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Trocknung von Makrolon ® (PC) für die CD-Herstellung - zusammengestellt von B. Hardt, K. Konejung - Erstveröffentlichung im Plastverarbeiter 1994/6
(The Drying of Makroion ® (PC) for CD Production)
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Für die CD-Herstellung ist eine ausreichende Materialtrocknung erforderlich. Diese erfolgt üblicherweise mit Trockenlufttrocknern. Deren Trocknungsleistung sollte so bemessen sein, daß bei einer mittleren Verweilzeit des Granulats von mindestens 2 Stunden eine einwandfreie Trocknung gesichert ist.

Der zügigen Aufheizung des Granulats mittels der Trockenluft kommt dabei die entscheidende Bedeutung zu. Nach der Trocknung sollte das Material nicht mehr mit Umgebungsluft in Kontakt kommen. Dies gilt auch für die Förderung vom Trockentrichter zur Spritzgießmaschine.

Adequate material drying is essential for the production of CDs. Drying is normally performed with dry air driers. The capacity of the driers should be such that proper drying is ensured with an average granule residence time of at least 2 hours. It is particularly important that the granules be heated up rapidly by the dry air. Once the material has been dried, it should not be allowed to come into contact with the ambient air again. This similarly applies during the conveying of the material from the drying hopper to the injection moulding machine.

Bild 1: CD mit Feuchtigkeitsschlieren
Fig. 1: CD with moisture streaks

Die Vortrocknung des Polycarbonats (= PC) vor der Verarbeitung gibt vor allem bei der Herstellung von Compact Discs (CDs) häufig Anlaß zu Diskussionen. Technische Unzulänglichkeiten der Trocknung lassen sich in ihrer Auswirkung auf die Qualität der CDs nicht durch anderweitige oder nachträgliche Maßnahmen kompensieren.

Bekanntlich nimmt PC sehr leicht Wasser auf. Der Gleichgewichtsfeuchtegehalt erreicht unter Einwirkung „normaler" Umgebungsluft sehr rasch etwa 0,1 bis 0,15%. Bei der Lagerung in Wasser liegt der Grenzfeuchtegehalt bei rund 0,35%.

Mit diesen Wassergehalten kann PC nicht mehr fehlerfrei verarbeitet werden. Ein Wassergehalt von mehr als 0,02% läßt die in Bild 1 dargestellten Feuchtigkeitsschlieren entstehen. Für die CD-Herstellung beträgt die zulässige Verarbeitungsfeuchtigkeit 0,01 %.

Eine geringe Überschreitung dieses Grenzwertes, insbesondere in Verbindung mit einer schwankenden Restfeuchte, birgt die Gefahr der Bildung von „Wolken". Auch ein hydrolytischer Abbau ist bei größeren Wassergehalten nicht mehr auszuschließen. Das Material muß daher vor der Verarbeitung getrocknet werden. Damit stellt sich die Frage nach den Anforderungen an die Trocknung.

Für die Bestimmung des Feuchtegehaltes des Materials bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Eine zuverlässige, sehr genaue Methode ist die Ermittlung des Wassergehalts nach Karl Fischer. Für dieses ursprünglich als Labortitration durchgeführte Verfahren werden heute automatisierte Geräte angeboten, mit denen die Feuchtebestimmung unproblematisch wird, zum Beispiel [1].

Eine einfache Möglichkeit, um eine zu hohe Restfeuchte zu detektieren, ist die Beurteilung des Schmelzestroms beim Ausspritzen aus der Düse. Dieser sollte blasenfrei sein. Eine weitere Methode ist der TVI-Test [2]. Dabei wird das Auftreten von Blasen in aufgeschmolzenen Granulatkörnern beurteilt. Für die meisten Anwendungsfälle ist die Begutachtung des Schmelzestroms oder der TVI-Test ausreichend.
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In den „Verarbeitungsdaten für Spritzgießer" [3] findet man die in Tabelle 1 genannten Empfehlungen für erforderliche Trockenzeiten und Trocknungstemperaturen von PC.

Eine Trockenzeit von mehreren Tagen ist bei dieser Temperatur gefahrlos möglich. Die hier angegebene Trocknungstemperatur sollte nicht wesentlich überschritten werden, da sonst die Gefahr der Blockbildung besteht. Bei Einhaltung dieser Empfehlungen und richtiger Auslegung (Leistungsdaten) des Trockners ist ein Restfeuchtegehalt von maximal 0,01 % im Granulat sichergestellt.

The pre-drying of polycarbonate (PC) prior to processing has prompted frequent discussions - particularly in the case of Compact Disc (CD) production. There is no way in which any technical shortcomings in the drying process and the impact that these have on CD quality can be rectified through subsequent measures or measures implemented elsewhere.

It is a well-known fact that PC absorbs water very readily. In "normal" ambient air its equilibrium-moisture content rapidly attains 0.1 to 0.15 %. When PC is stored in water, its maximum moisture content is approximately 0.35 %. With a water content as high as this, it is no longer possible for the PC to be processed without defects. A water content in excess of 0.02 % will produce the moisture streaks depicted in Fig. 1. The permissible moisture content for PC that is to be used in Compact Disc production is 0.01 %.

If this limit is exceeded just slightly (especially in conjunction with fluctuations in the residual moisture) then there will be danger of "bird wings" formation. Hydrolytic degradation can also occur with high water contents. This is why it is essential for the material to be dried prior to processing, leading us on to the question as to the requirements to be placed on the drying process.

Verification of the degree of drying

There are different ways in which the moisture content of the material can be determined. One reliable and highly accurate method is to determine the water content by the Karl Fischer process. While this was originally performed as a laboratory titration, there are now automatic units available, including [1], which permit the moisture content to be determined without any problems.

One simple means of detecting an excessively high residual moisture content is to assess the flow of melt as it is ejected out of the nozzle. This melt flow should not contain any bubbles. A further method is the TVI test [2]. This involves assessing the formation of bubbles in individual granules that have been melted. For most applications, the melt flow assessment or the TVI test will be sufficient.

Selection of a drier
Table 1 shows the recommendations that are given in the brochure "Processing Data for the Injection Moulder" [3] with respect to the requisite drying times and drying temperatures for PC. At the drying temperatures specified, it is possible for the granules to be dried for a period of several days without any danger. The drying tempera-tures specified here should not, however, be exceeded by any considerable margin, since there will otherwise be a danger of conglomeration. Observing these recommendations and employing a drier of the correct design (performance data), a residual moisture content of no more than 0.01 % will be guaranteed in the granules.
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Einen häufig unterschätzten Einfluß auf den Trocknungszustand des Granulats im Maschinentrichter hat auch die Granulatförderung vom Trocknungsbehälter zur Maschine. Die Förderung erfolgt in den meisten Fällen mit Unterdruck. Dieser im Bereich oberhalb der Einfüllöffnung der Maschine erzeugte Unterdruck fördert nicht nur das Granulat zur Maschine, sondern entzieht dem Trockner auch einen Teil der Trockenluft.

Diese Luft steht damit für die Trocknung und das Aufheizen des Materials nicht mehr zur Verfügung. So wird die Trocknungskapazität verringert. Der Kapazitätsverlust erhöht sich mit der Anzahl und Dauer der Takte bzw. der Zahl der zu versorgenden Maschinen. Die Rückführung dieser Luft in den Trocknungsbehälter erhält zwar den Trocknungszustand der Luft, kann aber den Wärmeverlust für das Granulat nicht ausgleichen.

The transport of the granules from the drying vessel to the machine also has a frequently underestimated influence on the dryness of the granules. Transport is generally performed in vacuum systems. The vacuum, which is generated in the space above the feed opening on the machine, not only transports the granules to the machine but also removes some of the dry air from the drier.

This air is then no longer available for drying and heating the material, and the drying capacity is reduced. This capacity loss increases with the number and duration of cycles and with the number of machines being supplied. Feeding this air back into the drying vessel will maintain the dryness of the air but cannot offset the loss of heat to the granules.

Noch problematischer wird die Förderung, wenn für den Transport des getrockneten Materials zur Maschine Umgebungsluft angesaugt wird. PC ist sehr hygroskopisch. Diese Eigenschaft führt schon nach kurzem Kontakt mit „normaler" Umgebungsluft zu einer unzulässigen Feuchte (Bild 6).

Bereits nach rund zwei Minuten hat das vorher vollständig trockene Material wieder so viel Wasser aufgenommen, daß es nicht mehr störungsfrei verarbeitet werden kann. Daher ist ein Kontakt des getrockneten Materials mit Umgebungsluft unzulässig.

Granule transport becomes even more problematical if ambient air is sucked in for purposes of conveying the dried material to the machine. PC is particularly hygroscopic and will become inadmissibly moist after just a short period of contact with "normal" ambient air (Fig. 6).

After only two minutes, material that was completely dry beforehand will have absorbed so much moisture that it can no longer be processed in a problem-free manner. This is why the dried material should not be allowed to come into contact with ambient air.

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Herausgeber/ Published by: KU-Marketing, Informationssysteme
15.02.1996
KU 48.848 d,e/ 1745484
Bayer
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