用於使熱塑性聚合物熱成粒的裝置的製作方法
2023-12-11 10:02:17 1
專利名稱：用於使熱塑性聚合物熱成粒的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使熱塑性聚合物熱成粒的裝置。
更具體地說，本發明涉及用於使可選為可膨脹的熱塑性聚合物例如乙烯基芳香類聚合物熱成粒的裝置。
更具體地說，本發明涉及一種使聚苯乙烯和可膨脹的聚苯乙烯熱成粒的裝置。
背景技術：
在文獻中所知的用於使熱塑性聚合物成粒的裝置大體上包括一模具，由熱穿孔主體構成；用於可膨脹聚合物的顆粒物切割和收集腔室，該腔室可以保持在壓力下；一切割系統，它基本上由旋轉驅動軸、支撐在驅動軸上的刀架盤和壓靠在模具的外側上的刀片的定位裝置構成；恆溫調節流體通常為水的輸送和分配系統，在切割腔室中用來冷卻和排出切割顆粒。
在熔融狀態中的熱塑性材料通過模具孔擠出，在它離開模具時通過旋轉刀片切割，並且通過恆溫調節液體來冷卻並且除去這樣獲得的顆粒物。
已知有各種衝切成粒裝置，但是在其實施方案中，它們沒有完全滿足技術要求。例如，已知有「幹切割」成粒裝置，該裝置利用刀片的作用使離開模具的聚合物流偏向並且由於離心作用將這樣形成的顆粒物除去，而冷卻階段一般通過流體環路(例如水或空氣)來實現。但是這些裝置不僅不能保證高流速，尤其在存在高粘度聚合物的情況中，而且還不適用於生產小尺寸顆粒物(微粒)，因為離心作用不足以從刀片中將微粒除去。
其它成粒裝置是那些被稱為「水下切割」裝置的裝置，該裝置保證了比幹切割裝置更大的流速，但是具有其它缺點水-聚合物熱交換較高，因此導致模具或切割水出現高溫；在切割腔室中的工作壓力不夠高的情況中或在轉數太高的情況中在切割刀片後面可能出現氣穴現象；由於由切割期間的缺陷引起的成粒過程的停止和重啟導致冗長的重啟程序，因此導致材料浪費。另外，在沒有在切割腔室中幹預的情況下不可能進行隨後的多次復原過程。
在英國專利1062307中所披露的另一種裝置是在水射流下進行的「義大利麵條式切割」，但是該裝置具有以下缺點由該spaghetto切出的顆粒具有強烈的取向，因此難以通過完全消除應力製備出令人滿意的產品；顆粒在大氣壓下被切出，並且只是受到部分冷卻(65-70℃)，因此它不適用於可膨脹聚合物，因為它容易形成不理想的微膨脹。這些顆粒的可加工性和結構不可接受；在可膨脹聚合物的情況中(這強烈影響了基底的粘度)，所採用的切割系統製備出不規則顆粒，因為擠出機的流速隨著工作條件、聚合物密度或膨脹劑(戊烷)的流速而變化。事實上不可能使用例如與刀片連接的對比元件來保證切割的規則性，這些元件能夠抵抗任何突然的動作，該動作容易使刀刃自身離開板；在模具中的進料通道不能保證聚合物的均勻溫度，從而造成擠出不穩定。與金屬接觸的聚合物的溫度實際上大於內部聚合物的溫度，因此具有更高的流動性。
還已知具有剛性刀片切割系統的成粒裝置，但是這些裝置不僅生產出來的產品質量差，而且還會對刀片和模具造成嚴重磨損，因為在這些部件之間的潤滑是通過簡單的水膜來進行的，因為不是非常有效。
發明內容
本發明的目的在於提供一種使可膨脹熱塑性聚合物熱成粒的裝置，該裝置克服了現有技術裝置的缺點並且因此能夠保證聚合物的高而恆定的流速，即該裝置能夠保持通向擠出孔的均勻熱流以便避免在熔融聚合物的輸送管道的邊緣和中心之間出現溫度差，這使得能夠生產出具有任意尺寸的規則顆粒物，可以很容易消除其內應力，刀片和/或模具的磨損較低，並且該裝置在中斷之後可以很容易重啟。
本申請人現在已經發現，可以通過用於使可選為可膨脹的熱塑性聚合物熱成粒的裝置來實現上面的目的，該裝置包括a)一模具，該模具包括一圓柱體，它在外表面上包含多塊設有多個擠出孔的小板；以及多個熔融聚合物輸送管道，這些輸送管道與所述穿孔小板相對應地設在圓柱體內部並且與這些穿孔小板連接，這些管道帶有由具有高導熱性的材料製成的襯裡；b)一切割腔室，它包括一組噴嘴，這些組噴嘴產生出霧化並且噴灑在模具上的恆溫調節流體的射流，用來冷卻和除去切割的顆粒物；c)切割系統，它包括一切割板，該切割板牢固地固定在旋轉軸上，支撐著如此布置的一組刀片，從而該刀片的切割輪廓相對於面對著所述切割系統的模具表面是徑向的。
根據本發明，該模具能夠保證處於熔融狀態中的聚合物的高流速並且能夠向管道的自由邊緣輸送均勻的熱流，從而避免使管道中心中的聚合物冷卻。因此保證了擠出機的均勻流速，並且因此保證了顆粒物的均勻尺寸。
為了獲得這個結果，對模具的主體進行恆溫調節，並且保持在接近或高於聚合物軟化點的溫度處。恆溫調節可以採用本領域所公知的任意手段例如通過電阻或使熱流體在位於模具主體中的適當通道中循環流動來實現。
聚合物的輸送管道例如可以相互平行地並且與模具軸線(基本上與切割系統的旋轉軸一致)平行地布置，並且設有其導熱率高於40W/mK、優選高於100W/mK的金屬襯裡。這些金屬的示例有銅、銀、金。
輸送管道通過穿孔小板將所要成粒的聚合物成形，這些穿孔小板具有許多孔，其數量根據所要獲得的流速變化。該數量可以大於或等於1，例如為4至10。這些孔的直逕取決於所要製造的顆粒物的類型和直徑，並且大於0.2mm，通常為0.2至5mm，優選為0.3至1.5mm，更優選為0.4至1mm。
根據本發明的可選實施方案，可以不用這些小板，並且與每條熔融聚合物輸送管道相對應地將擠出孔直接布置在模具上。
本發明的目的在於可以將任意熱塑性聚合物擠出穿過成粒裝置的模具。通常的示例有聚烯烴、縮合(共)聚合物例如聚碳酸酯合聚酯、工程聚合物源自乙烯基芳香類單體的聚合物，所有這些聚合物也都以可膨脹的形式。
術語「乙烯基芳香類單體」在本說明書和權利要求書中實際上指的是與下面通式相對應的產品 其中R為氫或甲基，n為零或1-5中的整數，並且Y為滷素例如氟或溴、或具有1至4個碳原子的烴基或烷氧基。
具有上面的通式的乙烯基芳香類單體的示例有苯乙烯；α-甲基苯乙烯；甲基苯乙烯；乙烯基苯乙烯；丁基苯乙烯；二甲基苯乙烯；單-、二-、三-、四-和五-氯苯乙烯；溴苯乙烯；甲氧基苯乙烯；醋酸基苯乙烯等。優選的乙烯基芳香類單體為苯乙烯和α-甲基苯乙烯。
具有通式(I)的乙烯基芳香類單體可以單獨使用或者以約50wt％的與其它可共聚單體混合使用。這些單體的示例有(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸的C1-C4烷基酯例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙基丙烯酸甲酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸的醯胺和腈例如丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、丁二烯、乙烯、二乙烯基苯、馬來酐等。優選的可共聚單體為丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯。
可以用本發明的裝置成粒的熱塑性聚合物的一般示例有聚苯乙烯(PS)、高抗衝聚苯乙烯(HIPS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯、相關PS/PE(或HIPS/PE)合金、SAN、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、由雙酚A製成的聚碳酸酯、相對合金、苯乙烯-丁二烯共聚物以及通常為熱塑性橡膠。
上面的聚合物可以如此擠出，或者可以按照1至10wt％的量加入選自C3-C6脂肪烴、氟利昂、二氧化碳、水、甲醇、異丙醇的膨脹劑或這些膨脹劑的組合物。
在切割腔室內部，擠出聚合物通過切割系統成粒並且通過霧化噴射在模具上的恆溫調節液體液滴射流冷卻，由此形成霧。該液體通常由水構成，其中可以任選添加防粘劑或者甘油、乙二醇、礦油、矽油等或它們的混合物，並且保持在10℃至該聚合物的軟化點的溫度處。
恆溫調節液體通過例如布置在相對於模具成正交和/或切向位置中或固定在刀片上的噴嘴噴射在模具上。這些噴嘴優選布置在刀架後面，從而由刀片突出的表面通過這些刀片自身的幾何形狀和/或刀架盤和/或噴射液滴的轉速來調節在模具上的液滴流量。
將恆溫調節液體與那些被排出並且送出以便隨後處理的切割顆粒一起收集在切割腔室的底部上，任選添加其它冷卻液體。
在使可膨脹熱塑性聚合物成粒的情況中，切割腔室處在壓力下以消除顆粒預膨脹的危險。工作壓力通常為0.11至10MPa。
切割系統基本上由其上設有兩個或多個刀片的板構成。刀片的數目和尺寸可以根據模具管道的數目和直徑或所要成粒的聚合物類型(即它是高粘度聚合物或低粘度聚合物)來改變。通常，刀片數量大於或等於1，優選為2-40。
這些刀片通常為階梯狀，因為這保證了均勻的磨損並且這些刀片可以彎曲而不會斷裂，從而非常便於多次啟動操作。另外，徑向布置的階梯狀刀片不僅能夠有效地切割聚合物，而且還能夠將霧化噴射在模具上的恆溫調節液體流偏向，從而使之斷續並且均勻。
這些刀片由於推壓在由如在歐洲專利申請266673中所述一樣的特定定位系統保持的模具上，所以以恆定的壓力操作。該定位系統能夠施加最優的壓力，該壓力足以保證顆粒的均勻切割，因此避免形成結塊，但是不會過大以便限制刀片和模具的磨損。
這確保了顆粒在尺寸和溫度方面的穩定性質(恆壓使得熔融聚合物與周圍環境的熱交換更加均勻和恆定)。事實上已知在模具中的聚合物壓力根據正在輸送的產品在分子量和添加劑(例如抗氧化劑、蠟、染料、惰性填充劑、膨脹劑等)的分散的不均勻性而變化。
用於使熱塑性聚合物熱成粒的裝置的啟動包括以下三個階段i)在沒有聚合物的情況中，用恆溫調節液體和水噴射模具以對它進行預冷；ii)由於噴射流的全部偏向，在沒有恆溫調節液體的情況加熱模具幾秒鐘以到達操作溫度；iii)通過同時輸送水和聚合物來啟動。
這三個階段可以重複幾次，而無需打開切割頭以將打開孔的百分比優化至100％的自由孔。該程序可以在成粒操作期間的任意時刻重複進行。
可以通過在形成液滴射流之前使用以連續或批量的方式加入在恆溫調節液體中的防粘添加劑來進一步方便根據本發明目的的成粒裝置的運行。這些添加劑便於小球從刀片上脫離，因為它們在金屬上形成一非常薄的層，從而防止了刀片逐漸結垢，因此確保了長時間進行理想的切割。
根據本發明的優選抗粘添加劑為在水中可溶解或可乳化的聚矽氧烷例如聚二甲基矽氧烷。在霧化之前加入到恆溫調節液體中的聚矽氧烷的量為1ppm，優選為1至1000ppm，甚至更優選為10至100ppm。
可以參照附圖來更好地了解根據本發明的目的用於使任選為可膨脹的熱塑性聚合物成粒的裝置，這些附圖給出了示例性而非限定性的實施方案，其中圖1為模具1的平剖面的示意圖，該模具基本上由圓柱形主體2構成，在該圓柱形主體內部設有用於輸送熔融聚合物5的管道3，這些管道帶有具有高導熱性的材料襯裡4。這些管道3通過穿孔小板6向外延伸。電阻7用來使模具的圓柱形主體保持在正確的溫度下；圖2為與相應的切割系統9相連的切割腔室8的平剖面的示意圖。該切割腔室基本上包括一容器10，該容器與模具1相配，配有一出口11，用來回收與恆溫調節液體混合的顆粒混合物12。該切割系統包括一刀架盤13，它面對著模具1，牢牢固定在旋轉軸14上。具有相對於模具1徑向布置的階梯形刀刃16的這些刀片15安裝在刀架盤上。設在容器10後面的噴嘴17位於刀架盤後面，這些噴嘴由在圖中未示出的高壓泵供料，使恆溫調節液體霧化，並且將它以液滴或微滴的形式噴射在模具上；圖3為刀架盤13的後部的示意圖，為了只是進行舉例說明，其上布置有八個其刀刃徑向設置的刀片15。
用於使任選為可膨脹的熱塑性聚合物熱成粒的裝置具有以下優點由於恆溫調節液體的液滴射流，所以可以優選對顆粒的冷卻；顆粒在尺寸方面穩定；由於壓力切割，所以顆粒在結構和可加工性方面穩定；容易啟動/重啟；在模具上的孔數量得到完全使用；刀片的磨損較低，因為其階梯形的結構和由切割系統的定位系統所施加的恆定壓力；並且運行壽命延長，並且更容易啟動，因為使用與恆溫調節液體一起噴射的抗粘添加劑。
權利要求
1.一種使可選為可膨脹的熱塑性聚合物熱成粒的裝置，該裝置包括a)一模具，該模具包括一圓柱體，它在外表面上包含多塊設有多個擠出孔的小板；以及多個熔融聚合物輸送管道，這些輸送管道與所述穿孔小板相對應地設在圓柱體內部並且與這些穿孔小板連接，這些管道帶有由具有高導熱性的材料製成的襯裡；b)一切割腔室，它包括一組噴嘴，這些組噴嘴產生出被霧化並且噴灑在模具上的恆溫調節流體的液滴射流，用來冷卻和除去切成的顆粒物；c)切割系統，它包括一切割板，該切割板牢固地固定在旋轉軸上，支撐著如此布置的一組刀片，即該刀片的切割輪廓相對於面對著所述切割系統的模具表面徑向布置。
2.如權利要求1所述的裝置，其中模具主體經恆溫調節並且保持在接近或高於聚合物軟化點的溫度處。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其中熔融聚合物輸送管道設有其導熱率高於W/mK的金屬襯裡。
4.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中輸送管道通過具有一個或多個孔的穿孔小板將所要成粒的聚合物拉拔成形。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述孔的直徑大於0.2mm。
6.如權利要求1所述的裝置，其中擠出孔與每條熔融聚合物輸送管道相對應地直接設在模具上。
7.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中熱塑性聚合物選自聚苯乙烯(PS)、耐衝性聚苯乙烯(HIPS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯、相關PS/PE(或HIPS/PE)合金、SAN、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、由雙酚A製成的聚碳酸酯、相對合金、苯乙烯-丁二烯共聚物以及通常為熱塑性橡膠。
8.如權利要求7所述的裝置，其中所述熱塑性聚合物如此擠出，或者按照1至10wt％的量加入選自C3-C6脂肪烴、氟利昂、二氧化碳、水、甲醇、異丙醇的膨脹劑或這些膨脹劑的組合物。
9.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中恆溫調節液體選自由一個或多個噴嘴以液滴或微滴的形式霧化並且噴射在模具上的其中任選添加有防粘劑的水，或者甘油、礦油、矽油等或它們的混合物，並且保持在10℃至該聚合物的軟化點的溫度處。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述恆溫調節液體保持在10℃至聚合物軟化點的溫度下。
11.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中所述噴嘴相對於模具成正交和/或切向布置，或者固定在刀片上。
12.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中所述噴嘴布置在刀架盤後面。
13.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中在使可膨脹熱塑性聚合物成粒的情況中，切割腔室在0.1至10MPa的壓力下工作。
14.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中刀片數量大於或等於1。
15.如前面權利要求中任一項所述的裝置，其中刀片為階梯形的，並且具有相對於模具為徑向的刀刃。
全文摘要
一種使可選為可膨脹的熱塑性聚合物熱成粒的裝置，該裝置包括a)一模具(1)，該模具包括一系列設有一系列擠出孔的小板(6)；以及多條輸送管道(3)，這些輸送管道與所述穿孔小板(6)相對應地設在模具主體(2)內部，這些管道帶有由具有高導熱性的材料製成的襯裡(4)；b)一切割腔室，它包括一組噴嘴(17)，這些組噴嘴產生出霧化並且噴灑在模具上的恆溫調節流體液滴射流，用來冷卻所切出的顆粒物；c)切割系統，它包括一切割板(13)，它支撐著如此布置的一組刀片(15)，從而該刀片的切割輪廓相對於模具是徑向的。
文檔編號B29B9/06GK1606491SQ02825440
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月5日 優先權日2001年12月20日
發明者亞歷山德羅·卡薩利尼 申請人:波利瑪利歐洲股份公司