 angeordnet ist, werden die im Reaktor erzeugten Nanopartikel direkt dem Extruder 1 und der im Extruder 1 befindlichen Schmelze zugeführt.

Eine Vakuumpumpe 7 ist über eine weitere feste Verbindung 8, die ein zweites Ventil 9 aufweist mit dem Extruder 1 verbunden. Die Vakuumpumpe 7 erzeugt einen Unterdruck, der ein Druckgefälle zwischen der weiteren festen Verbindung 8 und der festen Verbindung 5 erzeugt. Über dieses Druckgefälle werden die Nanopartikel aus dem Reaktor 4 abgesaugt.

Über eine Regelvorrichtung 10 kann auf das erste Ventil 6 eingewirkt werden, um die Nanopartikel zu dosieren. Die Regelvorrichtung 8 kann selbstverständlich bei Bedarf auch die übrigen Aggregate der Vorrichtung steuern bzw. regeln, um möglichst optimal einen Kunststoff mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.

Bezugszeichenübersicht

1 Extruder

2 Motor

3 Zuführvorrichtung

4 Reaktor

5 feste Verbindung

6 erstes Ventil

7 Vakuumpumpe

8 weitere feste Verbindung

9 zweites Ventil

10 Steuer/Regelvorrichtung