24/02/2014

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IKV: Direktextrusion von Polyamid 6-Halbzeugen - Erforschung integrierter Restmonomerentfernung bei der reaktiven Extrusion

Polyamid 6 ist ein weitverbreiteter technischer Thermoplast mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Dieser findet in zahlreichen Gebieten Anwendung, insbesondere im Automobilsektor. Polyamid 6 wird großtechnisch in chemischen Reaktoren durch hydrolytische Polymerisation hergestellt, kann aber auch im Doppelschneckenextruder auf Basis der anionischen Polymerisation synthetisiert werden. In beiden Fällen stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen Monomer und Polymer ein. Bei der Herstellung von Polyamid 6 verbleibt so ein Restmonomergehalt von 6 bis 15 Gew.-% im Material.

Derart hohe Restmonomeranteile haben aber einen signifikant negativen Einfluss auf die Materialeigenschaften. Es ist daher zwingend notwendig, den Restmonomeranteil in einem der Polymerherstellung nachfolgenden Schritt zu verringern. Großtechnisch erfolgt dies durch eine Extraktion des hergestellten Granulats mit heißem Wasser im Gegenstrom. Bei der Polymerisation im Doppelschneckenextruder dagegen kann die Entfernung des Restmonomers direkt im selben Verfahrensschritt wie die Polymerisationsreaktion durch eine integrierte Vakuumentgasung erfolgen. Es ist dann möglich, fertige Polyamid-Halbzeuge energieeffizient ohne erneutes Aufschmelzen und weitere benötigte Zwischenschritte direkt aus erster Wärme ausgehend vom Monomer herzustellen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, über verschiedene Füllstoffzugaben die Eigenschaften in einem weiten Bereich individuell einzustellen.

Die integrierte Restmonomerentfernung bei der reaktiven Extrusion von Polyamid 6 ist Gegenstand eines laufenden Forschungsprojekts. Durch eine zweistufige Vakuumentgasung mit Zugabe von Schleppmitteln ist es möglich, den Restmonomergehalt auf unter ein Gewichtsprozent abzusenken. Gleichzeitig kann durch Variation der Ausgangsrezeptur das Molekulargewicht des Polyamids flexibel und schnell eingestellt werden. Die Kombination des Doppelschneckenextruders als chemischer Reaktor und Entgasungsapparat mit einer Schmelzepumpe erlaubt wiederum die direkte Herstellung von Polyamid 6-Halbzeugen, wie z.B. Platten oder Folien. Diese Folien können zusätzlich über spezielle Prägewalzen mit einer angepassten thermischen Regulierung mit Mikrostrukturen versehen werden. Das am IKV entwickelte Verfahren ermöglicht, ausgehend vom Monomer, mikrostrukturierte Polyamid 6-Folien in einem integrierten Prozess herzustellen.

Das Forschungsprojekt wird unterstützt von der Coperion GmbH, Stuttgart, die einen Doppelschneckenextruder bereitstellt, sowie von der BrüggemannChemical KG, Heilbronn, durch die Bereitstellung des Reaktionssystems.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

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