用作塑料加工設備清洗物的取代吡咯烷酮增塑的熱塑樹酯的製作方法

2023-06-10 10:09:21

專利名稱：用作塑料加工設備清洗物的取代吡咯烷酮增塑的熱塑樹酯的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用作塑料加工設備清洗物的、取代吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂。
熱塑性樹脂工業每年加工近7.75百萬噸熱塑性樹脂。用於加工這些樹脂的機器如注塑機和擠塑機受到很大的磨損。
具體地說，注塑機和擠塑機在高溫和高壓(通常在樹脂加工過程中的某些點)下操作。在注塑法中，或將塑料熔化成粘稠的液體，或者將塑料軟化成類似膩子的固體，並用壓力強制送入注模中。然後通常將注模冷卻，使樹脂再次固化，只到這時，樹脂粒料才為有注模形狀的固體。
擠塑機由機筒組成，機筒內有螺杆或螺旋裝置。將機筒加熱，以致當塑料粒料向下移動到機筒時，通過螺杆的作用，它們軟化成易流動的膩子狀物，通過有最終產物形狀的開孔排出機筒。當軟化的塑料排出機筒送入機器外空氣環境中時，經擠塑的成型物立即硬化。
當有機分子受到擠塑和模塑過程的溫度(300～500°F)和壓力(高達數噸/吋2(1吋＝2.54釐米))作用時，出現分子降解的傾向。雖然通常將抗氧劑和熱穩定劑加到塑料中，但仍有少量塑料降解，殘留的顆粒沉積到進料管表面和注塑機的模面上，以及沉積在擠塑機的螺杆和機筒表面。經過一段時間，殘留物逐漸積累，形成黑灰色薄膜。該薄膜最終增長到這樣的厚度，它影響加工過程，造成擠塑部件變形，或者剝落到熱的液體或類膩子塑料中，並使表面產生缺陷。當炭黑膜積累到這一臨界厚度時，在這種場合下它造成主要的質量問題，加工設備必需清洗。
要求清洗塑料加工設備的另一些原因是，當樹脂的顏色要改變時，或者當有多種配料成分和填料的樹脂要接著含有不同填料或添加劑的樹脂操作之後進行加工，它們又不應與原來的樹脂體系相互混合時。對於這兩種情況來說，在下一生物操作開始以前，注塑機或擠塑機的澈底清洗是需要的。
目前，有許多方法被用來清洗塑料加工設備。一種方法是拆卸注塑機或擠塑機，它使金屬部件浸沒在熱苛性鹼浴中。這些苛性鹼浴通常還含有一些表面活性劑。經過一段時間，苛性鹼使積累的炭墨熔化掉。這一清洗方法是各種可能的清洗方法中最不希望採用的方法，因為花費在拆卸、模頭清洗以及重複組裝設備的時間加起來大大縮短了生產時間。每當使用苛性鹼浴時，還存在嚴重的安全隱患。
通常當顏色變化或配料變化時，所用的另一清洗方法是用新的顏色料或配料簡單地多次循環通過模子或擠塑機。用新的配料重複這一循環，一直到製成的部件或擠塑物不含以前的顏色料或填料添加劑為止。這一清洗替代方法的缺點是，可能產生大量的廢品。常常這些廢品不能再用於切碎或再磨碎，最終被填埋掉。
擠塑機或注塑機也用基於「清洗配料」的特種配方樹脂進行清洗。這些清洗配料是含有表面活性劑、磨蝕性填料(通常為玻璃或細切屑玻璃纖維)，有時還含有胺化合物如單乙醇胺的固體熱塑性樹脂。按生產部件的配料樹脂相同的方式，將清洗樹脂送入塑料加工設備。該設備象正常的生產一樣操作，不同的是(a)設備在較低的速率下操作，以及(b)設備有時要停工。較低的操作速率供磨蝕性填料研磨掉任何積累的硬碳，而設備有時停工使單乙醇胺有機會使積累的碳溶解。碳沉積物通常對鹼或鹼性劑如單乙醇胺敏感。各種清洗組合物在以下專利中公開US5139694、5443768、5427623、5397498、5395456、5298078、5238608、5236514、5124383、5108645、5087653和4838945。具體地說，Itoh(US 5298078)提出聚苯乙烯和聚乙烯的熔融物和鹼性鹽和玻璃纖維作為清洗成分加入。Kmiec(US 5139694)和Obama(US5124383)提出聚乙烯樹脂熔融物(取代的吡咯烷酮不溶於聚乙烯或聚丙烯)，然後加入磨蝕性無機填料和聚乙烯蠟和脂肪酸醯胺蠟。
Abrams(US 5395456)提出聚合物熔融物和碳酸鈣磨料和松香作為清洗成分加入。
Scheilbelhoffer(US 5443768)和Obama(US 5108645)公開了聚合物熔融物以及硬的甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯化合物作為清洗介質加入。還有，Ishida(US 5397498)公開了熱塑性塑料的熔融物和聚氧化烯基多元醇清洗劑加入。
製備擠塑機清洗配料的另一替代方法由Schumann(US 5427623)提出。US 5427623提出一種製備含水的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物粉末(或樹脂)清洗配料的方法。用下述步驟生產ABS清洗樹脂取ABS乳液；通過將離子鹽加到該乳液中，其用量足以使乳液破乳，從而從乳液中分離出ABS聚合物。
這些清洗配料的主要缺點是，樹脂本身事實上往往是磨蝕性的。需要高溫熔融成流動態的丙烯酸酯樹脂通常被使用，它們對設備的金屬表面可能是很有磨蝕性的。對表面的這一額外的磨損可能有損於設備的有效壽命。這些清洗樹脂中一些的另一缺點是，它們含有有高毒性的單乙醇胺。在清洗循環過程中，當加工設備停工時，大量的胺化合物蒸汽從熱的機器中排放出來。
需要對清洗塑料加工設備技術作改進。該法應不需要拆卸設備來完成適當的清洗，也應不需使用高鹼性的化合物或磨蝕性樹脂。
本發明正好是這樣的技術改進。申請人令人吃驚地發現，通過將烷基-或烷氧基取代的吡咯烷酮配製到熱塑性樹脂聚合物中，生成的取代的吡咯烷酮-熱塑性樹脂配料可用於清洗過程，它可從擠塑機或注塑機的內表面軟化和除去積累的碳和硬化的樹脂，而不需拆卸機器。
塑料加工設備清洗配料含有用取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂。
在這裡使用的術語「低溫流動樹脂」指在變成足以流入模中或流出擠塑機末端的液態以前必需達到400～500°F的樹脂。這樣的樹脂的代表是聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS樹脂。
這裡使用的術語「高溫流動樹脂」指在變成足以流入模中或流出擠塑機末端的液態以前必需達到500～600°F的樹脂。這樣的樹脂的代表是聚碳酸酯和尼龍樹脂。
這裡使用的術語「熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液」指熱塑性樹脂與取代的吡咯烷酮共混時生成的溶液。
術語「擠塑機」(加熱的機筒和螺杆結構物)指使塑料熔融並送入注塑機的模中的機構。
塑料加工設備清洗配料含有用取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂。
因此，本發明的塑料加工設備清洗配料製備如下用於製備本發明清洗配料的熱塑性樹脂的類型可為低溫流動樹脂(非聚烯烴)或高溫流動樹脂體系。只要熱塑性樹脂可被取代的吡咯烷酮溶解足夠的重量百分數，以製得非粘性的清洗粒料，它就可配製成清洗配料。可製得清洗配料的熱塑性樹脂體系包括，但不限於，這些能被取代的吡咯烷酮溶解的樹脂，如ABS、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)、甲基丙烯酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(MABS)、尼龍、聚碳酸酯、熱塑性聚氨酯、聚氯乙烯(PVC)、聚醚醯亞胺和聚縮醛。在本發明實施中，特別優選的樹脂是ABS和ASN。
配方到清洗配料中的熱塑性樹脂可為直接從製造商處購買的新鮮材料，也可為已用過的樹脂(即循環使用的樹脂粒料或由已製成的部件切碎或撕碎的樹脂)。
適用於製備本發明的清洗配料的取代的吡咯烷酮包括，但不限於，N-環己基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和N-羥乙基吡咯烷酮。
添加劑如表面活性劑或玻璃/玻璃纖維和磨蝕性填料可任選地加到取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂中。
I.熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液的製備製備取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂清洗配料的第一步涉及將熱塑性樹脂溶於取代的吡咯烷酮中，形成熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液。取代的吡咯烷酮包括，但不限於，烷基-或烷氧基取代的吡咯烷酮，如N-環己基吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮或N-羥乙基吡咯烷酮。N-甲基吡咯烷酮由巴斯夫公司、Mt.Olive.N.J.，國際特種產品公司、Wayne，N.J.和ARCO化學公司，Newtown Square，PA提供。N-羥乙基吡咯烷酮由巴斯夫公司和國際特種產品公司提供。N-環己基吡咯烷酮是優選的，N-羥乙基吡咯烷酮是更優選的，而N-甲基吡咯烷酮是最優選的。
取代的吡咯烷酮可用高剪切混合器攪拌，以致可使熱塑性樹脂以更快的速率溶於溶劑中。溶劑可被加熱，但它不是必需的。溶劑的溫度應為20～150℃、優選60～140℃、最優選95～125℃。
應將熱塑性樹脂加到取代的吡咯烷酮溶劑中，形成熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液。按熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液計，加入的熱塑性樹脂的數量為1～50％(重量)、優選1～40％(重量)、最優選20～40％(重量)。
應在快的速率(120轉/分)下使所述的熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液混合足夠長的時間，使熱塑性樹脂顆粒完全溶解。這一混合的時間範圍隨樹脂類型、取代的吡咯烷酮的溫度以及加入的熱塑性樹脂的總的重量百分數變化。通常，混合時間為幾小時。
如果任一種其他的添加劑或成分如表面活性劑或磨料要加到配方中，那麼在混合階段中它們可加到溶劑中。
II.由熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液(I)製備清洗配料隨後，將熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液通過滴加(滴定)或從一定直徑的開孔中強制擠出的連續流加到水中。滴加的作用在於，在與水接觸時形成單個的小球或粒料，而連續擠出流形成圓柱形固體，其長度由施加於開孔的強制作用力的持續時間決定。
將熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮熔液加入其中的水可為自來水或去離子水。水可含也可不含潤溼劑或降表面張力化合物。如果希望得到輪廓分明的小球，並且取代的吡咯烷酮溶劑中的熱塑性樹脂因含量是低的(約5至10％)，那麼需要將表面活性劑加到水中。當濃度為5～10％的樹脂/溶劑溶液加到不含表面活性劑的水中時將形成固體小球，但沒有兩個小球有相同形狀。這些不固定形狀的小球仍可用作有效的清洗配料，但從美學上看它們不能令人滿意。
應低速攪拌水，或樹脂/溶劑溶液從開孔流出。如果生成小球，那麼慢速攪拌是需要的。當固定形狀的固體「擠出」是生產方法，按樹脂/溶劑溶液流出固定開孔相同的速率需要從出口流出水流。
對於生成樹脂顆粒來說，水的溫度不是關鍵的。與1℃的水接觸的熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液將產生沉澱的樹脂，與水蒸汽接觸的熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液也是這樣。取代的吡咯烷酮是吸溼的，它將從空氣中吸水。優選的水溫範圍為20至約70℃。
在熱塑性樹脂顆粒從水中沉澱出來後，熱塑性樹脂仍在水中保留一定時間。在這一水浸泡過程中，一些夾帶在固體熱塑性樹脂顆粒中的取代的吡咯烷酮從樹脂中浸出。這一浸泡時間應足夠長到使一定數量(80～99％)的取代的吡咯烷酮從熱塑性樹脂中浸出，以致熱塑性樹脂乾燥後，表面不發粘或無粘性。
這一水浸泡/浸出過程的最終目標是使熱塑性樹脂顆粒的表面不發粘，而同時使最大量為2～17％的取代的吡咯烷酮夾帶在樹脂中。一旦熱塑性樹脂顆粒在設備清洗過程中被加熱，同時將取代的吡咯烷酮釋放在設備內，取代的吡咯烷酮最終使塑料加工設備的內部得到清洗。
水浸泡的時間隨熱塑性樹脂的類型、熱塑性樹脂在熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液中的初始濃度和水溫變化。通常，熱塑性樹脂顆粒將在水中浸泡16～48小時。
水浸泡循環完成後，乾燥熱塑性樹脂顆粒，如(但不是必須的)用強制的熱空氣除去任何表面水，從熱塑性樹脂顆粒表面的表層乾燥除去水，因此得到不發粘的樹脂顆粒。水從熱塑性樹脂顆粒表面的表層浸出取代的吡咯烷酮。但是，如果用於置換在這些層中的取代的吡咯烷酮的水不從樹脂顆粒中乾燥出，水就會從單個樹脂顆粒中滲出，使顆粒結塊在一起，並粘在容器壁上。乾燥步驟把水從這些層中除去，防止結塊。這時，取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂配料已準備好，可用作塑料加工設備內表面的清洗劑。
下述非限制性實施例說明如何製備本發明的清洗組合物實施例1將20.0克CYCOLACResin(ABS樹脂)溶於180.0克N-甲基吡咯烷酮(NMP)中。NMP在300毫米的RYREX燒杯中，燒杯中裝有一根2.54釐米長的磁攪拌棒。將樹脂加到燒杯中，並將燒杯放在磁攪拌設備中。攪拌設備的控制設定在中間位置。混合進行8小時。NMP的溫度為24℃。
用滴管將NMP/CYCOLAC溶液滴入裝在2000毫升RYREX燒杯中的攪拌的水中，水為自來水，保持在24℃下。用3吋(7.62釐米)磁攪拌棒和攪拌設備提供攪拌。水含有0.3％(重量)潤溼劑PLURAFACRA-20。當每滴NMP/CYCOLAC溶液接觸到水時，就生成球形的樹脂顆粒。
生成的小球直徑約為0.25吋(0.635釐米)。使樹脂球在水中浸泡48小時。然後將小球在80℃下、在強制空氣爐中乾燥20分鐘。乾燥後分析了一些「樹脂小球」的NMP含量。這一方法得到的樹脂顆粒含3.1％(重量)NMP。
實施例2將20.0克LURAN(SAN Resin)溶於180.0克NMP中。按上述實施例1中相同的方式進行。
然後將生成的NMP/LURAN溶液滴入裝有自來水的2000毫升PYREX燒杯中。按上述實施例1的相同方式攪拌水。水也在24℃下。這種水不含任何潤溼劑。
當NMP/LURAN樹脂溶液與水接觸時，生成橢圓形的樹脂顆粒。生成的樹脂顆粒的直徑為約0.25吋(0.635釐米)。使樹脂顆粒在水中浸泡48小時，此後將它們在80℃下、在強制空氣爐中乾燥20分鐘。乾燥後分析一些樹脂球的NMP含量。這一方法製得含有7.4％(重量)NMP的樹脂顆粒。
實施例3將150.0克NMP加到裝有一根1吋(2.54釐米)長磁攪拌棒的300毫升PYREX燒杯中。將燒杯和物料放在加熱板/磁攪拌設備上。攪拌機構設定在中間速度，並接通加熱元件。將NMP加熱到80℃，並在這一溫度下保持到樹脂共混完全.將50.0克CYCOLAC(ABS樹脂)加到熱NMP中。將樹脂/NMP混合6小時。
在24℃下，用滴管將熱NMP/CYCOLAC溶液滴入裝有攪拌自來水的2000毫升PYREX燒杯中。用3吋(7.62釐米)長磁攪拌棒提供攪拌。攪拌設備的控制設定在中/低位置。當NMP/CYCOLAC溶液與水接觸時，生成球形的樹脂小球。將這些小球在水中浸泡20小時。用滴入法製得的小球其直徑為約0.25吋(或0.60釐米)。從水中取出小球，並攤在紙巾上，在24℃的空氣中乾燥4小時。乾燥後，將一些樹脂進行NMP含量分析。這一方法得到含有14.0％(重量)NMP的樹脂顆粒。
實施例4將200.0克NMP加到500毫升PYREX燒杯中。將2吋(5.08釐米)長磁攪拌棒也加到燒杯中。將燒杯和物料放在加熱板/磁攪拌設備上。攪拌設備的控制設定在中間位置。接通加熱板，並將NMP加熱到105℃。在樹脂整個混合循環中保持這一溫度。
將100.0克LURANS(SAN樹脂)加到NMP中。混合2小時。
按如實施例3中描述的類似方式，生成直徑約為0.60釐米的球形小球。將小球在水中浸泡20小時，從水中取出，攤在紙巾上，在24℃的空氣中乾燥4小時。乾燥後，將一些小球進行NMP含量分析。這一方法得到含有16.2％(重量)NMP的樹脂顆粒。
實施例5將180.0克N-羥乙基吡咯烷酮(HEP)加到300.0毫升PYREX燒杯中。將一根1吋(2.54釐米)長磁攪拌棒加到燒杯中。將燒杯放在加熱板(磁攪拌設備)上，並將攪抖設備設定在中速位置。接通加熱控制，並將HEP加熱到80℃。在其餘的樹脂混合過程中，燒杯中物料的溫度保持在80℃。
將20.0克LURANS(SAN樹脂)加到熱HEP中，並混合8小時。將樹脂充分混合在HEP中以後，用滴管將HEP/樹脂溶液滴入攪拌的室溫水中.與水接觸後，生成球形樹脂顆粒。使樹脂小球在水中浸泡20小時。每一小球的直徑約為0.60釐米。取出前，使上球在水中浸泡20小時，然後在80℃下，在強制空氣爐中乾燥20分鐘。將一些乾燥的小球進行HEP含量分析。這一方法得到含有2.9％(重量)HEP的樹脂顆粒。
在擠塑或注塑模清洗工作中，最重要的清洗問題是除去進入擠塑楊模頭或，在注塑情況下，進入模子中的、擠塑機機筒內的殘留物。擠塑機模頭以及模子的清洗通常用外部方式完成，例如用液體金屬或模子清洗配料。但是，液體金屬或模子清洗配料不能注入擠塑機機筒，因此，對於用作擠塑機機筒和螺杆清洗配料的這類材料來說，必需從機器上取下部件和螺杆，是一費時和費錢的方法。
按類似下述方法使用本發明，有可能從擠塑機上除去樹脂和清洗掉積累的碳，而不需拆卸機器。
A.排空生產樹脂的擠塑機(最後使用的樹脂)。將在擠塑機後所有段中、特別是速度區、死區和任何模頭中的溫度升高到超過生產溫度約55℃，但不超過生產樹脂的安全加工溫度。並確保從通向擠塑機的進料區清洗掉任何生產的樹脂。
B.衝洗機器，使一種樹脂(通常清洗的高密度聚乙烯是選擇的可接受的衝洗樹脂)通過擠塑機運轉來完成。需要至少一個體系體積的衝洗物。衝洗物的用量由本專業的技術人員已知的、與擠塑機的大小相關的「體系體積」、根據擠塑機的大小來決定。使機器運轉進行排空(一直到所有的衝洗樹脂排出為止)。
C.加熱浸泡機器.將擠塑機的所有段以及擠塑機後的所有段的溫度調節到180～300℃(視用作樹脂增塑劑的取代的吡咯烷酮而改變清洗溫度)。使溫度保持在這樣一個範圍內是重要的，溫度應高到足以產生足夠大量的取代的吡咯烷酮以完成清洗任務，但應低於吡咯烷酮的自燃溫度。也就是說，N-甲基吡咯烷酮可在180～240℃安全使用，N-羥乙基吡咯烷酮可在180～300℃安全使用。使機器空轉，以致溫度在約15～20分鐘內「空轉升溫(line out)」。「空轉升溫」是一個本專業的技術人員已知的術語，它指當機器空轉時，擠塑機的所有部分達到相同的預定溫度的時間。
D.擠塑機裝料，按生產樹脂裝料相同的方式，用這裡所述的取代的吡咯烷酮增塑的樹脂(SPPR)裝料。裝滿該體系，一直到取代的吡咯烷酮增塑的樹脂在模頭出現。使溫度保持在180～300℃。通過樹脂的剝落作用和取代的吡咯烷酮的作用，完成樹脂殘留物和碳沉積物的清洗。為了使樹脂不含取代的吡咯烷酮，溫度必需保持在這樣一範圍內，在該溫度下產生足夠數量的取代的吡咯烷酮蒸汽。
E.浸泡體系，使螺杆以最低的轉速轉動約30分鐘來浸泡體系。使機筒裝滿取代的吡咯烷酮增塑的清洗樹脂。
F.衝洗取代的吡咯烷酮增塑的清洗樹脂體系。
G.從機器中衝洗取代的吡咯烷酮增塑的清洗樹脂後，等待5～10分鐘，使留在機器中的任何殘留的取代的吡咯烷酮殘留物蒸發掉。
H.將機器的溫度調節到生產樹脂的加工溫度，並開始生產操作。
因為對於清洗過程來說，在循環過程中產生的取代的吡咯烷酮蒸汽是必不可少的，當清洗排空式機筒擠塑機時，在清洗過程的浸泡階段中記住蓋上排放出口是重要的，以便不使蒸汽排出。
權利要求
1.一種塑料加工設備的清洗物料，它含有取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂。
2.一種塑料加工設備的清洗物料，它含有取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂，其中所述的清洗物料由熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液製備。
3.根據權利要求1的塑料加工設備的清洗物料，其中所述的熱塑性樹脂選自丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(ASA)、甲基丙烯酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(MABS)、尼龍、聚碳酸酯、熱塑性聚氨酯、聚氯乙烯(PVC)、聚醚醯亞胺和聚縮醛。
4.根據權利要求1的塑料加工設備的清洗物料，其中所述的取代的吡咯烷酮選自N-環己基吡咯烷酮、N-羥乙基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮。
5.根據權利要求2的塑料加工設備的清洗物料，其中所述的熱塑性樹脂含有1～50％(重量)熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液。
6.根據權利要求2的塑料加工設備的清洗物料，其中所述的熱塑性樹脂含有10～40％(重量)熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液。
7.根據權利要求2的塑料加工設備的清洗物料，其中所述的熱塑性樹脂含有20～40％(重量)熱塑性樹脂/取代的吡咯烷酮溶液。
8.一種清洗塑料加工設備的方法，它包括使所述的設備與取代的吡咯烷酮增塑的熱塑性樹脂接觸。
全文摘要
本發明涉及一種清洗塑料加工設備內部的組合物和方法，該方法使用含有取代的吡咯烷酮溶劑的熱塑性樹脂材料。
文檔編號C11D7/32GK1166523SQ9710973
公開日1997年12月3日 申請日期1997年4月25日 優先權日1996年4月26日
發明者W·C·瓦爾施, T·A·哈茲恩斯塔布, M·W·瓦爾德羅普 申請人:巴斯福公司