蠟和似蠟材料造粒的裝置和方法
2023-05-19 17:16:56 1
專利名稱：蠟和似蠟材料造粒的裝置和方法
技術領域：
本發明通常涉及對蠟和似蠟材料造粒的裝置和方法。更特別地， 本發明涉及一種對蠟和似蠟材料造粒的裝置和方法，其通過擠壓蠟或 者似蠟材料穿過模板中的孔並且使用一類似於水下造粒機但無水的旋 轉切割機切割擠出的線材，以"熱表面"或"幹表面"特性造粒，並 且蠟和似蠟材料處於固態。
背景技術：
蠟製造有多種普通方法，將蠟放在某種條件或形狀下然後打包， 運輸和使用和/或在隨後的工序中供料，這些大部分可能發生在其他地
點。以下是普遍的形式
A) 磚和蛋糕此形式很可能是最古老以及最原始的製作法。基 本上，熔蠟被澆注入所需形狀的模具比如圓形，長方形等等內，然後 使之冷卻。此製作方法的缺點包括原料飛濺到操作員身上的危險，長 時間儲藏以及過多的製冷空間，在澆注期間汙染的危險以及通常此技 術是非常勞動密集的。後來當使用這些磚和蛋糕時，總質量很大因此 需要熔融罐和一定時間去重新融化蠟。將更多的磚加入部分裝滿液態 蠟的現有容器也會增加飛濺到操作員身上的危險。配料及輸送方法並 不十分複雜。
B) 小顆粒造粒工藝牽涉到帶有長長延伸的隔熱管的非常高的 塔(從而牽涉建築)，其基本上利用某些霧化噴嘴。噴蠟通常自由落在 具有一定距離的橫向冷氣流裡來冷卻蠟滴成固態。根據蠟以及如何調
整，此方法可產生細顆粒如粉末到小珠到接近2至3毫米大小的顆粒。在蠟是最低粘度類型時此方法往往運轉良好並具有最佳靈活性。但是， 隨著粘度增加使噴霧設計起作用就成了挑戰，因為蠟作為固體流或串 更適合於傾到。此外，因為這些塔非常高，需要相當大的空間(在高 度和體積上)和建設工作。此外，氣冷不是生產聚合物的最有效方式。 因此，製冷和氣體循環功能需要相當多的能量，另外這麼巨大的設施 和特別在是環境溫度十分高的地點需要巨大數量的建築保溫。
C) 條和片(slats & chips):將熔蠟作為連續的條泵送和/或擠出
在輸送機通常是鋼帶上，熱能被輸送機從蠟吸走直至蠟變為固態，從 而得到此形態。在輸送機的端部，蠟鏈或帶(當帶是平的)被送進切 割機，然後將帶切成了條和片。其缺點是缺乏效率。當條掉落在輸送 機上時，接觸表面迅速冷卻/固化。但是如此形成了隔離剩餘蠟的邊界 層。因此，當蠟位於輸送機上而沒有任何攪拌或者冷卻表面清除/更新 時製冷過程減緩。因此必須具有拋光處理(像一面鏡子)的鋼帶變得 十分長和寬從而具有任何可觀的產生速度。這些精確拋光的鋼帶十分 昂貴以及容易被破壞，同時需要很多的冷卻支持裝置。這些鋼帶佔地 面積大，同時倘若速率增加了 (或者粘性增加)，還需要越來越大的長 度，需要改變工廠布局內的通道或更糟。越來越高粘度的蠟趨於需要 現有的流水線明顯變慢，從而增加了暴露於冷卻的時間，從而導致產 量重大損失。此外，在潮溼季節或溼度很高的地方，太冷的鋼帶可能 遭遇冷凝聚集，從而使蠟變溼(並且一般沒有乾燥能力)。為補救，可 圍繞鋼帶包裹一個昂貴的蓋套。但這也必須受到氣候控制。沒有這樣 的蓋套，產品就暴露於灰塵、昆蟲和其它汙染物，它們嵌入仍然熔化 的蠟中。在帶或不帶蓋套的情形下，溫度的增高也會導致暴露於氧化 的增加。
D) 錠劑該方法還是使用鋼帶原理。同樣，很多缺點與前述用
於"條和片"的方法的缺點相同。 一個明顯的不同在於最終的蠟產品 形狀更像顆粒或雙凸體形狀，並且最終的產品趨於一致。相反地，當 處理更高粘度等級的更合適傾倒在輸送機而非滴落其上的蠟產品時， 使用蠟"滴"滴落在輸送機上的原理的該方法更為有限。因此，該方
法趨於局限於低端的粘度範圍。此外"錠劑"的尺寸非常有限；意味
著用輸送機方法來製造"微粒"尺寸是不那麼有效和實際的。
5E)顆粒和粉末某些造粒應用可產生"接近粉末"尺寸或使得
接近顆粒尺寸(類似2 —3mm)接著政磨成粉末。某些蠟具有極高的 粘性，還具有足夠的熔融強度和從液態到固態的足夠寬的溫度範圍從 而適合於被造粒，如通過水下造粒方法。對於這樣等級的蠟，它們可 以顆粒狀態(如大約3mm直徑)或磨成細沫被售賣。
但是，使用水下造粒機和離心乾燥設備對蠟進行造粒的努力獲得 了混亂的結果，並且在大多數情形下，水下造粒法得到非常不好的結 果。與可使用水下造粒技術進行造粒的多種樹脂、聚合物、塑料和彈 性體類型的材料相比，大多數蠟具有極低的液態一固態溫度點。水下 進行蠟造粒的基本問題在於這些蠟許多都在極窄的溫度範圍一一通常 約5 —20'C內從極低粘度(比在其它上述聚合物中觀察到的相比低的 多)變為固態。相反地，對於實施水下造粒的許多其它聚合物來說， 從液態變為固態的溫度幅度或範圍寬的多。為了這種應用，液態/固態 在極窄溫度範圍轉變的材料被稱為具有"尖熔點(sharp melt point)"。
具有這樣的尖熔點同時具有極低的熔融至固態的轉變溫度的材料 包括大多數蠟。當試圖使用水下造粒設備對蠟進行造粒時，這些特性 可導致嚴重的問題。導致的問題是當蠟經過模板(具有相對同心的圓 的擠出孔的金屬板)時，蠟將趨於在擠出孔內凝固。這是由於水下造 粒使用水流穿過模版表面作為用於離開模孔的擠出線材的冷卻介質， 並且一旦線材在離開孔處被造粒切割器的旋轉切割機切成顆粒可作為 傳輸裝置。
這種凝結或凝固的發生是因為流過模表面的水溫比擠出的蠟的液 態或熔點溫度低的多。因此，當蠟的線材經過模擠出孔時，該線材離 開時將大量剩餘的內熱留給了模擠出孔壁的周圍。並且由於它的尖熔 點，在離開孔前蠟很快轉變為固態從而在孔內形成阻隔。因此促使蠟 進入並穿過模孔的背壓增加並且穿過任何剩餘開放流孔的速度也增 加。其它孔繼續凝固和堵塞直至達到某種平衡速度和背壓，從而通常 保持任何剩餘的未堵塞孔開放。該情形對於造球方法來說很難預測， 並且產生不一致大小的顆粒。因此該方法很難穩定地繼續。
此外，由於熔融/液態蠟的極低粘度，很容易發生背壓增大導致的 上遊泵送設備內的打滑。從泵到模具的速率損耗還使得達到平衡態的
6問題複雜化並且因此還增加了方法的不穩定性。此外，泵送設備在用 於產生壓力和使蠟流動同時遭受打滑時，會給蠟增加更多能量，從而 使得本來就低的粘度更低，從而更難建立具有可預測造粒結果的穩定 運行系統。 ，
另一個與蠟造粒有關的問題在於大部分蠟的共性，與許多水下造 粒良好的聚合物/塑料不同，它們具有非常低的"熔融強度"。為了該 應用，術語"熔融強度"是對材料在切割刀片切割離開模孔的聚合物 或蠟線材的高速撞擊下粘著在一起的能力的定義。換句話說，當線材 在工業用水的影響下冷卻時，顆粒獲得了將其自身保持在一起從而形 成顆粒的強度。
對於許多蠟來說，熔融強度幾乎不存在，並且當液態或半液態蠟 離開模孔時，切割刀片試圖將線材切割為顆粒的撞擊實際上導致觸發 爆炸或顆粒破碎為許多碎片。這種效果產生的蠟的固體幾何形狀更像 是切碎的椰子或像碎末和/或兩者的組合。
即使切碎的椰子或碎末型微粒是可以接受的，仍然存在如何將這 樣的蠟微粒與水分離並乾燥的問題。通常支撐水下造粒機的標準離心 乾燥機不能被有效地使用。例如，對於可用水下造粒機得到適宜/正常
的顆粒幾何形狀如3mm直徑的圓柱體、雙凸體或球體的多種等級的 蠟，這些蠟顆粒進入離心乾燥機在更冷的工業水溫下易碎，從而顆粒 破碎產生碎末或粉塵廢棄物。相反地，如果水溫升高來減少破碎，更 高的水溫導致顆粒變軟並且當通過乾燥機時更容易從蠟顆粒的表面剝 離，從而仍然產生碎末和粉塵。
使用離心乾燥機的另一個問題在於乾燥機內的顆粒變形效應。只 要材料的變形溫度低於材料進入和穿過離心乾燥機的實際溫度，就會 產生這個問題。所觀察到最常見的問題就是材料嵌在或嵌入乾燥機轉 子篩網上，導致隨著時間推移篩網逐漸被材料堵塞。這種嵌入和/堵塞 減少或最終使乾燥機喪失了充分乾燥材料使其接下來被包裝、存儲或 加工的能力。，
發明內容
在實驗工作期間，觀察到蠟的另一個特性或特徵。特別地，在從完全液態轉變為完全固態時，固態蠟仍然是延展性很好。儘管它在液 體的意義上不會流動也不會容易粘在一起，但是它可容易地被"冷處 理"為另一種形狀並且通常保持這種形狀。此處使用的術語"冷處理" 指的是在塑料或聚合物材料上低於熔點下進行的任何形式的機械形變 加工。很明顯，固體溫度越高，可延展性或冷處理能力越高，相反固 體溫度越低可延展性越低。此外，還發現蠟作為固態蠟材料比常用的 液態或熔融材料容易擠壓穿過水下造粒機模板。實際上，被擠壓穿過 模孔的固態蠟材料形成至少不在自重條件下容易粘合在一起的適宜線 材。
考慮到前述問題，模板的上遊設備因而被改進從而從反應器或混 合容器或其它使用的用具中取出熱液體從而產生或熔解和/或攪拌蠟，
接著儘可能高效地將蠟冷卻為固態。隨後蠟處於固態但很容易塑造的 狀態，其可被加壓從而以相同的固態穿過模板。根據本發明，固態蠟 的可延展條件允許可延展材料在壓力下進行高塑性變形而不破碎。在 模板的造粒機一側，蠟己經為固態，不再需要水的驟冷作用。因此， 水下造粒機被轉換為"乾燥表面"造粒機。當固態的線材離開模板擠 出孔時，旋轉的切割機軸上的切割刀片切斷目前的線材，但不需要同 時用水冷卻/淬火。此外，固態的蠟具有充分的熔融強度從而當切割刀 片撞擊它時不破碎。用於本發明的典型的水下造粒機設備參見美國專
利US5059103和7033152，都是本發明的申請人所有，其專利的公開 內容全部引用作為參考。
由於不再使用水下方法，在被旋轉切割機切割後，顆粒簡單地在 重力作用下穿過切割室的底部開口落下。當離開切割室時，蠟顆粒優 選落在傳送裝置如輸送機或氣動類型上，從而將顆粒從造粒裝置運至 顆粒篩網、冷卻器和/或包裝裝置。
此外，因為不需要水來冷卻，那麼不再需要水循環/過濾和水溫控 制系統。此外不再需要脫水和乾燥設備，從而實現多個顯著的優點。 例如，這些優點包括
造粒系統的主要設備成本更低；
造粒系統的能耗更低；
造粒系統所需的佔地面積更小； 因為不再牽涉水，工業用水排放導致的有關汙染和環境問題不
再是考慮因素；
此外，因為不再涉及水，脫水和得到所需的顆粒表面溼度水平 有關的問題不再是考慮因素；並且
該造粒系統的工廠安裝沒那麼複雜。 造粒機和模板設備自身實現了更多優點，如
模孔的數量和/或大小可增加並且"每孔的速率"降低，因此背 壓可被更好地控制或進一步減小。在水下方法中，通常很重要的是保 持每孔的高速率或速度從而最小化凝固的危險。根據本發明的方法則 不需要再考慮這個因素。
可使用更小的造粒電動機並且/或造粒電動機將消耗更少的能 源。水下造粒電動機的安培負載的大部分只是用來旋轉水中的切割刀 片。相反在空氣中適當旋轉切割刀片需要最小量的能量。
具有2 — 3mm直徑的適宜標準大小的蠟顆粒可被容易地生產。 甚至如約lmm直徑的微小顆粒可更可靠和可預見地生產。
圖1為實現本發明的蠟造粒方法的裝置的一個實施例的示意圖。
圖2為用於實現本發明的蠟造粒方法的裝置的示意圖。
圖3為用於實施本發明的蠟造粒裝置和方法的測試的裝置的示意圖。
圖4A—4H為使用圖3的裝置測試本發明的裝置和方法期間生產 的產品的照片。
具體實施例方式
儘管詳述了本發明的優選實施例，要了解其它實施例是可能的。 因此，本發明的範圍不局限於下面描述或附圖示出的構造的細節及部 件的設置。本發明能夠具有其它實施例並且以不同方式實踐或實施。 此外，在描述優選實施例時，為清楚目的採用特定的術語。要了解， 每個特定術語包括所有以類似方式實現類似目的的技術等價物。只要 可能，附圖中類似的部件用相同的附圖標記表示。來看圖1，示出了實現本發明的蠟造粒方法的裝置部件。在下文 中將討論根據本發明使用的裝置的每個部件，圖1中相同的附圖標記 對應相同的部件。
用於形成熱熔狀態的蠟的上遊裝置如反應器、混合容器或某種熔
融/攪拌類型機器用附圖標記1表示。在反應器1的排出端2，蠟具有 其最高的熔點和最低的粘性，並且完全為液態。低粘度泵3產生足夠 壓力和流量從而使蠟穿過任何必須的過濾元件4、第一級冷卻器5並 且接著進入第二級冷卻器8的起點，或被換向閥7轉向另一個蠟處理 步驟或返回容器或上遊設備。
第一冷卻階段基本為熱交換器，許多類型都適用，包括板和框架 型，線圈型，刮壁(scrape-wall)型，帶有或不帶有靜態混合器的U 型管類型，以及帶有或不帶有靜態混合器的殼管式類型。優選帶有靜 態混合器的殼管式類型實現最有效的冷卻效果。熱交換器可被適當設 計和專用的熱油或熱水系統所支撐。記住蠟是在最高溫或接近最高溫 進入熱交換器的，如果設計得當，熱交換器將大多數內部熱能去除達 到恰好高於蠟將從液態轉變為固態的已知溫度。優選地，第一階段冷 卻器內的熱交換器應當將蠟的溫度減小至高於蠟液態至固態轉變溫度 的約5'C或更低，從而蠟保持在足以無阻地流入和穿過下一個下遊設 備的液態。意圖使第一階段冷卻器的熱交換器成為最有效的冷卻器， 從而第二階段冷卻器只要做較少量的冷卻工作。
可選的流量計6優選緊隨在第一階段冷卻器之後，這樣可在上遊 的泵3處進行流速調節來改變或最優化下遊如造粒機10處或第二階段 冷卻器8內的條件。換向閥7可具有一個或多個出口。它的主要出口 是通往第二階段冷卻器8的內室。 一個或多個其它出口可通往排出容 器和/或作為分配器連接至其它步驟和/或至再循環環形線路回到上遊 步驟原點。換向閥7與下遊步驟設備同步，從而當準備開始並運行或 當準備關閉並停止流動時它能夠將液態蠟送入，並且/或者在必須突然 中止至下遊設備/步驟的流動的情形下作為緊急換向器。
第二階段冷卻器8最好以5個部分說明。首先，入口室8a應當具 有加熱外殼從而精確地控制液態蠟的溫度，防止蠟在此接口固化，也 不要添加任何熱量從而之後不用再將其去除。入口室允許操作員肉眼
10檢查，防止可能導致老化或汙染問題的任何有害灰塵、雜質和周圍空 氣進入。它還包括帶有預警功能的級別控制，從而提醒操作員任何潛
在問題，以及/或自動地致動上遊換向閥7禾卩/或關閉泵3，直至可完成 維修或其它調節。
接下來是冷卻部分8b。當蠟進入和穿過該部分時，它暴露於徹底 低於其液態至固態轉變溫度的冷卻溫度從而徹底進入固態溫度。該冷 卻設備可被調節從而可生產許多不同等級的蠟。該冷卻部分內的元件 的大小和布局可對應每種蠟而變化以便有暴露於冷卻表面的最佳暴露 量，冷卻了的層被移走並且暖層蠟點綴其中成為相對均一的混合物， 接著返回冷卻表面以減少更多的熱量。該過程沿冷卻設備的長度被一 遍遍重複，始終擦去"舊的"冷卻蠟來為進入的熱/暖的"新"蠟騰地 方。這些功能可以被實現，同時在材料內投入絕對最小的工作能量從 而不反過來加熱蠟。
當機器的焦點從冷卻移開並且蠟目前徹底進入固態但"可延展性" 很強，部分8c中的設備必須具有最優的設計來推動/加壓或泵送固態 蠟進入和穿過下遊的設備，包括最小的造粒機模。同時，應當注意防 止任何輸入的能量轉換為可能再熔化蠟的熱量。此外，在該方法的這 部分期間還優選具有自清潔的特性。
優選在該第二階段冷卻中，經受猛烈的混合和再混合從而保持不 同溫度下不同層的蠟交錯成為最終均勻、固態、但可延展的產品，在 8d處添加或"混入"某些希望的添加劑。這些添加劑多種多樣，包括 不同礦物質、抗氧化劑、染料等、其它等級的蠟、母料或不同形態的 濃縮物如粉末或甚至預加熱或不加熱的液體。這些添加劑可通過液態 計量泵、螺杆給料器等被引入該步驟，並且進入入口室或甚至在其之 前，或通過在壓力下或不在壓力下噴射進入冷卻器的側面和/或頂部， 沿部分8b和8c的任何位置。最終，第二階段冷卻器必須被適當大小 和可靠的冷卻系統8e所支撐。
關於第二階段冷卻器8，它必須具有加熱和冷卻受壓的蠟的能力。 如果機器需要停止任意長的時間，並且蠟失去大多數或全部熱量或使 得蠟穿過設備的所有必需的可延展性，接著蠟必須被再加熱為液態或 至少為可延展的狀態，從而使步驟再次前進。優選地，該能力被嵌入每個設備部件或步驟的每個階段從而具有至少在開端或必需時加熱設 備部件的能力。
此外對於第二階段冷卻器8，其應當被設計為全部長度和直徑足 以完成目標蠟或就被加工的蠟的冷卻並且速度足以符合整個步驟的生 產目標。目前認為適合於第二階段冷卻器8的設備是如單螺杆類型的 擠出機。優選帶有兩個或更多螺杆的擠出機，最優選帶有共旋轉和互 相配合的雙螺杆或兩個螺杆的擠出機。
聚合物換向閥9是用於水下造粒機前面的普通部件。它是有用的， 儘管非必需，在本發明中有助於擠出機的啟動，帶有最小的頭壓(head pressure),並且一旦運行就使得操作員在蠟進入造粒機前檢查蠟固體 和溫度條件。接著一旦檢査認為上遊步驟是穩定的、可預測的並且蠟 顯示具有最優的溫度和可延展性，聚合物換向閥(PDV)接著被改變 從而將蠟流送入模板並且造粒機運行。如果在造粒機、模板或甚至模 板後的處理設備存在任何問題或麻煩，那麼PDV通常是第一個被致動 從而使蠟流換向的部件。操作員接著進行任何快速的必需調節而不關 閉該處理的上遊部件。或者，操作員可能選擇關閉大多數或所有的上 遊處理部件直至任何必須的調節、維修等完成。
造粒機和模板IO之前已經描述過了。現在蠟以固態被擠出；使用 無水的乾燥表面造粒機。但是，本領域技術人員將了解，不是所有的 蠟在水下造粒都會產生問題。此外，添加劑的類型和數量達到如此顯 著程度/水平以使蠟化合物達到以半固態或半液態甚至液態被更好地 造粒的更高粘度，那麼期間可優選水下類型的造粒機。因此，根據本 發明可以想到，造粒機10可容易地從乾燥表面造粒機轉換為水下造粒 機或相反。
對蠟造粒後，顆粒通常可落入輸送機11上從而被運走。圍繞輸送 機可放置冷卻風扇以助於任何殘餘的內部熱量排走從而使顆粒在進一 步加工和包裝前更接近周圍溫度。作為冷卻風扇的替換，可使用冷卻 輸送機。輸送機(也可使用其它許多機械類型)的另一個可選方案是 也可使用寒冷/冷卻空氣或任何氣體或在周圍溫度下的氣流輸送機。可 選地，還證明水流輸送裝置也很好，這取決於環境。如果蠟和/或蠟化 合物顆粒需要達到更低的最終溫度和/或迅速達到，水流輸送當然是更快的冷卻方法。但是如果使用水，那麼如上所述需要隨後立即進行脫 水和乾燥步驟。
在輸送機11之後，蠟顆粒經過分類步驟12，其中特定大小的顆 粒被分為可接受和不可接受的。"不可接受"可能指的是直徑太小的顆 粒或粉末的"過小"，以及顆粒太大或甚至成團或結塊的"過大"，它 們都要在繼續被存儲、包裝或接下來的步驟或加工之前被去除從而確 保尺寸合格的顆粒質量。除了分類外，可在此階段可選地用空氣或其 它氣體冷卻從而確保得到適宜的最後顆粒。
現在看圖2，示出根據本發明的可被供給蠟處理器的設備的示意 圖。圖2所示的很多設備部件類似於前述的與圖1有關的部件，並且 不再重複進一步的詳述。通常，蠟反應器、混合容器或某些其它類型 的用於形成熱熔蠟的熔融/攪拌機械由蠟製造商或加工者提供，因此圖 2未示出。此外，圖2所示的設備由將反應器、混合容器等(未示出) 連接至熔融泵1的適配器20啟動。
熔融泵1通過適配器2連接於熔融冷卻器3。熔融冷卻器3對應 於圖1的第一階段冷卻器3，並且優選為靜態混合器類型的熱交換器 以提供最高的冷卻效率。這樣的熱交換器通常被熱油或熱水系統所支 撐，其在圖2示出但沒有用數字單獨標出。
緊隨熔融冷卻器3之後的是適配器4，其將熔融冷卻器3與流量 計5連接。其後是換向閥6和將換向閥連接於擠出機10的給料鬥8 的適配器7。換向閥6也包括換向閥溜槽9，最終蠟從擠出機的給料鬥 8轉向至排出口或再循環回到處理和設備的上一個階段。
擠出機IO包括製冷器(chiller) 11來冷卻並徹底混合蠟使其達到 理想的顆粒溫度，從而在擠出機的排出端蠟變為可延展的均勻固體。 適配器13將擠出機的排出端連接於聚合物換向閥14，後者接著連接 於造粒機16。旋轉切割機(沒有單獨標出)在切割室16a內切割離開 模板孔(也為單獨標出)被擠出的固態蠟線材。被切割的蠟顆粒從切 割室16a落入輸送機17上並且接著進入分類機18。可選地，吹風機 和管道12可連接於切割室16a以助於冷卻和顆粒離開該室進入輸送 機。圖2示出的整個設備和步驟被帶有遠程控制工作站15的控制系統 所操縱。
13要注意，在圖2中所有用星號標出的部件具有加熱能力，油加熱 (一個星號(*))或電加熱(兩個星號(*))。提供該加熱能力的原因 已經結合圖1的設備和方法被解釋。
現在看圖3，示出了用於實施本發明的裝置和方法的測試的裝置。
這些測試使用具有如下特性的聚乙烯蠟進行
軟化點一 110-120°C
密度—0.70-0.80克/釐米3@液體供給溫度
— 0.92-0.95克/釐米3@45°。(固態) 粘度一 5-200釐泊centipoise @149°C
聚乙烯蠟在超過120。C的桶形加熱器22內加熱至上述密度。 一旦 處於理想的液態，液態蠟被液體泵26供給至加熱器管24並進入擠出 機28的入口端。擠出機28是雙螺杆類型。在擠出機內時，聚乙烯蠟 的溫度從擠出機入口處的超過120'C被減小至擠出機出口處的約50 °C。利用被製冷器30所支撐的擠出機的桶中的冷卻孔進行冷卻。當在 5(TC處離開擠出機時，聚乙烯蠟為固體的可延展狀態。 一旦離開擠出 機，固態聚乙烯蠟穿過顆粒換向閥(PDV) 32並且接著進入乾燥表面 造粒機34，離開模板孔的固態蠟線材在此被旋轉切割機切割。被切割 的顆粒被吹風機36製造的氣流送出造粒機34的切割室並且送入旋風 分離器38接著進入容器。
還可以想到，作為本發明一部分，此處公開的乾燥表面造粒機的 切割室可使用惰性氣體排空和/或傳送顆粒。根據本發明處理的某些蠟 或似蠟材料在暴露於周圍空氣下可起不良反應和/或氧化(降解)。為 最小化這樣的周圍空氣反應和/或維持被造粒材料的所需特性，可以想 到惰性氣體而非空氣被用來排空切割室和傳送形成的顆粒。惰性氣體 也可用於進一步幫助冷卻造粒材料，並且緊隨造粒步驟後的設備應當 被適當地設計從而處理和維持惰性氣體的存在和使用直至顆粒被適當 地包裝用於儲存和/或用於進一步進行加工。
使用上述設備和處理測試運行的聚乙烯蠟顆粒如圖4A — 4H所 示。如圖所示，本發明的裝置和方法在生產直徑約3mm的大小一致的 聚乙烯蠟顆粒方面是成功的。
可根據本發明加工的單獨或配方形成的蠟包括酸蠟(acid waxes)、
14蜂蠟、小燭樹蠟、棕櫚蠟、地蠟、中國蠟、共聚蠟、酯蠟、包括氧化
形態的Fischer—Tropsch、高密度低分子量聚乙烯或HDLMWPE、羥 基硬脂醯胺蠟、日本蠟、lardeceine、褐煤蠟、直鏈和支鏈蠟、非極性 和極性聚乙烯、聚丙烯以及聚烯烴蠟、氧化蠟、石蠟、固體石臘或石 油蠟、聚乙烯蠟、聚烯烴蠟、米糠蠟、皂化和部分皂化的蠟、代氨基 蠟、甘蔗蠟、磺化蠟、表面改性蠟和包括來自月桂果、菜籽油、椰子、 玉米、棉籽、海甘藍、亞麻籽、棕櫚、棕櫚仁、花生、葡萄或大豆等 的植物蠟。
根據本發明可被造粒的其它材料包括但不局限於脂肪酸和酯，粘 合劑和防粘劑，松香和有機樹脂，粘性和流變調節劑，固體表面活性 劑，包括聚乙烯氧化物和聚丙烯氧化物的水溶性聚合物，牛脂，羊毛 脂和動物脂。
其它本發明可使用的材料包括但不局限於高熔體流動指數材料和 低分子量材料，似蠟有機聚合物，低聚物，環狀聚合物和低聚物以及 有機化合物。
相信本發明的裝置和方法可生產高質量的適於包裝和磨成細沫 使用的顆粒和微粒。本發明能夠最快、最安全和有效地將蠟從最熱的 熔融狀態變為足夠冷卻進行運輸和/或包裝的狀態同時佔用最小的空 間。此外，提供了處理最寬範圍的蠟等級、重量、熔融強度、熱特性 等的靈活度，從而產生極寬尺寸範圍的顆粒並且覆蓋極大範圍的生產 率。此外，本發明靈活到足以使得大範圍的添加劑被攪拌入被造粒的 蠟並且還使得在產品之間轉換時設備的排空相對簡單。
本發明不意圖局限於此處描述的特定步驟。上述僅是對本發明的 原理的一般描述。此外，本領域技術人員很容易做出不同改進和改變， 本發明的範圍不局限於所示和所述的確切結構和操作，因此任何適宜 的改進和等價物都落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1、一種用於對具有尖熔點的材料造粒的方法，包括(a)將具有尖熔點的材料變成熱熔狀態；(b)冷卻熱熔狀態的材料至低於其熔點的溫度，從而使得材料處於可擠出的固體狀態；(c)將固體狀態的材料擠壓穿過模板的模孔形成線材；並且(d)在無液體狀態下用旋轉切割機在切割室內切割擠出的線材從而將所述材料變成顆粒。
2、 如權利要求1所述的方法，其中所述顆粒藉助重力從所述切 割室的下部開口落出。
3、 如權利要求2所述的方法，其中離開所述切割室的所述顆粒 被輸送機運至顆粒篩網、冷卻器和/或包裝裝置。
4、 如權利要求1所述的方法，其中所述切割室和所述旋轉切割 機是作為乾燥表面造粒機在無水或其它冷卻液體狀態下運行的水下造 粒機的一部分。
5、 如權利要求1所述的方法，其中所述熱熔狀態的材料為蠟或 似蠟聚合物或其它似蠟材料。
6、 如權利要求1所述的方法，其中步驟(b)以兩個階段進行； 在第一階段，材料的溫度被降至恰好高於材料從液態變為固體的溫度 使得材料保持在足以具有良好無阻流動的液態，在第二階段，冷卻了 的液態材料的溫度被進一步降低使得材料為完全混合的可擠出固體。
7、 如權利要求6所述的方法，其中第一階段中材料的溫度被降 至高於所述材料液態至固態轉變溫度的約5'C或更低。
8、 如權利要求4所述的方法，其中利用被引入所述切割室一側 的惰性氣體將所述顆粒從所述切割室移走，惰性氣體將顆粒從所述切 割室的另一側運出。
9、 如權利要求6所述的方法，其中所述第一和第二階段也可升 高其中材料的溫度。
10、 如權利要求6所述的方法，其中所述第二階段在螺杆型擠出 機中進行，優選在帶有兩個或多個螺杆的擠出機中進行，最優選在共旋轉和相互嚙合的雙螺杆或兩螺杆的擠出機中進行。
11、如權利要求4所述的方法，其中所述乾燥表面造粒機可轉換 為有水的水下造粒機並且再轉換回無液體的乾燥表面造粒機。
12、 用於由具有尖烙點的熔融材料形成顆粒的裝置，包括-(a) 傳熱裝置，用於將熔融材料冷卻至恰好高於其熔點溫度的 溫度使得材料保持在足以具有無阻流動的液態；(b) 擠出機，用於進一步將材料溫度降低至低於其熔點溫度並 且將材料混合成完全混合的可擠出固態；(c) 帶有模孔和模表面的模板；以及(d) 切割室和旋轉切割機，旋轉切割機與所述模表面協同作用 從而在無液體條件下將擠壓穿過所述模孔的所述完全混合 的可擠出固體切割為顆粒。
13、 如權利要求12所述的裝置，其中所述熔融材料為蠟或似蠟 聚合物或其它似蠟材料。
14、 如權利要求12所述的裝置，其中所述模板和所述旋轉切割 機是乾燥表面造粒機的一部分。
15、 如權利要求12所述的裝置，其中所述切割室具有底部開口， 所述顆粒藉助重力穿過所述底部開口落出。
16、 如權利要求15所述的裝置，還包括將從所述切割室離開的 顆粒運走的輸送機。
17、 如權利要求12所述的裝置，其中所述傳熱裝置為熱交換器， 包括板和框架型，線圈型，刮壁型，帶有或不帶有靜態混合器的U型 管類型，以及帶有或不帶有靜態混合器的殼管式類型，優選所述殼管 式類型帶有靜態混合器。
18、 如權利要求14所述的裝置，其中所述乾燥表面造粒機包括 入口和出口，並且可轉換為有液體的水下造粒機。
19、 如權利要求18所述的裝置，還包括引入所述入口的惰性氣 體，用於從所述切割室排空和移走顆粒並且通過所述出口將顆粒運出。
20、 如權利要求12所述的裝置，其中所述傳熱裝置和所述擠出 機包括加熱元件以提高其中材料的溫度。
全文摘要
用於蠟、似蠟材料和其它具有尖熔點的材料造粒的裝置和方法，包括用於將蠟形成熔融材料的容器。接著熱交換器冷卻該熔融的蠟至恰好高於其熔點溫度的溫度。冷卻的液態蠟被供給至擠出機，擠出機進一步降低溫度並將液態蠟混合成完全混合的可擠出固體蠟。該固體蠟接著穿過模板的模孔被擠出，進入切割室，並且與模板的模表面協同作用的旋轉切割機將擠出的蠟線材切割為顆粒。該模板、切割室和旋轉切割機可具有與水下造粒機相同的結構，但作為乾燥表面造粒機在無水或液態的條件下運行。這樣形成的蠟顆粒藉助重力從切割室穿過其底部開口落出。
文檔編號B29B9/00GK101448614SQ200780012741
公開日2009年6月3日 申請日期2007年3月8日 優先權日2006年3月9日
發明者B·特西芒, J·W·馬丁 申請人:加拉工業公司