用于制備聚(對苯二甲酸丙二醇酯)粒料的設(shè)備本專利申請要求2011年3月1日提交的美國臨時申請61/447,868和2011年3月1日提交的美國臨時申請61/447,875的權(quán)益，它們以引用方式并入本文。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于驟冷擠出的聚合物線條的驟冷設(shè)備。

背景技術(shù)：
聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)通過1，3-丙二醇與對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿狨サ目s聚反應(yīng)來制備。PTT聚合物及其共聚物在纖維、織物、地毯、膜、模塑部件等的制備中有日益增長的商業(yè)用途。在聚合物領(lǐng)域中的標準實施是在通過擠出機擠出產(chǎn)生的熔融聚合物的“連續(xù)聚合器”中制造熱塑性聚酯，該擠出機配有所謂的“線條模頭”，它只是其中具有一個或多個約1/8-1/4"圓形橫截面的孔的金屬板。將直徑為約1/10-1/8"的熔融熱塑性聚合物的連續(xù)線條擠出線條模頭的各個孔。緊接著從線條模頭排出時，熱的線條通常通過水驟冷區(qū)域，其通常由水驟冷槽或水噴霧室組成。驟冷區(qū)域的長度很大程度上取決于擠出線條的線速度--即，線條移動的速度-以及線條在模頭出口處的熔融溫度。在驟冷區(qū)域的末端，線條與水分離，并且指向切割器，所述切割器將線條切成約1/8"長的粒料。開發(fā)用于聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)的這一實施已經(jīng)被施用于聚(對苯二甲酸丙二醇酯)(PTT)。因為線條的快速驟冷，所得粒料趨于表現(xiàn)出無定形(即，非結(jié)晶的)表面。這對于PET不是一個問題，因為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度足夠高，使得無定形表面保持固體狀態(tài)直至粒料進行進一步的熔融加工。PTT表現(xiàn)出約45℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)--遠低于PET和其他熟知的聚酯如PBT或PEN的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。已發(fā)現(xiàn)，當通過上述方法制備的PTT粒料儲存在約40℃的環(huán)境溫度下時，在微觀水平上可能發(fā)生某些程度的表面聚合物流動，從而導(dǎo)致儲存的粒料粘在一起形成聚集體，其阻礙粒料在加工期間的平滑流動。通過誘發(fā)表面結(jié)晶，可產(chǎn)生當經(jīng)受相對高的儲存溫度時表現(xiàn)出大幅降低的粘性和聚集的粒料。Hanniman等人，US2009/0057935，公開了在高于Tg下由聚酯制得非粘附顆粒的方法，該方法通過在80-110℃下將粒化材料引入冷卻水進行，其中?；牧嫌扇垠w制備并且被進料到水下熔體切割器中。Duh等人，US6,297,315，公開了在制粒之前結(jié)晶PTT的方法，該方法通過將驟冷后的線條浸入加熱到60-100℃的水浴中進行。Duh指出通過在制粒后結(jié)晶獲得最佳結(jié)果。此外，根據(jù)Duh，60℃的水溫需要20分鐘的結(jié)晶時間以獲得令人滿意的結(jié)果。這是因為，如Duh所示，60℃低于約69℃的結(jié)晶溫度。Nishiyama等人，JP7223221(A)(僅說明書摘要)，公開了適用于具有小于40℃的Tg的聚酯的方法，其中將熔融線條驟冷，然后進行拉伸以誘導(dǎo)其中結(jié)晶，隨后進行制粒。Shelby等人，US6，159,406，公開了在制粒前結(jié)晶難以結(jié)晶的聚酯熔體的方法，該方法通過驟冷線條，然后通過在兩組導(dǎo)絲上卷繞以拉伸線條來進行，上述兩組導(dǎo)絲通過設(shè)置在高于Tg的熱水浴分開，并且線條通過該熱水浴。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了設(shè)備，所述設(shè)備包括--用于擠出熔融聚合物線條的擠出裝置；--制粒機；和，--布置為將聚合物線條從擠出裝置輸送到制粒機的槽；所述槽包括--內(nèi)底部表面；--布置為在接近擠出裝置的內(nèi)底部表面的第一部分上提供水層的水分配裝置；--布置在槽中位于水分配裝置下游的網(wǎng)狀或多孔表面，其布置為允許水與經(jīng)水浸的投射到其上的線條分離；和，--位于網(wǎng)狀或多孔表面下游的內(nèi)底部表面的第二部分，其布置為包含水層。附圖說明圖1a示出了在本發(fā)明的一個實施例中槽的側(cè)面縱向剖面圖，其中槽在其內(nèi)底部表面中包括多個穿孔。圖1b示出了如圖1a所示的槽的底視圖，其示出位于第一部分下游的多個穿孔，以及在最遠下游部分的大排放孔。圖2示出了在本發(fā)明的一個實施例中的槽的側(cè)面縱向剖面圖，其中槽內(nèi)底部不具有位于槽第一部分下游的穿孔，使得在最靠近線條模頭的部分處引入的水能夠暢通地流向槽末端處的排放孔。相反地，在這個實施例中，槽設(shè)有凸起絲網(wǎng)部分，其布置在水緊上方。圖3示出了本發(fā)明設(shè)備和方法的實施例的示意圖，其在下文實例中使用。具體實施方式除非另外特別說明，當本文提供數(shù)值范圍時，它旨在涵蓋范圍的端點。本文所用數(shù)值具有提供的有效數(shù)字位數(shù)的精確度，其遵循ASTME29-08部分6中概述的化學(xué)有效數(shù)字標準協(xié)定。例如，數(shù)字40涵蓋35.0至44.9的范圍，而數(shù)字40.0涵蓋39.50至40.49的范圍。本文描述的是方法，所述方法包括：(a)制備聚(對苯二甲酸丙二醇酯)組合物的熔融線條(strand)，其中所述線條具有表面和內(nèi)部；(b)在第一驟冷區(qū)域(firstquenchregion)中使熔融線條與水接觸一段足夠的時間，使得所述熔融線條的表面固化并且所述內(nèi)部的少主要部分保持高于聚(對苯二甲酸丙二醇酯)組合物的冷結(jié)晶溫度，從而制備表面固化的線條；(c)將表面固化的線條與水分離；(d)在緩冷區(qū)域(annealingregion)中將表面固化的線條暴露于環(huán)境空氣一段足夠的時間以誘導(dǎo)在所述線條表面上的冷結(jié)晶，制得表面結(jié)晶的線條；以及(e)在第二驟冷區(qū)域(secondquenchregion)中使表面結(jié)晶的線條與水接觸一段足夠的時間以固化線條的內(nèi)部。所述方法的目的是為了在擠出線條中，在垂直于其運動方向的方向上(即，垂直于其縱向)形成徑向溫度梯度，使得在離開第一驟冷區(qū)域時，線條的表面已固化，同時線條內(nèi)部的至少主要部分保持高于冷結(jié)晶溫度Tcc“主要部分”應(yīng)指至少50％的線條內(nèi)部。然后，在緩冷區(qū)域中，來自較熱內(nèi)部的熱將被轉(zhuǎn)移到較冷的表面，導(dǎo)致表面經(jīng)歷結(jié)晶。一旦表面已經(jīng)歷結(jié)晶，仍然溫和的線條可在第二驟冷區(qū)域中徹底驟冷，使得線條將為制粒、積聚或其他處理步驟作好準備。在熱分析領(lǐng)域，Tg和Tcc是指根據(jù)來自例如差示掃描量熱法數(shù)據(jù)的特定方法測定的特定溫度。然而，本領(lǐng)域的普通從業(yè)者了解如此測定的這些溫度處于定義它們所指轉(zhuǎn)變的多個溫度的范圍內(nèi)。從而，例如冷結(jié)晶將在多個溫度范圍內(nèi)發(fā)生，但是在一組標準測試條件下的速率在Tcc下達到最大。臨界溫度是指，即，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和冷結(jié)晶溫度(Tcc)，已知它們?nèi)Q于本文PTT組合物的特定組分而稍微變化。例如，已知Tg和Tcc兩者取決于聚合物中的共聚單體的類型和濃度而變化。雖然Tg和Tcc具有清楚的和精確的科學(xué)定義，但它們出于本發(fā)明的目的進行現(xiàn)象學(xué)定義，不涉及實際的溫度讀數(shù)。將Tg定義為高于該溫度時，聚合物分子表現(xiàn)出足夠的運動性，使得粒料粘著現(xiàn)象可能發(fā)生的溫度。出于本發(fā)明的目的將Tcc定義為在該溫度下，當在緩冷區(qū)域中時線條表面以最大速率經(jīng)歷結(jié)晶的溫度。不需要實際測量如本文所定義的Tg和Tcc。當擠出熔融聚合物線條時，根據(jù)定義它高于聚合物組合物的Tg、Tcc、和結(jié)晶熔點。當熔融線條離開第一驟冷區(qū)域時，根據(jù)所述方法，從業(yè)者清楚的是表面已經(jīng)固化并且不再熔融。此外，表面硬化的線條必須具有足夠的強度以防止處于張力下的斷裂。在另一方面，如果線條表面在離開緩冷區(qū)域時尚未被至少部分地結(jié)晶，從業(yè)者能夠推斷出在第一驟冷區(qū)域中的停留時間過長，使得內(nèi)部的主要部分的溫度尚未降低至低于Tcc。適于本方法實施的是PTT及其共聚物的均聚物，其包含至少70％的對苯二甲酸三亞甲基酯的單體單元。適于本發(fā)明實施的聚合物能夠包含至多25重量％的多種添加劑，它們通常并入到聚合物中以賦予附加的功能。此類添加劑包括但不限于UV穩(wěn)定劑、無機填料、抗靜電劑、顏料、和阻燃劑。任何合適的PTT組合物必須表現(xiàn)出冷結(jié)晶以在本文方法中可應(yīng)用。在一個實施例中，PTT組合物包含PTT均聚物。線條是運動的線條。即，線條上任何隨意選擇的點在平行于線條縱向軸線的方向上發(fā)生遠離線條模頭的連續(xù)平移。全程在任何給定的時間點，線條從模頭向制粒機方向延伸。然而，出于描述所述方法的目的，術(shù)語“線條”也應(yīng)理解為是指擠出線條任何長度的、任何適當?shù)钠?。例如，當文中提到使線條與水接觸時，應(yīng)理解為在任何給定的時間點，長度短于線條全長的線條片段經(jīng)歷與水的接觸。如本文描述所用，術(shù)語“停留時間”應(yīng)指其中沿線條隨意選擇的點遍經(jīng)如本文所定義的特定區(qū)域所花費的時間。術(shù)語“線條的停留時間”應(yīng)被理解為指沿線條的任意點的停留時間。在一個實施例中，擠出物由單根線條組成。在一個可供選擇的實施例中，擠出物包含多根線條。在第一驟冷區(qū)域中的線條的停留時間足以將表面溫度降低至其中表面是固體并具有足以防止處于張力時的斷裂的強度的溫度，但是不足以導(dǎo)致內(nèi)部的至少主要部分降低至低于聚(對苯二甲酸丙二醇酯)組合物的冷結(jié)晶溫度。在一個實施例中，在第一驟冷區(qū)域中的線條的停留時間為0.2至2秒的范圍。在另一個實施例中，在第一驟冷區(qū)域中的線條的停留時間為0.3至1.0秒的范圍。此外，線條離開第一驟冷區(qū)域并進入緩冷區(qū)域，其中表面被保留在線條內(nèi)部的潛熱再加熱到至少Tcc。在緩冷區(qū)域中的線條的停留時間足以誘導(dǎo)在線條表面上的結(jié)晶。在一個實施例中，在第一緩冷區(qū)域中的線條的停留時間在0.3至5秒的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，在第一緩冷區(qū)域中的線條的停留時間為0.5至2.5秒的范圍。此外，在緩冷區(qū)域后，線條通過第二水驟冷區(qū)域一段足以進一步固化線條內(nèi)部的時間。在一個實施例中，在第二驟冷區(qū)域中的停留時間為1至10秒的范圍。在另一個實施例中，在第二驟冷區(qū)域中的停留時間為1.5至3.5秒的范圍。在一個實施例中，在第一和第二驟冷區(qū)域中的水溫Tw獨立地在0℃＜Tw＜60℃的范圍內(nèi)。在另一個實施例中，20℃≤Tw≤50℃。在另一個實施例中，35℃≤Tw≤45℃。可通過本領(lǐng)域已知可接受的任何裝置影響水驟冷。在一個實施例中，通過將線條浸入水浴中影響水驟冷。在一個可供選擇的實施例中，通過使線條通過水噴霧器影響水驟冷。在本文方法的一個實施例中，通過在第一和第二驟冷區(qū)域中的相同裝置影響水驟冷。在一個可供選擇的實施例中，通過在第一和第二驟冷區(qū)域中的不同裝置影響水驟冷。根據(jù)本發(fā)明，當線條離開第一驟冷區(qū)域并進入緩冷區(qū)域時，它必須與殘留在線條表面上或線條表面夾帶的殘余的驟冷用水分離。用于如此分離的任何常規(guī)裝置是令人滿意的，包括噴氣干燥、通過排放孔排水、通過干燥床等。雖然線條不需要完全干燥，但對于表面的合適結(jié)晶來說必須用低熱容的空氣來替換線條表面上高熱容的液態(tài)水。在第二驟冷區(qū)域中驟冷之后，可進一步加工線條。在一個實施例中，將線條進料于制粒機以將其切成粒料，粒料很好地適用于生產(chǎn)纖維、膜、和注塑部件等用途。在一個可供選擇的實施例中，線條本身可批量收集。描述了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括--用于擠出熔融聚合物線條的擠出裝置；--制粒機；和，--布置為將聚合物線條從擠出裝置輸送到制粒機的槽；所述槽包括--內(nèi)底部表面；--布置為在接近擠出裝置的內(nèi)底部表面的第一部分上提供水層的水分配裝置；--布置在槽中位于水分配裝置下游的網(wǎng)狀或多孔表面，其布置為允許水與經(jīng)水浸的投射到其上的線條分離；和，--位于網(wǎng)狀或多孔表面下游的內(nèi)底部表面的第二部分，其布置為包含水層。只要合適的擠出裝置擠出熔融的線條，它就不再是關(guān)鍵性的。合適的裝置包括螺桿型擠出機、Farrell連續(xù)混合器、齒輪泵、所謂的連續(xù)聚合器、螺桿泵、液壓泵等。本文使用這些擠出裝置中的任一種以進料于線條模頭，根據(jù)本發(fā)明從線條模頭中可擠出熔融線條。設(shè)計用于將聚合物線條制粒的任何制粒機適用于本發(fā)明。制粒機在本領(lǐng)域為人們所熟知，并且廣泛地可從許多來源商購獲得。布置槽以限定在線條模頭和制粒機之間的通道，其將線條從線條模頭輸送到制粒機。出于本發(fā)明目的，術(shù)語“下游”是指相對于從線條模頭到制粒機的通道的相對位置。例如，如果第二位置比第一位置更遠離線條模頭并且更靠近制粒機，則沿通道的第二位置在比第一位置更遠的下游。根據(jù)本發(fā)明的方法，槽提供了驟冷線條的裝置。合適的槽可由任何水不可滲透的材料制成，包括但不限于金屬、陶瓷、或塑料。在本文的一個典型實施例中，槽由金屬，通常鋁制成。槽經(jīng)設(shè)計用于保持水層，根據(jù)本發(fā)明的方法將線條浸入其中。槽包括水分配裝置，布置該水分配裝置以將水分配到槽的內(nèi)底部表面的第一部分中，其中第一部分接近、并且一般盡可能地靠近線條模頭，使得熔融線條在離開線條模頭后能夠盡可能短時間浸入水中。合適的水分配裝置可為本領(lǐng)域已知的任何裝置。合適的水分配裝置可為水噴霧器、水泵、任何可連接至水龍頭或貯水器的軟管或管。槽還包括位于槽第一部分下游的網(wǎng)狀或多孔表面，根據(jù)本文方法布置網(wǎng)狀或多孔表面以將水與經(jīng)水浸的線條分離，線條從槽的第一部分離開。在一個實施例中，網(wǎng)孔可為形成允許水通過的網(wǎng)孔、網(wǎng)格、或網(wǎng)狀物的任何材料。它通常由不吸水的材料如金屬、陶瓷、或塑料制成。在一個可供選擇的實施例中，多孔表面包括在槽本身的內(nèi)底部表面中的多個穿孔。在另一個實施例中，槽還包括一系列蓋板，其可用于覆蓋槽外底部表面上的穿孔，從而調(diào)節(jié)多孔表面的長度。在任一個實施例中，在本發(fā)明方法中的線條夾帶的水能夠通過穿孔或網(wǎng)孔排出，使得跨越這一部分的線條片段根據(jù)本文方法在空氣中經(jīng)歷緩冷。槽還包括內(nèi)底部表面的第二部分，該內(nèi)底部表面布置為包含水層，這用于本文方法中的最終驟冷。在一個實施例中，其中網(wǎng)狀或多孔表面包括駐留在水平面上方的凸起結(jié)構(gòu)，僅需要單獨的水分配裝置，因為水能夠自由流動到升高的網(wǎng)狀或多孔表面下方。在一個可供選擇的實施例中，其中多孔表面是內(nèi)底部表面自身的一部分，在接近線條模頭的第一部分中輸入的水將從槽底部的孔排出，除非通過插入導(dǎo)流板和排水系統(tǒng)以引導(dǎo)水流向位于網(wǎng)狀或多孔表面下游的第二部分，從而節(jié)省水。作為另外一種選擇，第二部分所需的水可通過第二水分配裝置來供應(yīng)，該第二水分配裝置可為任何適于第一水分配裝置的那些。圖1a是本發(fā)明的一個實施例的側(cè)面縱向剖面示意圖，其中槽在其中的內(nèi)底部表面中包括多個穿孔。布置金屬槽1使得由第一分配裝置3分配的水2形成流向下游的水層，然后其通過在槽內(nèi)底部表面上的多個排放孔4排出(未示出)。布置第二水分配裝置5以分配水6，從而形成流向下游的排放孔7(未示出)的第二水層，該排放孔在槽的下游末端。圖1b是圖1a所示的槽的外底部8的視圖，其示出位于第一部分下游的多個穿孔4和在最遠的下游部分中的較大排放孔7。圖2是在本發(fā)明一個實施例中的槽21的側(cè)面縱向剖面示意圖，其中槽內(nèi)底部不具有位于槽第一部分下游的穿孔，使得通過水分配裝置23分配的、在接近線條模頭部分處引入的水22能夠暢通地流向槽末端處的排放孔24。相反地，在這個實施例中，槽設(shè)有凸起絲網(wǎng)部分25，其布置在水緊上方。本發(fā)明還描述于以下具體的實施例中，但不受它們的限制。實例圖3是本文實例中的設(shè)備的示意圖。失重式喂料機31用于以2961bs/小時的速率將DuPontJ1141(1.02dL/gIV，購自DuPontCompany)的粒料32進料到40mmWernerandPfleiderer同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機34的進料喉道33中。在擠出機中粒料熔融并將所得熔體輸送到8-孔線條模頭35，從其中擠出8根線條36(僅顯示一根)，它們以93cm/秒運動。40mm擠出機的特征在于1780mm的圓筒長度和L/D＝45。擠出條件在表1中示出：在離開模頭35約3英寸內(nèi)，使用導(dǎo)向件(未示出)引導(dǎo)熔融線條36通過第一驟冷區(qū)域37，該區(qū)域通過將線條浸入11℃的水38中進行驟冷，水分配自水浴39，其包含在12英尺長的水槽310中。線條離開第一驟冷區(qū)域37，進入緩冷區(qū)域311，并被輸送到水38上方的絲網(wǎng)312上。在緩冷區(qū)域311后，線條使用導(dǎo)向件(未示出)進入第二驟冷區(qū)域313，驟冷的線條314從中進料于制粒機315，同時水通過排放孔316(未示出)排出。制粒機315將線條切成長度為約1/8英寸的粒料317，并且粒料在收集罐318中收集。在緩冷區(qū)域中的線條的停留時間通過對絲網(wǎng)312長度進行小的調(diào)節(jié)而發(fā)生變化。根據(jù)基于質(zhì)量流量、粒料直徑和密度計算的線條速度和線條跨越的實際距離來計算停留時間。根據(jù)He測比重法測定在每組條件下制備的粒料的密度。將來自各個測試條件的23g粒料等分試樣置于7cm直徑的鋁盤中。將鋁箔片置于盤上，并且將被覆蓋的盤置于40℃和18.5kPa的控溫液壓式壓機中24小時。在24小時后，移出盤并將已經(jīng)彼此聚集的粒料用手移出并稱重。已經(jīng)聚集的初始23g等分試樣的重量百分比記錄為“％粘著。”比較例A表示了從將PET制粒的方法修改而來的本領(lǐng)域標準實施。比較例B表示了其中緩冷區(qū)域中的停留時間是不足的條件。表2