CN101184593B - 用于生产结晶聚合物粒料和颗粒的方法和装置 - Google Patents

用于生产结晶聚合物粒料和颗粒的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于结晶聚合物的水下造粒以及随后干燥，使得聚合物粒料在不使用随后加热的情况下进行结晶的方法和装置。将高速空气或其它惰性气体以约100至约175m3/小时或更大的流速注入到水和粒料的浆液管线中，并且进入到靠近造粒机出口的干燥器中。这种高速空气移动使水形成蒸汽雾，并且显著增加所述粒料进出所述干燥器的速度，使得所述聚合物粒料在具有足以使在所述粒料内部产生自结晶的潜热的情况下离开所述干燥器。在所述浆液管线中在气体注入之后的阀门装置还调节所述粒料的停留时间，并且在所述干燥器之后的振动式输送机帮助所述粒料获得需要的结晶度水平并且避免聚集。

Description

用于生产结晶聚合物粒料和颗粒的方法和装置
相关申请 
本申请有给予优先权的权利，并且因此要求2005年5月26日提交的共同未决的美国临时申请系列60/684,556的优先权。 
发明领域
本发明总体上涉及一种用于结晶度水平增加的聚合物粒料的水下造粒以及随后干燥的方法和装置。更具体而言，本发明涉及一种这样的方法和装置，其用于在水下将聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯及它们各自的共聚物造粒，以及随后以使得这些粒料或颗粒的结晶自引发的方式干燥这些粒料和颗粒。在此所述的造粒和干燥处理生产具有需要的结晶度水平，而不是无定形结构的粒料和颗粒。 
本发明在悬而未决的美国申请系列10/717,630和10/954,349的内容之上发展的，这两个美国申请分别是在2003年11月21日和2004年10月1日提交的，并且由Gala Industries，Inc.of Eagle Rock，Virginia(以下为Gala)即本发明和申请的受让人拥有。上述悬而未决的美国申请的内容通过引用清楚地结合在本申请中，就像在此充分说明一样，并且上述申请在以下被称为″Gala申请″。 
发明背景 
下列美国专利和公开的专利申请包括可能与本发明相关的内容，并且通过引用清楚地结合在本申请中，就像在此充分说明一样。 
序号             发明人 
5,563,209        Schumann等 
6,706,824        Pfaendner等 
5,648,032        Nelson等 
6,762,275        Rule等 
6,790,499        Andrews等 
6,344,539        Palmer 
6,518,391        McCloskey等 
5,663,281        Brugel 
6,455,664        Patel等 
6,740,377        Pecorini等 
5,750,644        Duh 
6,121,410        Gruber等 
6,277,951        Gruber等 
4,064,112        Rothe等 
4,161,578        Herron 
5,412,063        Duh等 
5,532,335        Kimball等 
5,708,124        Al Ghatta等 
5,714,571        Al Ghatta等 
5,744,571        Hilbert等 
5,744,572        Schumann等 
6,113,997        Massey等 
6,159,406        Shelby等 
6,358,578        Otto等 
6,403,762        Duh 
5,864,001        Masse等 
6,534,617        Batt等 
6,538,075        Krech等 
2005/0049391     Rule等 
2005/0056961     Bonner 
发明概述 
本发明涉及一种造粒系统，所述造粒系统在水下生产聚合物粒料，所述聚合物粒料保持充分的潜热以自引发结晶过程，并且在另外的加工之前聚合物粒料和颗粒无需另外的加热步骤的情况下，最终得到充分结晶的结构。Gala申请论证了这种高热条件(elevated heat conditon)对聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或PET和由其制备的共聚物的有效性。已经发现在遇到类似的高热条件时可以结晶的其它聚合物得益于粒料和颗粒在水浆液中的停留时间的减少，从而在干燥阶段中将足够的热保留在粒料和颗粒中以使结晶在粒料和颗粒中引发。这些聚合物落入在此被确定为″结晶聚合物″的聚合物的宽范畴内。 
为了实现自引发结晶，发现必须在使其从水下造粒机的出口流出并且流入和流过干燥装置的速度明显增加的情况下，将粒料与水尽可能快地分离。这些粒料离开干燥器并保持它们的大量潜热，并且可以将其在常规的振动式输送机或类似的振动或其它处理装置上输送，这样利用增加的时间获得需要的结晶度。本发明包括热粒料在常规的贮热容器或绝热容器中的储存，从而提供完成的所需结晶水平的时间。当进行另外的加工时，需要的结晶至少足以避免粒料和颗粒的聚集。 
粒料和颗粒与水的分离以及随后到干燥装置中的粒料速度的增加是根据在Gala申请中公开用于PET和共聚物的相同的普通方法和装置实现的。一旦切削的粒料和颗粒以水浆液形式离开水下造粒机水箱，就将空气或其它适合的惰性气体注入到输送管中，所述输送管从水箱导向干燥装置。注入的空气用来将水吸入到蒸气中，从而将其与粒料和颗粒有效地分离，并且还增加将粒料输送到干燥器并且最终通过干燥器的速度。这种输送速度的增加足够快，从而使粒料保持在热得足以引发在离开离心干燥器时可能是无定形的粒料和颗粒内部的结晶过程的温度。本领域技术人员可以使用以类似效率干燥粒料的其它常规方法，并且这样的方法通过引用包括在此。 
为了实现水的吸入并且增加从造粒机水箱的出口到干燥器的输送速度，注入的空气必须处于非常高的速度。特别是，在穿过阀注入到直径为1.5英寸的管中的基础上，注入的空气的体积应该优选为至少100立方米/小时。如本领域技术人员所理解的，这种流量将根据处理量体积、干燥 效率和管径而变化。可以使用氮气或其它惰性气体代替空气。在使粒料加速进入并且通过干燥器的情况下提供液体水与粒料的类似分离的其它方法可以被本领域技术人员使用，并且通过引用包含在此。 
优选通过使用位于空气注入点之后的球阀或其它阀门装置调节空气注入到浆液管系中的速度。通过这种阀门装置的调节使得粒料和颗粒在输送管和干燥装置中的停留时间得到更多的控制，并且用来改善粒料/水浆液的吸入。还通过使用在空气注入点之后的阀门装置，减少或消除在输送管中的振动。 
空气注入的调节对减少从造粒机水箱的出口至干燥器的输送时间提供了必要的控制，从而允许粒料将有效的潜热保持在粒料内部。直径更大的粒料不像直径更小的粒料那么快地损失热量，因此可以以比更小粒料的速度低的速度输送。如本领域技术人员所理解的，随着粒料直径降低，通过增加空气注入速度获得可比较结果。减少在造粒机水箱和干燥器出口之间的停留时间，将足够的热量留在粒料中，从而实现需要的结晶。通过在从干燥器中释放粒料之后使用贮热振动式输送机，和/或通过使用常规的储存容器或绝热容器，提高热在粒料内部的保持。 
在振动式输送机上的输送时间在Gala申请中被公开为从20至90秒是有效的，并且被发现从30至60秒是特别有效的。这种时间范围对于在此所述的聚合物应该是有效的。可以通过在此所述的方法实现等于或大于30％，优选等于或大于35％并且最优选等于或大于40％的结晶。如本领域技术人员所理解的，在需要时可以调节聚合物和聚合物共混物的停留时间的变化量以优化具体配方以及需要的结晶度水平的结果。通过使用在此所述的方法消除了另外的加热步骤。 
因此，本发明的一个目的是提供一种用于在水下造粒系统中处理结晶聚合物的方法和装置，从而可以在从干燥器离开的聚合物粒料中产生结晶。 
本发明的另一个目的是提供一种这样的方法和装置，所述方法和装置在无需昂贵的第二加热阶段以将无定形聚合物粒料转化为结晶聚合物粒料的情况下，使用水下造粒系统使在聚合物粒料结晶中产生结晶。 
本发明的再一个目的是提供一种用于结晶聚合物的水下造粒的方法 和装置，其中将惰性气体注入到离开造粒机的水和粒料的浆液中以产生浆液处理的水蒸汽雾的形式，从而在输送的粒料中提供更好的贮热能力。 
本发明的又一个目的是提供一种根据前述目的的用于结晶聚合物的水下造粒的方法和装置，其中通过以至少100m3/小时至约175m3/小时或更大的流速注入空气，将粒料快速输送通过装置，使得粒料在离开干燥器之前的停留时间充分降低以产生总(100％)结晶的约30％-40％的结晶。 
本发明的再一个目的是提供一种使用水下造粒系统生产结晶聚合物粒料的方法和装置，其中离开干燥器的粒料具有足够的保留在粒料内部的热量，以使在随后不加热的情况下粒料进行至少35％的总结晶。 
本发明的再另一个目的是提供一种用于生产结晶聚合物粒料的水下造粒方法和装置，其中通过将气体注入到从造粒机至干燥器的浆液管线中，使从在模具面挤出时一直至离开离心干燥器为止的粒料停留时间减少至小于约1秒。 
本发明的再一个目的是提供一种根据前述目的的用于生产结晶聚合物粒料的水下造粒方法和装置，其中使用阀门装置调节停留时间，以改善在浆液管线线中阀门下游的水蒸汽雾的增压。 
本发明的另一个目的是提供一种水下造粒系统，其中在振动式输送机或其它振动或搬运装置上运送离开干燥器的热粒料以在整个给定的输出粒料体积中实现实质上均匀的结晶。 
本发明的又一个目的是扩大Gala申请的装置和方法对其可以实现聚合物自引发结晶的聚合物和共聚物的范围。 
本发明提供以下各项： 
(1)一种用于将结晶聚合物加工成粒料的装置，所述装置包括： 
水下造粒机，其将从所述造粒机挤出的结晶聚合物的线材切割成粒料；将水引入到所述造粒机中的管系；浆液管线，其输送水和粒料的浆液从所述造粒机出来，并且到达用于干燥所述粒料的干燥器中，所述浆液管线具有与所述造粒机通常垂直的部分、弯管和通常倾斜的直线部分，所述通常倾斜的直线部分以与所述通常垂直的部分成30°至60°之间的角度向上倾斜；和气体注入器，所述气体注入器将高速气体以100m3/小时至175m3/小时的流速在所述弯管基本上与所述通常倾斜的直线部分的轴成 一直线处引入到所述水和粒料的浆液中，以提高所述粒料通过所述加工装置的速度，其中离开所述干燥器的所述粒料具有从所述挤出保留的足够的内热以引发所述粒料的结晶；以及搅动装置，用于接收离开所述干燥器的所述粒料以避免聚集，并且利用所述粒料内热在不需要第二加热步骤的情况下实现所述粒料所需的等于或大于30％的结晶度。 
(2)如项(1)所述的装置，其中所述高速气体是惰性气体。 
(3)如项(1)所述的装置，其中所述装置还包含一个或多个绝热容器，所述绝热容器用于接收来自所述干燥器的所述粒料，以实现所述粒料所需的结晶。 
(4)如项(1)所述的装置，其中所述浆液管线包含在进入所述干燥器之前的直径扩大的出口端。 
(5)一种使用项(1)所述的装置将结晶聚合物加工成粒料的方法，所述方法包括： 
通过在所述水下造粒机中的切割用模板挤出结晶聚合物的线材，所述结晶聚合物选自由聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物组成的组； 
将所述聚合物线材在所述造粒机的切割室中切割成粒料； 
将来自所述切割室的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送到所述干燥器中； 
将高速气体以100m3/小时至175m3/小时的流速注入到所述水和粒料的浆液中以生成水蒸汽雾，并且提高所述粒料进出所述干燥器的速度，其中注入到所述浆液中的所述气体将从所述造粒机至所述干燥器的出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级，离开所述干燥器的所述粒料具有保留的内热；和 
在不需要任何第二加热步骤的情况下，利用由所述粒料保留的所述内热使离开所述干燥器的所述粒料结晶至等于或大于30％的结晶度。 
(6)如项(5)所述的方法，其中处理离开所述干燥器的所述粒料以避免聚集。 
(7)如项(6)所述的方法，其中搅动离开所述干燥器的所述粒料以避免聚集并且由所述保留的内热实现需要的结晶度。 
(8)如项(5)所述的方法，其中将来自所述造粒机的所述粒料输送到所述干燥器中的所述步骤包括：以与垂线成介于约45°的角度向上输送所述浆液。 
(9)如项(5)所述的方法，其中所述增压气体是空气。 
(10)如项(5)所述的方法，其中将所述气体基本上与所述水和粒料的浆液的流动方向成一直线注入。 
(11)如项(5)所述的方法，其中将所述高速气体在约8巴的压力下注入。 
(12)一种用于使用项(1)所述的装置将结晶聚合物加工成粒料的方法，所述方法包括： 
将结晶聚合物挤出成线材，所述结晶聚合物选自由聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物组成的组； 
使用水下造粒机，将所述挤出的线材在水流中切割成粒料； 
将在所述水流中的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送； 
将惰性气体以100m3/小时至175m3/小时的流速注入到所述粒料和水浆液中，使得所述粒料保留来自所述挤出的足够的热量，以在不使用外热的情况下，用于所述聚合物的结晶，注入到所述浆液中的所述气体将从在所述切割步骤的所述造粒机至干燥器出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级；和 
在不需要任何第二加热步骤的情况下，将所述粒料干燥并且搅动以由所述保留的热量实现等于或大于30％的结晶度。 
(13)如项(12)所述的方法，其中所述结晶度等于或大于35％。 
(14)一种使用项(1)所述的装置将结晶聚合物加工成结晶粒料的方法，所述方法包括： 
将结晶聚合物线材在所述水下造粒机中挤出并且切割成粒料，所述结晶聚合物选自由聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物组成的组； 
将所述粒料以水和粒料的浆液形式从所述造粒机输送出来并且进入所述输送管系； 
将高速惰性气体以100m3/小时至175m3/小时的流速注入到在所述输 送管系中的所述水和粒料的浆液中，以将所述输送管系内的所述水与所述粒料分离，所述注入的气体将从所述造粒机至所述干燥器的出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级；和 
将所述水和粒料输送到位于所述气体引入的下游的所述干燥器中，离开所述干燥器的所述粒料具有从所述挤出保留的足够的内热，以在不需要第二加热步骤的情况下实现等于或大于30％的结晶度。 
(15)项(14)所述的方法，其中所述引入高速气体的步骤包括将所述气体在约8巴的压力下注入。 
(16)如项(14)所述的方法，其中处理离开所述干燥器的所述粒料以避免聚集。 
(17)如项(16)所述的方法，其中搅动离开所述干燥器的所述粒料，以避免聚集并且由所述保留的内热获得于或大于30％的结晶度。 
这些目的以及其它目的和优点在本发明的构造和操作中有详细描述，因而随后将变得明显，而本发明的构造和操作在下文中参考构成其一部分的附图进行了更充分描述和要求，其中相同的标记全部指相同的部件。 
附图简述 
图1是水下造粒系统的示意性说明，所述水下造粒系统包括由Gala生产并且出售的水下造粒机和离心干燥器以及根据本发明的空气注入和振动式输送机。 
图2a是图1的振动式输送机的侧视图的示意性说明。 
图2b是图1的振动式输送机的端视图的示意性说明。 
图3说明了当关闭生产线时，图1所示的水下造粒系统在旁通模式期间的组件。 
图4是显示根据本发明的用于将空气或其它惰性气体注入从造粒机至干燥器的浆液管线中的方法和装置的示意性说明。 
图5是显示用于将惰性气体注入从造粒机至干燥器的浆液管线中的优选方法和装置的示意性说明，包括在浆液管线中的球阀的放大图。 
图6是显示与热塑性聚氨酯加工一起使用的水下造粒系统的示意性说明，所述水下造粒系统包括由Gala销售和出售的结晶和干燥器。 
图7是图6中所示的系统的结晶部分的示意性说明。 
优选实施方案详述 
详细说明本发明的优选实施方案。应当理解本发明的范围不限于在随后的说明书中描述的或如附图中说明那样的构造、组件安置或化学组件的细节。本发明的实施方案能够以各种方式实践或实施，并且包含于本发明的范围中。 
随后的实施方案的描述使用为了澄清而概括的术语，并且意在被本领域技术人员以包括所有技术等价物的最宽含义所理解的。在本发明中说明的聚合物成分为本领域普通技术人员提供以关于所公开的方法的幅度的细节，并且不意在限制本发明。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚酯具有结构通式[(OR1O)x[(C＝O)R2(C＝O)]y和/或[(C＝O)R1O]x[(C＝O)R2O]y，并且在此所述的R1和R2包括脂族、脂环族、芳族和侧链取代部分(pendant substitutedmoieties)，包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和芳基，并且可以相同或不同。更优选地，在此所述的聚酯包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或PET、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)或PTT，聚(对苯二甲酸丁二醇酯)或PBT、聚(萘二甲酸乙二醇酯)或PEN、聚交酯或PLA和聚(α-羟基链烷酸酯)或PHA。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚酰胺具有结构通式[N(H，R)R1N(H，R)]x[(C＝O)R2(C＝O)]y和/或[(C＝O)R1N(H，R)]x[(C＝O)R2N(H，R)]y，并且在此所述的R1和R2包括脂族、脂环族、芳族和侧链取代部分，包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和芳基，并且可以相同或不同。在此所述的R包括但不限于脂族、脂环族、芳族部分。更优选地，聚酰胺包括聚己二酰丁二胺或尼龙4，6、聚己二酰己二胺或尼龙6，6、聚癸二酰己二胺或尼龙6，10、聚(己二胺-共-十二烷二酸)或尼龙6，12、聚己内酰胺或尼龙6、聚庚内酰胺或尼龙7、聚十一内酰胺或尼龙11和聚十二内酰胺或尼龙12。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚碳酸酯具有结构通式[(C＝O)OR1O]x[(C＝O)OR2O]y，在此所述的R1和R2包括脂族、脂环族、芳族和侧链取代部分，包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和芳基，并且 可以相同或不同。更优选地，聚碳酸酯包括双酚和取代双酚的碳酸酯，其中双酚具有结构式HOPhC(CH3)2PHOH或HOPhC(CH3)(CH2CH3)PhOH，其中Ph表示苯环，并且取代基包括但不限于烷基、环烷基、芳基、卤素和硝基官能团。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚氨酯具有结构通式[(C＝O)OR1N(H，R)]x[(C＝O)OR2N(H，R)y，并且在此所述的R1和R2包括脂族、脂环族、芳族和侧链取代部分，包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和芳基，并且可以相同或不同。在此所述的R包括但不限于脂族、脂环族和芳族部分。更优选地，聚氨酯包括聚醚聚氨酯和/或聚酯聚氨酯共聚物，包括亚甲基双(苯基异氰酸酯)。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的以前没有公开另外的聚酯和共聚物，聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物可以由至少一种二醇组成，所述二醇包括乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，3-己二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1，10-癸二醇、1，12-十二烷二醇，2-丁基-1，3-丙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2，2-二乙基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-异丁基-1，3-丙二醇、2-甲基-1，4-戊二醇、3-甲基-2，4-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、2-乙基-1，3-己二醇、2，2，4-三甲基-1，6-己二醇、1，2-环己二醇、1，4-环己二醇、1，2-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二甲醇、1，4-环己烷二甲醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、一缩二丙二醇，二缩三丙二醇、聚丙二醇、聚1，4-丁二醇、儿茶酚、对苯二酚、异山梨醇、1，4-双(羟甲基)-苯、1，4-双(羟基乙氧基)苯、2，2-双(4-羟基苯基)丙烷及其同分异构体。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的其它的聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物可以由至少一种内酯或羟基酸组成，所述内酯或羟基酸包括丁内酯、己内酯、乳酸、羟基乙酸、2-羟基乙氧基乙酸、3-羟基丙氧基-乙酸和3-羟基丁酸。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的再其它的聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种二酸组成，所述二酸包括邻苯二甲酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸，萘-2，6-二甲酸和同分异构体，茋二甲酸，1，3-环己烷二甲酸，二苯二甲酸，琥珀酸，戊二 酸，己二酸，壬二酸，癸二酸，富马酸，庚二酸，十一烷二酸，十八烷二酸和环己烷二乙酸。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的再其它的聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种二酯组成，所述二酯包括邻苯二甲酸二甲基或二乙基酯、间苯二甲酸二甲基或二乙基酯、对苯二甲酸二甲基或二乙基酯、萘-2，6-二甲酸二甲酯以及同分异构体。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的其它的聚酰胺和共聚物、聚酯和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种二胺组成，所述二胺包括1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，5-戊二胺、1，6-己二胺、1，8-辛二胺、1、10-癸二胺、1，12-十二烷二胺、1，16-十六烷二胺、苯二胺、4，4′-二氨基二苯醚、4，4′-二氨基二苯基甲烷、2，2′-1，5-戊二胺、2，2，4-三甲基-1，5-戊二胺和2，2，4-三甲基-1，6-己二胺。 
作为符合本发明结晶聚合物的要求的再另外的聚酰胺和共聚物、聚酯和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种内酰胺或氨基酸组成，所述内酰胺或氨基酸包括丙内酰胺、吡咯烷酮、己内酰胺、庚内酰胺、辛内酰胺、壬内酰胺、癸内酰胺、十一内酰胺和十二内酰胺。 
而且，作为符合本发明结晶聚合物的要求的其它的聚氨酯和共聚物、聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物以及聚碳酸酯和共聚物可以由至少一种异氰酸酯组成，所述异氰酸酯包括4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯和同分异构体、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-己二异氰酸酯、亚乙基二异氰酸酯、4，4′-亚甲基双(苯基异氰酸酯)和同分异构体、亚二甲苯基二异氰酸酯和同分异构体，四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯、1，5-萘-二异氰酸酯、1，4-环己基二异氰酸酯，二苯基甲烷-3，3′-二甲氧基-4，4′-二异氰酸酯、1，6-己烷二异氰酸酯、1，6-二异氰酸根合-2，2，4，4-四甲基己烷、1，3-双(异氰酸根合甲基)环己烷和1，10-癸烷二异氰酸酯。 
在图1中示意性显示了与本发明关联使用的水下造粒系统。水下造粒系统整体用附图标记10表示，并且包括具有切割机毂和刀片14的水下造粒机12比如Gala水下造粒机，所述切割机毂和刀片14露出在与水箱16 和模板18分开的图中。 
在水下造粒系统10中，使用聚合物桶或加料斗160(参见图6)，典型地将要加工的聚合物从上面供给到挤出机155并且经历剪切和加热以使聚合物熔融。将聚酯和聚酰胺典型地从约200℃至约300℃挤出。将热熔胶配剂典型地从约100℃至约200℃挤出。将聚碳酸酯典型地从约225℃至约350℃挤出，并且将聚氨酯典型地从约175℃至约300℃挤出。将聚合物熔体供给到过滤网更换器20(参见图1)中以除去任何固体颗粒或杂质。通过提供平稳且可控的流速的齿轮泵22，将熔体继续供给至聚合物导流阀24以及模板18的模孔中。挤出穿过模孔而形成的聚合物熔体的线材进入水箱16中，并且通过使切割机毂和刀片14旋转将其切割，以形成需要的粒料或颗粒。在此所述的这种方法本质上是示例的，并且如本领域技术人员容易理解的和/或如根据现有技术另外定义的，获得需要的聚合物流的其它构造包含在本发明的范围中。 
现有技术显示了对有利于降低挤出物的热或氧化降解的挤出方法的多种修改和添加。在这些改变之中，包括真空除去副产物和过量的单体、水解还原、控制催化解聚、聚合催化剂的抑制、端基保护、分子量提高、聚合物链延长和使用惰性气体吹扫。 
水通过管26进入水箱16，并且迅速移除由模面这样形成的粒料，形成粒料和水的浆液。如本领域技术人员所理解的，循环通过在本发明中包含的造粒机水箱的处理水在此不受限制，并且在需要时可以含有添加剂、共溶剂和加工助剂以促进造粒，防止聚集和/或保持输送流体。这样形成的粒料水浆液通过管28离开水箱，并且通过浆液管线30输送给干燥器32。 
根据本发明，将空气在点70注入到系统浆液管线30中，所述点70优选邻接水箱16的出口，并且靠近浆液管线30的开始处。这种用于空气注入的优选位置70通过增加输送速度并且促进将水吸入到浆液中而促进粒料的输送，从而允许粒料和颗粒保持足够的潜热以实现需要的结晶。使用在生产设施时通常可获得的常规压缩空气管线，例如使用空气压缩机，方便并且经济地将高速度空气在点70注入到浆液管线30中。可以使用根据本发明的包括但不限于氮气的其它惰性气体，以上述高速度输送粒料。这种高速度空气或惰性气体流是使用这样产生的压缩气体而实现的：使用 标准球阀将压力调节为至少8巴，从而产生进入浆液管线30的流量为至少100米3/小时的压缩气体，所述浆液管线30为标准管直径，优选1.5英寸的管直径。 
对于本领域技术人员，流量和管直径可以根据处理量体积、需要的结晶度水平以及粒料和颗粒的尺寸而变化。高速度空气或惰性气体有效地接触粒料水浆液，从而通过吸入产生水蒸气，并且将粒料分散在整个浆液管线中，从而以提高的速度，优选以从水箱16至干燥器出口34为小于1秒的速度使这些粒料传递到干燥器32中。高速吸入产生粒料在空气/气体混合物中的混合物，在气态混合物中的空气可以接近98-99体积％。 
图5显示了一种用于将空气注入浆液管线中的优选配置。水/粒料浆液离开造粒机水箱102进入浆液管线106(图4)，通过观察窗112，经过角弯管114，在此有从阀120注入的压缩空气，通过倾斜的浆液管线116，并且经过扩大的弯管118，通过干燥器入口110并且进入干燥器108。优选进入角弯管114的空气注入与浆液管线116的轴成直线，从而得到空气注入对粒料/水浆液的作用最大，导致混合物的持续吸入。 
在需要时，根据造粒机102的高度相对于至干燥器108的入口110的高度的变化，在浆液管线116的垂直轴和所述浆液管线116的纵轴之间形成的角度可以在0°变化至90°以上。这种高度差可能归因于干燥器108相对于造粒机102的物理定位或者可能是干燥器和造粒机的尺寸差的结果。优选的角度范围是30°至60°，其中更优选的角度是45°。到干燥器入口110的扩大弯管118促进高速吸入的粒料/水浆液从引入浆液的管线116转移到干燥器110的入口，并且降低进入到干燥器108中的粒料浆液的速度。 
如图5中所示，装置的优选位置允许在约1秒内将粒料从造粒机102输送到干燥器108的出口，这样使得在粒料内部的热损耗降至最低。这通过将第二阀门装置或更优选的第二球阀150嵌入在空气注入口120之后得到进一步优化。这种附加的球阀允许更好地调节粒料在浆液管线116中的停留时间，并且减少可能在浆液管线中发生的任何振动。第二球阀可以使注入到室中的空气的附加增压，并且改善水从粒料/水浆液的吸入。随着粒料和颗粒的尺寸降低，这变得特别重要。 
将粒料喷射通过干燥器108的出口126，并且优选导向振动装置，如 在图2a和2b中示意性说明的振动式输送机84。由振动式输送机84的振动作用产生的搅动可以使热量在与其它粒料和振动式输送机的组件接触时的粒料之间转移。这样促进了温度的更加均匀，并且导致这些粒料和颗粒的结晶度提高和更均匀。搅动缓和了由于提高粒料温度造成的粒料彼此之间和/或与振动式输送机的组件的粘附趋势。 
粒料和颗粒在振动式输送机上的停留时间对获得需要的结晶度是有贡献的。粒料越大，预期停留时间越长。停留时间通常为约20秒至约120秒或更长，优选30秒至60秒，并且更优选约40秒，以使粒料结晶至需要的程度，并且使粒料冷却用于处理。与对更小的粒料所预期的相比，更大的粒料将在内部保留更多的热量，并且结晶更快。相反，粒料尺寸越大，将粒料冷却用于处理目的所需的停留时间越长。用于最终包装的粒料所需的温度通常低于进一步加工所需的温度。通常观察到低于粒料的结晶温度Tc的温度对于另外的加工是足够的，而低于玻璃化转变温度Tg的温度对于包装是适合的。如以冷却模式测量的通过差示扫描量热法获得的值是在此确定的温度的良好指标。 
还可以使用其它冷却方法或除振动式输送机以外的方法，以使离开干燥器的粒料具有足够的时间结晶以及随后冷却用于处理。例如，用于本发明的备选路线是由Gala销售的粒料结晶系统(PCS)。在图6和7中说明了Gala PCS。Gala PCS通过使粒料和水浆液经过进入阀201，进入团块捕集器202，经过槽式进入阀205，并且进入到装备有如图7中以206表示的搅动器的槽中，从而提供另外的结晶和冷却。在通过水填充阀204的最初水填充后，将粒料/水浆液交替引入到三个独立的槽中，从而允许在搅动的情况下用于冷却并且结晶的额外时间以防止粒料或颗粒的聚集。在产品文献中描述了实际过程的细节，并且为说明性目的，在此包含简单的论述。冷却的粒料浆液通过排泄阀207离开适当的槽，并且通过运行泵209，经过输送管210输送，如在上面的图1详述，通过干燥器入口33到达干燥器32。 
作为备选，可以将Gala PCS依次连接在干燥器108之后或在振动式输送机84之后，从而可以获得粒料的附加结晶。如上所公开的，在本发明的范围内包含含有处理添加剂和共溶剂的水。水或含水溶液的温度可以 在一、二或所有三个槽中得到控制，并且在每一个槽中可以相同或不同以赋予更大的结晶度。随着结晶度增加，结晶温度提高，并且可以提高加工温度以实现更大的结晶度。如在过去已经证明，增加的结晶度使大多数聚合物的性能得到提高，并且可以根据在这些需要性能上的所必需的增益来优化条件。 
在需要时，可以将来自干燥器108或振动式输送机84的粒料和颗粒进行包装或储存。还可以将它们转移至在此称为″SSP″并且在现有技术中广泛得到详述的固态缩聚或固态聚合。将搅动与优选为氮气的惰性气体的并流或逆流在高温下一起使用是SSP方法的通常部分。这种方法需要如通过本发明提供的提高的结晶以避免粒料和颗粒在SSP方法的固有操作所需的温度下的聚集。由SSP方法产生的增加的分子量允许获得透明的无定形聚合物。在现有技术中充分公开了用途和应用。描述对SSP适合的用于在此包含的各种聚合物的加工条件在本发明的范围之外。 
尽管对于诸多结晶聚合物具体描述了本发明，但是根据本发明可以加工目前已知或将来发现的其它这类结晶聚合物。因此，虽然不意在将本发明限制为任何具体的结晶聚合物或结晶聚合物类，但是本发明意在包括所有结晶聚合物。 

Claims (11)

1.一种用于将结晶聚合物加工成粒料的装置，所述装置包括：
水下造粒机，其将从所述造粒机挤出的结晶聚合物的线材切割成粒料；将水引入到所述造粒机中的管系；浆液管线，其输送水和粒料的浆液从所述造粒机出来，并且到达用于干燥所述粒料的干燥器中，所述浆液管线具有与所述造粒机通常垂直的部分、弯管和通常倾斜的直线部分，所述通常倾斜的直线部分以与所述通常垂直的部分成30°至60°之间的角度向上倾斜；和气体注入器，所述气体注入器将高速气体以100m3/小时至175m3/小时的流速在所述弯管基本上与所述通常倾斜的直线部分的轴成一直线处引入到所述水和粒料的浆液中，以提高所述粒料通过所述加工装置的速度，其中离开所述干燥器的所述粒料具有从所述挤出保留的足够的内热以引发所述粒料的结晶；以及搅动装置，用于接收离开所述干燥器的所述粒料以避免聚集，并且利用所述粒料内热在不需要第二加热步骤的情况下实现所述粒料所需的等于或大于30％的结晶度。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述高速气体是惰性气体。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述装置还包含一个或多个绝热容器，所述绝热容器用于接收来自所述干燥器的所述粒料，以实现所述粒料所需的结晶。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述浆液管线包含在进入所述干燥器之前的直径扩大的出口端。
5.一种使用权利要求1所述的装置将结晶聚合物加工成粒料的方法，所述方法包括：
通过在所述水下造粒机中的切割用模板挤出结晶聚合物的线材，所述结晶聚合物选自由聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物组成的组；
将所述聚合物线材在所述造粒机的切割室中切割成粒料；
将来自所述切割室的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送到所述干燥器中；
将高速气体以100m3/小时至175m3/小时的流速注入到所述水和粒料的浆液中以生成水蒸汽雾，并且提高所述粒料进出所述干燥器的速度，其中注入到所述浆液中的所述气体将从所述造粒机至所述干燥器的出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级，离开所述干燥器的所述粒料具有保留的内热；和
在不需要任何第二加热步骤的情况下，利用由所述粒料保留的所述内热使离开所述干燥器的所述粒料结晶至等于或大于30％的结晶度。
6.如权利要求5所述的方法，其中将来自所述造粒机的所述粒料输送到所述干燥器中的所述步骤包括：以与垂线成介于约45°的角度向上输送所述浆液。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述增压气体是空气。
8.如权利要求5所述的方法，其中将所述高速气体在约8巴的压力下注入。
9.一种用于使用权利要求1所述的装置将结晶聚合物加工成粒料的方法，所述方法包括：
将结晶聚合物挤出成线材，所述结晶聚合物选自由聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物组成的组；
使用水下造粒机，将所述挤出的线材在水流中切割成粒料；
将在所述水流中的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送；
将惰性气体以100m3/小时至175m3/小时的流速注入到所述粒料和水浆液中，使得所述粒料保留来自所述挤出的足够的热量，以在不使用外热的情况下，用于所述聚合物的结晶，注入到所述浆液中的所述气体将从在所述切割步骤的所述造粒机至干燥器出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级；和
在不需要任何第二加热步骤的情况下，将所述粒料干燥并且搅动以由所述保留的热量实现等于或大于30％的结晶度。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述结晶度等于或大于35％。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述引入高速气体的步骤包括将所述气体在约8巴的压力下注入。
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