造粒包含低沸點物質的聚合物熔體的方法

2023-10-09 01:50:39

專利名稱：造粒包含低沸點物質的聚合物熔體的方法
造粒包含低沸點物質的聚合物熔體的方法本發明涉及一種在其中嵌有切割裝置的造粒室中，在高於環境壓力下 造粒聚合物熔體的方法。在連續造粒操作過程中， 一種加壓下的液體通常流過該造粒室。流過 該造粒室的液體通常為水。因此該造粒方法也稱為水下造粒。例如，當顆粒由可仍包含來自生產工藝的殘留單體、水或其他低沸點 物質的塑料生產時4吏用水下造粒法。在環境壓力下這可導致塑料在造粒過 程中發泡。藉助於造粒室中的加壓，阻止了塑料在該造粒過程中膨脹。一種生產可發性塑料顆粒的方法例如描述於EP-A 0 305 862中。在該 方法中，將聚合物基體材料或聚合物混合物供入擠出機並在擠出機中熔融。 該擠出機帶有將發泡劑加入熔體的噴射器。在加壓下添加發泡劑。在有水 流過的造粒室中造粒其中溶有發泡劑的熔體。通過水流輸送該顆粒並將其 引入乾燥器，顆粒在其中乾燥。上述合適的聚合物組合物的實例是芳族鏈 烯基聚合物或共聚物，例如聚苯乙烯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、聚碳酸酯、 聚酯、聚醚醯亞胺、聚碸和聚苯醚。由聚醯胺製備可知產生於二羧酸與二胺縮聚過程的水溶於聚醯胺。所 述水導致在無脫揮發分的造粒過程中聚醯胺的發泡。還可在顆粒中產生大 量不希望的氣泡。當前的脫揮發分法使用需要高資金花費和高維護成本的 排氣式擠出機或快速受到結垢損害而隨後必須清理的分離器。本發明的目的是提供一種消除上述現有技術缺陷的方法。該目的由 一種在其中嵌有切割裝置的造粒室中，在高於環境壓力下造 粒聚合物熔體的方法達到，該方法包括下列步驟(a) 用對聚合物熔體呈惰性並且其壓力為進行該造粒方法的壓力的氣體充 滿造粒室，(b) 將聚合物熔體注入該造豐立室，(c) 聚物熔體一開始流過切割裝置而被切割成顆粒，就將氣體由液體排出造粒室。用對聚合物熔體呈惰性且其壓力為進行該造粒方法的壓力的氣體充滿 造粒室阻止了聚合物熔體在造粒室中在啟動該生產方法時膨脹。通常存在嵌入造粒室並對準切割板的快速旋轉刀。將聚合物熔體擠壓 穿過切割板中的獨立孔。由此將其切割成顆粒。優選將聚合物熔體連續注入造粒室。為此通常使用帶有模頭的熔融泵。通常存在大量嵌入模頭的孔，將聚合物熔體通過這些孔注入造粒室。在一優選實施方案中，孔的L/D比為50-90,優選60-85，特別優選70-80。因該模孔長度相對於現有技術中已知的模頭中的模孔長度比較大，所 以造粒室中聚合物熔體發泡的降低同樣存在。在一特別優選實施方案中， 模頭由各個類似的模件構造，該模件分別相互連接。這允許模孔長度與由 模頭處理的適當聚合物熔體的簡單匹配。例如，增加模件使模孔延長，而 移走模件可使其縮短。聚合物熔體一開始流過切割裝置而被切割成顆粒，就將氣體由液體排 出造粒室。優選該液體處於僅稍高於該氣體的壓力。不可以在造粒方法開 始前就將造粒室充滿，因為那將導致加壓下的該液體、滲入4莫頭並由此佳力莫 頭中已有的聚合物熔體硬化。這將損壞模頭和刀。造粒室中液體的壓力通常為1-50巴，優選1.5-30巴，特別是2-10巴。 優選流過造粒室的液體溫度為5-90X:，優選10-60"C;這裡液體的最高溫 度取決於待造粒的聚合物。為了允許足夠的熱量從顆粒散失而必需將造粒室充滿以使它們快速固 化。直到顆粒固化，單個顆粒都可以容易地相互熔合併聚結成較大塊。當 與氣體比較時，液體用於冷卻的優勢是液體的熱容量和熱導率通常高於氣 體的那些。因此聚合物熔體向液體環境散熱可比向氣體環境散熱更快，並 由》匕可以更快冷卻。在切割操作後，顆粒繼續在液體中冷卻。在一優選實施方案中，為了 確保連續操作，隨後將顆粒隨液流排出造粒室。在啟動該方法時充滿造粒室所用的惰性氣體優選氮氣、空氣或稀有氣 體。然而，本領域熟練技術人員已知的並對聚合物熔體呈惰性的任何其他氣體也是適合的。將氣體從造粒室排出的液體優選水。然而，不是水而是本領域熟練技 術人員已知的並與聚合物熔體不反應的任何其他液體也是適合的。在一優選實施方案中，隨後將在該造粒方法中生產並由液體從造粒室 排出的顆粒與液體分離。本發明方法優選用於造粒可仍包含很少量單體或水或其他低沸點物質 並可由此在造粒過程中膨脹的聚合物。為阻止該聚合物在造粒過程中發泡 而在加壓下進行該造粒方法。將這裡存在的揮發性成分在加壓下包入聚合 物中。沒有發生發泡並且沒有產生氣泡。本發明方法特別適合於由仍包含低沸點物質的聚合物熔體生產顆粒。 本發明方法優選用於生產聚醯胺。優選的聚醯胺由具有6-12個碳原子的a，w-鏈烷二羧酸與具有6-12個 碳原子的a,w-鏈烷二胺，特別是由具有直鏈碳鏈的那些二羧酸和二胺衍生 的鹽的水溶液反應形成。合適的二酸的實例是壬二酸、己二酸、辛二酸、 癸二酸或癸烷二甲酸、對苯二甲酸或萘二曱酸。優選的a，co-鏈烷二羧酸具 有6-10個碳原子。合適的二胺的實例是六亞甲基二胺、八亞甲基二胺或十亞甲基二胺、 二(4-氨基環己基)甲烷、二(4-氨基-3-甲基環己基)甲烷、二(4-氨基環己 基)-2，2-丙烷。優選的a，w-鏈烷二胺具有6-10個碳原子。還可以伴隨^_用內醯胺，尤其是己內醯胺來生產共聚醯胺。其他合適的聚醯胺是由至少 一種內醯胺和水以及合適的話其他單體單 元和/或常規添加劑和填料組成的混合物在形成聚醯胺的條件下生產的那 些。生產這些聚醯胺例如可由DE-A 43 21 683獲知。合適的內醯胺的實例是己內醯胺、庚內醯胺、辛內醯胺和十二內醯胺 或它們的混合物，優選己內醯胺，其他可使用的單體單元例如是基於單體總量為0-60重量％,優選10-50 重量V。的二羧酸如具有6-12個碳原子，尤其是具有6-10個碳原子的鏈烷 二羧酸，例如己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸或癸二酸，或對苯二甲酸 或間苯二甲酸，二胺如Crd2鏈烷二胺，尤其是具有4-8個碳原子的M二胺，例如六亞甲基二胺、四亞甲基二胺或八亞甲基二胺或間苯二甲胺，二(4-tJ^苯基)曱烷，二(4-M苯基)-2，2-丙烷或二(4-氨基環己基)甲烷，或 二羧酸和二胺的混合物，各自呈任何所需結合，但有利地以等量結合，例 如己二酸己二銨、對苯二甲酸己二銨或己二酸丁二銨，優選己二酸己二銨 和對苯二曱酸己二銨。通過聚己內醯胺和由己內醯胺、六亞甲基二胺以及 己二酸、間苯二甲酸和/或對苯二甲酸組成的聚醯胺已獲得特別的工業重要 性。在一實施方案中，使用己內醯胺和己二酸己二銨("AH"鹽)，該AH鹽 以水溶液的形式使用。己內醯胺與AH鹽的摩爾比通常為0.05:99.55至 20:80，優選5:95至15:85。可以使用的常規添加劑和填料是基於單體總量為0-5重量％，優選 0.05-1重量％的顏料如二氧化鈦、二氧化矽或滑石，鏈調節劑如脂族和芳 族羧酸及脂族和芳族二羧酸(如丙酸或對苯二甲酸)，穩定劑如卣化亞銅和 鹼金屬囟化物，成核劑如矽酸鎂或氮化硼，催化劑如亞磷酸以及抗氧化劑。 通常在造粒方法之前並在聚合過程之前、期間或之後，優選聚合過程之後 加入添加劑。才艮據本發明，合適的聚醯胺通常具有30-120ml/g,優選50-90ml/g的 粘數，該粘數根據ISO 307在25C下在濃度為96重量％的石充酸中以濃度 為0.5重量％的溶液測定。可由本發明方法造粒的聚醯胺的實例是(單體在括號中表示)PA46(四亞曱基二胺，己二酸)PA66(六亞甲基二胺，己二酸)PA69(六亞曱基二胺，壬二酸)PA610(六亞甲基二胺，癸二酸)PA612(六亞曱基二胺，癸烷二甲酸)PA613(六亞曱基二胺，十一烷二甲酸)PA 1212(1,12-十二烷二胺，癸烷二甲酸)PA 1313(1，13-十三烷二胺，i"一烷二甲酸)PAMXD6(間苯二甲胺，己二酸)PA TMDT(三甲基六亞甲基二胺，對苯二甲酸)優選的聚醯胺是聚己二醯己二胺(PA 66)和聚癸二醯己二胺(PA 610)以 及尼龍-6/6，6共聚醯胺，特別是己內醯胺單元含量為5-50重量％的聚醯胺。 特別優選PA 66和尼龍-6/6，6共聚醯胺。其他合適的材料是半芳香族共聚醯胺，例如PA6/6T和PA66/6T，其 中這些共聚醯胺中的三胺含量小於0.5重量％，優選小於0.3重量％。生產 低三胺含量的半芳香族共聚醯胺可按照例如EP-A 129 195和EP-A 129 196 中描述的方法進行。關於生產各種聚醯胺的細節例如可由本領域熟練技術人員在 Ullmann，s Enzyklop礎e der technischen Chemie[Ullmann工業化學百科 全書，第4版，第19巻，第39-54頁，VerlagChemie， Weinheim 1980， Ullmann工業化學百科全書，笫A 21巻，第179-206頁，VCH Verlag, Weinheim 1992以及Stoeckhert， Kunststofflexikon塑料大全，第8版， 第425-428頁，Hansa Verlag Munich 1992(關鍵詞"Polyamide"[聚醯胺I 及以下)中找到。對本發明來說，包含發泡劑的聚合物實例是包含發泡劑的苯乙烯(共) 聚合物、包含發泡劑的聚碳酸酯和包含發泡劑的聚醯胺，特別優選包含發 泡劑的苯乙烯(共)聚合物以及可仍包含可通過蒸發減少的組分的聚合物， 該組分的實例是來自生產工藝的溶劑或水。優選的苯乙烯(共)聚合物是透明聚苯乙烯(GPPS)、抗衝改性聚苯乙烯 (HIPS)、陰離子聚合聚苯乙烯或陰離子聚合抗沖改性聚苯乙烯(AIPS)、苯 乙烯-ot-甲基苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)、甲基丙烯酸 酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共 聚物(MABS)或其混合物。聚苯醚(PPE)也可與上述苯乙烯(共)聚合物摻混。為了提高機械性能或耐熱性，可使上述苯乙烯(共)聚合物通常以基於 聚合物熔體總計為至多30重量％，優選1-10重量％的比例，合適的話使 用相容劑與熱塑性聚合物，例如聚醯胺(PA)、聚烯烴如聚丙烯(PP)或聚乙 烯(PE)、聚丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚對苯二曱酸丁二醇酯(PBT)、聚醚碸 (PES)、聚醚酮或聚醚硫化物(PES),或其混合物共混。在上述定量範圍內， 例如與疏水改性或官能化聚合物或低聚物、橡膠如聚丙烯酸酯或聚二烯(如 苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物)或可生物降解的脂族或脂族/芳族共聚酯的其他 混合物也是可能的。還可以使上述熱塑性聚合物的再循環聚合物材料，特別是苯乙烯(共) 聚合物和包含發泡劑(EPS)的苯乙烯(共)聚合物與苯乙烯(共)聚合物熔體摻 混，其中通常至多30重量％,特別是1-10重量。/。的摻混量沒有顯著削弱 材料的性能。包含發泡劑的苯乙烯(共)聚合物熔體通常包含一種或多種以基於包含 發泡劑的苯乙烯(共)聚合物熔體為2-10重量％總比例均勻分散的發泡劑。 合適的發泡劑是通常以EPS使用的物理髮泡劑，實例是具有2-7個碳原子 的脂族烴、醇、酮、醚或卣代烴。優選使用異丁烷、正丁烷、異戊烷或正 戊烷。此外，苯乙烯(共)聚合物熔體中可添加添加劑、成核劑、增塑劑、活 性成分如殺菌劑、殺蟲劑、除草劑、可溶或不溶的無機和/或有機染料和顏 料如IR吸收劑如炭黑、石墨或鋁粉或一起或空間分開添加的填料如白堊、 滑石。添加劑的通常添加量為0.01-30重量％，優選1-10重量％。對苯乙 烯(共)聚合物中添加劑的均勻微*，可能有利的是尤其在極性添加劑的 情況下使用^t劑如有機矽烷或馬來酸酐接枝的苯乙烯聚合物。優選的增 塑劑是基於苯乙烯(共)聚合物為0.05-10重量％的礦物油、低聚苯乙烯聚合 物和鄰苯二曱酸酯。較高分子量苯乙烯(共)聚合物允許使用140-300°C，優選160-24(TC的 溫度以輸送包含發泡劑的苯乙烯(共)聚合物熔體通過模板。無需冷卻至玻 璃化轉變溫度範圍。本發明在下文用附圖予以更詳細地描述，其中 圖l表示根據本發明設計的模頭，及 圖2表示本發明方法的工藝流程圖。

圖1表示根據本發明設計的模頭1，其中模尖4固定在入口模件2上，該模件具有中心孔3。為此使用穿過中心孔3的螺杆裝置5把模尖4連接 到入口模件2上。然而，不用穿過中心孔3的螺杆裝置5,還可以使用許 多螺杆裝置將模尖4固定在入口模件2上。還可以使用任何其他的本領域 熟練技術人員已知的固定方法。例如，還可將模尖4焊到入口模件2上， 或可將入口模件2設計成一個帶有模尖4的模件。例如，還可以在入口模 件2中提供一個帶螺紋的孔，並設計同樣帶螺紋的模尖，以使模尖4可直 接擰到入口模件2上。在入口模件2的與模尖4相反的那側上，固定笫一個中間模件6。將 其他中間模件6連接到第一個中間模件6上。最後部分是連接到最後中間 模件6上的出口模件7。在入口模件2、中間模件6和出口模件7中設計軸向連續的模孔8。流 過模頭1並造粒的聚合物熔體的量由模孔8的數量測定。這裡以入口模件 2、中間模件6和出口模件7中軸向相同的位置設計模孔8，因此當連接模 件2、 6和7時總會產生連續的模孔8。為了使裝配模件2、 6和7容易些， 在每個模件中設計孔9並將銷心10插入這些孔中。例如，可使用拉緊螺杆裝置來連接入口模件2、中間模件6和出口模 件7。該處所示實施方案在模件2、 6和7的外周上具有盲孔11，並在每個 孔裡都設計螺紋。為連接模件2、 6和7，將圖1中未顯示的扁鋼板置於盲 孔11上並且該鋼板具有位置與盲孔11位置對應的孔。將螺杆裝置穿過扁 鋼板中的孔並在盲孔ll中擰緊。在出口才莫件7中設計帶有螺紋的孔12，並且例如可將切割裝置固定在 該孔中。藉助於切割裝置將從模孔8出來的聚合物熔體切割成顆粒。這裡 切割裝置優選為快速旋轉的刀。為了生產聚合物顆粒，通過熔融泵或擠出機沿入口模件2方向輸送聚 合物熔體。模尖4確保熔體不在模件2的中心區聚集，而是所有熔體都被 輸送到模孔8。將模孔8的入口設計成圓錐形加寬區13，由此還消除了各 個模孔之間的任何死角。熔體由圓錐形加寬區13導入模孔8。然後該聚合 物熔體流過模孔8並從出口模件7處的模孔8出來。在這裡將模孔8出來 的各個熔體絲切割成顆粒。根據本發明，在模頭l通向的造粒室中將聚合物熔體切割成顆粒。 一種液體流過該造粒室。顆粒在該液體中冷卻，由此 避免了任何單個顆粒聚結成附聚物。同時，對該液體加壓，由此避免了可 仍包含發泡劑或低沸點物質殘留物的聚合物熔體的任何膨脹。圖2表示本發明方法的工藝流程圖。在本發明方法中，將聚合物熔體21引入造粒室20.這裡引入聚合物 熔體21優選通過圖l所示模頭進行。為啟動該造粒方法，在加壓下用惰性 氣體充滿造粒室20。該惰性氣體通過惰性氣體供應22引入本方法。通過 壓力控制閥23調節該惰性氣體的壓力。通過進氣閥24將惰性氣體供應管 道25連接到循環管道26。將二級壓力控制閥27嵌入循環管道26。通過壓 力控制閥27調節循環管道26中的壓力。在二級壓力控制閥27的下遊存在 關閉閥28。為啟動該造粒方法，關閉關閉閥28並打開進氣閥24。因此加 壓下的氣體可流入循環管道26。由此用加壓下的惰性氣體充滿造粒室20 和循環管道26。排氣管道29從循環管道26分出來並可通過二級關閉閥30 關閉。在操作該造粒方法過程中，關閉二級關閉閥30。只要一啟動該造粒 方法，就通過液體供應31使與所述惰性氣體相同壓力下的液體ii^循環管 道26，該液體供應31通過T閥32連接到循環管道26。同時，關閉進氣 閥24以使沒有更多的氣體進入該工藝。加壓下的該液體排出循環管道26 和造粒室20中的氣體。循環管道26中的壓力由二級壓力控制閥27維持恆 定。打開關閉閥28以使包含於造粒室20中生產的顆粒的液體通過排液33 從循環管道26中排走。然後將該顆粒與該液體分離。用於啟動該方法的優選惰性氣體為空氣或氮氣。優選水用作連續操作 該造才立方法的'液體。 注釋1模頭2入口模件3 中心孔4模尖5螺杆裝置6 中間模件7出口模件8模孔9 孔 10銷心 11盲孔12帶有螺紋的孔13 囷錐形加寬 20造粒室 21聚合物熔體 22惰性氣體供應 23壓力控制閥 24進氣閥25惰性氣體供應管道 26循環管道27 二級壓力控制閥28 關閉閥 29排氣管道30 二級關閉閥31 液體供應32 T閥 33排液
權利要求
1.一種在其中嵌有切割裝置的造粒室中，在高於環境壓力下造粒聚合物熔體的方法，包括下列步驟(a)用對聚合物熔體呈惰性且其壓力為進行該造粒方法的壓力的氣體充滿造粒室，(b)將聚合物熔體注入該造粒室，(c)聚合物熔體一開始流過切割裝置而被切割成顆粒就將氣體由液體排出造粒室。
2. 根據權利要求l的方法，其中所述氣體為氮氣或空氣。
3. 根據權利要求1或2的方法，其中由所述液體排出所述氣體後，將 聚合物熔體繼續注入造粒室，在切割裝置中將聚合物熔體切割成顆粒，並 將該造粒方法中生產的顆粒由液體排出造粒室，然後與液體分離。
4. 根據權利要求1-3中任一項的方法，其中該造粒室中的壓力為2-15巴。
5. —種進行根據權利要求1-4中任一項的方法的設備，包括與液體回 路(26)連接的造粒室(20)，其中將聚合物熔體通過模頭(1)注入造粒室(20), 其中在模頭(1)中鑿出模孔(8)且其L/D比為50-90。
6. 根據權利要求5的設備，其中模頭(1)由各個模件(2、 6、 7)組成。
7. 根據權利要求6的設備，其中模頭(l)包括多個用於調節L/D比的類 似模件(6)，將這些模件串聯連接直至達到所需的模孔(8)長度。
全文摘要
本發明涉及一種在安裝了切割裝置的造粒室中在高於環境壓力下造粒聚合物熔體的方法。在第一步中，將對聚合物熔體呈惰性且其壓力為進行該造粒方法的壓力的氣體充滿造粒室。然後將聚合物熔體注入該造粒室。最後聚合物熔體一開始流過切割裝置而被切割成顆粒就將氣體由液體排出造粒室。
文檔編號B29C44/34GK101405115SQ200780010067
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月21日 優先權日2006年3月22日
發明者J·塞布靈, J·貝克爾, M·科皮茨, T·布魯克曼 申請人:巴斯夫歐洲公司