Der Kunststoff Polycarbonat ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken – seine Herstellung erfolgte jedoch bisher mit hohem Ressourcenverbrauch und dem Einsatz des hochgiftigen Gases Phosgen. Ein deutscher Industrieanlagenbauer hat bereits die zweite Polycarbonat-Produktionsanlage in China in Betrieb genommen, die nicht nur ressourcenschonend arbeitet, sondern durch den Einsatz eines speziellen Trockners auch auf den Einsatz des giftigen Gases verzichtet.
Durch eine intelligente Konstruktion im Deckel des Trockners wird dem Polycarbonat-Zwischenprodukt ein Beschichtungsadditiv beigemischt und durch das spezielle Spiralprinzip gleichmäßig und zuverlässig im Behälter verteilt. (Bild: BHS-Sonthofen)
Der vertikale Konustrockner ermöglicht eine phosgenfreie Polycarbonat-Produktion. (Bild: BHS-Sonthofen)
Datenträger, Sportartikel, Baldachine, Kreditkarten – Polycarbonat findet sich in zahlreichen Alltagsgegenständen aus Kunststoff. Seit seiner Entdeckung in den 1950er Jahren durch den deutschen Chemiker Herrmann Schnell (1916-1999) und gleichzeitig in den USA durch General Electric ist der Siegeszug dieses Materials ungebrochen. Aufgrund seines geringen Gewichts, seiner Temperaturbeständigkeit und Schlagzähigkeit sowie seiner farblosen und transparenten Optik erfreut sich Polycarbonat (PC) großer Beliebtheit und jährlich werden rund 4 Mio. t davon produziert. Obwohl das Material so allgegenwärtig ist, ist das etablierte Herstellungsverfahren dennoch teuer und gefährlich: Neben Bisphenol A, einem Kondensat aus Aceton und Phenol, bestehen Polycarbonate aus Phosgen (COCl2, auch Kohlenmonoxiddichlorid oder Carbonylchlorid genannt), einem giftigen Gas, das zunächst im Ersten Weltkrieg als chemischer Kampfstoff eingesetzt wurde.
Die bisher übliche Herstellung von Polycarbonat durch Polykondensation von Phosgen erfordert viel Wasser und Energie: ca. 10 t Wasser auf 1 t Polycarbonat. Außerdem muss das anfallende Abwasser dann aufwendig aufbereitet werden, um wiederverwendbar zu sein. „Eine Produktion mit Phosgen kann nur unter höchsten Sicherheitsvorkehrungen erfolgen“, erklärt Thomas Boerboom, Marketingleiter der BHS-Sonthofen Verfahrenstechnik. „Ein Verfahren, das ohne dieses hochgiftige Gas auskommt, ist nicht nur umweltfreundlicher, sondern erspart den Herstellern auch umfangreiche und kostspielige Sicherheitsmaßnahmen.“
In dem jetzt in Betrieb genommenen sogenannten phosgenfreien Schmelzverfahren wird das Polycarbonat aus den Rohstoffen Bisphenol A (BPA) und Diphenylcarbonat (DPC) gewonnen. Die umweltfreundlichere Herstellung erfolgt in fünf Prozessschritten: Nach der Verarbeitung des Rohstoffs wird das Material durch die chemische Reaktion der Umesterung umgewandelt. Anschließend erfolgt die Polykondensation. In diesem Zwischenschritt können dem Material individuelle Eigenschaften wie Festigkeit, Transparenz, UV- oder Hitzebeständigkeit verliehen werden.
Durch eine intelligente Konstruktion im Deckel des Trockners wird dem Polycarbonat-Zwischenprodukt ein Beschichtungsadditiv beigemischt und durch das spezielle Spiralprinzip gleichmäßig und zuverlässig im Behälter verteilt. (Bild: BHS-Sonthofen)
Für den nächsten Beschichtungsprozessschritt kommt der Konustrockner von BHS-Sonthofen Process Technology, einem Tochterunternehmen von BHS-Sonthofen, zum Einsatz: Hier wird das PC-Zwischenprodukt durch eine intelligente Konstruktion im Deckel des Trockners mit einem Beschichtungsadditiv versorgt und , dank des Spiralprinzips zuverlässig und gleichmäßig im Behälter verteilt. Die einseitig selbstzentrierende Mischwendel in Form einer einfachen konischen Spirale fördert das PC-Produkt entlang der beheizten Behälterwand nach oben und sorgt so für einen intensiven Kontakt zwischen Produkt und Wärmeübertragungsflächen. Gleichzeitig sinkt das Zwischenprodukt im Prozessraum wieder nach unten. Durch diese permanente Produktumwälzung können gleichmäßige Produkteigenschaften wie homogene Temperatur und Produktfeuchte erreicht werden.
Im nächsten Schritt wird durch die beheizte Doppelwand des konischen Trockners das Lösemittel, das als Träger für das Beschichtungsadditiv dient, erhitzt und im Vakuum getrocknet. Der Lösemitteldampf folgt dem Druckgefälle zum Wärmetauscher und wird dort kondensiert. Es kann dann als reines Ausgangsprodukt dem Prozess wieder zugeführt und als Trägerstoff wieder verwendet werden. Das fertige, beschichtete PC-Material wird im Chargenbetrieb über das Austragsventil im Boden des Trockners restlos rückstandsfrei ausgetragen. Schließlich werden in einem nachgelagerten Prozess gezielte Additive in die Polymerschmelze eingebracht, bevor im letzten Prozessschritt die hochwertigen Polycarbonat-Chips für die Weiterverarbeitung mit Hilfe einer Strangführungs-Granulationsanlage erzeugt werden können.
Aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften wird Polycarbonat immer wieder für neue Anwendungen eingesetzt. Das hier beschriebene Herstellungsverfahren ist umweltschonend, da es eine sehr gute Energiebilanz aufweist und geringere Investitionskosten hat als herkömmliche Verfahren.
ist Vertriebsleiter bei BHS-Sonthofen Verfahrenstechnik in Herrsching.
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