專利名稱：用于制造聚合物顆粒的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造聚合物顆粒的方法。本發(fā)明還涉及一種用于制造聚合物 顆粒的裝置。
背景技術(shù)：
長期以來便采用有膨脹能力的或已膨脹的聚合物顆粒來制造泡沫材料成型件。其 中有膨脹能力的聚合物顆粒大多由聚苯乙烯制成，而已膨脹的聚合物顆粒大多由聚丙烯制 成。聚合物顆粒的膨脹能力或膨脹通過發(fā)泡劑/促進(jìn)劑來實(shí)現(xiàn)。用已知的聚合方法制造有膨脹能力的聚合物顆粒，其中在聚合反應(yīng)時(shí)便已添加發(fā) 泡劑和添加劑。這種方法的缺點(diǎn)是，在可用的發(fā)泡劑和添加劑方面靈活性較小，特別是所用 的添加劑不利地影響聚合反應(yīng)。此外，這樣制造的聚合物顆粒的尺寸分布較寬，因此必須在 制造后復(fù)雜地將這些(尺寸不同的)顆粒分開。由EP 1 517 947 Bl已知一種用于制造有膨脹能力的聚苯乙烯的方法。在這種方 法中，借助于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的混合器將發(fā)泡劑混入聚苯乙烯熔體中。然后，使含發(fā)泡劑的聚苯 乙烯熔體冷卻并形成顆粒。在這種方法中優(yōu)選采用靜態(tài)混合器，原因是應(yīng)使對(duì)聚苯乙烯熔 體的機(jī)械和熱能輸入保持得盡可能小。其缺點(diǎn)是，在這種方法中在可用的發(fā)泡劑和添加劑 方面的靈活性也較小。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供用于制造聚合物顆粒的方法和裝置，從而實(shí)現(xiàn)在高的 聚合物產(chǎn)量下簡單、靈活地將添加劑和發(fā)泡劑混入聚合物中。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來實(shí)現(xiàn)。通過在添加至少 一種添加劑之前對(duì)聚合物熔體進(jìn)行第一冷卻，可以合適地將所述至少一種添加劑混入聚合 物熔體內(nèi)。特別是實(shí)現(xiàn)了在添加至少一種發(fā)泡劑之前柔和地混入至少一種添加劑。因此， 也可以將溫度敏感的添加劑、例如阻燃劑或晶胞改性劑(Zellmodifikatoren)混入聚合物 熔體內(nèi)。在第一冷卻后，聚合物熔體具有低于240°C、特別是低于220°C、特別是低于200°C 的溫度。通過靜態(tài)熔體冷卻器實(shí)現(xiàn)聚合物熔體的均勻冷卻和統(tǒng)一的溫度分布。通過僅借助 于一螺旋式機(jī)器/螺桿機(jī)(Schneckenmaschine)、亦即一動(dòng)態(tài)混合器來進(jìn)行至少一種添加 劑和至少一種發(fā)泡劑的混入，使至少一種添加劑和至少一種發(fā)泡劑被非常均勻地混入聚合 物熔體中。因?yàn)樗鲋辽僖环N添加劑和至少一種發(fā)泡劑被添加到螺旋式機(jī)器中，所以能夠 以比已知的聚合方法更簡單、迅速的方式改變添加劑和發(fā)泡劑的添加。通過在混入所述至少一種添加劑和至少一種發(fā)泡劑之前使聚合物熔體冷卻，使得 在通過螺旋式機(jī)器進(jìn)行混入時(shí)由引入剪切能量造成的升溫不會(huì)不利地作用。通過對(duì)含添加 劑和發(fā)泡劑的聚合物熔體的第二冷卻來平衡在混入至少一種添加劑和至少一種發(fā)泡劑時(shí) 的升溫。此外，通過第二冷卻來平衡由添加至少一種發(fā)泡劑造成的聚合物熔體的粘度下降， 其中聚合物熔體被冷卻到造粒所需要的溫度。在第二冷卻后，聚合物熔體具有低于220°C、特別是低于200°C、尤其是低于170°C的溫度。靜態(tài)熔體冷卻器再次實(shí)現(xiàn)了聚合物熔體的均 勻冷卻和統(tǒng)一的溫度分布?？梢圆捎美缇郾揭蚁⒕垡蚁?、聚丙烯以及這些聚合物的混合物作為所述聚合
物。此外，也可以采用基于可重復(fù)利用的原料、例如聚交酯以及可降解(abbaufShig )
的聚合物、例如乙酸纖維素的聚合物。作為添加劑可以向聚合物熔體中混入例如阻燃劑、 晶胞改性劑、石墨或顏料。作為發(fā)泡劑可以向聚合物熔體中混入碳?xì)浠衔锢缯焱?(n-Pentan)或異戊烷(iso-Pentan)、乙醇、二氧化碳、氮或這些復(fù)合物的混合物。根據(jù)聚合 物和至少一種發(fā)泡劑的選擇，依照造顆方法既可以制造出有膨脹能力的聚合物顆粒，也可 以制造出已膨脹的聚合物顆粒。為制造出有膨脹能力的聚合物顆粒優(yōu)選采用水下造粒工 藝，而為制造出已膨脹的聚合物顆粒優(yōu)選采用水環(huán)造粒工藝。通過根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)方法 可以以高聚合物產(chǎn)量制造出有膨脹能力的或已經(jīng)膨脹的聚合物顆粒。通過根據(jù)權(quán)利要求2進(jìn)行冷卻，可以使聚合物熔體的溫度在混入至少 一種添加劑 和/或混入至少一種發(fā)泡劑期間保持不變。這對(duì)聚合物顆粒的質(zhì)量起有利作用。通過根據(jù)權(quán)利要求3產(chǎn)生一阻滯區(qū)/蓄積區(qū)(Stauzone)，防止了至少一種發(fā)泡劑 朝向用于混入至少一種添加劑的混合區(qū)的方向選出。通過根據(jù)權(quán)利要求4的壓力，避免了至少一種發(fā)泡劑由于壓降而從聚合物熔體中 析出。為了避免析出，在混入至少一種發(fā)泡劑期間可使壓力保持不變或提高。通過根據(jù)權(quán)利要求5提高壓力，一方面產(chǎn)生后續(xù)方法步驟所需的壓力，另一方面 在最大程度上解除了螺旋式機(jī)器的提高壓力的功能，由此避免在螺旋式機(jī)器內(nèi)聚合物熔體 的升溫。通過根據(jù)權(quán)利要求6制備聚合物熔體可實(shí)現(xiàn)本方法的高經(jīng)濟(jì)性，其原因是，可以 直接從聚合物反應(yīng)器取出聚合物熔體，而不需要附加能量來產(chǎn)生聚合物熔體。所述目的還通過具有權(quán)利要求7的特征的裝置來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn) 與根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。根據(jù)權(quán)利要求11的螺旋式機(jī)器的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了，在高聚合物產(chǎn)量下特別均勻、 合適地混入至少一種添加劑和至少一種發(fā)泡劑。根據(jù)權(quán)利要求12的熔體泵使螺旋式機(jī)器不必具有為后續(xù)方法步驟提高壓力的功 能，從而避免了聚合物熔體在螺旋式機(jī)器中升溫。在螺旋式機(jī)器與靜態(tài)第二熔體冷卻器之 間設(shè)置第一熔體泵，使熔體泵能將聚合物熔體壓過靜態(tài)熔體冷卻器和造粒裝置。附加地，可 以在靜態(tài)第二熔體冷卻器與造粒裝置之間設(shè)置第二熔體泵，所述熔體泵優(yōu)選做成高壓齒輪泵。根據(jù)權(quán)利要求13的熔體泵實(shí)現(xiàn)了，在離開聚合反應(yīng)器后提高聚合物熔體的壓力， 從而將聚合物熔體壓過靜態(tài)第一熔體冷卻器。該熔體泵優(yōu)選做成高壓齒輪泵。


本發(fā)明的其它特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)由對(duì)一個(gè)實(shí)施例的下述說明得到。附圖中圖1以示意圖示出一用于制造聚合物顆粒的裝置。圖2示出一螺旋式機(jī)器沿圖1中的剖面線II-II的剖視圖。
具體實(shí)施例方式用于制造聚合物顆粒的裝置1具有一帶反應(yīng)容器4的聚合反應(yīng)器3用于制備聚合 物熔體2。聚合反應(yīng)器3以常見的方式構(gòu)造并且是公知的。沿輸送方向5在聚合反應(yīng)器3下游布置一第一熔體泵6，聚合反應(yīng)器3通入該第一 熔體泵6中。熔體泵6做成高壓齒輪泵并具有兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的齒輪轉(zhuǎn)子7、7’，所述齒輪 轉(zhuǎn)子布置在一泵殼體8內(nèi)。這種高壓齒輪泵的具體結(jié)構(gòu)參看EP 1 295 036 Bl (對(duì)應(yīng)于US 6，761，546B2)。沿輸送方向5在第一熔體泵6下游布置一靜態(tài)第一熔體冷卻器9，第一熔體泵6通 入該靜態(tài)第一熔體冷卻器9。該熔體冷卻器9具有一冷卻器殼體10，在該殼體中布置有一 常規(guī)的靜態(tài)混合體11。為了冷卻聚合物熔體2，冷卻器殼體10具有一冷卻元件12。靜態(tài)混 合體11以常見的方式構(gòu)成并例如公開在EP 1 067 352 Bl中。沿輸送方向5在第一熔體冷卻器9下游布置一做成雙軸螺旋混合器的螺旋式機(jī)器 13。螺旋式機(jī)器13的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)常見的方式設(shè)計(jì)并具有兩個(gè)螺桿14、14’，所述螺桿布 置在殼體16的相應(yīng)孔15、15’中。由圖2可見，(兩)螺桿14、14’緊密嚙合并同向旋轉(zhuǎn)。 由電機(jī)17通過一減速分動(dòng)傳動(dòng)裝置18對(duì)螺桿14、14’進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，殼體16與該減速分動(dòng)傳 動(dòng)裝置法蘭連接。與傳動(dòng)裝置18相鄰地在螺旋式機(jī)器13的上游端部上，第一熔體冷卻器 9經(jīng)一熔體輸入口 19通入殼體16中。螺旋式機(jī)器13沿輸送方向5相繼具有進(jìn)給區(qū)20、第一混合區(qū)21、阻滯區(qū)22和第 二混合區(qū)23。在進(jìn)給區(qū)20中，螺桿14、14’具有用于沿輸送方向輸送聚合物熔體2的螺棱 24。在第一混合區(qū)21的上游端部上，在殼體16中布置有一用于輸入添加劑25的添加 劑輸入口 26。一第一輸入裝置27通過添加劑輸入口 26通入殼體16中。輸入裝置27設(shè) 計(jì)成雙軸式螺旋輸送機(jī)。在第一混合區(qū)21內(nèi)，螺桿14、14’具有螺棱24和用于混入添加劑 25的混合攪拌元件28。螺旋式機(jī)器13在第一混合區(qū)21內(nèi)具有一第一冷卻裝置29用于冷 卻聚合物熔體2。在設(shè)置在(兩)混合區(qū)21、23之間的阻滯區(qū)22內(nèi)，螺桿14、14’具有逆輸送方向 5輸送的螺棱30。在第二混合區(qū)23的上游端部上，為輸入發(fā)泡劑31而在殼體16中布置有一發(fā)泡劑 輸入口 32。第二輸入裝置33通過發(fā)泡劑輸入口 32通入殼體16中。輸入裝置33做成活塞 泵。在第二混合區(qū)23內(nèi)，螺桿14、14’具有螺棱24和用于將發(fā)泡劑31混入聚合物熔體2 中的混合攪拌元件34。為了冷卻聚合物熔體2，螺旋式機(jī)器13在第二混合區(qū)23內(nèi)具有一 第二冷卻裝置35。沿輸送方向5，在螺旋式機(jī)器13下游布置有一第二熔體泵36，而在該第二熔體泵 36下游布置有一靜態(tài)第二熔體冷卻器37，其中螺旋式機(jī)器13通入第二熔體泵36中，而該 第二熔體泵36又通入第二熔體冷卻器37中。第二熔體泵36的結(jié)構(gòu)與第一熔體泵6相對(duì) 應(yīng)。此外，第二熔體冷卻器37的結(jié)構(gòu)與第一熔體冷卻器9相對(duì)應(yīng)。沿輸送方向5，在第二熔體冷卻器37下游布置有一第三熔體泵38，而在該第三熔 體泵38下游布置有一造粒裝置39，其中第二熔體冷卻器37通入第三熔體泵38中，而第三 熔體泵38又通入造粒裝置39中。第三熔體泵38的結(jié)構(gòu)與第一和第二熔體泵6、36的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。造粒裝置39設(shè)計(jì)成水下造粒裝置。這種造粒裝置的具體結(jié)構(gòu)參見DE103 22 610 Al 或 EP 1 110 695 Bl (對(duì)應(yīng)于 US 6，547，549B2)。工作原理如下在聚合反應(yīng)器3內(nèi)產(chǎn)生聚合物熔體2，特別是聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚交酯， 乙酸纖維素或這些聚合物的混合物的熔體。聚合物熔體2在離開反應(yīng)容器4時(shí)具有240°C 至300°C的溫度。在離開反應(yīng)容器4后，借助于第一熔體泵6以70 300bar的壓力將聚 合物熔體2輸入第一靜態(tài)熔體冷卻器9。在第一熔體冷卻器9內(nèi)使聚合物熔體2的溫度降 低，以保證聚合物熔體2能被合適地繼續(xù)加工。在離開第一熔體冷卻器9后，聚合物熔體2 具有低于240°C、特別是低于220°C、尤其是低于200°C的溫度。然后，被冷卻的聚合物熔體2通過熔體輸入口 19輸入螺旋式機(jī)器13。借助于第一 輸入裝置27、經(jīng)添加劑輸入口 26為被冷卻的聚合物熔體2添加至少一種添加劑25。特別 是阻燃劑、晶胞改性劑、石墨或顏料可用作添加劑25。此外可通過添加劑輸入口 26輸入其 它工藝助劑。在第一混合區(qū)21中，所添加的添加劑25借助于混合攪拌元件28均勻地混入冷卻 的聚合物熔體2中。含添加劑的聚合物熔體2在被混入(添加劑)時(shí)借助于第一冷卻裝置 29冷卻，從而平衡由引入剪切能量造成的聚合物熔體2的升溫。通過螺棱30形成阻滯區(qū) 22，在該阻滯區(qū)22內(nèi)孔15、15’完全被聚合物填滿。聚合物熔體2在阻滯區(qū)22內(nèi)用作第一 混合區(qū)21和第二混合區(qū)23之間的密封部。借助于第二輸入裝置33、經(jīng)發(fā)泡劑輸入口 32將至少一種發(fā)泡劑31添加到含添加 劑的聚合物熔體2中。特別是將例如正戊烷或異戊烷的碳?xì)浠衔铩⒍趸?、氮或這些復(fù) 合物的混合物用作發(fā)泡劑31。由于存在阻滯區(qū)21，所以發(fā)泡劑31不會(huì)損失到第一混合區(qū) 21中。以液態(tài)或氣態(tài)的形式添加發(fā)泡劑31，并借助于在第二混合區(qū)23內(nèi)的混合攪拌元件 34將發(fā)泡劑均勻地混入含添加劑的聚合物熔體2中。含添加劑和發(fā)泡劑的聚合物熔體2在 第二混合區(qū)23內(nèi)借助于第二冷卻裝置35冷卻，從而平衡由引入剪切能量造成的聚合物熔 體2的升溫。聚合物熔體2在離開螺旋式機(jī)器13時(shí)的溫度基本上相當(dāng)于其進(jìn)入螺旋式機(jī) 器13時(shí)的溫度。在添加發(fā)泡劑31時(shí)使聚合物熔體2的壓力在第二混合區(qū)23內(nèi)保持不變 或提高，以防止發(fā)泡劑31從聚合物熔體2中析出。在離開螺旋式機(jī)器13后，借助于第二熔體泵36以70 300bar的壓力將聚合物 熔體2輸入第二靜態(tài)熔體冷卻器37。第二熔體泵36使螺旋式機(jī)器13不必具有提高壓力的 功能，從而避免了聚合物熔體2的升溫。通過第二熔體冷卻器37使由添加發(fā)泡劑31造成 的聚合物熔體2的粘度下降得到補(bǔ)償。此外，在冷卻裝置29、35不能提供足夠的冷卻或根 本沒有設(shè)置冷卻裝置的情況下，可(通過該第二熔體冷卻器36)降低由在螺旋式機(jī)器13內(nèi) 引入剪切能量造成的升溫。在離開第二熔體冷卻器37時(shí)，聚合物熔體2具有低于220°C、特 別是低于200°C、尤其是低于170°C的溫度。在離開第二熔體冷卻器37之后，借助于第三熔體泵38以70 300bar的壓力將聚合物熔體2輸送給造粒裝置39，并以常見的方式形成顆粒，從而由聚合物熔體2產(chǎn)生聚合 物顆粒。根據(jù)聚合物熔體2和發(fā)泡劑31的選擇、依照造顆方法既可以制造出有膨脹能力的聚合物顆粒，也可以制造出已膨脹的聚合物顆粒。為制造出有膨脹能力的聚合物顆粒優(yōu)選采用水下造粒工藝，而為制造出已膨脹的聚合物顆粒優(yōu)選采用水環(huán)造粒工藝。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，聚合物熔體可通過另一螺旋式機(jī)器提供，因此不需要 用于提供聚合物熔體的聚合物反應(yīng)器和熔體泵。此外，可以省去在混合區(qū)內(nèi)的冷卻裝置，而 完全在第二熔體冷卻器中平衡由引入剪切能量造成的聚合物熔體的升溫。
權(quán)利要求
一種用于制造聚合物顆粒的方法，包括如下步驟-制備聚合物熔體(2)；-借助于一靜態(tài)第一熔體冷卻器(9)對(duì)聚合物熔體(2)進(jìn)行第一冷卻；-對(duì)被冷卻的聚合物熔體(2)添加至少一種添加劑(25)；-借助于一螺旋式機(jī)器(13)將所述至少一種添加劑(25)混入聚合物熔體(2)中；-將至少一種發(fā)泡劑(31)添加到含添加劑的聚合物熔體(2)中；-借助于所述螺旋式機(jī)器(13)將所述至少一種發(fā)泡劑(31)混入聚合物熔體(2)中；-借助于一靜態(tài)第二熔體冷卻器(37)對(duì)含添加劑和發(fā)泡劑的聚合物熔體(2)進(jìn)行第二冷卻；以及-對(duì)被冷卻的、含添加劑和發(fā)泡劑的聚合物熔體(2)進(jìn)行造粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征為對(duì)位于螺旋式機(jī)器(13)內(nèi)的聚合物熔體(2)進(jìn)行冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為在混入所述至少一種添加劑(25)后、添加所述至少一種發(fā)泡劑(31)前，借助于螺旋式 機(jī)器(13)由聚合物熔體(2)形成一阻滯區(qū)(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的方法，其特征為在混入所述至少一種發(fā)泡劑(31)期間在添加所述至少一種發(fā)泡劑(31)時(shí)，使聚合物 熔體(2)的壓力至少保持不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其特征為在混入所述至少一種發(fā)泡劑(31)后，借助于一熔體泵(36、38)來提高聚合物熔體(2) 的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征為 借助于一聚合反應(yīng)器(3)來制備聚合物熔體(2)。
7.一種用于制造聚合物顆粒的裝置，具有-用于對(duì)聚合物熔體(2)進(jìn)行第一冷卻的靜態(tài)第一熔體冷卻器(9)； _設(shè)置在靜態(tài)第一熔體冷卻器(9)下游的螺旋式機(jī)器(13)；該螺旋式機(jī)器具有 一用于混入至少一種添加劑(25)的第一混合區(qū)(21)；和一設(shè)置在所述第一混合區(qū)(21)下游的、用于混入至少一種發(fā)泡劑(31)的第二混合區(qū) (23)；-設(shè)置在所述螺旋式機(jī)器(13)下游的、用于對(duì)含添加劑和發(fā)泡劑的聚合物熔體(2)進(jìn) 行第二冷卻的靜態(tài)第二熔體冷卻器(37)；-用于對(duì)被冷卻的、含添加劑和發(fā)泡劑的聚合物熔體⑵進(jìn)行造粒的造粒裝置(39)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為 設(shè)有一用于制備聚合物熔體(2)的聚合反應(yīng)器(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征為所述螺旋式機(jī)器(13)具有至少一個(gè)冷卻裝置(29、35)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述螺旋式機(jī)器(13)設(shè)計(jì)成能在所述第一、第二混合區(qū)(21、23)之間形成一阻滯區(qū) (22)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為所述螺旋式機(jī)器(13)設(shè)計(jì)成同向旋轉(zhuǎn)、緊密嚙合的兩軸螺旋混合機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為設(shè)有至少一個(gè)設(shè)置在所述螺旋式機(jī)器(13)下游的熔體泵(36、38)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12之任一項(xiàng)所述的裝置，其特征為在所述聚合反應(yīng)器(3)與所述靜態(tài)第一熔體冷卻器(9)之間設(shè)有一熔體泵(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造聚合物顆粒的裝置(1)，為能簡單、靈活地混入添加劑(25)和發(fā)泡劑(31)，該裝置具有第一、第二靜態(tài)熔體冷卻器(9、37)，其中第一熔體冷卻器(9)設(shè)置在一螺旋式機(jī)器(13)前，而第二熔體冷卻器(37)設(shè)置在該螺旋式機(jī)器(13)下游。通過在第一熔體冷卻器(9)中對(duì)所制備的聚合物熔體(2)進(jìn)行冷卻，能特別合適地將添加劑(25)混入聚合物熔體(2)中。
文檔編號(hào)C08J9/16GK101835584SQ200880112512
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者B·沃特爾 申請(qǐng)人:科倍隆有限公司