Prozessverbesserung der Entsalzung, Reinigung, Filtration, Wäsche und Trocknung von Polyphenylensulfid (PPS).

Polyphenylensulfid (PPS) ist ein hochleistungsfähiger thermoplastischer Kunststoff. Er zeichnet sich durch hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und ausgezeichnete Produktstabilität aus. PPS findet breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Elektronik, der Präzisionsinstrumentenherstellung usw. PPS ist mittlerweile der sechstgrößte technische Kunststoff und der größte Spezialkunststoff. Die industrielle Synthese von PPS erfolgt hauptsächlich mittels des Natriumsulfidverfahrens, das hohe Ausbeuten, gute Ergebnisse, hohe Reproduzierbarkeit und einfache Handhabung bietet. Allerdings führen die während der Synthese entstehenden Oligomere und das Nebenprodukt Natriumchlorid sowie die verwendeten anorganischen Additive zu einem höheren Anteil an Verunreinigungen und einem erhöhten Aschegehalt im PPS-Produkt. Dies beeinträchtigt die Gesamtleistung und schränkt den Anwendungsbereich ein. Der Marktzugang zu Schlüsseltechnologien wie der Reinigung und Nachbehandlung im PPS-Syntheseprozess ist in anderen Ländern blockiert, wodurch die Herstellung von PPS-Harzen mit vergleichbarer Leistungsfähigkeit unmöglich ist.

PPS ist in organischen Lösungsmitteln unterhalb von 200 °C unlöslich, und Metallionen verbleiben während der PPS-Reinigung zwangsläufig in der PPS-Matrix. Neben anorganischen Salzen stellen niedermolekulare organische Salze die Hauptform von Metallverunreinigungen in PPS dar.

Bei einem zu hohen Oligomergehalt im Faser-PPS entstehen nach dem Schmelzen vermehrt Dämpfe. Dies führt zu leichtem Filamentbruch beim Spinnen, geringer Faserfestigkeit, starker Haarigkeit, schlechter Zähigkeit, unzureichender Steifigkeit und Festigkeit sowie verkürzter Produktlebensdauer. Die Reinigung dient der Entfernung von Verunreinigungen und Oligomeren im PPS-Syntheseprozess und ist ein entscheidender Schritt in der Nachbearbeitung, der den Gehalt an anorganischer Asche und Oligomeren im PPS-Produkt bestimmt.

Analyse des Entsalzungs- und Reinigungsprozesses von Polyphenylensulfid-PPS-Harz

Polyphenylensulfid wird üblicherweise aus Natriumsulfid und p-Dichlorbenzol hergestellt. Die Polymerisationsreaktion erfolgt bei hoher Temperatur (üblicherweise um 300 °C) und hohem Druck. Das fertige Produkt, Polyphenylensulfid, wird nach Reinigung und Trocknung gewonnen. Da bei der direkten Herstellung von Polyphenylensulfid Ether große Mengen anorganischer ionischer und organischer Verunreinigungen sowie Oligomere enthalten, die die Eigenschaften des nachfolgenden Polyphenylensulfids beeinträchtigen, muss dieser Ether gründlich gereinigt werden.

(1) Säure-Base-Neutralisation

Das nach der Polymerisationsreaktion entstandene Produkt Polyphenylensulfid wird auf 100°C bis 120°C abgekühlt, Säure wird hinzugefügt, der pH-Wert auf 3 bis 4 eingestellt und die Reaktion 25 bis 35 Minuten lang bei einer Rührgeschwindigkeit von 20 bis 30 U/min durchgeführt.

(2) Fest-Flüssig-Trennung

Das im Schritt (1) erhaltene Reaktionsprodukt wird auf 75° C bis 85° C abgekühlt und anschließend durch Zentrifugieren von Feststoff und Flüssigkeit getrennt, um festes Polyphenylensulfid zu erhalten.

(3) Lösungsmittelwäsche

Man gibt ein organisches Lösungsmittel zum erhaltenen Polyphenylensulfid-Feststoff, regelt die Temperatur auf 95 °C bis 105 °C und wäscht unter Rühren 10 bis 20 Minuten lang;

(4) Wasserdampfdestillation und Waschen

Das nach dem Waschschritt (3) erhaltene Polyphenylensulfid wird unter Unterdruckbedingungen einer Wasserdampfdestillation unterzogen, wobei das in den festen Polyphenylensulfidpartikeln verbliebene organische Lösungsmittel während des Destillationsprozesses zurückgewonnen wird; nach einer gewissen Destillationszeit wird eine Probe entnommen. Wenn der Gehalt an organischem Lösungsmittel weniger als 1 % beträgt, wird das Polyphenylensulfid mit kondensiertem Wasserdampf bei 75 °C bis 85 °C gewaschen;

(5) Trockenverpackung: Das in Schritt (4) erhaltene qualifizierte Polyphenylensulfid wird abgetrennt, getrocknet und verpackt.

Angesichts der technischen Anforderungen bestehender Entsalzungs- und Reinigungstechnologien für Polyphenylensulfid-Harz (PPS) zielt die von Wuxi ZhangHua entwickelte Filterwasch- und Trocknungsanlage (Patentnummer: ZL202022906527.4) auf die simultane Behandlung von salz- und wasserhaltigen Polymersystemen im Rahmen der Polymernachbehandlung ab. Die Eigenschaften des verwendeten Lösungsmittels ermöglichen eine effiziente Desolventisierung, Entwässerung und Entsalzung, reduzieren den Restgehalt an anorganischen Salzen im Polymer, minimieren das Risiko von Produktverunreinigungen und gewährleisten so die Reinigung. Dadurch wird hochwertiges, leistungsstarkes Polyphenylensulfid-Harz gewonnen und eine praktikable Nachbehandlungsanlage für die industrielle Herstellung von hochwertigem Polyphenylensulfid bereitgestellt.

Funktionsprinzip der Entsalzung, Reinigung, Filtration, Wäsche und Trocknung von Polyphenylensulfid-PPS-Harz

Der Kegel bzw. Zylinder der Filterwasch- und -trocknungsmaschine ist mit einer mehrlagigen Lochplatte und einem darüberliegenden Filtermedium ausgestattet, die zusammen eine Filtervorrichtung bilden. Im Inneren befinden sich eine Rührwelle und eine Rührvorrichtung mit variablem Winkel und variabler Steigung, die das Material während der Filtration umrührt und anhebt. Beim Entladen wird der Filterkuchen automatisch abgeschoben.

Diese Maschine kann Vakuum- oder Druckfiltration durchführen. Während des Filtrationsprozesses schabt der Abstreifer in der Maschine kontinuierlich den Filterkuchen vom Filtersieb ab, sodass das Material unter dem Einfluss einer dünnen Filterkuchenschicht filtriert wird und die Filtrationsrate sehr hoch ist.

Falls das Material gewaschen werden muss, kann die Suspension zunächst in der Maschine filtriert und getrocknet werden. Anschließend wird die Waschflüssigkeit hinzugegeben und der Filterkuchen mithilfe des Abstreifers, des Rührwerks und der Extrusionsschnecke in der Maschine erneut aufgeschlämmt. Danach wird die Suspension unter Druck gesetzt oder durch Vakuumieren zu einem Filterkuchen filtriert.

Auf diese Weise wird die Resuspensionsfiltration viele Male wiederholt, um die Materialien gründlich zu waschen. Schließlich werden alle Filterkuchen aus der Maschine ausgetragen und gelangen in den Siedetrockner, um dort einer Trockenexplosion bei niedriger Temperatur zu unterzogen.

Das im vorgelagerten Reaktor oder der Kristallisationsanlage erzeugte Fest-Flüssig-Gemisch wird in den Tank der Kombianlage gegeben. Anschließend wird der untere Filtratauslass geöffnet, Druckluft oder Ammoniakgas in die Anlage geleitet und das reagierte Fest-Flüssig-Gemisch unter Druck gesetzt und filtriert, bis es vollständig trocken ist. Alternativ kann am Filtratauslass ein Vakuum angelegt werden, um das Material so lange zu vakuumfiltrieren, bis das Filtrat vollständig abgelaufen ist.

Beim Filtrationsprozess drehen sich die Hohlwelle und das Hohlförderband im Uhrzeigersinn (von oben betrachtet), um das Material anzuheben. Das Hohlförderband begrenzt dabei die Dicke des Filterkuchens, sodass das Material in einem dünnen Filterkuchen vorliegt. Dies erhöht die Filtrationsrate. Bei trockenen und leicht filtrierbaren Materialien ist kein Umrühren erforderlich; sie werden direkt bis zur Trockenheit filtriert.

(2) Kann mehrfach gewaschen und gefiltert werden

Nach dem Herausfiltern einiger Materialien müssen diese mehrmals gewaschen werden.

Nachdem das Material in der Maschine getrocknet ist, wird die Waschflüssigkeit über den Einfüllstutzen oben zugegeben. Anschließend wird der Filterkuchen durch das Rühren mit der Hohlwelle und dem Hohlband gleichmäßig aufgeschlossen und nach dem Aufschließen trocken gepresst. Reicht ein Waschgang nicht aus, kann der Waschvorgang mehrmals wiederholt werden. Die oben genannten Schritte lassen sich beliebig oft wiederholen. Die Bedienung ist einfach und der Arbeitsaufwand minimal.

Das Waschen von Materialien mit der oben beschriebenen Methode wird als intermittierendes Waschverfahren bezeichnet. Da die Materialien jedes Mal trocken gepresst und Waschmittel zum Waschen hinzugegeben werden, wird trotz des etwas häufigeren Öffnens und Schließens der Ventile während des Betriebs weniger Waschmittel verbraucht.

Die Maschine kann das Material auch kontinuierlich waschen, d. h. die Waschflüssigkeit wird kontinuierlich mit einer Pumpe oder anderen Methoden zugeführt, und der Druck der Waschflüssigkeit wird zum Filtern genutzt, während die Hohlwelle und das Hohlband kontinuierlich gerührt werden und das Filtrat kontinuierlich aus dem Filtratauslass abgeführt wird, bis die Waschanforderungen erfüllt sind; der Filterkuchen wird schließlich trocken gepresst.

(3) Waschmittel-Sammel- und Wiederverwendungssystem

Die All-in-One-Filter-, Wasch- und Trocknungsanlage ist segmentiert aufgebaut. Durch Ventilsteuerung werden mehrstufige, unabhängige Filtration und segmentierte Rückspülung realisiert. Die gefilterte Waschflüssigkeit wird aus der Hauptleitung abgeleitet und fließt nach der Vorbehandlung durch den Doppelfilterbeutel in den Zwischenspeicher. Die Hochdruckpumpe am Boden des Zwischenspeichers führt eine Nachbehandlung des von der Waschflüssigkeit transportierten Feinfilters durch. Anschließend werden über ein Ventil zwei Ausgänge gesteuert: Ein Ausgang führt zum Waschflüssigkeitseinlass oben an der Anlage und dient der Vorwäsche und Reinigung (Wiederverwendung) des Materials. Der andere Ausgang ist mit der externen Waschflüssigkeitsaufbereitungsleitung verbunden und wird der Abwasserentsorgung zugeführt.