Untersuchungen zur Filmentgasung hochviskoser Polymere in Extrudern

Hirschfeld, Stefan

dc.date.accessioned	2020-08-12T14:34:20Z
dc.date.available	2020-08-12T14:34:20Z
dc.date.issued	2019
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202008111555
dc.identifier.isbn	978-3-7376-0721-6 (e-book)
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/11685
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2019	ger
dc.language.iso	ger	ger
dc.publisher	kassel university press
dc.relation.uri	urn:nbn:de:0002-407214
dc.rights	Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/	*
dc.subject	Polymerentglasung	ger
dc.subject	Stofftransport	ger
dc.subject	Oberflächenerneuerung	ger
dc.subject	Kunststoffverarbeitung	ger
dc.subject	Doppelschneckenextruder	ger
dc.subject	Blattrührer	ger
dc.subject	polymer devolatilization	eng
dc.subject	mass transfer	eng
dc.subject	surface renewal	eng
dc.subject	plastics processing	eng
dc.subject	twin-screw extruder	eng
dc.subject	blade stirrer	eng
dc.subject.ddc	500
dc.subject.ddc	600
dc.title	Untersuchungen zur Filmentgasung hochviskoser Polymere in Extrudern	ger
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Die Entfernung unerwünschter flüchtiger Bestandteile aus hochviskosen Polymerschmelzen ist eine entscheidende und teure Aufgabe in der Kunststoffverarbeitung und -herstellung. Restmonomere, Lösungsmittel und andere Verunreinigungen können die Qualität der Endprodukte beeinträchtigen und unterliegen oft strengen Umwelt- und Gesundheitsvorschriften. Für die Entgasung von Polymeren werden in der Regel rotierende Apparate eingesetzt, da diese eine gute Durchmischung und eine häufige Oberflächenerneuerung der Schmelze bewirken. Bei sehr niedrigen Restkonzentrationen ist der Stofftransport diffusionskontrolliert und blasenfrei. Dieser Mechanismus der Filmentgasung ist das Thema weniger Veröffentlichungen, die zu dem Schluss kommen, dass der experimentell gemessene Stofftransport deutlich geringer ist, als von theoretischen Modellen vorhergesagt. Um die Gründe für diese Beobachtungen zu erklären, werden systematische Entgasungsversuche an zwei unterschiedlichen Anlagen durchgeführt - einem Rührbehälter mit Blattrührer und einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder. Dafür wird ein hochviskoses Modellstoffsystem aus Polydimethylsiloxan als Polymer und 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan als flüchtige Komponente bei Umgebungstemperatur eingesetzt. Die relevanten Stoffeigenschaften werden durch Voruntersuchungen bestimmt. Ein Inertgasstrom aus Stickstoff wird verwendet, um die Schaumbildung des Polymers durch Übersättigung zu verhindern. Zur Abschätzung des Einflusses des gasseitigen Stofftransportwiderstandes, welcher anders als in der Literatur häufig angenommen nicht in allen Fällen vernachlässigbar ist, werden die Gasdurchsätze variiert. Eine im Rührbehälter eingebaute Kamera und ein transparentes Extrudergehäuse ermöglichen es, den Fluidstrom jederzeit zu beobachten. Über eine Videoanalyse und numerische Methoden wird die freie Oberflächenströmung näher untersucht. An beiden Anlagen wird eine systematische Variation von Drehzahl und Füllgrad durchgeführt. Die Entwicklung des Stoffdurchgangs wurde durch zeitliche bzw. örtliche Konzentrationsmessungen mittels thermogravimetrischer Analyse bestimmt. Die Ergebnisse zeigen ausführliche Erklärungen für die in der Literatur genannten Abweichungen und geben wertvolle Empfehlungen zur Gestaltung und Auslegung von effizienten Entgasungsapparaten. Die Übertragbarkeit der Entgasungsergebnisse zwischen beiden Versuchsanlagen wird dabei nachgewiesen.	ger
dcterms.abstract	The removal of undesired volatile compounds from highly viscous polymer melts is a critical and expensive task in plastics processing and manufacturing. Residual monomers, solvents and other impurities can impair the quality of the final goods and are often subject to strict environmental and health regulations. Rotating equipment is usually used for degassing polymers, as this results in good mixing and frequent surface renewal of the melt. At very low residual concentrations, the mass transport is diffusion-controlled and bubble-free. This mechanism of film degassing is the subject of few publications which conclude that the experimentally measured mass transport is significantly lower than predicted by theoretical models. In order to explain the reasons for these observations, systematic degassing experiments are carried out on two different experimental plants - a stirring vessel with a blade stirrer and a co-rotating twin-screw extruder. A highly viscous model material system consisting of polydimethylsiloxane as polymer and 1,1,2- trichloro-1,2,2-trifluoroethane as volatile component at ambient temperature is used for this purpose. The relevant material properties are determined by preliminary investigations. An inert gas flow of nitrogen is used to prevent foam formation of the polymer due to supersaturation. In order to estimate the influence of the gas-side mass transfer resistance, which in contrast to what is often assumed in the literature is not negligible in all cases, the gas flow rates are varied. A camera installed in the stirring tank and a transparent extruder housing allow the fluid flow to be monitored at any time. Video analysis and numerical methods are used to investigate the free surface flow in more detail. A systematic variation of rotational speed and filling degree is carried out at both experimental plants. The development of the mass flow was determined by temporal or local concentration measurements using thermogravimetric analysis. The results show detailed explanations for the deviations mentioned in the literature and give valuable recommendations for the design and layout of efficient degassing devices. The transferability of the degassing results between the two test plants is proven.	eng
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Hirschfeld, Stefan
dcterms.dateAccepted	2019-03-15
dcterms.extent	xiv, 179 Seiten
dcterms.isPartOf	Berichte des Instituts für Mechanik ;; 2/2019
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Maschinenbau
dc.contributor.referee	Wünsch, Olaf (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Krekel, Georg (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.doi	doi:10.19211/KUP9783737607216
dc.relation.isbn	978-3-7376-0720-9 (print)
dc.subject.swd	Extruder	ger
dc.subject.swd	Filmströmung	ger
dc.subject.swd	Viskose Strömung	ger
dc.subject.swd	Polymerschmelze	ger
dc.subject.swd	Entglasung	ger
dc.type.version	publishedVersion
dcterms.source.series	Berichte des Instituts für Mechanik
dcterms.source.volume	2/2019
kup.iskup	true
kup.series	Berichte des Instituts für Mechanik
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 15 / Maschinenbau