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Devolatilisierung

Innovative Devolatilisierungsprozesse: ein Paradigmenwechsel

| Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Pilotanlage mit zweistufigen Devolatilisierungsprozess für Kautschuke, Thermoplaste und Elastomere (Bild: LIST)
Pilotanlage mit zweistufigen Devolatilisierungsprozess für Kautschuke, Thermoplaste und Elastomere (Bild: LIST)

Der Einsatz von großen Lösungsmittelmengen in Polymerisationsprozessen mit den damit verbundenen Nachteilen muss nicht sein. Ein neues Verfahren beschreitet neue Wege: Kneten statt strippen lautet die Devise.

Für die Herstellung zahlreicher Polymere wird großtechnisch die Lösungspolymerisation eingesetzt, und zwar immer dann, wenn die Wärmeableitung bei der Blockpolymerisation, d.h. ohne den Einsatz von Lösungsmitteln, nicht ausreicht oder wenn als Endprodukt Polymerlösungen hergestellt werden sollen. Als Lösungsmittel werden in der Regel organische Lösungsmittel, z.B. Toluol, Hexan oder Cyclohexan, verwendet, bei denen sowohl die Monomere, als auch die bei der Polymerisation entstandenen Polymere gelöst sind.

Die Herstellung von Thermoplasten, Kautschuken oder auch Elastomeren erfordert einen erheblichen Energie- und Equipmentaufwand, um das Lösungsmittel vom Polymer als Endprodukt abzutrennen. Je nach Anforderung in der Verarbeitung und je nach Anwendungsfall der Polymere liegen die Grenzwerte an Rest-Lösungsmittel oder Rest-Monomeren deutlich unter 3000 ppm, in Einzelfällen sogar unter 500 ppm. Der entscheidende Prozessschritt neben der eigentlichen Polymerisationsreaktion ist daher die Abtrennung des Lösungsmittels aus der Polymerlösung. Da die Lösungsmittel und die noch vorhandenen Monomere stets einen geringeren Verdampfungsbereich gegenüber dem reinen Polymer aufweisen, wird dieser Vorgang auch als Devolatilisierung bezeichnet.

Bisher: Wasserdampfstrippen

Das bisherige, weit verbreitete Verfahren zur Entfernung von Lösungsmitteln und Rest-Monomeren benutzt das Wasserdampfstrippen, bei dem die Polymerlösung mithilfe von überhitztem Wasserdampf aufgeheizt und gleichzeitig das Lösungsmittel ausgetragen wird. Die Verdampfungsenthalpie für das Lösungsmittel wird somit durch den Wasserdampfstrom bereitgestellt. Der Wasserdampf dient auch dazu, die vorhandenen Katalysatorreste, insbesondere beim Einsatz von Ziegler-Natta-Katalysatoren, zu neutralisieren und aus dem Polymer auszuschleusen. In der Praxis wird der Prozess mit einem erheblichen Energie-, d.h. Wasserdampfüberschuss realisiert. Die anfallende Menge an Wasser/Lösungsmitteldampfgemisch muss im nachgeschalteten Kondensator verflüssigt und abgetrennt werden. Dies erfordert einen umfangreichen apparativen Aufwand zur Aufbereitung des flüssigen Wasser/Lösungsmittelgemisches.

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