用於生產聚醯胺顆粒的鑄造裝置製造方法

2023-06-06 07:35:56

用於生產聚醯胺顆粒的鑄造裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了用於生產聚醯胺顆粒的鑄造裝置，其是可用於預測鑄造產量以及提供聚醯胺顆粒的裝置。在一個實施例中，鑄造裝置可包括容器，所述容器包括壓力控制器以及擠出閥門；切割器，所述切割器具有切割速度；以及過程控制器，所述過程控制器包括用於控制壓力控制器的壓力控制模塊、用於控制擠出閥門的擠出閥門模塊、用於控制切割速度的切割速度模塊，以及用於確定鑄造產量的產量模塊。所述產量模塊可(i)基於從兩個或多個位置流入的鑄造水的量、流入的鑄造水的溫度、流出的鑄造水的溫度來計算流入到鑄造裝置的鑄造水和流出所述裝置的鑄造水之間的熱傳遞，並且(ii)將熱傳遞與鑄造產量關聯。
【專利說明】用於生產聚醯胺顆粒的鑄造裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型模型涉及用於測量或預測擠出的聚醯胺聚合物的鑄造產量來生產聚醯胺顆粒的鑄造裝置。

【背景技術】
[0002]在重複醯胺單元之間具有至少85%的脂族鍵的特定種類脂肪族聚醯胺描述為尼龍聚醯胺。已知這些脂族聚醯胺是自二元羧酸和其它可形成醯胺的二元羧酸的衍生物(如酸酐、醯胺、醯基滷、半酯和二酯)衍生而來，通常與伯胺或仲胺反應。更具體地，由單體(如二羧酸和二胺)來形成脂族聚醯胺聚合物，已知是由伯二胺或仲二胺(連接到每個氮上至少具有一個氫的二胺)與二羧酸或可形成醯胺的二元羧酸的衍生物的反應來完成的。反應流程的例子如下所示:
[0003]
HOOC-R-COOH + H2N-R1-NH2 ^
[0004]- [NH-R' -NH-C0-R-C0] -η-+ηΗ20
[0005]其中R和R』表示二價烴基，而η表示重複單元的數量和水分子的數量。
[0006]由各自的基團(R和R』 )中碳原子的數量來命名從每個二酸和二胺的一個分子中衍生的聚合物的「結構單元」。因此，由六亞甲基-1，6-二胺和己二酸的聚醯胺是「尼龍6，6」
(聚己二醯己二胺)。
[0007]成纖聚醯胺可以通過在縮聚反應條件下(一般為180°C至300°C)加熱基本上等摩爾量的二胺和二羧酸或加熱可形成醯胺的二元羧酸衍生物的來製備。該產品具有纖維形成性質，其中可以實現足夠高的分子量。
[0008]一個給定的聚醯胺的特性可以在相當大的範圍內變化，並且可能取決於分子量。在某種程度上，該聚醯胺特性受其末端基團的性質的影響，而這又取決於過量使用了何種反應物，二胺或二羧酸。
[0009]成纖聚醯胺的兩個特徵涉及其高熔點和低溶解度。由較簡單類型的胺和酸所衍生而來的成纖聚醯胺幾乎總是不透明的固體，所述不透明的固體可在一個相當確定的溫度下熔化或變成透明的。低於其熔點的形纖聚醯胺，當用X射線檢測時，一般呈現尖銳的X-射線晶體粉末衍射圖、大塊狀態的晶體結構的明確證據。這些聚醯胺的密度通常在1.0和1.2之間，更具體地，尼龍6，6的密度目前被認為是1.14克/釐米3。
[0010]同其他縮聚產物一樣，聚醯胺一般包括非常近似的結構的獨立單元。這些獨立單元的平均大小、聚合物的平均分子量在一定的限制範圍內受到刻意控制。聚合反應越進一步進行，平均分子量(和特性粘度)就會越高。
[0011]如果完全等摩爾量使用反應物，在可使得揮發性產物逸出的條件下，長時間持續聚合和加熱，並且能夠獲得非常高的分子量的聚醯胺。然而，如果過量使用任一反應物，則聚合進行到某一點，然後基本上停止。聚合停止的時間點可能取決於過量使用的二胺或二元酸(或衍生物)的量。
[0012]一種製備聚醯胺的簡便的技術包括:通過在液體中混合約化學等量的二胺和二羧酸來製備鹽，所述液體可選擇為對產物鹽的不良溶劑。如果需要，隨後可通過從合適的溶劑結晶來純化從液體中分離的鹽。這些二胺-二羧酸鹽是結晶狀的，並有確定的熔點。它們可溶於水，並可以方便地從某些醇及醇-水混合物來結晶。
[0013]從二胺-二羧酸鹽製備成纖聚醯胺可以以許多方式來進行。在沒有溶劑或稀釋劑存在的條件下，並在允許去除反應中生成的水的條件下，可將該鹽加熱至反應溫度(180°C至300°C )。在使用它來製造細絲及其它形狀的物體前，可能需要將聚醯胺置於減壓條件下，例如，相當於50至300毫米汞柱(67至400毫巴)的絕對壓力下。這可以在使聚合物固化前，通過排空製備聚醯胺的反應釜來很方便的完成。
[0014]在一般情況下，在上述聚醯胺形成過程中必須要求不添加催化劑。然而，眾所周知某些含磷的材料(例如金屬膦酸鹽和磷酸鹽)起到一定程度的催化作用。使用添加的催化劑有時給製備高分子量的材料賦予了額外的優點。
[0015]大多數線性縮聚物、聚醯胺的商業化製備通常涉及加熱單體起始材料，以引發漸進的聚合物的縮合。這個過程通常在幾個階段進行，包括通過去除揮發物來中間形成低分子量、低粘度的聚合物液體。在各種真空度和停留時間和溫度下處理該低分子量、低粘度的聚合物液體以使聚合物能達到所需的最終的分子量和粘度。
[0016]儘管所期望的最終的分子量和粘度一般都可以實現，但在鑄造期間獲得準確的工藝參數，因此獲得一致的聚合材料的均一性可能會出現問題。因此，發現和利用多種技術使用高度準確的工藝參數來製造聚合材料，是本領域中的進步。
實用新型內容
[0017]本實用新型涉及用於生產聚醯胺顆粒的裝置以及相關裝置。在一個實施方式中，一種用於製造聚醯胺顆粒的裝置可包括高壓處理容器、切割器和過程控制器。所述高壓處理容器可包括壓力控制器(如由進口、加熱組件和/或排出閥門)以及擠出閥門。所述切割器可配置成切割從高壓處理容器擠出的聚醯胺聚合物以形成聚醯胺顆粒。所述過程控制器可包括用於控制壓力控制器的壓力控制模塊、用於控制切割速度的切割速度模塊、用於控制擠出閥門的擠出閥門模塊，以及用於計算鑄造產量的產量模塊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下結合非限制性的附圖來更好地理解本實用新型，其中:
[0019]圖1A為根據本實用新型的實施例可使用的高壓處理容器的截面圖；
[0020]圖1B為根據本實用新型的實施例可使用的另一個高壓處理容器的截面圖；
[0021]圖2為其中根據本實用新型的實施例可使用的本實用新型的裝置的系統的示意圖。
[0022]圖3為根據本實用新型的一個實施方式的聚醯胺的樣品鑄造的圖；以及
[0023]圖4為時間比根據本實用新型的一個實施方式的聚醯胺的批次重量的圖。
[0024]需要注意的是，上述圖僅僅是本實用新型的實施方式的示例性的表示，通過所述圖對本實用新型的範圍不構成任何限定。

【具體實施方式】
[0025]儘管下文的詳細描述包含了很多出於闡明本實用新型的目的的細節，但是本領域的技術人員會理解下文細節的很多變化和修改在本實用新型所公開的實施方式的範圍中。
[0026]因此，下文的實施方式不失一般性地說明了本實用新型，並且不對本實用新型帶來限制。在更詳細地描述本實用新型之前，應當理解本實用新型不限於所描述的特定的實施方式，這是由於該實施方式可以變化。還應當理解，這裡所使用的術語僅是出於描述特定實施方式的目的，並不旨在限定，這是由於本實用新型的範圍僅由所附的權利要求來限定。除非另有規定，這裡所使用的所有技術術語和科學術語具有與本實用新型所述領域的本領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。
[0027]如在本說明書和所附的權利要求中所使用的單數形式「一個」和「該一個」包括複數對象，除非上下文另有明確的其他規定。因此，例如「聚醯胺」包括多種聚醯胺。
[0028]在本公開中，「包含」、「含有」和「具有」等可具有根據美國專利法賦予它們的意義並且可意味著「包括」等，並且通常被解釋為開放式的術語。術語「由…組成」是封閉式的術語，並且根據美國專利法的意義僅包括特別列出的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等。當將「基本由…組成」或「基本組成了」等用於本實用新型所包含的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等時，其涉及與這裡的公開類似的元件，但是其可包括額外的結構基團、組成組分、方法步驟等。但是，與這裡所公開的相應的裝置、化合物、方法等相比而言，這些額外的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等不會實質上影響裝置、化合物、方法等的基礎特徵和新穎性特徵。在更細節中，當將「基本由…組成」或「基本組成了 」等用於本實用新型所包含的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等時，其具有根據美國專利法所賦予的意義並且這些術語是開放性的，只要記載的基本或新穎性特徵不被大於所記載的內容改變，其允許大於所記載的內容存在。當使用開放式術語，如「包含」或「包括」時，應理解地是，如清楚地聲明的一樣，也直接支持了用語「基本由…組成」以及用語「由…組成」。
[0029]術語「可聚合組合物」或「可聚合溶液」指的是在根據本實用新型的實施例的攪拌高壓釜內添加的溶液，其在特定的溫度和壓力曲線下高壓釜內處理時，形成可被擠出或者被收割而用於進一步的使用的聚醯胺聚合物。
[0030]術語「聚醯胺鹽」是指包括在可聚合組合物(與其他添加物一起)中的鹽，所述可聚合組合物提供了用於形成聚醯胺聚合物的基礎可聚合材料。如果例如聚醯胺聚合物為尼龍6，6，則鹽可由己二酸和己二胺來製備。其他的添加物也可存在於聚醯胺溶液中，或者在反應容器之前引入，或引入到反應容器中。例如，通常將二氧化鈦直接引入到容器中，然而在將可聚合組合物引入到容器之前，引入其他添加物，例如催化劑、螢光增白劑、消泡劑等，儘管不要求這種順序或甚至這些添加物的存在。
[0031]術語「周期」涉及主要由容器內的壓力曲線限定的批量聚合處理的階段。第一周期(周期I)發生在批次處理的開始，這時壓力正從相對低壓升到相對高壓。第二周期(周期2)發生在將相對高壓保持一段時間。第三周期(周期3)隨著相對高壓降低到相對低壓時發生。第四周期(周期4)隨著將相對低壓保持一段時間而發生。第五周期(周周期5)隨著將製備的聚合物從容器內擠出而發生。本實用新型使用的術語「第四周期」、「周期4」和「鑄造前周期」可相互替換。
[0032]詞組，例如「適合於提供」、「足以導致」或「足以產生」等在合成的上下文中涉及與時間、溫度、溶劑、反應劑濃度等相關的反應條件，可改變反應條件以提供反應產物的有用的數量或反應產物的產量，這是在本領域的實驗人員的普通技能的範圍內的。沒有必要地是，所需要的反應產物為僅是反應產物或者起始材料被完全消耗，所提供的所需要的反應產物可被分離或否則進一步使用。
[0033]應當理解的是，這裡可將比例、濃度、量或其他數據以一個範圍的形式來表述。應理解的是，使用這種範圍形式是為了方便和簡潔。並且因此，應當以靈活的方式來解釋以不但包括如範圍的端點明確說明的數據參數，並且如果每個數值和子範圍包括「大約『X』到大約『Y』」，則也包括所有的單個數據參數或包含在所述範圍內的子範圍。為了說明，「約0.1%到約5%」的濃度範圍應被解釋為，不但包括清楚地說明的約0.1重量％到約5重量％的濃度，也包括在所說明的範圍內的單個的濃度(例如1%、2%、3%和4%)以及子範圍(例如0.5%、
1.1%、2.2%、3.3%和4.4%)。在一個實施方式中，術語「約」可包括根據數據參數的有效數字的傳統捨入。此外，詞組「約『X』到『Y』」包括「約『X』到約『Y』」。
[0034]這裡所使用的術語「約」，當涉及數據參數或範圍時，其允許在一定數值或範圍中的一定程度的變化，例如在所表述的數值或所表述的範圍的端點的10%以內或在另一方面在5%以內變化。
[0035]另外，在以羅列或馬庫什基團的方式描述本實用新型的特徵或方面的地方，本領域的技術人員會理解的是，因此也根據馬庫什基團的要素的任何單個要素或子基團而描述了本實用新型。例如，如果X被描述為選自由溴、氯和碘組成的組，則如同單獨羅列一樣，完全描述了 X為溴的權利要求和X為溴和氯的權利要求。例如，在本實用新型的特徵或方面根據這種羅列而描述的地方，本領域的技術人員會理解的是，因此也根據馬庫什基團的要素的任何單個要素或子基團的任意結合而描述了本公開。因此，如果X被描述為選自由溴、氯和碘組成的組，並Y被描述為選自由甲基、乙基和丙基組成的組，則完全描述並支持了 X為溴並且Y為甲基的權利要求。
[0036]如這裡所使用，所有的組分含量以重量百分比的形式給出，除非另有聲明。當涉及組分溶液時，百分比指的是包括溶劑(例如水)的組分的重量百分比，除非另有說明。
[0037]如這裡所使用，所有的聚合物的分子量(Mw)是重均分子量，除非另有說明。
[0038]在閱讀本公開時，對於本領域的技術人員來說顯而易見的是，這裡所描述和說明的每一個單獨的實施方式具有獨立的部件和特徵，這些獨立的部件和特徵易於與其他幾種實施方式的任何特徵分離或結合而不背離本實用新型的範圍或精神。任何所描述的步驟可以所描述的情況的順序來實施或以邏輯上可行的任何其他的順序來實施。
[0039]通常，一種用於製造聚醯胺顆粒的裝置可包括高壓處理容器、切割器和過程控制器。所述高壓處理容器可包括壓力控制器(例如進口、加熱組件、排出閥門)和擠出閥門。所述切割器可配置成切割從高壓處理容器擠出的聚醯胺聚合物以形成聚醯胺顆粒。所述過程控制器可包括用於控制壓力控制器的壓力控制模塊、用於控制切割速度的切割速度模塊、用於控制擠出閥門的擠出閥門模塊，以及用於計算鑄造產量的產量模塊。
[0040]在另一個實施例中，用於預測擠出的聚醯胺聚合物的鑄造產量的鑄造裝置可包括流量和溫度測量工具，用於測量流入鑄造裝置的鑄造水(通常從兩個或多個位置)的量、測量流入的鑄造水的溫度、測量流出的鑄造水的溫度、計算流入的鑄造水和流出的鑄造水之間的熱傳遞，以及用於將熱傳遞與鑄造產量關聯的關聯工具。
[0041]在另一個實施方式中，用於生產聚醯胺聚合物的顆粒的裝置可包括切割工具，用於以實質與聚醯胺聚合物的產量成比例的切割速度來切割擠出的聚醯胺聚合物條狀物。所述裝置還可進一步包括用於調整第一工藝參數的調整工具。所述第一工藝參數可選自由切割速度、擠出閥門開度，以及容器壓力組成的組，並且可響應於可替代的第二工藝參數來調整，以維持聚醯胺顆粒的均一性，其中如在此所述，產量以鑄造產量來計算，所述第二工藝參數可選自由切割速度、擠出閥門開度以及容器壓力組成的組。
[0042]需要注意的是，當討論本實用新型的裝置時，這些討論的每一個都可被考慮應用於每個實施例中，不論其是否在該實施例的上下文中明確地被討論過。因此，例如，在討論關於一個裝置的聚醯胺聚合物時，這些討論也可用於其他裝置中，反之亦然。
[0043]現在返回到本實用新型的裝置，一般情況下，可在包含聚醯胺的聚合系統中使用本實用新型製造方法、鑄造方法、裝置等。在一個實施方式中，聚醯胺聚合物可包括，基本由尼龍6，6構成，或由尼龍6，6構成。尼龍6，6可以是純聚合物，或者也可通過任意數量的添加劑而被改性，所述添加劑包括螢光增白劑、染料等。一般地，在本實用新型中涉及的製造方法可包括連續的方法和批次的方法，除非另有說明。這些方法通常在反應容器中進行，例如高壓釜。在一個實施方式中，製造方法可為批次法。沒有特別的限定，如本實用新型所述，該批次法通常為5周期法。
[0044]具體地參考尼龍6，6，根據本實用新型的實施例的典型的批次生產規模可在多個實施例中為從約100Kg至約2600Kg，或者從100Kg至1500Kg，或者從1300至2600Kg，且可在批次生產期間，在高壓釜中循環約90至150分鐘，或者100至120分鐘。也可使用在上述範圍以外批次生產規模和時間，這取決於設備和聚合物的選擇，或在相關【技術領域】的技術人員的知識範圍內的其他考慮因素。一般情況下，聚醯胺的尼龍的可作為鹽加入。在一個實施方式中，尼龍可以是尼龍6，6鹽，且可以約50重量％至95重量％的範圍內的量存在於聚醯胺中。
[0045]在本實用新型的聚醯胺的聚合中可使用多種工藝參數，包括溫度和壓力。在一個實施方式中，溫度可在約190°C至約290°C的範圍內，且某些周期期間的自發壓力或其他壓力可在約250磅每平方英寸絕對值(psia)至約300磅每平方英寸絕對值(psia)的範圍內。另外，在另一個實施方式中，在某些周期期間，可在小於1torr的壓力的真空條件下進行加熱。
[0046]—般情況下，用於生產聚醯胺顆粒的本實用新型的方法可通過高壓釜和擠出/鑄造過程來實現。在一個實施方式中，所述方法可通過濃縮漿料或從提供至高壓處理容器的聚醯胺鹽(例如尼龍6，6鹽)的水溶液來製備的聚醯胺溶液開始。任選地，可稀釋所述漿料並通過蒸發步驟來變得更加濃縮。在一個實施方式中，可根據現有技術已知的方法，從單體己二胺和己二酸的水溶液來製備漿料。在另一個具體的實施方式中，當尼龍6，6單體水溶液是己內醯胺水溶液的形式時，所述漿料可含有少量的尼龍6單體。在一個實施例中，高壓處理容器可隨後被加熱至約230°C (或其他功能溫度)使得內部自發壓力上升。可任選地將消光劑、二氧化鈦(T12)注入高壓釜和作為水性分散體的單體混合物中。
[0047]聚醯胺溶液或稠化漿料混合物可隨後在高壓釜中加熱至約245°C (或某些其他功能溫度)。當在該溫度時，高壓釜的壓力可降低至大氣壓，並通過以已知方式使用真空來進一步降低壓力，以形成聚醯胺組合物。在該溫度和/或壓力下保持含有聚醯胺組合物的所述高壓釜約30分鐘。例如接著該步驟，進一步在高壓釜中將聚醯胺聚合物組合物加熱至約2850C，並且將乾燥氮氣引入高壓處理容器，並通過引入乾燥氮氣至約4至約5bar的絕對壓力來加壓所述高壓釜。
[0048]在聚合之後，可通過鑄造過程來擠出聚醯胺聚合物以生產聚醯胺顆粒。一般地，鑄造產量是此鑄造工藝的參數，並可用於在聚醯胺顆粒的生產中調整其他鑄造工藝參數。如此處討論的，本發明提供了實時預測鑄造產量的方法。該鑄造產量的預測可用於調整其他顆粒化工藝參數以提供顆粒的均一性，所述顆粒的均一性之前對於聚醯胺高壓釜鑄造工藝來說很難實現。一般地，使用熱傳遞模型來計算瞬時鑄造產量，所述熱傳遞模型使用了鑄造水的測量的溫度和流速。在本發明的實施例中，顯示和描述了多種熱傳遞模型，但應理解，在每種形式(例如公式1-1II)，可使用同樣的平衡。可用正數或負數來調整常量。理解了這些，在一個實施方式中，可使用如公式I所示的熱傳遞模型來計算鑄造產量(TP):
[0049]TP=TP 模型 +TP 偏差 (I )
[0050]其中，TP偏差基於容器，從公式II計算得出TP模型:
[0051]TP模型=(流入溫度-流出溫度-a-(b*流I)-(c*流2))/d (II)
[0052]其中，
[0053]流入溫度=進入的鑄造水的測量的溫度
[0054]流出溫度=出去的鑄造水的測量的溫度
[0055]流1=進入第一位置(例如，水滑道)的鑄造水的測量的流速；以及
[0056]流2=進入第二位置(例如，切割器)的水的測量的溫度，並且其中a、b、c和d為取決於儲庫(bank)的獨立的常量。
[0057]一般來說，流入溫度相當於與在接觸擠出的聚合物之前流入鑄造工藝的水的溫度。所述流出溫度一般相當於在接觸擠出的聚合物之後離開鑄造操作的水的溫度。如此，這些鑄造水溫度可用於計算擠出的聚合物到鑄造水的熱傳遞。一般來說，a、b、c和d對於特定的鑄造裝置，可通過實驗得到。流入的鑄造水的溫度可控制在5°C以內、2°C以內、1°C以內或0.5°C以內。流程的鑄造水的溫度由於與擠出的聚合物接觸而提高。如本發明所述，TP模型使用該溫度差來計算產量。該TP模型可允許鑄造產量的精準且一致的預測。
[0058]在一個可替代但相關的實施例中，在顆粒化期間，可使用類似的能量平衡模型來計算所述鑄造產量。在此所述的所述模型可使用兩種測量的水流、兩種溫度(進入的水溫度和乾燥器下遊的水溫度)，以及一系列常量。在該實施例中，鑄造產量(TP)模型在公式III中顯示:
[0059]TP=(P1-P2-C4*P3_C2*P4)/C3+P5 (III)
[0060]其中，
[0061]Pl=乾燥器下遊的鑄造水的測量的溫度
[0062]P2=進入的鑄造水的測量的溫度
[0063]P3=測量的鑄造水流I
[0064]P4=測量的鑄造水流2
[0065]P5=常量，並且
[0066]C1-C4=水流和/或其他過程的係數。
[0067]為了提供對於一個特定系統的一個實施例，常量/係數可為P5=_0.76213，Cl=-0.6105, C2=-0.88531, C3=3.63958, C4=27.7428。這些是通過實施例的方式對特定裝置來給出，並且在任何情況下都不應該理解為限制性的。本領域的技術人員能對特定情形或裝置來推導出這些常量/係數。
[0068]在另一個實施例中，為了得到產量和工藝變量之間的準確關係，可進行實驗，其中確定了對於流1、流2和產量的一套工藝設定，然後也確定了對所有這些預定的設置的加入和流出的冷卻水之間的測量的溫度差這給出了 TP作為X，溫度上升作為Y的模型，導致關係(流出溫度-流入溫度)=C4+C3*產量+Cl*流1*C2*流2。因為在該關係中產量是X變量中的一個，可將所述公式重新排列以得到產量作為Y。因此，在另一個實施例中，TP=-7.6225+0.27476* (流出溫度-流入溫度)+0.1677*流1+0.24325*流2。應注意，這是公式I的一個可替代的版本。
[0069]在關於公式I的進一步細節中，如本領域的技術人員可理解的，可計算TP偏差。然而，在一個實施例中，產量模型的協調可通過調整偏差來實現，所述偏差是使用例如下列算式從原材料批次重量和綜合產量批次重量之間的差來計算的:
[0070]
?ΜΜ τρ揖型』新 =偏差 TP饃型，舊 *0.8+(批次重量1-批次重量2)*0.2
鑄造時間(IV)
[0071]本實用新型所述的聚醯胺聚合物也可使用催化劑來製備。在一個實施方式中，聚醯胺中可存在1ppm (重量)至100ppm (重量)範圍內的量的催化劑。另一方面,催化劑可以1ppm (重量)至10ppm (重量)範圍內的量存在。沒有限定，催化劑可包括磷酸、亞磷酸、連二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、這些化合物的鹽以及其混合物。在一個實施方式中，催化劑為次磷酸鈉、次磷酸錳、苯基亞磷酸鈉、苯基磷酸鈉、苯基亞磷酸鉀、苯基磷酸鉀、二苯基亞磷酸己二胺鹽、甲苯基亞磷酸鉀或其混合物。一方面，催化劑可以是次磷酸鈉。
[0072]可通過添加螢光增白劑來改善根據本實用新型的實施方式公開的聚醯胺和聚醯胺組合物的外觀白度。這些聚醯胺可表現永久的白度改進，並且可通過如熱定型的操作來保持該白度改進。在一個實施方式中，聚醯胺中可存在0.01重量％至I重量％的範圍內的量的螢光增白劑。一方面，螢光增白劑可為二氧化鈦。
[0073]此外，可使用抗氧化穩定劑、抗菌添加劑等來製備這些聚醯胺聚合物。另外，可使用消泡添加劑來製備聚醯胺聚合物。在一個實施方式中，聚醯胺中可存在Ippm (重量)至500ppm (重量)的範圍內的量的消泡添加劑。
[0074]根據本實用新型的實施方式公開的聚醯胺聚合物是天生酸性可染的，但是也可通過在聚合物中共聚陽離子染料來改性這些聚合物或共聚物，而將其轉化成鹼性染色形態。這些改性使得組合物特別接受用鹼性染料的染色。
[0075]現在轉到圖1A和1B，其顯示了兩個示例性的攪拌高壓釜的橫截面示意圖。這些圖不必要按比例繪製，且沒有顯示攪拌高壓釜中通常存在的每個和所有細節，而是選擇選擇性地顯示了與本實用新型特別相關的特徵的示意性表示。因此，在本實施例中，攪拌高壓釜10可包括高壓處理容器20和攪拌器或螺旋22。儘管顯示了攪拌器和螺旋，但其不是必要的。所述容器包括容器壁24，其通常為電鍍容器壁，並且設置所述容器壁和/或其他結構以支撐一個或多個類型的加熱組件26a和26b。在本實施例中，26a顯示了外部夾套加熱組件，26b顯示了內部加熱組件。需要注意的是，圖1A中的加熱組件置於相對靠近攪拌器處，這比較典型；而圖1B中的加熱組件置於更靠近容器壁處，這對於非攪拌型高壓釜來說可更為典型。但是，如所述，加熱元件的位置可通本領域技術人員在考慮本實用新型後來確定。在另一個實施例中，在兩個位置都可存在加熱元件，即靠近容器壁和靠近攪拌器。
[0076]外部夾套加熱組件26a可用於升高容器中含有的可聚合組分或聚合物的溫度，而內部加熱組件26b尤其可用於阻止聚合物變得附著於容器壁和/或攪拌器的內表面。如圖1A所示，除了顯示了內部加熱組件,還存在一對更新棒(refresher bars),其與中心攪拌器或螺旋22—起工作以更新聚合物。攪拌器工作以將聚合物沿著中心部分向上移動，且當攪拌熔化的聚合物時，使用所述一對更新棒通過從側壁表面移除聚合物來更新熔化的聚合物。這種設置可改善系統中的傳熱，並且可以降低由攪拌器引起的渦流的高度。在任一種情況下，都需要注意的是，儘管在截面圖上示意性地顯示了內部加熱組件，但需要理解的是可使用任何形狀或結構的內部加熱組件。還需要注意的是所述加熱組件可被構造或設置成可攜帶現有技術中的任何流體(包括氣體和/或液體)，用於為高壓釜提供熱量。還顯示了進口閥門28和高壓釜通風孔30，並且所述進口閥門28和高壓釜通風孔30可作為壓力控制器來一起使用或單獨使用(與加熱組件26a和26b —起，其也可控制壓力)。未顯示加壓裝置或壓力源，但是可理解的是當要外加壓力時可存在所述加壓裝置或壓力源。或者，正如本領域可理解的，可通過添加熱量來增加壓力，而通過排空來降低壓力。進一步地,高壓處理容器的底部為閥門開口 32。本圖沒有顯示擠出閥門，但這是高壓釜中製備的聚合物被擠出以用於進一步加工的位置。需要注意的是，如本領域技術人員可以理解的，不管這些進口、閥門、通風孔等的描述和顯示的位置，與所顯示的相比，可不一樣地使用這些或其他的埠，用於使用者設計的任何目的。還需要注意的是，提供該在高壓釜中形成聚醯胺聚合物的示例性的高壓處理容器和步驟僅用於示例性的目的，正如可使用任意數量的其他的工藝過程、高壓釜和添加劑來生產聚醯胺聚合物。不論聚合物如何在高壓釜中製備，總體上描述的在該方法中的這一點是本實用新型的主要目的，即鑄造來自聚合容器的聚合物，以及預測鑄造產量。
[0077]如本實用新型所述，本實用新型提供了通過切割擠出的聚醯胺聚合物並調整多種工藝參數來形成聚醯胺聚合物的顆粒的裝置。尤其是，本實用新型用於生產聚醯胺顆粒的裝置允許響應於上述的另外的一種工藝參數的改變來調節第一工藝參數，所述第一工藝參數包括切割速度、擠出閥門開度和容器壓力。另外，一方面，可響應於第三工藝參數來調整兩個工藝參數。在一個實施方式中，儘管可調節任何工藝參數或兩個工藝參數，被調節的工藝參數可以是或者可以包括容器壓力。另一方面，被調節的工藝參數可以是或可以包括擠出閥門開度。另一方面，被調節的工藝參數可以是或可以包括切割速度。可基於鑄造產量來調整這些工藝參數以維持聚醯胺顆粒的均一性，其中可根據本實用新型來預測鑄造產量。
[0078]現在轉到圖2，用於製造聚醯胺顆粒的裝置可包括容器20，如類似於圖1所示的高壓爸，所述容器20包括壓力控制器(其可以是進口管線/閥門28、排出管線/閥門30和/或加熱組件26的形式)。需要注意的是，儘管顯示了外部夾套的加熱組件，但可以替換為或增加內部加熱組件。還顯示了用於將聚合物通過模具板或其他擠出結構擠出的擠出閥門34。所述裝置還可包括切割器36，所述切割器配置成具有適合切割聚醯胺顆粒的切割速度。例如，所述切割器可以是迴轉切割器，其配置成當被擠出的聚合物通過它時非常快地切割。所述裝置還可包括過程控制器60，其可包括壓力控制模塊70、切割速度模塊80和擠出閥門模塊90。所述裝置還可包括板38、漿料搜集設備40、漿料管道42和乾燥器/旋轉器44。
[0079]在關於所述裝置的過程控制器60的進一步詳細說明中，可使用多種模塊70、80、90、100來自動地實施自動化裝置的一般功能或工藝步驟。例如，可通過壓力控制單元70來控制壓力閥門28、高壓釜通風口 30和加熱組件26，以允許壓力的調節。可通過切割速度模塊80來控制切割器36。可通過擠出閥門模塊90來控制擠出閥門34。可使用測量模塊100來計算預測的鑄造產量。可存在的其他模塊(未顯示)，包括但不限於攪拌器模塊、乾燥器模塊、加熱組件模塊等。所述模塊可同時工作，來以導致均一的聚醯胺顆粒的方式提供自動化系統。
[0080]圖3闡述了說明實施例的圖，在實施例中，這些模塊同時工作實現了根據本實用新型的實施例的卓越的均一性。具體地，圖3說明了根據本實用新型的實施方式的裝置的工藝參數的鑄造圖。具體地，該圖提供了在鑄造期間作為時間的函數的通過單次批次鑄造方法的高壓釜壓力、來自高壓釜的聚醯胺聚合物的產量、線性化的擠出閥圖，以及切割速度。如圖所示，調節多種工藝參數來在高的切割速度下提供基本恆定的產量，並由此提供可保持顆粒均一性的同時還保持高生產速率的自動化方法。
[0081]在圖3的圖表中還需要注意改變了切割速率，且切割速率與產量基本成比例，即當產量上升或下降(如圖表所示)，切割速度同樣分別地上升和下降。由於術語「基本上」涉及產量和切割速度成比例或相對匹配，其可定義為任何匹配度，在該匹配度下，均一的一批顆粒的平均質量，是所述一批顆粒具有至少95%的個體顆粒的個體質量為所述平均質量的10%以內。通過基本匹配切割速度對產量的相對移動，可保持均一性。結果，壓力控制器和擠出閥門的使用保持了產量在合理的範圍，以用於實現有效的切剖面。例如，在通過適合的壓力和線性閥門開度來提供的高產量的有效率的系統中，可將切割速度與產量進行相對匹配。應注意當產量上升時，切割速度也上升。
[0082]返回到圖2，如本實用新型所述，容器20的壓力可以是自發的，或者可從外部壓力源來生成。另外，可使用壓力源(未顯示)和壓力閥門28和/或通風孔30來調節壓力。擠出閥門34—般控制開度，聚醯胺聚合物自所述開度被擠出。在一些方面，擠出閥門開度可被稱為擠出閥門的線性開度。這裡使用的「線性」指的是相當於所述閥門的開口(即開啟區域)比通過開口擠出的材料的百分比的數學變換。例如，50%的「線性」開度指的是指自100%(100%指的是完全打開閥門時的最大容量)的總量中從開口擠出50%的材料，即使閥門開度(即開啟區域)可能不是總的可得開度的50%。需要注意的是，當閥門沒有設定接近100%打開時，存在遠遠更多的聚醯胺聚合物的產量的控制。當閥門接近70%或80%開度時，對產量的控制顯著降低。例如，將閥門的開度從40%改變至50%對產量具有相對顯著的效果，而將閥門從80%開到90%對產量具有很小的效果。因此，理想的是保持閥門儘可能在約30%至70%開度的範圍內，並且更典型地在聚合物鑄造過程期間保持在35%至60%的範圍內。為了完成這個目標，可改變壓力和/或切割速度來保持閥門開度在理想的範圍內。儘管描述了這些，但這些並不是嚴格要求的。這只是提供了一種機制，以保持關於擠壓閥的開度的最大的靈活性。
[0083]返回至工藝參數的多種調節，可響應於其他工藝參數的變化進行所述多種工藝參數的調節，需要注意工藝參數的調節可依次或同時進行(或在重疊的時間內依次進行)。在一個實施方式中，可響應於第三工藝參數的變化來調節一個以上的工藝參數。為了提供實施例來說明為什麼這些工藝參數可從改變中獲益，需要注意一旦從高壓處理容器中開始擠出過程，通常其中含有的聚醯胺聚合物還沒有完全結束其聚合過程。因此，聚醯胺聚合物在擠出過程期間會繼續進一步稠化。已經發現，在這種條件下不能通過單獨增加壓力來簡單地保持產量以及更重要的顆粒均一性。同樣地，僅僅進一步打開擠出閥門34也不會總是充分地彌補稠化的聚合物。此外，即使通過一起控制這些參數中的兩個，如果不是基於產量的變化來調整切割速度，聚醯胺顆粒的均一性也會受到損害。
[0084]因此，本實用新型的裝置包括使用變化的壓力、變化的閥門開度以及變化的切割速度來控制產率，並因此控制顆粒均一性，以有效的手段來實現均一的顆粒。因此，在一個具體的實施例中，示例性的產量可在2至10噸每小時或5至9噸每小時的範圍內，或更特別地，6至8噸每小時。在擠出期間的示例性的壓力可在O至12巴、I至10巴，或5至10巴的範圍內。示例性的閥門開度水平可在30%至70%的範圍內，或45%至65%的範圍內。使用螺旋切割器或其他類似的旋轉切割器的示例性的切割速度在100至2000RPM的範圍內、400至1800RPM，或600至1500RPM的範圍內。通常，在鑄造期間，將這些工藝參數保持在這些範圍內，並且通過在這些範圍內調整所述參數，可實現聚醯胺顆粒的均一性。儘管陳述了上述這些，也可使用在這些範圍以外的工藝參數，只要可保持如本實用新型所述的顆粒均一性。
[0085]可至少部分地通過擠出閥門34開度來控制產量，可由切割器36控制切割速度，並且可由一個或多個壓力控制器26、28、30來控制壓力來控制產量。儘管可調節超過一個工藝參數來提供聚醯胺顆粒，在一個具體的實施方式中，壓力和/或切割速度可允許在線性開度為30%至70%、35至65%或40%至60%的範圍內操作擠出閥門。另外，為了提供理想的效率，在一個實施方式中，在大系統中，產量可至少為5噸/小時，或至少7噸/小時，且調節工藝參數可維持目標產量在10質量％以內的範圍內變化。
[0086]過程控制器60 —般通過計算機、其他計算設備或其他網絡設備來與切割器36和容器網絡連接。本實用新型的裝置可以是使用多種模塊的自動裝置。在一個實施方式中，響應於切割速度或擠出閥門34的開度的改變，壓力控制模塊70可調整壓力控制器26、28和/或30。一方面，響應於切割速度和擠出閥門的開度的改變，壓力控制模塊可調整壓力控制器。在另一個實施方式中，響應於壓力或擠出閥門的開度的改變，切割速度模塊80可調整切割器36的切割速度。一方面，響應於壓力和擠出閥門的開度的改變，切割速度模塊可調整切割速度。在另一個實施方式中，響應於切割速度或壓力的改變，擠出閥門模塊可調整擠出閥門。一方面，響應於切割速度和壓力的改變，擠出閥門模塊可調整擠出閥門。在另一個實施方式中，所述產量模塊100可基於鑄造水的流速和溫度來計算鑄造產量。同樣地，本實用新型的模塊可經過程控制器同時工作，在鑄造期間，以足以提供聚醯胺顆粒、尤其是一致且均一的聚醯胺顆粒的方式來調節工藝參數。
[0087]作為進一步的說明，為了更具體地強調其實施的獨立性，本說明書中描述的一些功能單元被稱為「模塊」。例如「模塊」可以是作為硬體電路來實施，所述硬體電路包括定製的超大規模集成電路(Very Large Scale Integrat1n, VLSI)電路或柵極陣列、例如邏輯晶片的現貨供應的半導體、電晶體或其他離散的元件。模塊還可以在可編程的硬體設備上來實施，所述可編程的硬體設備例如現場可編程柵極陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯器件等。模塊還可在用於通過多種類型的處理器來執行的軟體中實施。可執行代碼的識別的模塊例如可包括一個或多個計算機指令塊，其可被作為對象、程序或功能來組織。然而，識別的模塊的可執行代碼不需要物理上在一起，但可包括存儲在不同位置的不同指令，所述不同位置包括模塊，並且當邏輯連接在一起時，實現上述用於模塊的目的。
[0088]事實上，可執行代碼的模塊可以是單個指令或很多指令，且甚至可是分布於幾個不同代碼片段上，不同程序間以及跨越幾個內存設備。類似地，在模塊中可在此識別和說明所述操作數據，並且可以任何合適的形式來體現操作數據，以及用合適類型的數據結構來組織所述操作數據。可以單個數據集合來收集操作數據，或者可在不同的位置分布操作數據，所述不同的位置包括不同存儲設備。所述模塊可以是消極的或積極的，包括可操作以執行所需功能的介質。
[0089]實施例
[0090]實施例1-產量模型的協調
[0091]產量模型的協調使用下列變量來完成:
[0092]批次重量1=從該批次的所有添加的原材料計算的預測的批次重量
[0093]批次重量2=綜合產量,如下計算:
[0094]
從綜合τρ模型的批次重量=在時間=t處的來自模型的產量)




t = 0
[0095]產量模型的協調通過調整偏差來完成，所述偏差是由原材料批次重量和綜合產量批次重量之間的差並使用下列計算方法來計算得到:
[0096]
1-- TP 新=TP 舊 *0.8+(批次重量1-批次重量2)*0.2

鑄造時間
[0097]實施例2-時間比批次重量
[0098]圖4顯示了對於一種特定的高壓釜的的時間比來自綜合產量的批次重量的趨勢，所述特定的高壓釜用於特定聚合物種類的一系列批次生產。每個垂直的點線表示新一輪的聚合物種類的開始。特別地，對於該高壓釜-聚合物種類組合，每個新一輪常常以「過高」產量批次重量起始，其觸發了 DCS以更新TP偏差來修正誤差。在產量批次重量中的該誤差可由聚合物特性來導致。
[0099]儘管已經以對於結構特徵和/或操作特定的語言描述了本實用新型的主題，但是應理解的是，由所附的權利要求書限定的主題不一定限於上文所描述的特定的特徵和操作。而是上文描述的特定的特徵和動作被公開為實施權利要求的示例性形式。可進行多個改進和替代性的設置而不偏離所描述的技術的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種用於生產聚醯胺顆粒的鑄造裝置，包括: 容器，所述容器包括: 壓力控制器，以及 擠出閥門； 具有切割速度的切割器；以及 過程控制器，所述過程控制器包括: 壓力控制模塊，用於控制壓力控制器， 擠出閥門模塊，用於控制擠出閥門 切割速度模塊，用於控制切割速度；以及 產量模塊，用於確定鑄造產量， 其中，產量模塊(i)基於從兩個或多個位置流入的鑄造水的量、流入的鑄造水的溫度、流出的鑄造水的溫度來計算流入到鑄造裝置的鑄造水和流出所述裝置的鑄造水之間的熱傳遞，並且(ii)將熱傳遞與鑄造產量關聯。
2.根據權利要求1所述的鑄造裝置，其特徵在於，配置所述裝置以通過切割擠出的尼龍6，6的條狀物來製造批量的尼龍6，6的均一的顆粒。
3.根據權利要求1所述的鑄造裝置，其特徵在於，所述容器為非攪拌高壓釜。
4.根據權利要求1所述的鑄造裝置，其特徵在於，所述容器為攪拌高壓釜。
5.根據權利要求1所述的鑄造裝置，其特徵在於，所述過程控制器通過計算機來網絡連接於所述切割器和所述容器。
6.根據權利要求1所述的鑄造裝置，其特徵在於，所述壓力控制器包括一個或多個排出閥門、進口閥門或加熱組件。
【文檔編號】C08G69/28GK203973821SQ201420173506
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2013年5月1日
【發明者】利恩·曼斯特, 唐納德·J·福斯特 申請人:英威達科技公司