Einwellenextruder und Verwendung eines Einwellenextruders sowie Verfahren zum Ändern einer Morphologie eines superabsorbierenden Polymers, nämlich eines SAP- Polymergels, mit einem Einwellenextruder

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einwellenextruder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Ändern einer Morphologie von superabsorbierendem Polymergel (SAP- Polymergel) sowie eine Verwendung desselben, insbesondere zur Granulierung des superabsorbierenden Polymergeis (SAP-Polymergel), und ein Verfahren zum Ändern einer Morphologie eines superabsorbierenden SAP-Polymergels mit dem Einwellenextruder.

In WO 2014/1 18024 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung wasserabsorbierender Polymerpartikel mit hoher Quellgeschwindigkeit und hoher Zentrifugenretentionskapazitat bei gleichzeitig hoher Permeabilität des gequollenen Gelbetts durch Polymerisation einer wässrigen Monomerlösung in einem Polymerisationsreaktor mit mindestens zwei achsparallel rotierenden Wellen (Kneter) beschrieben. Ein daraus hervorgehendes Polymergel wird anschließend einer Extrusion bei hohen Temperaturen und thermischer Oberflä- chennachvernetzung unterworfen. Das Polymergel weist während der Extrusion eine Temperatur größer 80°C auf und es wird bei der Extrusion weniger als 60 kWh/t an spezifischer mechanischer Energie eingetragen. Die bei der Extrusion eingetragene spezifische mechanische Energie (SME) kann beispielsweise über das Verhältnis von Innenlänge zu Innendurchmesser des Extruders (L/D) beeinflusst werden. Die spezifische mechanische Energie (SME) ist die Motorleistung des Extruders in kW dividiert durch den Durchsatz an Polymergel in t/h. Es werden vorteilhaft kurze Extruder einge- setzt. Dadurch werden zu hohe Drücke bei der Extrusion vermieden. Bei der Extrusion wird das Polymergel durch die Löcher einer Lochplatte gedrückt. Die Eigenschaften wasserabsorbierender Polymerpartikel lassen sich verbessern, wenn im Polymerisationsreaktor mit mindestens zwei achsparallel rotierenden Wellen hergestellte höher vernetzte Polymergele zusätzlich bei höheren Temperaturen extrudiert werden. Die dabei auftretenden Scherkräfte führen zu raueren Polymerpartikeln, die nach der thermischen Ober- flächennachvernetzung eine hohe Quellgeschwindigkeit (FSR) und eine hohe Zentrifugenretentionskapazität (CRC) aufweisen. Zu hohe Energieeinträge bei der Extrusion führen allerdings zu einer Verschlechterung der Quellgeschwindigkeit (FSR) und der Zentrifugenretentionskapazität (CRC) und sind daher zu meiden. Die aus der Patentanmeldung WO 2014/1 18024 A1 bekannte Lehre und der Inhalt der WO 2014/1 18024 A1 sind Bestandteil dieses Textes und sind unter Bezugnahme auf die WO 2014/1 18024 A1 hier aufgenommen. Die Erfindung geht aus von einem Einwellenextruder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Ändern einer Morphologie von superabsorbierendem Polymergel (SAP- Polymergel), nämlich aufweisend: eine Eingangsöffnung zum Zuführen von SAP-Polymergel, einen mit der Eingangsöffnung verbundenen Leitungskanal, - eine im Leitungskanal angeordnete Schneckenwelle zum Fördern und Ändern der Morphologie des SAP-Polymergels und eine mit dem Leitungskanal verbundene Ausgangsöffnung, vorzugsweise ebenfalls zum Ändern der Morphologie, zum Abführen des SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie. Die Schneckenwelle weist eine Welle und eine an der Welle angeordnete Schnecke auf und ist angeordnet und ausgebildet das SAP-Polymergel mittels der Schnecke von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung zu befördern.

Der Leitungskanal weist eine an oder nahe der Eingangsöffnung angeordnete Eingangszone, eine an oder nahe der Ausgangsöffnung angeordnete Ausgangszone und eine sich entlang des Leitungskanals von der Eingangszone zur Ausgangszone erstreckende Förderzone auf.

Solche Einwellenextruder sind generell aus dem Stand der Technik bekannt und dienen unter anderem dazu feste oder dickflüssige Massen nach dem Funktionsprinzip eines Schneckenförderers zu fördern und der Masse eine Form zu geben.

Solche Einwellenextruder weisen beispielsweise eine in einem Gehäuse angeordnete Schneckenwelle bzw. Schraubenwelle auf, die typischerweise von einem Antriebsmotor um ihre Längsachse rotiert wird. Die Schneckenwelle bzw. Schraubenwelle hat eine Schnecke bzw. Schraube und eine Welle. Die Schnecke bzw. Schraube erstreckt sich entlang einer Längsachse der Welle. Das Gehäuse ist typischerweise zylinderförmig ausgestaltet, so dass die Schnecke der Schneckenwelle an die Gehäusewand angrenzt. Der Innenraum des Gehäuses lässt sich in eine Eingangszone, eine Förderzone und eine Ausgangszone, sog. Dosierungszone einteilen. Masse wird typischerweise über einen Trichter über eine Eingangsöffnung in die Eingangszone des Einwellenextruders einge- führt. Wenn der Einwellenextruder mit einer Masse befüllt ist, führt die Drehung der Welle der Schneckenwelle zur Förderung der Masse entlang des Gehäuses von der Eingangszone über die Förderzone zur Ausgangszone. Weiterhin wird eine Reibung zwischen der rotierenden Masse und der stehenden Gehäusewand erzeugt, wodurch Druck aufgebaut werden kann und eine Extrusion bzw. ein Herauspressen durch eine formgebende Aus- gangsöffnung am Ende der Ausgangszone, d.h. hinter der Dosierungszone, des Einwellenextruders ermöglicht wird.

Eine solche oben genannte Schnecke hat neben anderen Parametern eine Ganghöhe G bzw. Steigung und einen Wellendurchmesser d, sowie einen Schneckenaußendurchmes- ser D. Die Ganghöhe entspricht dem Abstand zwischen zwei Schneckenwindungen. Über das Verhältnis von Wellendurchmesser d zu Schneckenaußendurchmesser D, d.h. einem Wert d/D, können Schnecken kategorisiert werden. Bei einem Verhältnis d/D zwischen 0,3 und 0,5 handelt es sich um eine sogenannte tief eingeschnittene Schnecke, die einen hohen Durchsatz ermöglicht. Bei einem Verhältnis d/D zwischen 0,7 und 0,9 handelt es sich um eine sogenannte flach eingeschnittene Schnecke, die einen hohen Druck ermög- licht, aber einen geringeren Durchsatz hat als die tief eingeschnittene Schnecke. EP 1 510 317 B1 zeigt in ihrer Fig.1 einen Schraubenextruder mit einer nach oben geöffneten Zuführöffnung, einem zylindrischen Rohrteil und einem Schraubenteil. Der Schraubenteil wird durch einen Motor angetrieben und rotiert in dem zylindrischen Rohrteil. Am vorderen Ende des Rohrteils befindet sich eine perforierte Extrusionsplatte mit einer Vielzahl kleiner Löcher. Das Schraubenteil befördert geschnittene Stückchen entlang des Rohrteils zur perforierten Extrusionsplatte. Die Stückchen werden durch die Extrusionsplatte durchgedrückt und zu Hydrogelpartikeln geformt. Die Ganghöhe der Schraube ist gemäß dieser Fig.1 in der Eingangszone größer als in der Förderzone.

EP 2 557 095 A1 zeigt in ihrer Fig.1 einen Schraubenextruder mit einem zylindrischen Gehäuse, einer Basis, einer Schraube, einer Zufuhröffnung, einem Trichter, einer Extrusionsöffnung, einer löchrigen Düse, einer rotierenden Klinge, einem Ring, einem Rückflussverhinderungsteil und einem Motor. Hydrogel wird über den Trichter der Zuführöffnung von oben in das Gehäuse zugeführt. Die Schraube ist in dem Gehäuse angeordnet. Die rotierende Klinge kann an der Schraube angeordnet sein. Der Motor treibt die Schraube an. Die Schraube wird dazu verwendet das Hydrogel entlang des Schraubenextruders zu fördern, um dieses dann aus der Extrusionsöffnung durch die löchrige Düse und die rotierende Klinge herauszuführen. Die Ganghöhe der Schraube ist gemäß dieser Fig.1 in der Eingangszone größer als in der Förderzone.

JP 2005-272653 A zeigt einen Schraubenextruder zum Verarbeiten eines Hydrogels mit u.a. einem Schraubengehäuse, einem Schraubenschaft, einer Füllöffnung, einer Ausgangsöffnung und einer Schraube. Der Schraubenschaft des Schraubenextruders ist derart ausgebildet, dass ein Zurückfließen von Wasser-enthaltendem Gel auf die Zuführseite verhindert wird. Hierfür hat der Schraubenschaft Seitenabschnittslängen entsprechend dem Verhältnis C=(B/A)x100, wobei C in einem Bereich zwischen 100% und 500% liegt. A entspricht der Seitenabschnittslänge zwischen dem proximalen Ende der Schraube und dem distalen Ende der Füllöffnung und B entspricht der Seitenabschnittslänge zwischen dem distalen Ende der Füllöffnung und dem distalen Ende der Schraube.

JP 2002-177807 A zeigt einen Schraubenextruder für die Verarbeitung eines Hydrogels mit einem Gehäuse, einer Füllöffnung, einer Schraube, einer rotierenden Klinge und einer löchrigen Platte. Über die Füllöffnung wird Rohmaterial in das Gehäuse zugeführt. Das Rohmaterial wird entlang des Gehäuses mit Hilfe der Schraube gefördert. Die rotierende Klinge ist am Ende der Schraube, zwischen dieser und der löchrigen Platte angeordnet, wodurch das Rohmaterial geschnitten und durch diese herausgedrückt werden kann.

Im Buch„Applied Plastics Engineering Handbook: Processing and Materials", von Myer Kutz, 1. Auflage 201 1 , Seiten 227 bis 267 sind die Parameter der Schrauben- bzw. Schneckengeometrie von Extrudern für die Plastikverarbeitung definiert. Typische Schrauben haben einen konstanten Helixwinkel von 17,7° und eine konstante Ganghöhe. In Fig.15.22 des Buches ist der Aufbau einer Schnecke mit konstantem Helixwinkel und konstanter Ganghöhe gezeigt. Die Schnecke hat einen sich entlang der Längsachse vergrößernden Wellendurchmesser und gleichbleibenden Schneckenaußendurchmesser. Eine andere Schnecke mit dreifach geteilter jeweils konstanter Ganghöhe hat eine jeweils in einer Zone konstante Ganghöhe; nämlich eine konstante Ganghöhe mit einem Helixwinkel von 17,7° in einer Eingangszone, eine größere konstante Ganghöhe in einer Förderzone und eine konstante Ganghöhe mit einem Helixwinkel von 17,7° in der Ausgangszone. Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Einwellenextruder zum Ändern einer Morphologie eines superabsorbierendem Polymers, nämlich eines SAP-Polymergels, zu schaffen bei dem ein möglichst geringer spezifischer mechanischer Energieeinsatz (SME) für einen möglichst hohen Durchsatz aufgewendet werden muss.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Einwellenextruder zum Ändern einer Morphologie von superabsorbierendem Polymergel (SAP-Polymergel) gelöst, der eine Eingangsöffnung, einen Leitungskanal, eine Schneckenwelle und eine Ausgangsöffnung aufweist. Die Eingangsöffnung ist zum Zuführen von SAP-Polymergel ausgebildet. Der Leitungskanal ist mit der Eingangsöffnung verbunden. Die Schneckenwelle ist im Leitungskanal angeordnet und zum Fördern und Ändern der Morphologie des SAP- Polymergeis ausgebildet. Die Ausgangsöffnung ist mit dem Leitungskanal verbunden, vorzugsweise zum Ändern der Morphologie, zum Abführen des SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie ausgebildet. Die Schneckenwelle weist eine Welle und eine an der Welle angeordnete Schnecke auf und ist angeordnet und ausgebildet das SAP- Polymergel mittels der Schnecke von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung zu befördern. Der Leitungskanal weist eine an oder nahe der Eingangsöffnung angeordnete Eingangszone, eine an oder nahe der Ausgangsöffnung angeordnete Ausgangszone und eine sich entlang des Leitungskanals von der Eingangszone zur Ausgangszone erstreckende Förderzone auf.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schneckenwelle einen ersten Ganghöhenwert einer Ganghöhe der Schnecke entlang der Förderzone des Leitungskanals hat und einen in Beförderungsrichtung folgenden zweiten Ganghöhenwert der Ganghöhe der Schnecke entlang der Förderzone des Leitungskanals hat und wobei der zweite Ganghöhenwert erfindungsgemäß geringer ist als der erste Ganghöhenwert.

Das SAP-Polymergel kann beispielsweise einen Superabsorber aufweisen, wie beispielsweise ein Copolymer aus Arcylsäure und Natriumacrylat. In einem trockenen Zu- stand liegt das superabsorbierende Polymer (SAP) in Form eines Pulvers vor. Ein trockener Zustand beschreibt hier einen Zustand, in dem das SAP nicht mit Flüssigkeit in Kontakt gekommen ist oder getrocknet wurde. Ist das SAP mit Flüssigkeit in Kontakt gekommen, quillt dieses auf und bildet ein Hydrogel bzw. Polymergel. Der Einwellenextruder ist dazu ausgebildet ein, beispielsweise aus einem Polymerisationsverfahren hervorgegan- genes, SAP-Polymergel zu fördern und dessen Morphologie zu ändern. Das SAP- Polymergel liegt also in einem Zustand vor, in dem das SAP mit Flüssigkeit in Kontakt gekommen ist.

Die Erfindung hat erkannt, dass bei hohem Durchsatz von SAP-Polymergel durch aus dem Stand der Technik bekannte Einwellenextruder typischerweise eine unerwünschte Morphologie erzeugen oder eine bevorzugte Morphologie des SAP-Polymergels zerstören könnte. Eine erwünschte Morphologie des SAP-Polymergels sieht eine Verbesserung der Wasserabsoprtion vor, insbesondere indem die Oberflächenporösität und/oder Permeabilität des SAP-Polymergels erhöht wird. Es war bisher schwierig den Durchsatz zu erhöhen, ohne die erwünschte Morphologie des SAP-Polymergels zu verlieren. Ein Aspekt der Erfindung ist es, dass ein relativ hoher Durchsatz an SAP-Polymergel durch den Einwellenextruder bei gleichzeitiger Erzeugung von SAP-Polymergel mit einer erwünschten Morphologie möglich ist.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass es vorteilhaft ist, die Geometrie der Schnecke des Einwellenextruders auf das zu befördernde und morphologisch zu verän- dernde SAP-Polymergel anzupassen, so dass ein möglichst geringer spezifischer mechanischer Energieeinsatz aufgewendet werden muss. Der Einwellenextruder ist dafür vorgesehen eine erwünschte Morphologie zu erzeugen, welche die Wasserabsoprtion verbessert, ohne dabei eine große Menge an spezifischer mechanischer Energie (SME) in das SAP-Polymergel einzuführen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, dass die Erfindung einen hohen Durchsatz von SAP-Polymergel ermöglicht. Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Herstellung von haltbarem SAP-Polymergel. Insbesondere kann die Erfindung die Beförderungseigenschaften des SAP-Polymergels entlang des Leitungskanals verbessern. Des Weiteren kann eine vorteilhafte Polymermorphologie erzielt werden oder erhalten werden, während der Durchsatz an SAP-Polymergel durch den Leitungskanal erhöht werden kann. Ein weiterer Aspekt ist, dass ein geringerer Energieeinsatz pro Material nötig ist, da eine höhere Beförderungseffizienz möglich ist und konsequenterweise dadurch ein höherer Durchsatz ermöglicht wird. Im Ergebnis kann somit ein kleinerer und kosteneffizienterer Einwellenextruder bereitgestellt werden.

Nachdem die Morphologie mit Hilfe des Einwellenextruders geändert wurde und eine gewünschte Morphologie des SAP-Polymergels vorliegt, kann das SAP-Polymergel beispielsweise einem Trocknungsverfahren zugeführt werden, um das SAP zu trocknen. Bevorzugt soll die Morphologie des SAP-Polymergels derart geändert werden, dass die Wasserabsorption und/oder Absorptionsgeschwindigkeit des SAP-Polymergels erhöht wird. Dies ist beispielweise möglich, indem die Oberflächenporösität und/oder Permeabilität erhöht wird. Insgesamt sollten die wasserabsorbierenden Polymerpartikel eine hohe Quellgeschwindigkeit und hohe Zentrifugenretentionskapazitat bei gleichzeitig hoher Permeabilität aufweisen.

Auf das SAP können weitere Verfahrensschritte angewendet werden. Beispielsweise kann das im Trocknungsverfahren getrocknete SAP in einem Mahlverfahren mit Hilfe einer Mühle gemahlen werden, so dass SAP-Partikel mit verschiedenen Größen entste- hen. Diese können nachfolgend beispielsweise mit Hilfe von Sieben mit verschiedenen Porenöffnungen ausgesiebt werden, wodurch SAP-Partikel mit verschiedenen Größen getrennt werden können. Die derart getrennten verschieden großen SAP-Partikel können dann beispielsweise nach gewünschten Größenmischungen wieder gemischt werden um eine SAP-Partikel-Mischung mit gewünschten Eigenschaften, wie beispielsweise einer bestimmten Partikelgrößenverteilung, sog. particle size distribution (PSD) zu erhalten. Anschließend können noch weitere Verfahrensschritte, wie beispielsweise eine Oberflächen-Nachvernetzung, sog. surface cross linking (SXL), durchgeführt werden, um die Eigenschaften der SAP-Partikel-Mischung weiter zu verbessern. Bei der SXL werden weitere Stoffe auf die Oberfläche jedes SAP-Partikels aufgebracht. Unter Erhitzung der SAP-Partikel-Mischung mit den auf der Oberfläche befindlichen Stoffen bildet sich ein Netzwerk auf der Oberfläche der jeweiligen Partikel. Dieses Netzwerk kann beispielsweise helfen in einem aufgequollenen Zustand, d.h. wenn die SAP-Partikel-Mischung mit einer Flüssigkeit in Kontakt gekommen ist und die Form eines SAP-Polymergels ange- nommen hat, die Form der Partikel zu bewahren und so das Haltevermögen bzw. Zentrifugenretentionskapazitat bei absorbierter Flüssigkeit zu erhöhen. Insbesondere kann durch das zusätzliche Oberflächennetzwerk das Haltevermögen bei erhöhtem Druck auf das SAP-Polymergel erhöht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Schneckenwelle entlang des Leitungskanals wenigstens drei unterschiedliche Ganghöhenwerte der Schnecke auf. Beispielsweise kann die Schnecke drei verschiedene Ganghöhenwerte haben, von denen der erste Ganghöhewert der größte ist. Der zweite Ganghöhenwert ist in diesem Fall bevorzugt am zweitgrößten und der dritte Ganghöhenwert ist am kleinsten. Es kann beispielsweise der erste Ganghöhenwert in der Eingangszone liegen und die zwei anderen Ganghöhenwerte in der Förderzone. Es können jedoch beispielsweise auch alle drei unterschiedlichen Ganghöhenwerte in der Förderzone liegen, wobei ein erster Ganghöhenwert in Beförde- rungsrichtung entlang des Leitungskanals beispielsweise größer als ein dritter Ganghöhenwert in Beförderungsrichtung entlang des Leitungskanals, jedoch kleiner als ein zweiter Ganghöhenwert in Beförderungsrichtung entlang des Leitungskanals sein kann. Die Ganghöhe kann also auch erst zunehmen und danach wieder abnehmen oder zuerst abnehmen und danach wieder zunehmen. Die Schneckenwelle kann beispielsweise auch vier unterschiedliche Ganghöhenwerte entlang des Leitungskanals aufweisen, z.B. zwei unterschiedliche Ganghöhenwerte entlang der Eingangszone und zwei unterschiedliche Ganghöhenwerte entlang der Förderzone, d.h. es kann auch bereits in der Eingangszone ein erster Ganghöhenwert größer als ein in Beförderungsrichtung nachfolgender zweiter Ganghöhenwert sein. Die Schneckenwelle kann auch in der Ausgangszone unterschied- liehe Ganghöhenwerte aufweisen, insbesondere kann auch in der Ausgangszone ein erster Ganghöhenwert größer als ein in Beförderungsrichtung nachfolgender zweiter Ganghöhenwert sein. In einer Weiterbildung weist die Schneckenwelle eine sich entlang der Förderzone des Leitungskanals wenigstens zweimal ändernde Ganghöhe der Schnecke auf.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung nimmt die Ganghöhe der Schnecke entlang der Förderzone des Leitungskanals ab, d.h. ein am Übergang zwischen der Eingangszo- ne und Förderzone liegender erster Ganghöhenwert ist größer als ein in Beförderungsrichtung folgender Ganghöhenwert und der am Übergang zwischen der Förderzone und Ausgangszone liegende Ganghöhenwert ist der kleinste entlang der Förderzone. Die Ganghöhe in der Förderzone kann entlang der Beförderungsrichtung beispielsweise linear, exponentiell oder stufenweise abnehmen. Dies ermöglicht es entlang der Förder- zone das Volumen in dem sich das SAP-Polymergel befindet zu verringern. Hierdurch kann der auf das SAP-Polymergel wirkende Druck entlang der Förderzone zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung erhöht werden.

Vorzugsweise nimmt die Ganghöhe der Schnecke entlang der Förderzone des Leitungskanals kontinuierlich ab. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Erhöhung des auf das SAP- Polymergel wirkenden Drucks entlang der Förderzone zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung. Eine kontinuierliche Druckänderung ermöglicht eine homogenere SAP- Polymergel Herstellung und kann das Förderverhalten verbessern.

In einer weiteren Weiterbildung kann der Einwellenextruder eine Schnecke mit wenigstens einem Ganghöhenwert der Schnecke aufweisen, die zwischen 30 mm und 800 mm, beispielsweise zwischen 350 mm und 500 mm liegt. Die Schnecke kann beispielsweise einen ersten Ganghöhewert mit 500 mm, einen zweiten Ganghöhenwert mit 460 mm, und einen dritten Ganghöhenwert mit 350 mm aufweisen. Die Schnecke kann beispielsweise auch lediglich zwei verschiedene Ganghöhenwerte aufweisen, beispielsweise 600 mm und 500 mm. Die Ganghöhenwerte der Schnecke können sich auch kontinuierlich entlang des Leitungskanals zwischen 800 mm und 30 mm, insbesondere zwischen 500 mm und 350 mm verändern. Beispielsweise kann die Ganghöhe sich kontinuierlich entlang des Leitungskanals ändern, indem sich der Ganghöhenwert von 500 mm nahe der Eingangsöffnung auf 350 mm nahe der Ausgangsöffnung verringert.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann der Wellendurchmesser der Welle der Schneckenwelle entlang des Leitungskanals zunehmen. Hierdurch kann das freie Transportvolumen verringert und somit der auf das SAP-Polymergel wirkende Druck erhöht werden. Vorzugsweise hat der Einwellenextruder einen Wert einer Laufbreite der Schnecke zwischen 4 mm und 80 mm, beispielsweise 40 mm.

In einer Weiterbildung kann der Einwellenextruder wenigstens einen Wert einer Förderraumhöhe zwischen der Welle der Schneckenwelle und einer Wand des Leitungskanals zwischen 25 mm und 500 mm, beispielsweise zwischen 270 mm und 310 mm haben.

Vorzugsweise hat der Einwellenextruder einen Wert eines Schneckenaußendurchmes- sers zwischen 60 mm und 1000 mm, beispielsweise 650 mm. Bevorzugt hat der Einwellenextruder wenigstens einen Wert eines Wellendurchmesser zwischen 25 mm und 500 mm, beispielsweise zwischen 340 mm und 380 mm. Die Welle der Schnecken- welle kann mehrere Wellendurchmesser haben, beispielsweise wenn sich der Wellendurchmesser kontinuierlich entlang des Leitungskanals verändert, beispielsweise kontinuierlich erhöht. Der Wellendurchmesser kann sich beispielsweise auch stufenweise erhöhen.

In einer bevorzugten Weiterbildung erhöht sich das Verhältnis zwischen Wellendurch- messer zu Schneckenaußendurchmesser entlang des Leitungskanals. Das Verhältnis zwischen Wellendurchmesser zu Schneckenaußendurchmesser entlang des Leitungskanals kann sich beispielsweise zwischen Werten von 0,3 bis 0,9 und bevorzugt zwischen 0,4 bis 0,6 erhöhen. Besonders bevorzugt erhöht sich das Verhältnis zwischen Wellendurchmesser zu Schneckenaußendurchmesser entlang des Leitungskanals von 0,449 an der Eingangsöffnung zu 0,577 an der Ausgangsöffnung oder von 0,52 an der Eingangsöffnung zu 0,58 an der Ausgangsöffnung. Das Verhältnis des Wellendurchmessers zu Schneckenaußendurchmesser bestimmt das Verhältnis von Durchsatz und auf das SAP- Polymergel wirkenden Druck. Wenn die Schneckenwelle im Betrieb ist, bilden sich durch die Ganghöhe zwischen den Schneckenwindungen definierte Schneckenkammern mit sich entlang des Leitungskanals verringernden freien Transportvolumina. Die sich verringernden freien Transportvolumina sind eine Folge des sich verringernden Verhältnisses zwischen Wellendurchmesser zu Schneckenaußendurchmesser. Eine Erhöhung des Verhältnisses von Wellendurchmesser zu Schneckenaußendurchmesser bewirkt daher einen höheren Druck und einen geringeren Durchsatz. Dadurch, dass das Verhältnis entlang des Leitungskanals erhöht wird, kann unter einem hohen Durchsatz SAP- Polymergel an der Eingangsöffnung in den Leitungskanal geführt werden. In der Förderzone kann der Druck hierdurch zusätzlich erhöht werden, da eine große Menge an SAP- Polymergel nachgeliefert wird. An der Ausgangsöffnung kann so ein relativ hoher Durchsatz bei erhöhtem Druck erreicht werden.

Der Einwellenextruder hat vorzugsweise ein Verhältnis zwischen Wellendurchmesser zu Schneckenaußendurchmesser zwischen 0,4 und 0,6, beispielsweise zwischen 0,449 und 0,577 oder beispielsweise zwischen 0,52 und 0,58. Der Einwellenextruder kann auch ein Verhältnis zwischen Wellendurchmesser zu Schneckenaußendurchmesser zwischen 0,3 bis 0,9 haben.

In einer bevorzugten Weiterbildung nimmt die Ganghöhe entlang der Förderzone von einem Ganghöhenwert von 500 mm nahe der Eingangszone auf einen Ganghöhenwert von 350 mm nahe der Ausgangszone ab. Durch die abnehmende Ganghöhe kann der auf das SAP-Polymergel wirkende Druck erhöht werden, da das freie Transportvolumen der Schneckenkammern verringert wird.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hat die Schneckenwelle einen niedrigsten Ganghöhenwert entlang des Leitungskanals, der höchstens zwischen 20% und 80% eines höchsten Ganghöhenwertes entlang des Leitungskanals beträgt. Die Schneckenwelle kann auch einen Ganghöhenwert nahe der Eingangszone haben, der höchstens zwischen 20% und 80% eines Ganghöhenwertes nahe der Ausgangszone beträgt. Die Begrenzung der Änderung der Ganghöhe entlang des Leitungskanals verringert das Risiko, dass eine unerwünschte morphologische Änderung des SAP-Polymergels auftritt, da bei zu großer Abnahme der Ganghöhe zu viel spezifische mechanische Energie (SME) in das SAP-Polymergel eingeführt werden könnte.

In einer weiteren Weiterbildung hat die Schneckenwelle einen niedrigsten Wert eines Wellendurchmessers entlang des Leitungskanals, der höchstens zwischen 20% und 80% eines höchsten Wertes eines Wellendurchmessers entlang des Leitungskanals beträgt. Die Schneckenwelle kann auch einen Wellendurchmesser nahe der Eingangszone haben, der höchstens zwischen 20% und 80% eines Wellendurchmessers nahe der Ausgangszone beträgt.

Bevorzugt ist der Einwellenextruder ausgebildet, ein SAP-Polymergel mit einer erwünschten die Wasserabsorption des SAP erhöhenden Morphologie und mit einem Durchsatz von wenigstens 23 Tonnen pro Stunde zu erzeugen. Der Einwellenextruder ist hierfür entsprechend als eine Produktionsversion dimensioniert, d.h., dass unter anderem der Leitungskanal und die Schneckenwelle eine entsprechende Größe haben.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Einwellenextruder wenigstens ein Mischelementanordnung auf, die in den Leitungskanal des Einwellenextruders hineinragt und zum Mischen des SAP-Polymergels ausgebildet ist. Die Mischelementanordnung kann sich entlang eines Teils des Leitungskanals oder über die gesamte Länge des Leitungskanals erstrecken oder angeordnet sein. Bevorzugt erstreckt sich die Mischelementanordnung wenigstens entlang der Förderzone oder ist entlang dieser angeordnet. Die Mischelementanordnung ist bevorzugt wenigstens teilweise um den Umfang der Welle der Schneckenwelle herum angeordnet.

Die Mischelementanordnung kann beispielsweise einen oder mehrere in den Innenraum des Leitungskanals hineinragende Stiftanordnungen aufweisen, die entlang der gesamten Länge des Leitungskanals verteilt, beispielsweise an mehreren Stellen entlang der Achse der Schneckenwelle, angeordnet sind - eine Stiftanordnung kann Stifte, Bolzen oder dergleichen aufweisen, die umfänglich um die Schneckenwelle verteilt an der Stelle entlang der Achse der Schneckenwelle angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann eine Mischelementanordnung eine oder mehrere Aussparungen in der Schnecke der Schneckenwelle aufweisen entlang der gesamten Länge des Leitungskanals verteilt, beispielsweise an mehreren Stellen entlang der Achse der Schneckenwelle angeordnet. In diese Aussparungen können die Stifte, Bolzen oder dergleichen der Stiftanordnung an der entsprechenden Stelle entlang der Achse der Schneckenwelle eingreifen. Die Stifte, Bolzen oder dergleichen Mischelemente einer Stiftanordnung und entsprechende Aussparungen in der Schneckenwelle dienen der Durchmischung und Erhöhung der Scherung des entlang des Innenraums des Leitungskanals geförderten SAP-Polymergels an der Stelle der Stiftanordnung. Bevorzugt sind die Stifte in einer Wand des Leitungskanals angeordnet, sowie befestigt und ragen in den Innenraum des Leitungskanals hinein.

Besonders bevorzugt weist die Mischelementanordnung wenigstens einen sich in einen Innenraum des Leitungskanals erstreckenden Stift und wenigstens eine Aussparung entlang der Schnecke auf. Der wenigstens eine Stift erstreckt sich bevorzugt in die we- nigstens eine Aussparung der Schnecke, wenn die Schnecke im Betrieb rotiert wird, so dass ein Rotieren der Welle der Schneckenwelle möglich ist, ohne dass der Stift die Schnecke berührt. Die Weiterbildung des Mischelements mit Stiften in Aussparungen der Schnecke ermöglicht es die Morphologie des SAP-Polymergels im Einwellenextruder zu ändern. Hierbei wird eine erwünschte Morphologie erzeugt, die eine ausreichend hohe Porosität hat, damit die Wasserabsorption verbessert werden kann („Oberflächenaktivierung"). Die Stifte in den Aussparungen erhöhen insbesondere für größer dimensionierte Einwellenextruder, insbesondere Produktionsversionen des Einwellenextruders die Durchmischung. Für kleiner dimensionierte Einwellenextruder, insbesondere Laborversionen eines Einwellenextruders, ist eine geringere aber noch deutliche Verbesserung der Durchmischung leichte Erhöhung der Scherung feststellbar.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Leitungskanal wenigstens zwei entlang des Leitungskanals in der Beförderungsrichtung mit einem Mischelementabstand voneinander getrennt angeordnete Stifte auf. Ein Wert des Mischelementabstands ist bevorzugt auf einen Ganghöhenwert der Ganghöhe der Schnecke angepasst. Bevorzugt ist der Mischelementabstand derart auf die Ganghöhe angepasst, dass ein größerer Wert des Mischelementabstands vorgesehen ist, wenn ein kleinerer Ganghöhenwert vorgesehen ist und ein kleinerer Wert des Mischelementabstands vorgesehen ist, wenn ein größerer Ganghöhenwert vorgesehen ist. Bevorzugt sind mehrere Stifte um den Umfang einer Welle angeordnet, so dass in dem Raum zwischen den jeweils zwei getrennt angeordneten Stiften eine Leitungskanalkammer gebildet wird. Zwischen zwei Schneckenwindungen, d.h. mit der Länge der Ganghöhe, wird eine Schneckenkammer gebildet. Die Länge der Leitungskanalkammer kann auf die Länge der Schneckenkammer angepasst sein. Bevorzugt verhalten sich die Längen gegenläufig, d.h. bei abnehmender Ganghöhe nimmt die Länge der Leitungskanalkammer zu. In einer Weiterbildung nimmt die Länge der Leitungskanalkammer entlang der Förderzone in Beförderungsrichtung zu, beispielsweise linear, exponentiell oder dergleichen. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist der Einwellenextruder einen Antriebsmotor und/oder eine Heizvorrichtung auf. Bevorzugt ist der Antriebsmotor ausgebildet die Welle der Schneckenwelle mit bis zu 150 Umdrehungen pro Minute, beispielsweise mit 75 Umdrehungen pro Minute und bevorzugt mit 30 Umdrehungen pro Minute zu rotieren. Die Heizvorrichtung ist bevorzugt ausgebildet den Leitungskanal zu erwärmen, so dass dieser eine Temperatur zwischen 85° C und 140° C jedenfalls in der Eingangszone hat. Die Heizvorrichtung kann sich beispielsweise entlang der Länge des Leitungskanals erstrecken und diesen umschließen, so dass eine gleichmäßige Erwärmung möglich ist. Alternativ kann die Heizvorrichtung sich auch nur über Teile des Leitungskanals erstrecken. Die Heizvorrichtung kann auch derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sie verschiedene Temperaturzonen erzeugen kann. Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung derart angeordnet und ausgebildet, dass sich beim Betrieb des Einwellenextruder die Temperatur des SAP-Polymergel im Leitungskanal entlang der Beförderungsrichtung bis zu einer Ausgangszone erhöht, vorzugsweise um eine Temperatur im Bereich von 20° C bis 40° C erhöht. Die Temperatur nimmt mit Energieeintrag, insbesondere auch per Erhöhung von Druck und Scherkräften entlang der Beförderungsrichtung zu. Das SAP-Polymergel hat vorzugsweise weiter direkt nach der Ausgangsöffnung eine wieder verringerte Temperatur des wieder abgekühlten SAP- Polymergel zwischen 90° C und 1 10° C.

Bevorzugt weist die Heizvorrichtung ein Öl mit einer Temperatur von bis zu 150° C auf. Die Heizvorrichtung kann auch zum Kühlen ausgebildet sein und dafür beispielsweise ein Öl mit einer Temperatur aufweisen, das geringer als die Temperatur des SAP- Polymergels ist.

In einer Weiterbildung hat der Leitungskanal eine Länge zwischen 200 mm und 4000 mm. Bevorzugt hat der Leitungskanal eine Länge von wenigstens 3000 mm, so dass die Schnecke eine Arbeitslänge von 3000 mm hat. Der Leitungskanal kann beispielsweise einen Innendurchmesser zwischen 50 mm und 750 mm haben. Bevorzugt hat der Leitungskanal einen Innendurchmesser von 650 mm.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Ausgangsöffnung eine Düse auf vorzugsweise ebenfalls zum Ändern der Morphologie, zum Abführen des SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie. Die Düse kann eine Durchtrittsöffnung bzw. ein Loch oder mehrere Durchtrittsöffnungen bzw. Löcher haben bzw. es kann diese grundsätzlich eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen oder Löcher im Bereich zwischen 60 und 90 haben - in diesem Fall handelt es sich um eine bevorzugte Anzahl von Löchern für die Laborversion des Einwellenextruders. Bevorzugt hat die Düse bei einer Produktionsversion sehr viel mehr Löcher. Besonders bevorzugt hat die Düse mehr als 1000 Löcher, beispielsweise 3600 Löcher. Bei der Produktionsversion des Einwellenextruders hat die Düse 34 bevorzugt eine Anzahl von Löchern im Bereich zwischen 3000 und 4000 Löchern. Die Löcher können beispielsweise Durchmesser zwischen 4 mm und 12 mm haben. Bevorzugt haben die Löcher einen Durchmesser von 8 mm. Vorzugsweise sind 10% der Fläche der Düse offen, d.h. 10% der Fläche sind Flächen von Durchtrittsöffnungen bzw. Löchern. In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Ausgangsöffnung eine Düse mit 3000 Löchern auf, die jeweils einen Durchmesser von 8 mm haben. In diesem Fall sind besonders bevorzugt 10% der Fläche der Düse offen.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Einwellenextruder dazu ausgebildet einen maximalen Druck von 50 bar zu erzeugen. Der Einwellenextruder kann dazu ausgebildet sein eine Durchsatzleistung von 30t pro Stunde zu erzeugen. Der Einwellenextruder kann ferner dazu ausgebildet sein eine spezifische mechanische Energie von bis zu 60 kWh pro Tonne aufzunehmen. Des Weiteren kann der Einwellenextruder dazu ausgebildet sein mit einer Eingangsleistung von bis zu 18,5 kW betrieben zu werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Ändern einer Morphologie eines superabsorbierenden Polymers, nämlich eines Polymergeis (SAP-Polymergels), mit dem Einwellenextruder der Erfindung oder einer der Weiterbildungen. Das Verfahren weist die Schritte auf:

Zuführen des SAP-Polymergels von einem Polymerisationsverfahrens in den Einwellenextruder, - Betreiben des Einwellenextruders, um die Morphologie des SAP-Polymergels zu ändern,

Abführen des SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie aus dem Einwellenextruder zu einem Trocknungsverfahren.

In einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Trocknungsverfahren die Schritte: - Verteilen des SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie auf Trocknungsblechen und Erhitzen des SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie auf den Trocknungsblechen in einem Konvektionsofen bzw. Umluftofen.

Die Trocknungsbleche können mit verschiedenen Mengen an SAP-Polymergel mit geänderter Morphologie befüllt werden, so dass sich ein Befüllungsgrad in Abhängigkeit der Fläche des Trocknungsblechs und der Menge des auf das Trocknungsblech befüllten SAP-Polymergels mit geänderter Morphologie ergibt. Die Trocknungstemperatur und Trocknungsdauer hängen von dem Befüllungsgrad ab, beispielsweise kann bei einer Befüllung mit 0,91 g/cm ² eine Trocknungstemperatur von 175°C für 70 Minuten zum Trocknen verwendet werden. Die Trocknungsbleche können einen Siebboden haben, beispielsweise mit 250 μΐη Maschenöffnungen, so dass die Flüssigkeit auch durch den Siebboden entweichen kann. Der Siebboden kann beispielsweise aus Drähten mit einem Durchmesser von jeweils 130 μΐη gebildet sein.

In einer Weiterbildung weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt auf:

Zuführen des getrockneten SAP zu einem Mahlverfahren. Vorzugsweise wird das getrocknete SAP im Mahlverfahren von einer Mühle gemahlen, so dass SAP-Partikel mit unterschiedlichen Größen entstehen.

Das Verfahren kann des Weiteren den folgenden Schritt aufweisen:

Zuführen des gemahlenen SAP zu einem Siebverfahren bzw. Sortierverfahren.

Vorzugsweise wird das gemahlene SAP im Siebverfahren bzw. Sortierverfahren gesiebt bzw. sortiert, so dass SAP-Partikel mit verschiedenen Größen voneinander getrennt werden.

Das Verfahren kann weiterhin den folgenden Schritt aufweisen:

Zuführen von sortieren SAP-Partikeln zu einem Mischverfahren. Vorzugsweise werden im Mischverfahren SAP-Partikel verschiedener Größen entsprechend einem vorbestimmten Mischverhältnis gemischt, um gewünschte Eigenschaften der SAP-Partikel-Mischung zu erhalten.

Des Weiteren kann das Verfahren den folgenden Schritt aufweisen: - Zuführen der SAP-Partikel-Mischung zu einem Oberflächen- Nachvernetzungsverfahren bzw. surface cross linking (SXL)-Verfahren.

Vorzugsweise wird auf die Oberfläche der SAP-Partikel ein Oberflächenvernetzungsstoff, der beispielsweise Isopropanol, Wasser und/oder Aluminiumlactat enthalten kann, aufgebracht. Die mit Oberflächenvernetzungsstoff benetzten SAP-Partikel werden dann bevor- zugt bei einer Temperatur von 185° C erwärmt, so dass sich eine Oberflächenvernetzung auf den jeweiligen SAP-Partikeln ausbildet. Die Oberflächenvernetzung ermöglicht es den SAP-Partikeln im aufgequollenen Zustand, d.h. wenn die SAP-Partikel Flüssigkeit aufgenommen haben und als Polymergel vorliegen ihre Form zu behalten. Insbesondere kann durch die Oberflächenvernetzung das Haltevermögen bei absorbierter Flüssigkeit unter Druck gesteigert werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des Einwellenextruders der Erfindung oder einer der Weiterbildungen zum Ändern einer Morphologie von superabsorbierendem Polymergel (SAP-Polymergel).

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einem Ausführungsbeispiel vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinatio- nen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprü- chen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig.1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines beispielhaften

Einwellenextruders mit einer Schneckenwellen mit Parameterdefinitionen;

Fig.2 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Einwellenextruders;

Fig.3 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Schneckenwelle eines

Einwellenextruders;

Fig.4 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Schneckenwelle eines Einwellenextruders; Fig.5 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Schneckenwelle eines Einwellenextruders;

Fig.6 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Einwellenextruders mit einer Mischelementanordnung;

Fig.7 in Ansichten (A1 , A2), (B1 , B2) und (C) bevorzugte Varianten von Stiftan- Ordnungen mit Stiften für eine in Fig.6 gezeigte Mischelementanordnung; Fig.8 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines bevorzugten Verfahrens zum

Ändern einer Morphologie eines superabsorbierenden Polymergeis (SAP- Polymergels) mit einem Einwellenextruder;

Fig.9 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines zweiten bevorzugten Verfahrens zum Ändern einer Morphologie eines superabsorbierenden Polymergeis (SAP-Polymergels) mit einem Einwellenextruder.

Fig.1 zeigt einen Ausschnitt eines Einwellenextruders 10 mit einer Schneckenwelle 12. Die Schneckenwelle 12 weist eine Welle 13, sowie eine sich entlang der Welle 13 erstreckende Schnecke 14 auf und ist in einem Innenraum 17 eines Leitungskanals 16 angeordnet. Der in Fig.1 gezeigte Ausschnitt zeigt einen in einer Förderzone 18 angeordneten Abschnitt der Schneckenwelle 12. Die Beförderungsrichtung 20 entlang der Förderzone 18 verläuft in dieser Darstellung von links nach rechts.

Im Betrieb der Schneckenwelle 12 wird die Welle 13 um ihre Längsachse rotiert, so dass auch die Schnecke 14 rotiert wird und die Schneckenwindungen 22 Material, wie beispielsweise SAP-Polymergel 24 (siehe Fig.2), entlang des Leitungskanals 16 in Beförderungsrichtung 20 fördern. Hierbei wird das Material, beispielsweise SAP-Polymergel 24, einerseits von der Schnecke 14 und der Wand des Leitungskanals 16 geschoben, andererseits jedoch auch gezogen, so dass sich ein komplexes Fließverhalten entwickelt. Die Förderzone 18 fungiert somit als Pumpe, die Material, wie beispielsweise SAP- Polymergel 24, von einer Eingangszone 26 zu einer Ausgangszone 28 befördert (siehe Fig.2). In der Ausgangszone 28 ist ein Druckwert vorteilhaft, der hoch genug ist, um das SAP-Polymergel 24 aus der Ausgangsöffnung 30 durch eine Lochscheibe 32 und eine Düse 34 herauszudrücken (siehe Fig.2); d.h. vorzugsweise zum Ändern der Morphologie des SAP-Polymergel 24. Die Höhe des benötigten Druckwerts hängt unter anderem von der Materialmenge, den viskoseelastischen Eigenschaften des Materials, beispielsweise des SAP-Polymergels 24, und dessen Temperatur ab.

In Abhängigkeit der Parameter der Schneckenwelle 12, insbesondere von Welle 13 und Schnecke 14 kann der Druck und ein Durchsatz des Materials, beispielsweise SAP- Polymergel 24 eingestellt werden. Weiterhin hängen der Durchsatz und Druck auch u.a. von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle 13 der Schneckenwelle 12 ab. Für die Änderung der Morphologie des SAP-Polymergels 24 werden bestimmte vorteilhafte Drücke benötigt. Daher kann es notwendig sein, die Parameter der Schneckenwelle 12, insbesondere von Welle 13 und Schnecke 14, derart einzustellen, dass ein genügend hoher Druck erreicht wird.

Parameter des Einwellenextruders 10 sind der Wellendurchmesser d (engl.: root diame- ter), der Schneckenaußendurchmesser D (engl.: diameter), die Ganghöhe G (engl.: lead bzw. pitch), Gangweite W (engl.: Channel width), Laufbreite e (engl.: flight width), Förderraumhöhe H (engl.: metering depth), Helixwinkel φ (engl.: helix angle) und der Abstand δ zur Wand des Leitungskanals 16 (engl.: flight clearance). Im Folgenden werden diese Parameter näher erläutert. Die Welle 13 der Schneckenwelle 12 hat den Wellendurchmesser d (engl.: root diameter). Die Schnecke 14 hat den Schneckenaußendurchmesser D (engl.: diameter). Die Schnecke 14 der Schneckenwelle 12 kann in Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen Wellendurchmesser d zu Schneckenaußendurchmesser D, d.h. einem Wert d/D, katego- risiert werden. Bei einem Wert von d/D zwischen 0,3 und 0,5 handelt es sich um eine sogenannte tief eingeschnittene Schnecke, die einen hohen Durchsatz ermöglicht. Bei einem Wert von d/D zwischen 0,7 und 0,9 handelt es sich um eine sogenannte flach eingeschnittene Schnecke, die einen hohen Druck ermöglicht, aber einen geringeren Durchsatz hat als die tief eingeschnittene Schnecke. Der Durchsatz der Schnecke 14, also insbesondere auch einer flach eingeschnittenen Schnecke lässt sich erhöhen, indem die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle 13 der Schneckenwelle 12 erhöht wird. So kann für eine flach eingeschnittene Schnecke ein hoher Druck bei relativ hohem Durchsatz erreicht werden. Allerdings ist hierfür ein relativ hoher Energieeinsatz notwendig, um die hierfür notwendigen hohen Umdrehungszahlen der Welle 13 der Schneckenwelle 12 bereitzustellen. Die Ganghöhe G gibt den Abstand zwischen dem proximalen Ende einer ersten Schneckenwindung 22a und dem proximalen Ende einer zweiten Schneckenwindung 22b der Schnecke 14 an. Die Gangweite W gibt den Abstand zwischen dem distalen Ende einer ersten Schneckenwindung 22a und dem proximalen Ende einer zweiten Schneckenwindung 22b der Schnecke 14 an. Die Laufbreite e gibt die Breite der Schnecke 14 an. Die Förderraumhöhe H gibt den Abstand zwischen Wand des Leitungskanals 16 und Oberfläche der Welle 13 an. Der Helixwinkel φ gibt den Winkel an, mit dem die Schnecke 14 geneigt ist. Der Abstand δ zur Wand des Leitungskanals 16 gibt den Abstand zwischen der Außenoberfläche der Schnecke 14 und der Wand des Leitungskanals 16 an. Es muss ein minimaler Abstand δ zur Wand des Leitungskanals 16 eingehalten werden, da sich die Schnecke 14 ansonsten im Betrieb in die Wand des Leitungskanals 16 eindrehen würde und diese beschädigen würde. Der Abstand δ zur Wand des Leitungskanals 16 ist jedoch im Vergleich zu den sonstigen Dimensionen sehr gering, beispielsweise unter 1 mm.

Fig.2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Einwellenextruders 10. Dieser kann verschieden dimensioniert werden, beispielsweise als eine große Produktionsversion des Einwellenextruders 10, die für die industrielle Produktion geeignet ist und als eine kleine Laborversion des Einwellenextruders 10, die zu Versuchszwecken dient. Der prinzipielle Aufbau der beiden Versionen des Einwellenextruders 10 ist ähnlich bzw. identisch. Die Einwellenextruder 10 unterscheiden sich vor allem in der Dimensionierung, insbesondere ist die große Produktionsversion des Einwellenextruders 10 für einen Durchsatz von bis zu 30t/h (Tonnen pro Stunde) ausgebildet, während die Laborversion des Einwellenextruders 10 lediglich für einen Durchsatz von bis zu 340 kg pro Stunde ausgebildet ist. Die Laborversion des Ausführungsbeispiels des Einwellenextruders 10 ist eine herunterskalierte Version der Produktionsversion des Ausführungsbeispiels des Einwellenextruders 10 und kann insbesondere für Versuchszwecke verwendet werden, beispielsweise um Vergleichsmessungen für verschiedene Schneckenwellen 12 durchzu- führen (vgl. Messwerte für die Laborversionen der Ausführungsbeispiele des Einwellenextruders 10 in den Tabellen 5 und 7).

Der Einwellenextruder 10 hat eine Eingangsöffnung 36, einen Leitungskanal 16, eine Schneckenwelle 12 und eine Ausgangsöffnung 30. Der Leitungskanal 16 hat einen Innenraum 17, dem eine Eingangszone 26, eine Förderzone 18 und eine Ausgangszone 28 zugeordnet ist und sich zwischen der Eingangsöffnung 36 und der Ausgangsöffnung 30 erstreckt. Der Einwellenextruder 10 kann verwendet werden, ein superabsorbierendes Polymergel (SAP-Polymergel 24) in Beförderungsrichtung 20 zu fördern und eine Morphologie des SAP-Polymergels 24 zu ändern. Insbesondere kann der Einwellenextruder 10 dafür verwendet werden, die Oberflächenporösität der Partikel des SAP-Polymergels zu erhöhen, um die Wasserabsorptionsfähigkeit des SAP-Polymergels zu erhöhen.

Das SAP-Polymergel 24 wird in einem Polymerisationsverfahren 38 hergestellt. Das sogenannte Basispolymer, auf dem das SAP-Polymergel 24 basiert, wird für das in Fig.2 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel entsprechend der in Tabelle 1 gegebenen Formulierung hergestellt.

Tabelle 1 :

Reaktor ORP 250

feste Bestandteile 42,7 Gewichts-%

Grad der Neutralisierung 71 mol-%

Basispolymerfeindosierung 7,7 Gewichts-% baP (basierend auf Polymer)

Wasserstoffperoxid 0,0008 Gewichts-% baA (basierend auf Acrylsäure)

Ascorbinsäure 0,0023 Gewichts-% baA

Natriumpersulfat 0, 128 Gewichts-% baA

Kernvernetzer 0,39 Gewichts-% baA (Laromer PO9044V)

Monomer-Temperatur 35°C

Durchsatz 800 kg/h

Dammhöhe 160 mm

Der Einwellenextruder 10 der Fig.2 ist nicht auf die Verarbeitung von SAP-Polymergel 24 mit der Zusammensetzung der Tabelle 1 beschränkt und kann auch für andere Zusammensetzungen eines SAP-Polymergels 24 verwendet werden.

Das im Polymerisationsverfahren 38 hergestellte SAP-Polymergel 24 wird dem Einwellenextruder 10 über die Eingangsöffnung 36 zugeführt. Die Eingangsöffnung 36 ist mit dem Innenraum 17 des Leitungskanals 16 verbunden und grenzt an die Eingangszone 26 an. Im Betrieb des Einwellenextruders 10 wird das SAP-Polymergel 24 über die Eingangsöffnung 36 der Eingangszone 26 des Innenraums 17 des Leitungskanals 16 zugeführt.

Im Innenraum 17 des Leitungskanals 16 ist die Schneckenwelle 12 angeordnet, die eine Welle 13 mit einer Schnecke 14 aufweist. Wenn der Einwellenextruder 10 betrieben wird, wird die Welle 13 der Schneckenwelle 12 um ihre Längsachse rotiert. Hierfür ist ein Antriebsmotor 40 vorgesehen, der mit der Welle 13 der Schneckenwelle 12 verbunden ist. Der Antriebsmotor 40 kann in diesem Ausführungsbeispiel die Welle 13 der Schneckenwelle 12 mit bis zu 150 Umdrehungen pro Minute rotieren. Im Betrieb wird die Welle 13 je nach Abmessungen des Einwellenextruders 10 bevorzugt mit einer Rotationsge- schwindigkeit zwischen 30 Umdrehungen pro Minute für die Produktionsversion des Einwellenextruders 10 und 75 Umdrehungen pro Minute für die Laborversion des Einwellenextruders 10 rotiert. Die Schneckenwelle 12 dient dazu mit Hilfe der Schnecke 14 und der Wand des Leitungskanals 16 das SAP-Polymergel 24 von der Eingangsöff- nung 36 entlang der Förderzone 18 zur Ausgangsöffnung 30 zu fördern und die Morphologie des SAP-Polymergels 24 zu ändern.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leitungskanal 16 des Einwellenextruders 10 vollständig von einer Heizvorrichtung 42 umschlossen. Alternativ kann auch nur ein Teil des Leitungskanals 16 von der Heizvorrichtung 42 umschlossen sein oder gar keine Heizvor- richtung 42 vorhanden sein (nicht gezeigt). Bevorzugt ist die Laborversion des Einwellenextruders 10 mit einer Heizvorrichtung 42 umschlossen, während die Produktionsversion des Einwellenextruders 10 bevorzugt ohne Heizvorrichtung 42 ausgeführt ist. Die Heizvorrichtung 42 dient dazu den Leitungskanal 16 zu erwärmen. Hierfür ist in der Heizvorrichtung 42 ein Öl angeordnet, dass eine Temperatur von bis zu 200°C haben kann.

Die Heizvorrichtung 42 wird bevorzugt derart betrieben, dass die Temperatur eines SAP- Polymergels 24 im Leitungskanal 16 jedenfalls in der Eingangszone 26 zwischen 85°C und 100°C in der Laborversion des Einwellenextruders 10 beträgt und/oder in der Produktionsversion etwas höher liegt. In der Produktionsversion des Einwellenextruders 10 beträgt die Temperatur im Leitungskanal 16 jedenfalls in dem Eingangsbereich bevorzugt zwischen 90°C und 140°C. Die Temperatur nimmt mit Energieeintrag, insbesondere per Erhöhung von Druck und Scherkräften entlang der Beförderungsrichtung 20 zu. Diese Temperaturerhöhung entlang der Beförderungsrichtung 20 bis zu einer Ausgangszone 28 kann zwischen 20°C und 40°C im Vergleich zur Eingangszone betragen. Vorzugsweise hat das SAP-Polymergel 24 direkt nach der Ausgangsöffnung 30 eine in Folge von Abkühlung wieder geringere Temperatur zwischen 78°C und 1 10°C, vorzugsweise zwischen 90°C und 1 10°C.

Die Heizvorrichtung 42 kann auch zum Kühlen verwendet werden, beispielsweise wenn sie mit einem Öl befüllt wird, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur des Leitungskanals 16 und/oder des SAP-Polymergels 24. Die Heizvorrichtung 42 kann grundsätzlich auch dem Zweck einer Temperaturregelung dienen. Die Ausgangsöffnung 30 ist mit dem Innenraum 17 des Leitungskanals 16 verbunden und grenzt an die Ausgangszone 28 an. Die Ausgangsöffnung 30 weist eine Lochscheibe 32 und eine an die Lochscheibe 32 nachfolgend angeordnete Düse 34 auf. Die Ausgangsöffnung 30 dient dazu die Morphologie des SAP-Polymergels 24 zu ändern und das SAP-Polymergel 44 mit geänderter Morphologie abzuführen. Hierfür wird mit Hilfe des Förderungsmechanismus der Schnecke 14 und Wand des Leitungskanals 16 SAP- Polymergel 24 mit Druck durch die Lochscheibe 32 und durch die Düse 34 gedrückt.

Die Düse 34 hat in diesem Ausführungsbeispiel 66 Durchtrittsöffnungen bzw. kann diese grundsätzlich eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen im Bereich zwischen 60 und 90 haben - in diesem Fall handelt es sich um eine bevorzugte Anzahl von Löchern für die Laborversion des Einwellenextruders 10. Die Düse 34 kann auch nur eine Durchtrittsöffnung bzw. ein Loch haben oder eine andere Anzahl von Löchern. Beispielsweise jedenfalls für die Produktionsversion eines Einwellenstruders wird eine bevorzugte Anzahl von Löchern mindestens 1000, beispielsweise 3600 betragen. Bei der Produkti- onsversion des Einwellenextruders 10 hat die Düse 34 eine Anzahl von Löchern im Bereich zwischen 3000 und 4000 Löchern.

Die Löcher haben einen Durchmesser von jeweils 8 mm. Alternativ können die Löcher auch einen Durchmesser zwischen 4 mm und 12 mm haben. Es können Löcher mit gleich großen Durchmessern oder verschieden großen Durchmessern nebeneinander angeordnet sein. In diesem Ausführungsbeispiel sind für die Laborversion des Einwellenextruders 10 ungefähr 66% der Fläche der Düse 34 offen. Alternativ können auch beispielsweise zwischen 5% und 66% der Fläche der Düse 34 offen sein (nicht gezeigt). In der Produktionsversion des Einwellenextruders 10 sind 10% der Fläche der Düse offen (nicht gezeigt). Der Einwellenextruder 10 kann zusätzlich oder alternativ neben der Lochscheibe 32 und der Düse 34 an der Ausgangsöffnung 30 einen Adapter, einen Halter, eine Matrix oder eine Kombination dieser Komponenten aufweisen (nicht gezeigt). Eine oder mehrere der vorgenannten Komponenten können beispielsweise am distalen Ende der Schneckenwellen 12 angeordnet sein. Das aus der Ausgangsöffnung 30 abgeführte SAP-Polymergel 44 mit geänderter Morphologie wird einem Trocknungsverfahren 46 zugeführt. Das Trocknungsverfahren 46 dient dazu dem SAP-Polymergel 44 mit geänderter Morphologie die Flüssigkeit zu entziehen, um dieses zu trocknen. Es sind verschiedene Trocknungsverfahren 46 denkbar und dem Fachmann bekannt. Im Rahmen des in Fig.7 beschriebenen Verfahrens wird ein mögliches Trocknungsverfahren 46 näher erläutert. Dem Trocknungsverfahren 46 können noch weitere Verfahrensschritte folgen (nicht gezeigt).

Nachfolgend werden weitere Details der Schnecke 14 und Welle 13 der Schneckenwelle 12 dieses Ausführungsbeispiels des Einwellenextruders 10 erläutert.

Die Schnecke 14 der Schneckenwelle 12 hat eine entlang der Förderzone 18 des Leitungskanals 16 abnehmende Ganghöhe G. Die Ganghöhe kann sich auch kontinuierlich verändern, beispielsweise bevorzugt kontinuierlich abnehmen (nicht gezeigt). Zwischen den jeweiligen gezeigten Abschnitten der Schneckenwindungen 22 der Schnecke 14 ist erkennbar, dass sich die unterschiedlich großen Ganghöhenwerte G1 , G2, G3 und G4 ergeben.

Der erste Ganghöhenwert G1 der Ganghöhe beträgt in diesem Ausführungsbeispiel für die Laborversion des Einwellenextruders 70 mm und der vierte Ganghöhenwert G4 beträgt 46 mm, so dass die Ganghöhe G entlang der Förderzone von einem Ganghöhenwert von 70 mm nahe der Eingangszone auf einen Ganghöhenwert von 46 mm nahe der Ausgangszone abnimmt.

Für die Produktionsversion des Einwellenextruders 10 beträgt der erste Ganghöhenwert G1 =500 mm und der vierte Ganghöhenwert G4 beträgt 350 mm. Der zweite und dritte Ganghöhenwert G2 und G3 liegen zwischen diesen Werten. Die Ganghöhen G können in einem alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise auch zwischen Ganghöhenwerten von 800 mm und 30 mm liegen.

Die unterschiedlichen Ganghöhenwerte G1 , G2, G3, G4 der Ganghöhe gehen mit unter- schiedlich steilen Helixwinkeln φ1 , φ2, φ3 und φ4 einher (nicht gezeigt).

Der Wert der Laufbreite e der Schnecke 14 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel für die Laborversion des Einwellenextruders 10 konstante 6 mm und für die Produktions Version des Einwellenextruders 10 konstante 40 mm. Die Laufbreite der Schnecke 14 kann alternativ auch beispielsweise Werte zwischen 4 mm und 80 mm haben und sich entlang des Leitungskanals 16 verändern, beispielsweise zunehmen.

In diesem Ausführungsbeispiel hat die Welle 13 der Schneckenwelle 12 jedenfalls entlang der Förderzone 18, vorzugsweise zusätzlich auch über die Eingangszone 26 und/oder Ausgangszone 28, einen konstanten Wellendurchmesser d. Der konstante Wellendurchmesser d hat hier einen Wert von 35 mm für die Laborversion des Einwellenextruders 10 bzw. der konstante Wellendurchmesser d hat hier einen Wert von 340 mm für die Produktionsversion des Einwellenextruders 10. Insbesondere kann der Wellendurchmesser d auch Werte zwischen 25 mm und 500 mm, beispielsweise zwi- sehen 340 mm und 380 mm haben.

Der Wert des Schneckenaußendurchmesser D beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 78 mm für die Laborversion des Einwellenextruders 10 bzw. 650 mm für die Produktionsversion des Einwellenextruders 10. Insbesondere kann der Schneckenaußendurchmesser D auch Werte zwischen 60 mm und 1000 mm, beispielsweise zwischen 600 mm und 700 mm haben.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis des Wellendurchmessers d zu Schneckenaußendurchmesser D konstant und beträgt ungefähr 0,449 für die Laborversion des Einwellenextruders 10 und 0,52 für die Produktionsversion des Einwellenextruders 10. Insbesondere kann das Verhältnis des Schneckenwellendurchmessers d zu Schnecken- außendurchmesser D auch zwischen 0,4 und 0,6 betragen, beispielsweise 0,449 und 0,577 oder beispielsweise auch zwischen 0,52 und 0,58. Das Verhältnis des Wellendurchmessers d zu Schneckenaußendurchmesser D kann sich insbesondere auch verändern, bevorzugt abnehmen (siehe Fig.4).

Der Wert der Förderraumhöhe H zwischen der Welle 13 der Schneckenwelle 12 und einer Wand des Leitungskanals 16 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 43 mm für die Laborversion des Einwellenextruders 10 und 310 mm für die Produktionsversion des Einwellenextruders 10. Insbesondere kann die Förderraumhöhe H auch Werte zwischen 25 mm und 500 mm, beispielsweise zwischen 270 mm und 310 mm haben.

Das Ausführungsbeispiel der Laborversion des Einwellenextruders 10 basiert auf einem ECT EXR T80. In der nachfolgenden Tabelle 2 findet sich eine Parameterübersicht des Ausführungsbeispiels der Laborversion des Einwellenextruders 10 und der Produktionsversion des Einwellenextruders 10, sowie Angaben zu bevorzugten Parameterbereichen für Einwellenextruder 10.

Tabelle 2:

Parameter ECT EXR T80 Einwellenextru Parameterbereich

(Laborversion) -der (Produktionsversion)

Schneckenarbeitslänge (SAL) 300 mm 3000 mm 200 mm bis 4000 mm

Leitungskanalinnendurchmesser 80 mm 650 mm 50 mm bis 750 mm (LID)

LID/SAL 3,75 4,6 2,22 bis 8

Maximaler Druck 50 bar 50 bar 30 bis 70 bar

Umdrehungsgeschwindigkeit im 75 Umdreh30 Umdreh15 U/Min. bis 150 Betrieb ungen/Minute ungen/Minute U/Min

Düsendicke 33 mm 33 mm 20 mm bis 45 mm

Düsenlochdurchmesser 8 mm 8 mm 4 mm bis 12 mm

Anzahl der Düsenlöcher 66 3600 1 bis 4000

Relativ offene Fläche der Düse 66% 10% 5% bis 66%

Max. Durchsatz -340 kg/h 30 t/h 200 kg/h bis 30 t/h

Max. spezifische mechanische -60 kWh/t -60 kWh/t 20 kWh/t bis 100 Energieaufnahme kWh/t

Temperatur des Ols der Heiz150°C ohne Oler- 80°C bis 200°C vorrichtung wärmung

Temperatur im Leitungskanal ~85-95°C 95-140 °C SAP-Polymergeltemperatur an ~78-90°C 90-1 10°C

der Ausgangsöffnung

Der Einwellenextruder 10 ist nicht auf die in Tabelle 2 angegebenen Parameter beschränkt, diese stellen lediglich einen bevorzugten Parameterbereich dar.

In Fig.3 ist ein Ausschnitt eines Beispiels einer Laborversion eines Einwellenextruders 10 dargestellt. Fig.3 zeigt ein Beispiel einer Schneckenwelle 12 mit einer Welle 13 und einer Schnecke 14. Die Schnecke 14 hat in diesem Beispiel eine konstante Ganghöhe G entlang der Beförderungsrichtung 20. Der Wert des Wellendurchmessers d nimmt zu; d.h. hier vergrößert er sich von d1 auf d2 entlang der Beförderungsrichtung während der Wert des Schneckenaußendurchmesser D=78 mm konstant bleibt. In diesem Beispiel hat die Ganghöhe G einen konstanten Ganghöhenwert G1 =46 mm. Der Wellendurchmesser nimmt von einem Wert d1 =35 mm auf einen Wert d2=45 mm zu. Daher nimmt auch das Verhältnis d/D von 0,445 zu 0,577 zu.

In den Fig.4 und Fig.5 werden bevorzugte Ausführungsbeispiele für Schneckenwellen 12 gemäß dem Konzept der Erfindung gezeigt, die wie die Schneckenwelle 12 des Ausfüh- rungsbeispiels des Einwellenextruders 10 der Fig.2 in dem Einwellenextruder 10 verwendet werden können. Die Schneckenwelle 12 kann verschieden dimensioniert werden, beispielsweise als eine große Produktionsversion der Schneckenwelle 12, die für die industrielle Produktion geeignet ist, und eine kleine Laborversion der Schneckenwelle 12, die zu Versuchszwecken dient. Der Aufbau der beiden Versionen der Schneckenwelle 12 ist identisch. Die Schneckenwellen 12 unterscheiden sich in der Dimensionierung, insbesondere ist die große Produktionsversion der Schneckenwelle 12 für einen Durchsatz von bis zu 30t/h (Tonnen pro Stunde) ausgebildet, während die Laborversion der Schneckenwelle 12 lediglich für einen Durchsatz von bis zu 340kg/h (Kilogramm pro Stunde) ausgebildet ist. Die Schneckenwelle 12 der Fig.4 hat eine Welle 13 und eine Schnecke 14. Die Schnecke 14 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine von G1 auf G2 abnehmende Ganghöhe G. Der Schneckenwellendurchmesser d nimmt zu; d.h. hier vergrößert er sich von einem Wert d1 auf d2 entlang der Beförderungsrichtung 20 während der Schneckenaußendurchmesser einen konstanten Wert D=78 mm für die Laborversion der Schneckenwelle 12 und D=650 mm für die Produktionsversion der Schneckenwelle 12 hat. Der Wellendurchmesser d der Welle 13 der Schneckenwelle 12 nimmt also für dieses Ausführungsbeispiel entlang des Leitungskanals 16 zu.

In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der erste Ganghöhenwert G1 =70 mm und der zweite Ganghöhenwert G2=46 mm für die Laborversion der Schneckenwelle 12. Für die Produktionsversion der Schneckenwelle 12 beträgt der erste Ganghöhenwert G1 =500 mm und der zweite Ganghöhenwert G2=350 mm. Der Wellendurchmesser nimmt von einem Wert d1 =35 mm auf d2=45 mm für die Laborversion der Schneckenwelle 12 zu. Für die Produktionsversion der Schneckenwelle nimmt der Wellendurchmesser von einem Wert d1 =340 mm auf d2=380 mm zu. Daher nimmt auch das Verhältnis d/D von 0,445 zu 0,577 für die Laborversion der Schneckenwelle 12 und von 0,52 zu 0,58 für die Produktionsversion der Schneckenwelle 12 zu. Das Verhältnis d/D zwischen Wellendurchmesser d zu Schneckenaußendurchmesser D erhöht sich in diesem Ausführungsbeispiel also entlang des Leitungskanals 16. Somit nimmt einerseits das Verhältnis d/D zu und andererseits nimmt die Ganghöhe G ab. Hierdurch können die Transporteigenschaften der Schnecke 14 für das SAP-Polymergel 24 verbessert werden. Dadurch ist es möglich einen höheren Durchsatz mit weniger Energieaufwand zu erreichen und gleichzeitig die Produkteigenschaften, insbesondere eine gewünschte Morphologie des SAP- Polymergels zu erhalten, die man ansonsten nur mit höherem Energieaufwand und/oder geringerem Durchsatz erreichen könnte.

Fig.5 zeigt einen Ausschnitt eines Einwellenextruders 10 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Schneckenwelle 12 gemäß dem Konzept der Erfindung. Auch diese kann entsprechend einer Laborversion der Schneckenwelle 12 und einer Produktionsversion der Schneckenwelle 12 dimensioniert werden. Die Schneckenwelle 12 hat eine Welle 13 und eine Schnecke 14. Die Schnecke 14 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine abnehmende Ganghöhe G. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Fig.4 hat jedoch der Wellendurchmesser einen konstanten Wert von d=35 mm entlang der Beförderungsrichtung für die Laborversion der Schneckenwelle 12 und d=340 mm für die Produktionsversion der Schneckenwelle 12. Auch der Schneckenaußendurchmesser mit einem Wert von D=78 mm für die Laborversion der Schneckenwelle 12 und D=650 mm für die Produktionsversion der Schneckenwelle 12 bleibt konstant. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Ganghöhe einen ersten Ganghöhenwert G1 =70 mm und einen zweiten Ganghöhenwert G2=46 mm für die Laborversion der Schneckenwelle 12 und ersten Ganghöhenwert G 1 =500 mm und zweiten Ganghöhenwert G2=350 mm für die Produktionsversion der Schneckenwelle 12. Somit nimmt in diesem Ausfüh- rungsbeispiel im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig.4 nur die Ganghöhe G ab. Dies ermöglicht zwar die Transporteigenschaften der Schnecke 14 für das SAP- Polymergel 24 im Vergleich zum Beispiel der Schneckenwelle 12 der Fig.3 zu verbessern. Jedoch bleibt die Schneckenwelle 12 des Ausführungsbeispiels der Fig.5 hinter der Verbesserung durch die zusätzliche Erhöhung des Verhältnisses d/D des Ausführungs- beispiels der Schneckenwelle 12 der Fig.4 zurück (s. Tabelle 5 und 7 für den Vergleich von Messwerten für die Laborversionen der Schneckenwellen 12 in der Laborversion des Einwellenextruders 10).

Fig.6 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Einwellenextruders 10. Der Einwellenextruder 10 betrifft vorzugsweise eine Produktionsversion. Der Einwellenextruder 10 kann grundsätzlich auch als Laborversion ausgebildet sein (nicht gezeigt). Der Einwellenextruder 10 des zweiten Ausführungsbeispiels ist ähnlich zu dem in Fig.2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Einwellenextruders 10 und somit sind für ähnliche oder gleiche Teile oder Teile ähnlicher oder gleicher Funktion der Einfachheit halber gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Beförderungsrichtung 20 entlang der Förderzone 18 verläuft in dieser Darstellung wiederum von links nach rechts.

Der Einwellenextruder 10 hat eine Eingangsöffnung 36, einen Leitungskanal 16, eine Schneckenwelle 12 und eine Ausgangsöffnung 30. Der Leitungskanal 16 hat einen Innenraum 17, dem eine Eingangszone 26, eine Förderzone 18 und eine Ausgangszone 28 zugeordnet ist und der sich zwischen der Eingangsöffnung 36 und der Ausgangsöff- nung 30 erstreckt. Der Einwellenextruder 10 kann verwendet werden ein superabsorbierendes Polymergel (SAP-Polymergel 24) in Beförderungsrichtung 20 zu fördern und eine Morphologie des SAP-Polymergels 24 zu ändern.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Leitungskanal 16 des Einwellenextruders 10 vollständig von einer Heizvorrichtung 42 umschlossen. Die Heizvorrichtung 42 kann mit einem Öl mit einer vorbestimmten Temperatur befüllt werden, um eine gewünschte Temperatur im Innenraum 17 des Leitungskanals 16 einzustellen. Wie der Einwellenextruder 10 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Fig.2 wird auch der Einwellenextruder 10 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Fig.6 mit SAP-Polymergel 24 befüllt, das aus einem Polymerisationsverfahren 38 stammt. Dieses wird über die Eingangsöffnung 36 in den Innenraum 17 des Einwellenextruders 10 zugeführt und von den Schneckenwindungen 22 der Schnecke 14 der Schneckenwelle 12 entlang des Leitungskanals 16 in Beförderungsrichtung 20 gefördert.

Während der Beförderung entlang des Leitungskanals 16 wird die Morphologie des SAP- Polymergels geändert, insbesondere die Porosität der Oberfläche der Partikel des SAP- Polymergels erhöht. An der Ausgangsöffnung 30 wird das SAP-Polymergel durch die schematisch dargestellte Lochscheibe 32 und die Düse 34 gedrückt und die Morphologie weiter verändert, so dass ein SAP-Polymergel 44 mit geänderter Morphologie erzeugt wird. Das SAP-Polymergel 44 mit geänderter Morphologie wird dann einem Trocknungsverfahren 46 zugeführt. Es können noch weitere Verfahren zur Behandlung des SAP- Polymergel 44 nach dem Trocknungsverfahren 46 folgen wie etwa ein Mahlen und/oder Sieben (nicht gezeigt).

Das zweite Ausführungsbeispiel des Einwellenextruders 10 der Fig.6 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von dem ersten Ausführungsbeispiel des Einwellenextruders 10 der Fig.2, dass der Einwellenextruder 10 eine Mischelementanordnung 49 mit jeweils zwei hier gezeigten Mischelementen in Form von Stiften 48.1 und 48.2 einer Stiftanord- nung 48 aufweist und sich der Wellendurchmesser d der Welle 13 entlang des Leitungskanals 16 ändert - in diesem beispielhaften Fall zunimmt analog der schematisch in Fig.4 gezeigten Schneckenwelle 12. Hier hat die Welle 13 der Schneckenwelle 12 jedenfalls entlang der Förderzone 18, vorzugsweise zusätzlich auch über die Eingangszone 26 und/oder Ausgangszone 28, einen zunehmenden Wellendurchmesser d. Ein Ausführungsbeispiel eines Einwellenextruders 10 der Fig.6 -ohne Mischelementanordnung 49 aber im Prinzip mit einer Schneckenwindungen 22 der Schnecke 14 der Schneckenwelle 12 entlang des Leitungskanals 16 in Beförderungsrichtung 20 wie in Fig.4 oder Fig.5— ist hier nicht explizit gezeigt aber ebenfalls gemäß dem allgemeinen Konzept der Erfindung. Ein Einwellenextruder 10 der Fig.2 -mit einem jedenfalls entlang der Förderzone 18, vorzugsweise zusätzlich auch über die Eingangszone 26 und/oder Ausgangszone 28, zunehmenden Wellendurchmesser d und im Prinzip mit einer Schneckenwindungen 22 der Schnecke 14 der Schneckenwelle 12 entlang des Leitungskanals 16 in Beförderungsrichtung 20 wie in Fig.4 oder Fig.5— ist hier nicht explizit gezeigt aber ebenfalls gemäß dem allgemeinen Konzept der Erfindung.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel des Einwellenextruders 10 der Fig.6 weist zudem die Mischelementanordnung 49 hier vier Stiftanordnungen 48 mit hier gezeigten Stiften 48.1 , 48.2 im Leitungskanal 16 -und ggfs. Aussparungen 50 in der Schnecke 14 der Schneckenwelle 12— auf. Varianten der Stiftanordnungen 48 sind in Fig.7 beispielhaft erläutert. Die Stifte 48.1 , 48.2 sind in diesem Ausführungsbeispiel des Einwellenextruders 10 in der Wand des Leitungskanals 16 befestigt und ragen in den Innenraum 17 des Leitungskanals 16. Die Stifte 48.1 , 48.2 einer Stiftanordnung sind um den gesamten Umfang des Leitungskanals 16 angeordnet, so dass sich um den Umfang herum ein Ring aus Stiften bildet, von denen hier zwei Stifte 48.1 , 48.2 gezeigt sind.

Zwischen jeweils zwei der entlang der Beförderungsrichtung 20 mit einem Mischelement- abstand K getrennt angeordneten Stiftringen einer Stiftanordnung 48 mit Stiften 48.1 , 48.2 bildet sich praktisch eine Leitungskanalkammer aus. Die Länge der jeweiligen Leitungskanalkammer ist durch den Wert der Stiftabstände K1 , K2, K3, K4, K5 definiert und in diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich, da die Stiftanordnungen 48 mit unterschiedlichen Stiftabständen K angeordnet sind. Die erste Leitungskanalkammer entlang der Beförderungsrichtung 20 hat einen Wert des Misch- elementabstands K1 und ist von einer Wand des Leitungskanals 16 und dem ersten Stiftring einer Stiftanordnung 48 mit Stiften 48.1 und 48.2 gebildet. Die erste Leitungskanalkammer erstreckt sich von der Eingangszone 26 in die Förderzone 18. Die in Beförderungsrichtung 20 folgenden Leitungskanalkammern sind zwischen den jeweiligen Stiftringen einer weiteren nicht näher bezeichneten aber erkennbaren Stiftanordnung 48 aus weiteren nicht näher bezeichneten aber erkennbaren Stiften 48.1 , 48.2 in der Förderzone 18 gebildet und haben die Werte K2, K3 und K4. Die Leitungskanalkammer an der Ausgangszone 28 des Leitungskanals 16 wird zwischen der letzten Stiftanordnung 48 in Beförderungsrichtung 20 und der Lochscheibe 32 gebildet.

Die auch in Fig.7 erkennbaren Aussparungen 50 in der Schnecke 14 sind derart angeordnet, dass im Betrieb, wenn die Welle 13 über den Antriebsmotor 40 rotiert wird, die Stifte 48.1 , 48.2 die Aussparungen 50 während der Drehung der Welle 13 passieren, ohne, dass die Stifte 48 die Schnecke 14 berühren. Die Aussparungen 50 stellen also Unterbrechungen in der Schnecke 14 dar.

Die Stifte 48.1 , 48.2 einer Stiftanordnung 48 und die Aussparungen 50 dienen der Durchmischung und der Scherung des SAP-Polymergels 24. Eine verbesserte Durchmi- schung und Erhöhung der Scherung zeigt sich insbesondere für eine Produktionsversion des Einwellenextruders 10, d.h. eine Version mit größeren Dimensionen. Für eine Laborversion mit kleineren Dimensionen wirkt sich die Mischelementanordnung 49 schwächer aus.

In diesem Ausführungsbeispiel des Einwellenextruders 10 ist die Welle 13 der Schne- ckenwelle 12 in sechs Wellensegmente W1 , W2.1 und W2.2, W3, W4, W5 und W6 eingeteilt. Das Wellensegment W1 liegt in der Eingangszone 26, die Wellensegmente W2, W3, W4 und W5 liegen in der Förderzone 18 und das Wellensegment W6 liegt in der Ausgangszone 28. Die Wellensegmente W1 und W2.1 haben einen Wellendurchmesser d und das Wellensegment W2.2 einen Wellendurchmesser mit einem ersten Wert d1 =340 mm. Das Wellensegment W3 hat einen sich kontinuierlich von dem ersten Wert d1 =340 mm auf einen zweiten Wert d2=380 mm -d.h. um Ad- sich ändernden Wellendurchmesser. In den Wellensegmenten W4 und W5 hat der Wellendurchmesser zunächst den Wert von d2=380 mm und bleibt dann bei d2 bzw. (wie hier) steigt dann weiter an auf d3>380 mm. Im Wellensegment W6, d.h. in der Ausgangszone 28 verrin- gert sich der Wellendurchmesser d kontinuierlich von dem Wert d2=380 mm bzw. d3>380 auf einen Wert von d4=120mm.

Die Ausgangszone 28 hat somit ein größeres Transportvolumen, was es ermöglicht, eine größere Menge SAP-Polymergel unter geringerem Druck durch die Ausgangsöffnung 30 zu drücken. Die Schneckenwelle 12 hat in diesem Ausführungsbeispiel einen niedrigsten Wert eines Wellendurchmessers d 1 entlang des Leitungskanals 16 der ca. 32% des höchsten Wertes des Wellendurchmessers d2 bzw. d3 entlang des Leitungskanals 16 beträgt. Der niedrigste Wert des Wellendurchmessers d entlang des Leitungskanals 16 kann auch höchstens zwischen 20% und 80% eines höchsten Wertes eines Wellendurchmessers entlang des Leitungskanals 16 betragen. Der Wert des Schneckenaußendurchmessers D ist konstant entlang des Leitungskanals 16 und beträgt 650 mm. Somit ändert sich ent- lang der Förderzone 18 des Leitungskanals 16 das Verhältnis d/D des Wellendurchmessers d zum Schneckenaußendurchmesser D von 0,52 zu 0,58.

Die Ganghöhe G nimmt in diesem Ausführungsbeispiel erkennbar von einem ersten Ganghöhenwert G1 =500 mm ab - im Wellensegment W2.1 und W2.2 hat die Schnecke 14 den zweiten Ganghöhenwert G2=460 mm. D.h. die Ganghöhe G nimmt in diesem Ausführungsbeispiel erkennbar von G1 =500 mm über G2=460 mm auf G3= 350 mm ab und dann (wie hier) ggfs. weiter ab auf G4 und G5<350 mm, d.h. der niedrigste Ganghöhenwert entlang des Leitungskanals beträgt 70% des höchsten Ganghöhenwertes oder liegt sogar darunter. Der niedrigste Ganghöhenwert entlang des Leitungskanals kann auch höchstens zwischen 20% und 80% des höchsten Ganghöhenwertes entlang des Leitungskanals betragen.

Im Wellensegment W3 verringert sich also einerseits die Ganghöhe G und andererseits erhöht sich der Wellendurchmesser d. Dies führt zu einer Druckerhöhung und Transportvolumenverringerung entlang des Leitungskanals 16 in der Beförderungsrichtung 20. Dies kann in einer ersten Variante so beibehalten werden über die Wellensegmente W4 und W5 (nicht gezeigt) oder (wie hier) weiter in der Tendenz verstärkt werden in den Wellensegmenten W4 und W5 durch weitere Erhöhung des Wellendurchmessers d (auf d2 und dann d3) und weitere Verringerung der Ganghöhe G (auf G4 und dann G5).

Die Werte des Mischelementabstands K2, K3, K4 und K5 sind in diesem Ausführungs- beispiel auf die Ganghöhenwerte G2, G3, G4 und G5 der Ganghöhe G der Schnecke 14 angepasst. Während sich die Werte der Stiftabstände von K2 auf K5 verringert, verringern sich auch die Ganghöhenwerte von G2 auf G5. Die Änderung des Mischelementabstands K verläuft also in die gleiche Richtung wie die Änderung der Ganghöhe G. Dies führt zu einer vergleichsweise hohen Einbringung von Druck- und Scherkräften in Folge der Druckerhöhung und Transportvolumenverringerung und einer verbesserten Durchmischung und Erhöhung der Scherung in Beförderungsrichtung 20 zur Ausgangszone 28 des Einwellenextruders 10 hin.

Es kann in einer hier nicht gezeigten Abwandlung die Änderung des Mischelementabstands K auch gegenläufig zur Änderung der Ganghöhe G ausgebildet sein. Mit den Bezugszeichen der Fig,6 wären die Werte des Mischelementabstands K2, K3, K4 und K5 in einem solchen abgewandelten Ausführungsbeispiel auf die Ganghöhenwerte G2 und G3 der Ganghöhe G der Schnecke 14 gegenläufig angepasst. Während sich die Werte der Stiftabstände in dem Fall der abgewandelten Ausführungsform von K2 auf K5 erhöhten (nicht gezeigt), verringerten sich gegenläufig die Ganghöhenwerte von G2 auf G5 (gezeigt). Dies führte zu einer vergleichsweise moderaten Einbringung von Druck- und Scherkräften in Folge einerseits der Druckerhöhung und Transportvolumenverringerung und andererseits zwar verbesserten aber nicht zunehmenden Durchmischung, d.h. einer eher nachlassenden der Scherung in Beförderungsrichtung 20 zur Ausgangszone 28 des Einwellenextruders 10 hin. Die nachfolgende Tabelle 3 fasst die Parameter des Beispiels einer Laborversion einer Schneckenwelle 12 analog der Fig.3 und die Parameter der Ausführungsbeispiele einer Laborversionen der Schneckenwelle 12 analog der Fig. 4 und Fig.5, sowie die Parameter des Ausführungsbeispiels einer Produktionsversion der Schneckenwelle analog der Fig.6 zusammen. Tabelle 3:

Eigenschaft Beispiel AusführungsAusführungsbeiAusführungsbeider Schneeiner beispiel der spiel der Schnespiel der Schneckenwelle und SchneckenSchneckenckenwelle der ckenwelle der Schnecke welle der welle der Fig.4 Fig.5 (LaborverFig.6 (ProduktiFig.3 (Laborversion) sion) onsversion)

(Laborversion)

Gangweite W W1 zu W2 W1 zu W2 100 ^* W1 zu

(W) 100 ^* W2

Laufbreite (e) 6 mm 6 mm 6 mm 40 mm

Ganghöhe 46 mm 70 mm zu 70 mm zu 46 mm 500 mm zu

(G=TI(D- e)tanc|)) 46 mm 350 mm Schnecken- 78 mm 78 mm 78 mm 650 mm

außendurch- messer (D)

Förderraum43 mm zu 43 mm zu 43 mm 310 mm zu höhe (H) 33 mm

33 mm 270 mm

Wellendurch35 mm zu 35 mm zu 35 mm 340 mm zu messer (d)

45 mm 45 mm 380 mm d/D 0,45 zu 0,45 zu 0,58 0,45 0,52 zu 0,58

0,58

Abstand δ δ δ 5δ

zwischen

Gehäusewand und

Schnecke (δ)

Helixwinkel Φ φ1 zu φ2 φ1 zu φ2 φ1 zu φ2

(Φ)

Fig.7 zeigt in Ansichten (A1 , A2), (B1 , B2) und (C) bevorzugte Varianten von Stiftanordnungen 48 mit Stiften für eine in Fig .6 gezeigte Mischelementanordnung; die Stiftanordnungen sind entsprechend mit 48.A1 , 48.A2, 48. B1 , 48. B2 und 48.C bezeichnet. Die Stiftanordnungen 48.A1 und 48.A2 haben jeweils zwei auf einer diametralen Achse A gegenüberliegend angeordnete Stifte 481 , 482. Die Stiftanordnungen 48.A1 und 48.A2 unterscheiden sich in der Ausrichtung der diametralen Achse mit den Stifte 481 , 482 jeweils an einer 12-Uhr-Position und 6-Uhr-Position (Ansicht A1 ) bzw. mit den Stifte 481 , 482 jeweils an einer 3-Uhr-Position und 9-Uhr-Position (Ansicht A2). In Ansicht A1 ist zudem beispielhaft die Länge L eines Stiftes 481 , 482 im Bereich von hier etwa L=300mm und der Abstand I eines Stiftendes von der Oberfläche der Welle 13 482 im Bereich von hier etwa 1=10mm angegeben; letzterer Abstand I kann beispielsweise im Bereich von 10-25mm liegen. Die Länge L eines Stiftes 481 , 482 kann im Bereich von etwa L=270mm bis 330mm liegen.

Damit liegt die in den Innenraum 17 des Leitungskanals 16 ragende Länge L des Stiftes vorzugsweise bei etwa 90% bis 99% der freien Förderraumhöhe H des Leitungskanals 16. Die Förderraumhöhe H gibt den Abstand zwischen Wand des Leitungskanals 16 und Oberfläche der Welle 13 an und liegt hier bei 310mm. Der Durchmesser Q eines vor- zugsweise runden (ggfs. jedoch auch möglichen ovalen oder eckigen) Querschnittes eines Stiftes liegt bei etwa Q= 1 - 8cm, vorzugsweise 2 - 6cm, besonders vorzugsweise 4cm. Diese Stiftanordnungen 48.A1 und 48.A2 können auch für eine Mischelementanordnung 49 entlang der Beförderungsrichtung des Einwellenextruders 10 kombiniert werden, sich z.B. abwechseln. Die Stiftanordnungen 48. B1 und 48. B2 haben jeweils vier auf einer ersten und zweiten diametralen Achse A1 , A2 sich paarweise gegenüberliegend angeordnete Stifte 481 , 482 und 483, 484. Die Stiftanordnungen 48. B1 und 48. B2 unterscheiden sich in der Ausrichtung der diametralen Achsen A1 , A2 mit den Stifte 481 , 482, 483, 484 jeweils an einer 12-Uhr-Position und 6-Uhr-Position sowie 3-Uhr-Position und 9-Uhr-Position (Ansicht B1 ) bzw. mit den Stifte 481 , 482, 483, 484 jeweils an einer 2-Uhr-Position und 8-Uhr-Position sowie 5-Uhr-Position und 1 1 -Uhr-Position (Ansicht B2). Diese Stiftanordnungen 48. B1 und 48. B2 können auch für eine Mischelementanordnung 49 entlang der Beförderungsrichtung des Einwellenextruders 10 kombiniert werden, sich z.B. abwechseln. Die Maße der Stifte der Stiftanordnungen 48. B1 und 48. B2 können wie die bei den Stiften der Stiftanordnungen 48.A1 und 48.A2 gewählt werden.

Die Stiftanordnung 48. C hat acht sich paarweise gegenüberliegend angeordnete Stifte 481 , 482 und 483, 484 sowie 485, 486 und 487, 488 - es handelt sich praktisch um eine Überlagerung der Stiftanordnungen 48. B1 und 48. B2. Diese Stiftanordnung 48. C kann auch für eine Mischelementanordnung 49 entlang der Beförderungsrichtung des Einwellenextruders 10 kombiniert werden mit den Stiftanordnungen 48. B1 und 48. B2 und/oder Stiftanordnungen 48.A1 und 48.A2. Grundsätzlich können auch andere Winkelanordnungen für die Ausrichtung der Stifte in einer Stiftanordnung 48 für eine Mischelementanordnung 49 gewählt werden.

Fig.8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ändern der Morphologie eines superabsorbierenden Polymers, nämlich eines Polymergeis, (SAP-Polymergels 24) mit einem Einwellenextruder 10. Das Verfahren umfasst die Schritte:

100 Zuführen des SAP-Polymergels 24 von einem Polymerisationsverfahren 38 in den Einwellenextruder 10,

200 Betreiben des Einwellenextruders 10, um die Morphologie des SAP-Polymergels 24 zu ändern und

300 Abführen des SAP-Polymergels 44 mit geänderter Morphologie aus dem Einwellenextruder 10 zu einem Trocknungsverfahren 46.

Das Polymerisationsverfahren des Schrittes 100 erzeugt ein sogenanntes Basispolymer als Basis für das SAP-Polymergel 24 nach der Formulierung der Tabelle 1. Es können alternativ auch andere Formulierungen verwendet werden.

Der Einwellenextruder 10 wird gemäß Schritt 200 betrieben, indem der Antriebsmotor 40 die Welle 13 der Schneckenwelle 12 rotiert und SAP-Polymergel 24 von der Eingangsöffnung 36 zur Ausgangsöffnung 30 befördert wird. Während das SAP-Polymergel 24 entlang der Förderzone 18 gefördert wird, kann die Morphologie des SAP-Polymergels 24 geändert werden. Die Förderzone 18 dient auch als Zuführungszone zur Ausgangszone 28, die als Dosierungszone für die Ausgangsöffnung 30 dient. Je nach Zufuhr von SAP- Polymergel 24 zur Ausgangszone 28, die u.a. von den Parametern der Schneckenwelle 12 und ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit abhängt, wird eine bestimmte Menge an SAP- Polymergel 24 in der Ausgangszone 28 bereitgestellt. Diese bestimmte Menge kann dann mit einem bestimmten Druck durch die Ausgangsöffnung 30 herausgeführt werden. Die Ausgangsöffnung 30 hat formgebende Komponenten, die die Morphologie des SAP- Polymergels 24 ändern. In dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach Fig.8 weist die Ausgangsöffnung 30 eine Lochscheibe 32 und eine nachfolgende Düse 34 auf. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Komponenten, wie eine Matrix oder andere die Morphologie des SAP-Polymergels 24 ändernde Komponenten an der Ausgangsöffnung 30 angeordnet sein.

Das Trocknungsverfahren 46 gemäß Schritt 300 hat in diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Fig.8 die folgenden Schritte: - Verteilen des SAP-Polymergels 44 mit geänderter Morphologie auf Trocknungsblechen und

Erhitzen des SAP-Polymergels 44 mit geänderter Morphologie auf den Trocknungsblechen in einem Konvektionsofen bzw. Umluftofen.

Die Trocknungsbleche können mit verschiedenen Mengen an SAP-Polymergel 44 mit geänderter Morphologie befüllt werden, so dass sich ein Befüllungsgrad in Abhängigkeit der Fläche des Trocknungsblechs und der Menge des auf das Trocknungsblech befüllten SAP-Polymergels 44 mit geänderter Morphologie ergibt. Die Trocknungstemperatur und Trocknungsdauer hängen von dem Befüllungsgrad ab. In diesem Ausführungsbeispiel wird bei einer Befüllung mit 0,91 g/cm ² eine Trocknungstemperatur von 175°C für 70 Minuten zum Trocknen verwendet. Die Trocknungsbleche haben in diesem Ausführungsbeispiel einen Siebboden mit 250 μΐη Maschenöffnungen, so dass die Flüssigkeit auch durch den Siebboden entweichen kann. Der Siebboden ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Drähten mit einem Durchmesser von jeweils 130 μΐη gebildet.

Fig.9 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ändern der Morphologie eines superabsorbierenden Polymers, nämlich eines Polymergeis, (SAP-Polymergels 24) mit einem Einwellenextruder 10. Das Verfahren umfasst die Schritte:

100 Zuführen des SAP-Polymergels 24 von einem Polymerisationsverfahren 38 in den Einwellenextruder 10. 200 Betreiben des Einwellenextruders 10, um die Morphologie des SAP-Polymergels 24 zu ändern. 300 Abführen des SAP-Polymergels 44 mit geänderter Morphologie aus dem Einwellenextruder 10 zu einem Trocknungsverfahren 46.

400 Zuführen des getrockneten SAP zu einem Mahlverfahren, um das SAP zu mahlen.

500 Zuführen des gemahlenen SAP zu einem Siebverfahren bzw. Sortierverfahren, um das SAP zu sieben bzw. zu sortieren.

600 Zuführen von sortieren SAP-Partikeln zu einem Mischverfahren, um die SAP- Partikel zu mischen.

700 Zuführen der SAP-Partikel-Mischung zu einem Oberflächen- Nachvernetzungsverfahren bzw. surface cross linking (SXL)-Verfahren, um eine Oberflächen-Nachvernetzung auf den Oberflächen der SAP-Partikel durchzuführen.

Die Schritte 100, 200 und 300 des Verfahrens sind identisch zu den in Fig.8 beschriebenen Schritten des Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Ändern der Morphologie eines superabsorbierendem Polymers, nämlich eines Polymergeis, (SAP-Polymergels 24) mit einem Einwellenextruder 10.

Das getrocknete SAP wird im Mahlverfahren in Schritt 400 von einer Mühle gemahlen, so dass SAP-Partikel mit unterschiedlichen Größen entstehen.

Das gemahlene SAP wird im Siebverfahren bzw. Sortierverfahren des Schrittes 500 gesiebt bzw. sortiert, so dass SAP-Partikel mit verschiedenen Größen voneinander getrennt werden.

Im Mischverfahren des Schrittes 600 werden SAP-Partikel verschiedener Größen entsprechend einem vorbestimmten Mischverhältnis gemischt, um gewünschte Eigenschaften der SAP-Partikel-Mischung zu erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel wurde eine SAP-Partikel-Mischung mit einer Partikelgrößenverteilung (particle size distribution - psd) entsprechend der Tabelle 4 erzeugt. Tabelle 4:

Für die nach dem Verfahren des Ausführungsbeispiels der Fig.9 hergestellten SAP- Partikel-Mischungen ohne Schritt 700 sind in der nachfolgenden Tabelle 5 Messwerte für verschiedene Parameter angegeben. Zu diesen Parametern gehört hier die in Tabelle 5 aufgeführte Quellgeschwindigkeit (FSR) und die Zentrifugenretentionskapazität (CRC) und die hier bei 0.3psi geschätzte Gelfestigkeit als Absorbency Against Pressure (AAP) des Polymergeis und in erster Linie die bei der Extrusion eingetragene spezifische mechanische Energie (SME). Die Zentrifugenretentionskapazität (CRC) wird gemäß der von der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 241.3(10) "Fluid Retention Capacity in Saline, After Centrifugation" bestimmt.

Die Absorbency Against Pressure (AAP) oder auch Absorption unter einem Druck (Absorbency under Load) wird hier unter einem Druck von 21 ,0 g/cm ² = 0.3 psi (AUL0.3psi) bestimmt gemäß der von der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 242.2-05 "Absorption Under Pressure, Gravimetrie Determination".

Zur Bestimmung der Quellgeschwindigkeit (FSR) werden 1 ,00 g (= W-i ) der wasserabsor- bierenden Polymerpartikel in ein 25 ml Becherglas eingewogen und gleichmäßig auf dessen Boden verteilt. Dann werden 20 ml einer 0,9 gew.-%igen Kochsalzlösung mittels eines Dispensers in ein zweites Becherglas dosiert und der Inhalt dieses Glases wird dem ersten zügig hinzugefügt und eine Stoppuhr gestartet. Sobald der letzte Tropfen Salzlösung absorbiert wird, was man am Verschwinden der Reflexion auf der Flüssig- keitsoberfläche erkennt, wird die Stoppuhr angehalten. Die genaue Flüssigkeitsmenge, die aus dem zweiten Becherglas ausgegossen und durch das Polymer im ersten Becherglas absorbiert wurde, wird durch Rückwägung des zweiten Becherglases genau be- stimmt (= W ₂ ). Die für die Absorption benötigte Zeitspanne, die mit der Stoppuhr gemessen wurde, wird als t bezeichnet. Das Verschwinden des letzten Flüssigkeitstropfens auf der Oberfläche wird als Zeitpunkt t bestimmt.

Daraus errechnet sich die Quellgeschwindigkeit (FSR) wie folgt:

FSR [g/g s] = Wz/fW, x t)

Wenn der Feuchtegehalt der wasserabsorbierenden Polymerpartikel jedoch mehr als 3

Gew.-% beträgt, so ist das Gewicht W-i um diesen Feuchtegehalt zu korrigieren. Der

Durchsatz in kg/h wurde gravimetrisch gemessen. Das Drehmoment in N ^* m wurde in

Abhängigkeit der Eingangsleistung des Motors gemessen. Die spezifische mechanische

Energie (SME) berechnet sich nach der folgenden Formel:

_{SME =} DrehmomentjN * m) * 2 * π * Njmm ¹ ) ^ _ft ,

m'*60(kg / h)

Die Messwerte der Tabelle 5 beziehen sich auf die Laborversionen der Ausführungsbeispiele der Schneckenwellen 12 und dienen dazu festzustellen, welche Schneckenwelle

12 die besten Messwerte liefert. Insbesondere wird ein hoher Durchsatz bei geringer spezifischer mechanischer Energie (SME) angestrebt, um eine erwünschte Morphologie des SAP-Polymergels bei hohem Durchsatz zu erzeugen.

Tabelle 5:

Pro Sehne CRC AAP FSR Feuchextrahi P . P

' min ' max DurchDrehSME be ckenw [g/g] 0.3 [g/(g ^* tigkeit erbare satz moment [kW ^* h/t] eile psi s)] [%] Anteile [kg/h] [N+m]

[g/g] [%]

1 Fig.5 33, 1 17,1 0,29 1 ,08 13,3 18 24 201 894 34,9

2 Fig.3 33,8 15,6 0,28 1 ,05 13,3 8 10 138 615 35,0 3 Fig.3 32,5 17,9 0,26 1 ,6 1 1 ,6 4 9 124 570 36, 1

4 Fig.4 35,8 1 1 ,6 0,28 1 ,21 14,7 18 23 249 918 28,9

5 Fig.3 34,8 12,7 0,33 1 ,59 14,1 6 7 120 555 36,3

6 Fig.4 33,9 14,5 0,28 0,89 13,8 16 24 237 990 32,8

Im Oberflächen-Nachvernetzungsverfahren (SXL-Verfahren) des Schrittes 700 wird auf die Oberfläche der SAP-Partikel ein Oberflächenvernetzungsstoff aufgebracht. Der Oberflächenvernetzungsstoff in diesem Ausführungsbeispiel wurde gemäß der in der nachfolgenden Tabelle 6 gezeigten Formulierung hergestellt:

Tabelle 6: flüssiger Anteil 4,54 Gewichts-% baP (Isopropanol/Wasser=30,9/69, 1 )

Heonon/1 ,3-PG 0,07/0,07 Gewichts-% baP

1 ,2-PG 0,7 Gewichts-% baP

Isopropanol 0,99 Gewichts-% baP

Span 20 40 ppm baP

Aluminiumlactat 0,5 Gewichts-% baP (als 22 Gewichts-% flüssige Lösung

Lohtragon AL 220)

Temperatur 185°C

Heonon entspricht 2-Hydroxyethyl-2-oxazolidinon. Alternativ zur Formulierung in Tabelle 6 können auch andere Formulierungen für die Herstellung des Oberflächenvernetzungsstoffs verwendet werden. Beispielsweise können alternative Oberflächenvernetzungsstoffe Heonon, Isopropanol, Aluminiumlactat, und/oder Aluminiumsulfat enthalten. Die mit Oberflächenvernetzungsstoff benetzten SAP-Partikel werden bei einer Temperatur von 185° C erwärmt, so dass sich eine Oberflächenvernetzung auf den jeweiligen SAP-Partikeln ausbildet. Die Oberflächenvernetzung ermöglicht es den SAP-Partikeln im aufgequollenen Zustand, d.h. wenn die SAP-Partikel Flüssigkeit aufgenommen haben und als Polymergel vorliegen, ihre Form zu behalten. Insbesondere kann durch die Oberflächenvernetzung das Haltevermögen bei absorbierter Flüssigkeit unter Druck gesteigert werden.

In Tabelle 7 sind für die nach dem Verfahren des Ausführungsbeispiels der Fig.9 hergestellten SAP-Partikel-Mischungen nach Durchführung des Schrittes 700 des Verfahrens Messwerte für verschiedene Parameter angegeben. Zu diesen Parametern gehört hier die in Tabelle 7 aufgeführte Permeabilität als„Saline Flow Conductivity" (SFC) (für 1 .5g), die Quellgeschwindigkeit (FSR) und die Zentrifugenretentionskapazität (CRC) und die hier bei 0.7psi geschätzte Gelfestigkeit als Absorbency Against Pressure (AAP) sowie daraus abgeleitete Werte des Polymergeis und in erster Linie die bei der Extrusion eingetragene spezifische mechanische Energie (SME). Die eingetragene spezifische mechanische Energie (SME) kann gemessen werden als

Drehmoment(N * m) * 2 * π * N(min )

SME (kW * h/ t)

m'*60(kg / h) wobei das Drehmoment T und die Drehzahl N der Welle des Extruders eingehen und m' den Durchsatz des Extruders an Polymergel bezeichnet. Letztlich entspricht die spezifische mechanische Energie (SME) damit der Motorleistung des Extruders in kW dividiert durch den Durchsatz an Polymergel in t/h.

Wie die Bestimmung der Zentrifugenretentionskapazität (CRC) und die Bestimmung der Quellgeschwindigkeit (FSR) erfolgen, wird oben angegeben.

Die Absorbency Against Pressure (AAP) oder auch Absorption unter einem Druck (Absorbency under Load) wird hier unter einem Druck von 49,2 g/cm ² = 0.7 psi (AUL0.7psi) bestimmt analog der von der EDANA empfohlenen Testmethode Nr. WSP 242.3 "Absorption Under Pressure, Gravimetrie Determination", wobei statt eines Drucks von 21 ,0 g/cm ² (AUL0.3psi) ein Druck von 49,2 g/cm ² (AUL0.7psi) eingestellt wird. Die Flüssigkeitsweiterleitung„Saline Flow Conductivity"(SFC) wird bei einer gequollenen Gelschicht unter Druckbelastung von 0,3 psi (2070 Pa) bestimmt, wie in EP 2 535 698 A1 beschrieben, nämlich mit einer Einwaage von 1 ,5 g wasserabsorbierenden Polymerpartikel als Urine Permeability Measurement (UPM) einer gequollenen Gel- schicht. Der Durchfluss wird automatisch erfasst. Die Flüssigkeitsweiterleitung (SFC) wird wie folgt berechnet:

SFC [cm ³ s/g] = (Fg(t=0) * L0)/(d A WP), wobei Fg(t=0) der Durchfluss an NaCI-Lösung in g/s ist, der anhand einer linearen Regressionsanalyse der Daten Fg(t) der Durchflussbestimmungen durch Extrapolation gegen t=0 erhalten wird, L0 die Dicke der Gelschicht in cm, d die Dichte der NaCI-Lösung in g/cm ³ , A die Fläche der Gelschicht in cm ² und WP der hydrostatische Druck über der Gelschicht in dyne/cm ² .

Die Messwerte der Tabelle 7 beziehen sich auf die Laborversionen der Ausführungsbeispiele der Schneckenwellen 12.

Tabelle 7:

Pro SchneSFC (CRC+ FSR CRC AAP P . P

' min ^r max DurchDreh SME be cke nwe 1.5g AAP)/2 satz mo- [kW ^* He

0.7psi [kg/h] ment h/t]

[g/g] T

[N ^* m ]

1 Fig.5 1 10 24,5 0,25 25,3 23,8 18 24 201 894 34,9

2 Fig.3 94 26, 1 0,23 27,2 25,0 8 10 138 615 35,0

3 Fig.3 94 26,2 0,28 26,9 25,5 4 9 124 570 36,1 4 Fig.4 99 25,4 0,25 26,4 24,4 18 23 249 918 28,9

5 Fig.3 97 25,9 0,25 27,0 24,8 6 7 120 555 36,3

6 Fig.4 93 25,7 0,26 26,4 25,0 16 24 237 990 32,8

Der Tabelle 7 lässt sich entnehmen, dass die Schneckenwelle 12 des Ausführungsbeispiels der Fig.4 die geringsten spezifischen mechanischen Energien (SME) im Vergleich zu den anderen Schneckenwellen 12 aufweist. Mithin ist die Schneckenwelle 12 gemäß des Ausführungsbeispiels der Fig.4 die bevorzugte Ausführung der Schneckenwelle 12 für den Einwellenextruder 10, um bei möglichst geringem Energieaufwand dennoch einen hohen Durchsatz zu erreichen und ein qualitativ hochwertiges SAP-Polymergel zu erzeugen. Die Laborversionen stellen eine herunterskalierte Version der Produktionsversionen der Schneckenwellen 12 und Einwellenextruder 10 dar. Die Messwerte lassen sich auf die Produktionsversionen übertragen. Daher ist auch für die Produktionsversion die Schneckenwelle 12 des Ausführungsbeispiels der Fig.4 die bevorzugte Ausführung.

Bezuqszeichenliste

10 Einwellenextruder

12 Schneckenwelle

13 Welle

14 Schnecke

16 Leitungskanal

17 Innenraum des Leitungskanals

18 Förderzone

20 Beförderungsrichtung

22 Schneckenwindung

24 SAP-Polymergel

26 Eingangszone

28 Ausgangszone

30 Ausgangsöffnung

32 Lochscheibe

34 Düse

36 Eingangsöffnung

38 Polymerisationsverfahren

40 Antriebsmotor

42 Heizvorrichtung

44 SAP-Polymergel mit geänderter Morphologie

46 Trocknungsverfahren

48.1 , 48.2 Stifte

481 , 482, 483, 484 Stifte

485, 486, 487, 488 Stifte 48 Stiftanordnung

49 Mischelementanordnung

50 Aussparung

A diametrale Achse der Stifte

G Ganghöhe (G=7i(D-e)tan(|))

G1 , G2, G3, G4 Ganghöhenwert

d, Ad Wellendurchmesser

d1 , d2 , d3 Wert des Wellendurchmessers

D Schneckenaußendurchmesser

H Förderraumhöhe

L Länge eines Stiftes

I Abstand eines Stiftes von der Oberfläche der Welle 13

Q Durchmesser eines Querschnittes eines Stiftes

K Mischelementabstand

K1 , K2, K3, K4 Wert des Mischelementabstandes

W Gangweite

W1 , W2, W3, W4, W5, W6 Wellensegment

e Laufbreite

δ Abstand zwischen Wand des Leitungskanals und Schnecke φ Helixwinkel