CN101297064A - 用于处理颗粒材料以改善其表面特性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装置和方法，该装置和方法用于处理颗粒材料(例如塑性树脂)，以便改变颗粒材料的表面特性，包括：接收一些待处理的颗粒材料的工作腔室、电源和通过该电源供能的电容器，其中该电容器产生用于处理颗粒材料的电容性等离子体，从而当由该经处理的颗粒材料形成物体时，这种物体会具有增强的表面特性。此外，可以将一些气体引入该工作腔室中，以促进该颗粒材料内部等离子体的产生。

Description

用于处理颗粒材料以改善其表面特性的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请主张2005年9月13日提交的共同未决美国临时专利申请No.60/716,400和2006年6月16日提交的共同未决美国临时专利申请No.60/814,441的优先权，其内容引入本文供参考。

技术领域

本发明涉及颗粒材料的表面处理，并且尤其涉及处理下文所述的颗粒塑性(plastic)树脂或其它颗粒材料的表面，以便在后处理过程(例如由这种经处理的树脂形成物体)之前改善它们的表面特性，使各种涂料、粘合剂、油漆、油墨和其它材料能更好地粘附到由这种经处理的颗粒树脂制成的物体上，和/或改善这种物体的表面特性，以便增强表面润湿性、润滑性和表面能或表面张力。

背景技术

更具体地说，本发明涉及颗粒塑性树脂的处理，以便增强由这些树脂成型的物体的上述表面特性。虽然可以通过本发明的装置和方法处理各种颗粒材料，但是本发明公开的方法尤其适合处理合成或天然塑性树脂(即，通常被称为塑料、弹性材料、或橡胶状材料的任何固体或半固体的可熔物质聚合物材料)的粉末状、粒状、丸状或其它形式的颗粒的表面。除了这种聚合树脂以外，根据本发明公开的表面处理系统和方法处理的颗粒材料可以包括其它材料，如木材颗粒、纤维素、油漆颜料(例如二氧化钛，TiO₂)等。而且，应该理解：这种塑性颗粒材料可以是不同塑性树脂和添加剂的混合物，如不同树脂的再研磨的或回收的塑料。这种其它颗粒材料也可以是塑性颗粒和其它物质如填料、纤维、金属、着色剂如二氧化钛(TiO₂)、弹性材料、橡胶等的混合物。

通常，在塑性物体已经成型之后，粘合剂、油漆、油墨、和其它涂料不能很好地粘附到该塑性物体的表面。在许多情况中，必须处理成型物体的表面，以便将该物体的表面特性改变成更容易使这种涂料和粘合剂粘附到该物体上。例如，通常需要这种表面处理的塑性树脂包括各种类型的聚乙烯、聚丙烯、TPO、TPE等。随着水基粘合剂、油漆和油墨的出现，当使用溶剂基粘合剂、油漆和油墨时，通常希望对由迄今为止不需要表面处理的其它塑性树脂(例如苯乙烯、ABS、PVC、工程塑料、丙烯酸类树脂和聚碳酸酯)成型的物体进行表面处理。

用不同方法完成这种成型塑性物体的后成型表面处理。例如，这种后成型处理方法之一包括将成型物体暴露在明火中，以便处理该物体的表面。然而，这种火焰处理需要大量能量(例如天然气)，可能导致物体的翘曲或收缩，并且不能用于可燃的塑料。另一种后成型处理方法是电晕放电处理方法，其中将成型物体暴露到电晕放电中。然而，所需的表面处理仅仅对这样的表面有效，在该表面处，适当调节的电晕放电与部件相接触。此外，这种电晕放电处理系统的高温可熔化、扭曲、或甚至烧伤物体。更进一步，这种后成型处理系统包括真空等离子体处理，其中将该物体放入被抽空到低压且引入所选的气体的密闭真空室中。然后通过电或磁对该腔室供应能量，以便产生气体等离子体。

可以参考共同转让的美国专利5,290,489，它公开了通过下列步骤对中空塑性物体的内部进行表面处理：在中空物体内部形成真空，将导电气体(例如氩气或氩气/氧气混合物)引入中空物体，并且使该物体穿过一对电极之间以使中空物体内部的气体电离，以便处理中空物体的内表面。

密苏里州圣路易斯的莱克托工程公司(Lectro Engineering Company)已经开发并且多年市售了三维表面处理设备，该设备基于电容性电极原理进行操作，其在大气通道或腔室中形成定向等离子体。将电容性电极布置在通道的相对侧，并且产生高压电场，以便在电极之间实现定向等离子体放电。将成型的部件放置在输送带(或其它运输工具)上，并且将其输送通过该处理通道，并且被暴露在等离子体中，以便表面处理该部件或物体的外表面，而在物体上产生少的热量或不产生热量。只要该部件在处理通道范围内，则基本上部件的整个外表面被处理。此外，密苏里州圣路易斯的莱克托工程公司提供了市售的表面处理设备，其中向通道或密闭腔室中引入气体或气体混合物(例如空气、CO₂、氩气、一氧化二氮、或气体混合物)，以便促进等离子体的产生。应该理解为：当在本申请中使用术语“气体”时，它可以是单一气体如氩气，但是也可以是两种或多种气体的混合物。

可以参考美国专利4,317,778、5,176,924、5,215,637、5,290,489、5,925,325和6,824,872，它们公开了多种等离子体系统和方法。

发明内容

在本发明公开的系统和方法的几个优点中，应该注意：提供用于处理颗粒材料并且尤其是塑性树脂的系统和方法，从而即使在颗粒树脂形成物体之后，颗粒材料也具有增强的表面性质。经处理的颗粒材料(或由这种经处理的颗粒材料得到的或成型的物体)可以具有增强的表面性质，如油墨、油漆或粘合剂对由该颗粒材料形成的物体的表面的粘合性，或者改变该颗粒材料的表面特性，使颗粒材料具有更好的润湿性，从而，该颗粒可以更容易地与油漆或其它液体混合，或更好地将该颗粒分散在粉末或液体中。

提供这样的系统和方法，其允许颗粒材料如塑性树脂被连续或间歇地按如上处理；

提供这样的系统和方法，对于大多数颗粒塑性树脂材料，其并不使所处理的颗粒材料损坏、降解或过热；

提供这样的系统和方法，其中所处理的颗粒材料使其表面处理维持足够的存储期限以便使经处理的颗粒材料存储足够时间，以允许由所处理的材料在商业生产环境中形成物体；并且

提供这样的系统和方法，在某些实施方式中，其不需要将真空腔室抽空到高度真空；

本发明的其它优点和特征部分地是明晰的，并且部分在下文中指出。此外，本领域技术人员可认识到：本发明的权利要求书描述的装置和方法不必体现所有上述优点，并且可以具有以上未描述的其它优点。

简而言之，用本发明中描述的装置的一个实施方式处理颗粒材料(如上所述)，以便改变该颗粒材料的表面特性(如上所述)。概括地讲，该装置包括接收待处理的颗粒材料的工作腔室(它可以是向大气敞开的等离子体通道或密闭容器如柔软的袋或刚性壁容器或通道)。提供电源，产生等离子体，由此处理在工作腔室内部的颗粒材料。此外，可以任选将一些气体或气体混合物引入工作腔室中，以促进颗粒材料的处理。

在本发明所述的装置的另一个实施方式中，包括包含一些待处理的颗粒材料的工作腔室(如上所述)。可以任选将气体或气体混合物(如下文所述)引入工作腔室中，以便促进在颗粒材料内部形成等离子体。输送器将颗粒材料输送通过工作腔室，使颗粒材料暴露在等离子体放电中，并且从而处理该颗粒树脂。

更进一步，本发明所述的装置的另一个实施方式对颗粒塑性树脂进行处理，以改变颗粒树脂和由该树脂成型的物体的表面特性。该装置包括等离子体处理通道，其中设置用于容纳一些待处理的颗粒树脂的工作腔室。输送器将工作腔室输送通过通道，以便处理颗粒树脂。任选地，可以将工作腔室内部抽成局部真空，或可以对工作腔室稍微加压到环境大气压力以上。此外，可以在工作腔室内部存在或不存在局部真空，或者在有或者没有高于环境的正压的情况下，任选将气体或气体混合物(例如空气、CO₂、氩气、一氧化二氮、或气体混合物)引入工作腔室，以便促进在颗粒材料内部形成等离子体。

甚至进一步，根据本发明的某些方面的装置可以用来处理颗粒塑性树脂，以便改变由该树脂成型的物体的表面特性。具体地说，该装置包括其中产生等离子体的工作腔室(例如通道)。将一些颗粒塑性树脂放置在通道内部。任选一个或多个门将通道与大气封闭。任选将气体或气体混合物(例如如上所述的)引入通道，在该通道中，通过等离子体处理颗粒塑性树脂，以便增强颗粒塑性树脂和由该经处理的树脂成型的物体的表面特性。进一步，任选在密闭的通道内部抽空成局部真空或形成正压，优选在引入气体或气体混合物之前。

或者，根据本发明某些方面的装置，可以包括具有贯穿其中的管(工作腔室)的等离子体通道。输送器(例如螺旋输送器)将一些待处理的颗粒材料输送通过该管，并且将该颗粒材料暴露在该管内的电容性定向等离子体中，以表面处理该颗粒材料。任选将气体或气体混合物引入该管，以便当颗粒材料被输送通过该管时促进在颗粒材料内部形成定向等离子体放电。

更进一步，本发明描述一种处理颗粒材料(例如颗粒塑性树脂)的方法，以便改善由该颗粒材料制成的物体的表面特性。该方法包括下列步骤：将一些待处理的颗粒材料放置在工作腔室中，该工作腔室可以是等离子体处理通道或密闭容器。将工作腔室暴露在通道内的等离子体中，由此在该工作腔室内处理颗粒材料。该方法可以任选包括下列步骤：在工作腔室内部抽成局部真空(或正压)，并且向该工作腔室引入气体或气体混合物，以便促进在颗粒材料中产生等离子体。

甚至进一步，本发明包括一种方法，其中，在由这种经处理的颗粒树脂形成物体之前，如上述装置或方法之一所述的那样，由已经处理的颗粒树脂材料形成塑性物体，其中成型物体具有改善的表面特性。

附图说明

图1是等离子体通道的示意图(在该实施方式中，该等离子体通道构成工作腔室)，在该通道中可以表面处理一些颗粒树脂，该通道具有一对隔开的由变压器供能的电容器元件，以便在通道内部产生定向等离子体放电；

图2是与图1所示的等离子体通道相似的等离子体通道的示意图，其中电容器通过一对变压器供能；

图3是等离子体通道的示意图，其中通道的末端被门等封闭，并且任选将气体或气体混合物引入通道，以便可在通道内表面处理一些颗粒材料，并且任选将通道局部抽空(或可以加压到大于环境压力)，优选在引入气体或气体混合物之前；

图4是与图3所示的通道相似的通道的示意图，其中密闭的工作腔室在通道内，其中在腔室内部设置任选的机械搅拌器(如图7所示)，以便搅拌一些颗粒材料，由此均匀处理这种颗粒材料，并且可以引入一些气体或气体混合物；

图5是具有贯穿其中的输送器的通道的示意图，该输送器用于将一些颗粒材料输送通过通道以进行表面处理，其中，在通道内设置歧管，用于引入气体或气体混合物；

图6是密闭的、柔软的袋或工作腔室的侧视图，该袋或工作腔室适用于容纳一些待处理的颗粒材料，并且任选具有在其中抽成的局部真空，或在其中引入的正压，以及向其中注入的气体或气体混合物，以便促进在该袋内产生等离子体放电；

图7是密闭的、有刚性壁的工作腔室的侧视图，其可以定位在等离子体通道内(如图4所示)，容纳一些待处理的颗粒材料，该图展示了，提供机械桨式搅拌器，用于混合所处理的颗粒材料，以便确保颗粒材料被更均匀地处理，其中在工作腔室内可以任选抽成局部真空或正压，并且其中可以向工作腔室引入气体或气体混合物；

图8是用于处理颗粒树脂的装置的另一实施方式的示意图，该装置具有构成贯穿等离子体处理通道的工作腔室的合适介电材料的延长管，该等离子体处理通道在通道内部和管内部产生等离子体，其中该管具有布置在其中的旋转的螺旋，该管的入口端接收颗粒树脂的供给源，并且任选的气体注入模块与该管连通，以便任选将气体或气体混合物注入该管中，或注入该管内部的颗粒材料中，并且其中旋转的螺旋将颗粒树脂输送通过处理通道，以便当颗粒材料被输送通过该管时，使颗粒材料暴露于等离子体放电，从而由该管排出经处理的颗粒材料；

图8A是代替图8所示的气体注入模块使用的另一种气体注入模块的视图；

图9是用于处理颗粒树脂材料的装置的另一实施方式的示意图，该装置具有颗粒树脂的松散源，其中该树脂任选与气体或气体混合物一起注入，并且其中颗粒树脂/气体混合物被包在密闭容器或工作腔室如具有柔性壁的袋中，并且其中树脂/气体混合物的袋被输送通过等离子体处理通道，以便在袋内表面处理颗粒树脂；

图10是本发明公开的装置的另一实施方式的示意图，其中一批待处理的颗粒树脂被载入竖直的等离子体处理通道中，其中在装入颗粒树脂之后通道可以被封闭，并且其中在环境条件下、在局部真空下或在稍微高于环境的正压下之一，任选将气体或气体混合物注入密闭通道内的颗粒树脂中，以便实现颗粒树脂的表面处理，其中在处理之后，可以从该管排出处理的树脂；并且

图11是本发明所述的装置的另一实施方式，该装置以连续流程工艺处理颗粒树脂，其中塑性树脂颗粒被连续排出到竖直的等离子体处理通道中，并且其中在该管内处理之前或过程中，任选地将气体或气体混合物注入树脂，并且其中从该管的出口端连续排出经处理的树脂。

在全部附图中使用相应的附图标记。

具体实施方式

以下的详细说明通过举例的方式而不是通过限制的方式解释本发明的各种优选实施方式。另外，应该理解：在权利要求书中所述的发明在应用中并不限于应用于在本文发明内容或优选实施方式中所公开的各种实施方式的下列描述、或在附图的各种视图中所述的详细结构和组件布置。

现在参考附图，并且更具体地说是参考图2，本发明用于表面处理颗粒材料PM的装置的第一实施方式其整体以1表示。本文中使用的术语“颗粒材料”包括但不局限于粉末状、颗粒状或丸状固体材料，它们优选但不必需为能流动的或能倾倒的。这种颗粒材料的一些实例包括塑性树脂和无机材料如油漆颜料(例如二氧化钛，TiO₂)、和弹性材料或其它橡胶状材料。可以根据本发明进行表面处理的塑性树脂包括但不局限于聚乙烯、聚丙烯、ABS、PFTE、尼龙、TPO、TPE、苯乙烯、ABS、PVC、工程塑料、丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、各种树脂的混合物，和/或上述树脂的再研磨材料(regrinds)。

术语“表面处理”这些颗粒材料包括但不局限于改进这种表面性质，以便增加膜的表面能、摩擦特性、润滑性、粘结强度、表面电导率、介电常数、润湿特性(例如亲水性的或疏水性的)，和促进油墨、粘合剂和油漆对这些颗粒材料表面和/或对由这些颗粒材料制成的物体的表面的粘附力。术语“表面处理”还包括处理这些颗粒材料，以便改变这些材料的表面，增强这些材料的流动、混合、分散、和/或气体或颗粒的迁移。

本发明的一个方面在于：可以使用本文所述的方法和装置表面处理颗粒材料，使由这些经处理的材料形成(例如成型)的物体具有上述改善的表面特性。然而，可以用本文所述的处理系统和处理方法表面处理其它未用于成型的材料，或由该经处理的颗粒材料形成物体。

现在参考图2，本发明装置1的第一实施方式包括等离子体处理通道3，它构成工作腔室WC。至少一部分通道布置在具有一对隔开的电容器电极7a、7b的电容器5中。通过电源9对电极供能。电容器电极通过两个高压变压器11a、11b供能。如图1所示，在另一电极7b接地的情况下，电源9′也可以是单一的连接到电极7a的高压变压器11c。当图1或图2的装置的电源9通电时，在通道3内部产生定向等离子体放电PD(如电极之间直的虚线所示)。如各个附图所示，为了清楚起见，在附图的几个视图中，电极之间表示定向等离子体放电的虚线被省略。每一电容器电极7a、7b包含于外壳15中。这种等离子体放电处理通道可以从Lectro Engineering Co.，Inc.(1643Lotsie Blvd.，St.Louis，Missouri 63132，www.lectrotreat.com)购买。虽然在本文所有的附图中所示的电容器电极7a、7b位于水平布置的处理通道3的上方和下方，但是应该理解：电极可以位于该处理通道的相对水平侧。也应该理解：当在本文中使用术语“等离子体”时，它优选为定向等离子体。

本发明的装置和方法的第一实施方式可以在图1和2所示的装置中实施。其中，所示的工作腔室3为布置在电容器电极7a、7b之间的通道，并且向大气敞开。如图2所示，输送带19具有贯穿通道3的上游段19a，用于将放置在该上游段上的颗粒材料PM(或其它物体)输送通过通道3，以便由通道内形成的等离子体放电PD进行表面处理。如图2所示，输送器19的上游段19a上可以具有疏松的颗粒材料PM，以便根据本发明进行表面处理。或者，一些颗粒材料PM可以置于密闭容器21中。如图4所示，密闭容器21可以是具有刚性壁的室或容器21a，或如图6所示，密闭容器21可以是通过通道3输送的柔软、柔性壁的袋21b。在容器被输送通过通道并且被暴露于等离子体放电PM之前，可以(任选地)将一些气体或气体混合物(如上所述)与待处理的颗粒材料PM一起引入到容器中(即引入容器21a或袋21b)。这种气体或气体混合物促进颗粒材料内部等离子体的产生。更进一步，柔软袋21b和/或刚性壁容器21a均可以被部分抽空(或稍微加压到环境大气压力以上)，并且在暴露于通道内的等离子体放电之前，可以将气体或气体混合物引入密闭容器。应该理解：上述气体或气体混合物的引入和该容器或袋内部(或通道内部)的局部真空(或轻微正压)都增强了颗粒材料的处理，并且因此，在某些情况中是优选的，但是该气体、局部真空或轻微正压对该装置的运行均不是必须的，或对实施本文所述的方法而言均不是必须的。还应该理解：氩气是优选的气体，但是氩气或任何其它特定气体的使用均不是必须的，并且这种处理可以在只将颗粒材料PM暴露在环境压力的大气空气中实施。

如本文中所使用的，本领域普通技术人员应该理解：术语“气体或气体混合物”可以包括，但不必局限于，氩气、二氧化碳(CO₂)、氩气和空气的混合物、氮气、空气、一氧化二氮、或其它气体)。同样，术语“部分抽空”或“局部真空”只是指：如果使用这种气体或气体混合物，则压力从环境大气压降低，以便有利于气体或气体混合物的引入。应该理解：本发明的系统和方法会在大气压力或比环境大气压力稍高的正压下操作，但是优选的是，在待处理的颗粒材料PM周围形成局部真空或轻微正压。如上所述，在容器21中(或在刚性容器21a或袋21b中)形成这种局部真空之后，可以将导电气体引入这种容器，以便在处理时使该容器的内部压力可以为大气压力，或接近大气压(例如，稍微高于或稍微低于大气压)，但是，当然，容器内部的大量空气会被导电气体替换。当然，在这种容器21被输送通过通道之后，颗粒材料可以从该容器倒出，以如上所述进行使用。

如图5所示，如上所述的通道3具有歧管M，它任选供应气体或气体混合物(如上所述)，当颗粒材料PM的供给源被输送通过通道时，该气体或气体混合物被分配到通道内。应该理解：氩气是优选的，以便促进在通道内部的颗粒材料内形成等离子体。然而，可使用例如上述的其它气体。

参考图7，通道3构成工作腔室，并且在通道内设置任选的机械混合器23，用于混合(搅拌)通道内的颗粒材料PM，并且用于将颗粒材料输送通过通道，以便确保颗粒材料基本上的均匀处理。所示的混合器23是具有带径向延长的桨29的水平轴27的旋转桨式混合器25。该桨29可以相对于轴27形成角度，并且它们至少部分被浸入颗粒材料PM中，以便在轴旋转时，搅拌并且输送颗粒材料通过通道。轴27通过变速驱动马达31等进行旋转驱动，使得当桨移动穿过颗粒材料时，颗粒材料被输送通过通道3，并且被搅拌且混合，从而，确保当该材料被输送通过通道3时，大部分材料均匀暴露在等离子体放电PD中。可以使用该领域中公知的其它类型混合器。例如，为了代替上述机械桨式混合器，该通道可以设置振动的振荡器，用于振荡通道，由此在通道内部搅拌通道内的颗粒材料，由此使颗粒材料基本均匀混合。

更进一步，通道3设置有注入器或充气器，它将气体或气体混合物(如上所述)引入到颗粒材料中。已经发现：如用于大的养鱼池的充气石(aerationstone)可以用来向颗粒树脂引入导电气体。如图8A所示，这种充气器或注入器可以位于混合器/输送器27的中心轴，在图8A中所示的是螺旋输送器。可以通过鼓风机从通道的出口端抽出气体，并且再次引入(循环)到与通道的入口端相邻的容器中，以便使气体或气体混合物的使用最小化。甚至进一步，通道或容器的底部可以设置有流化膜(未示出)并且可以将气体或气体混合物(如上所述)引入该容器底部和流化膜之间的空间中，以便使颗粒材料流化，并且在颗粒材料中产生搅混作用，这会使得颗粒材料基本均匀的混合。这种流化膜对本领域中普通技术人员而言是公知的，如U.S.专利4,880,148所示，其内容引入本文供参考。

参考图6，所示的容器(container)或容器(vessel)21为柔软的、柔性袋21b。该袋可以是合适的塑料膜(例如聚乙烯等)的，具有口33，在其中放置一些颗粒材料PM用于表面处理之后，该口能密封性地闭合。如图6中的箭头所示，通过该袋的口中的合适通风孔在袋21b内可形成局部真空或轻微正压，由此从袋内部除去至少部分空气或对该袋稍微加正压，并且可以通过另一通风孔将气体或气体混合物(如上所述)注入到该袋中。在将气体或气体混合物引入该袋之后，将该袋密闭，以便将气体和颗粒截留在袋内。然而，如果在引入气体之后，袋内的压力小于袋外的环境大气压力，则该袋外的大气压力将该袋压在其中的颗粒材料上，并且当该袋被输送通过等离子体处理通道3时，这可以增强袋内的等离子体放电的产生。

在图8中，用于进行本发明的方法的装置的优选实施方式其整体以101所示。应该理解：虽然图8的实施方式是目前最优选的实施方式，在某些情况中，本文所述其它的各种实施方式也可以是优选的，这取决于各种条件。具体地说，装置101提供对颗粒材料PM的连续处理，并且包括与前面图1和2所述的通道3相似的等离子体处理通道103。以贯穿通道的螺旋输送器105的形式，装置101在通道103内部具有工作腔室WC。螺旋输送器105包括螺旋管107，优选由合适的介电绝缘材料如钢化玻璃、陶瓷等制成的螺旋管。螺旋输送器具有布置在螺旋管内部的旋转驱动的螺旋109。螺旋输送器通过变速减速器马达111旋转驱动，并且具有一系列隔开的螺旋刮板113，所述螺旋刮板113与螺旋管充分地紧密配合，以便将颗粒树脂材料从螺旋管的一端输送到另一端。所示的螺旋刮板固定到中心的螺旋轴115。然而，应该理解：可以使用其它类型的输送器，如链式输送器和“无中心”的螺旋输送器。优选地，可以改变马达111的旋转速度，以便改变螺旋的旋转速度，以便增加或减少单位时间内通过螺旋输送器输送的颗粒树脂的量，和/或改变颗粒树脂停留在通道内实现处理的时间。如上所述，螺旋输送器105构成工作腔室，其中颗粒材料PM被电容器电极7a、7b产生的等离子体处理。

如在117处所示，螺旋输送器105具有入口端，它与待处理的颗粒材料PM的供给源相通。更具体地说，设置颗粒树脂加料斗119，该加料斗中具有颗粒树脂材料121的供给源。如本领域技术人员理解的那样，可以用许多不同的方式将颗粒树脂供应到加料斗119，没有一种方式对装置101的运行是关键的。例如，可以使用如下文中图9所述的风动输送系统，或可以手动从袋等将树脂倒入加料斗。颗粒树脂是可流动的，并且它会进入螺旋输送器105的入口端117，以便使旋转的螺旋刮板113将颗粒材料输送通过螺旋输送器的长度，并且由此通过装置101内部的等离子体通道，以便暴露在该装置内部产生的等离子体中，以处理颗粒材料。

如通常由123所示的导电气体注入模块，围绕螺旋管107的一部分。从这种导电气体的供给源125，在压力下，将导电气体(如上所述)供应到注入模块。或者，如上所述，可以用充气器或注入石(infusion stone)将气体注入颗粒材料中。一般地，将气体或气体混合物(优选氩气或氩气/空气混合物)的流速调节到所需的从约0到约100标准立方英尺/小时(CFH)或以上的运转流速，这取决于其应用和在给定时间内待处理的颗粒材料的量。通常，调节气体的流速，以便在管107内部和该螺旋109的刮板113之间的颗粒材料内，产生均匀的等离子体。如前所述，可优选利用所述气体或气体混合物，但这对本发明的系统和方法的实现而言并非是必须的。如前所述，可以使用气体如空气、CO₂、氩气、一氧化二氮、或所述气体的混合物，但是(如上所述)，优选氩气。

如图8所示，注入模块123具有衬圈129，该衬圈围绕螺旋管107的一部分，并且衬圈的末端相对于该管的外部是密闭的。在衬圈129的区域内部设置一个或多个孔131贯穿螺旋管107，从而导电气体可以通过螺旋管注入并且注入到通过螺旋管输送的颗粒材料中。应该理解：刮板113与螺旋管107的内径具有充分的紧密配合，以便当颗粒材料通过螺旋输送器输送时，有效防止导电气体从螺旋输送器105的末端的过度泄漏。如在133处所示，螺旋输送器105的出口端伸出螺旋管107的末端，并且与布置在螺旋外端以下的卸料斗135连通，以便排放经处理的颗粒材料，并且将其向下引导以接收到合适的用于运输或存储的容器或袋(未示出)中。还应该理解：在连续过程中，经处理的材料可以直接从螺旋输送器的出口端133输送到储罐，或输送到成型机的进料口，从而可以由该经处理的颗粒树脂形成物体。

在图8A中，注入模块的其它和更多优选的实施方式其整体以123′所示。在该实施方式中，气体供给源125在螺旋轴115的入口端连接到管137，其中该管137轴向向内延长超过颗粒加料斗119一小段距离。该管与一个或多个布置在中心轴并向外延伸穿过螺旋输送器的在刮板113之间的部分的通气出口139连通。这些通气出口139是多孔的，以便将该气体排放到螺旋刮板之间的颗粒材料PM中。因为螺旋刮板113与螺旋管107(在图8A中未示出)具有相对紧密的配合，并且因为在相对于大气压力而言相对低的压差下注入该气体，该气体会被有效截留在螺旋输送器的间隔刮板113之间。而且，随着螺旋旋转，并且随着该气体连续从通气出口139排放进入颗粒材料，实现了气体和颗粒材料的良好混合，当颗粒材料被从进口输送到螺旋管的出口端时，这有利于螺旋管内部和颗粒材料PM内部的均匀等离子体的形成。

在图9中，公开了一种其整体以201所示的经改善的处理装置的另一实施方式，其中显示了工作容器或工作腔室，它们可以是以前图6所述的柔软的袋，或可以是具有刚性壁的容器，以便处理颗粒树脂。该装置201包括与上述通道103相似的等离子体处理通道203，在通道的相对侧具有隔开的电容器电极7a、7b，其通过一个或多个合适的电源供能，如上所述。装置201具有环带输送器205，该环带输送器具有贯穿通道203的上游段。当待处理的树脂的工作腔室207(柔软袋或具有刚性壁的容器)被置于输送器205的上游段上时，工作腔室207被输送通过通道，并且暴露在以前述方式由电极产生的等离子体中。本领域技术人员可认识到：可以使用其它输送器代替上述带式输送器。例如，可以用辊式输送器将工作腔室输送通过通道。

装置201在供应容器211内包括颗粒树脂供给源，以209表示。真空树脂输送系统，通常以213表示，包括与容器211内部的树脂供给源209连通的吸管215。来自于容器211的树脂被真空输送，并且沉积在料斗式装载机217中，它通过出口向下供给树脂。任选设置气体注入器219，以便当颗粒树脂从料斗式装载机排放时，将一些气体或气体混合物(如前所述)与颗粒树脂混合。此外，氩气是优选的气体，但是应该认识到：可以使用其它气体或气体混合物，或不使用气体。如所示的，注入器219将来自于导电气体供给源221的气体进料与从料斗式装载机217进料的颗粒材料混合。在颗粒材料从料斗式装载机217排放到腔室(袋)207中时，用流量调节器223确保所需量的气体与颗粒材料混合。在气体引入腔室207之前，应该理解：可在腔室内抽局部真空，以便置换腔室内的空气。可以操作滑动闸阀225，以便启动或停止颗粒材料从加料斗217到袋207的流动。

如图9所示，将颗粒材料和注入的气体(如果使用了气体)分配到袋207中，并将袋密闭。包含颗粒材料和气体的密闭工作腔室可以存储一段时间，并且运送到较远的位置以在通道203中处理，或可以直接将袋用于处理通道进行处理。已经发现：密闭的工作腔室或袋在处理之前可以存储相当长的时间。这允许充满颗粒材料和气体(如果使用)的袋被运送到处理通道的位置，并且在那里处理。已经进一步发现：如果处理的颗粒树脂在处理之后保留在密封袋或工作腔室中，经处理的颗粒树脂在处理之后能维持其处理高达约180天或以上。

当希望在袋(工作腔室)207中处理颗粒材料时，将该袋装载到输送器205的上游段，并且输送通过定向等离子体处理通道203，以便暴露在通道内部中的等离子体放电中，并且由此表面处理该腔室或袋207内部的颗粒材料。输送器运转的速度和处理通道的长度以及通道内部等离子体的强度将决定袋内部的颗粒材料的处理程度。当然，输送器205的速度可以在有限范围内选择性地变化。

现在参考图10，用于处理颗粒材料的间歇处理系统其整体以301所示。该系统使用竖直布置的处理通道303或工作腔室WC，它构成用于将颗粒材料输送通过工作腔室的重力输送器，在通道的相对侧具有电极7a、7b(在图10中未示出)，其中电极通过合适的电源供能，如前所述。通道303在其下部或出口端具有孔口304和门305，从而该通道构成工作腔室，在该工作腔室内可以处理颗粒材料PM，以便改善其表面特性。门305关闭时，通道303充满待处理的颗粒材料，并且关闭上部或入口端的门309。如所示的，通道303可以任选连接到真空源311，以便在门305和309关闭时，可以在通道303内部抽局部真空。在上述抽局部真空之后，可以任选使用气体注入器将气体或气体混合物引入到通道中，或可以使用充气器313向颗粒材料中充入气体或气体混合物进料，以便促进通道内部的颗粒材料内的等离子体的形成。也就是说，充气器313布置在连接到要注入的气体源315的通道内，并且优选在通道内部抽局部真空之后，可以将预定体积的气体引入关闭的通道。在处理之前，通道或工作腔室内部的压力可以稍微低于大气压力，可以为大气压力，或大于大气压力。在通道303内部的颗粒树脂材料307被暴露在等离子体中足够时间以实现处理之后，下部的门305被打开，经处理的颗粒材料通过重力从通道303通过孔304排放到合适的容器或加料斗(未示出)中。材料307暴露于等离子体放电中的时间长度取决于许多因素，如待处理的材料、通道的尺寸、是否使用气体或气体混合物、和用于处理材料的定向等离子体的强度。

现在参考图11，本发明的装置的其它实施方式其整体以401表示。该实施方式连续处理颗粒树脂材料403。此外，在该实施方式中，将处理通道405取向，使通道以竖直位置布置，在通道的相对侧具有电容器电极7a、7b。通道405具有上部或入口端407，和下部或出口端409，并且因此在通道405内部形成工作腔室，在工作腔室内可以处理颗粒树脂材料。如在411处所示，在出口端409设置门，以便调节颗粒材料403通过通道405的流动。因此，门411起到像阀一样的作用，以调节颗粒材料通过通道405的流动，并且通道起到重力输送器的作用，用于将颗粒材料输送通过通道或工作腔室WC。通过与前面图9所述的真空输送系统相似的真空输送器415，从供给源(在图11中未示出)将待处理的颗粒塑性树脂供应到料斗式装载机413中。应该理解：可以用重力给料代替真空输送器415。进一步，从气体或气体混合物供给源419向气体注入器417(与图9所示的注入器219相似)供应合适的气体，从而，合适的气体(如前所述)任选可以与颗粒材料在后者分配到通道405的上端中时一起注入。

在使用中，如图11所示的系统从料斗式装载机413分配待处理的颗粒树脂的稳流。当颗粒树脂通过注入器417时，它可以与导电气体一起注入。树脂和导电气体向下下降通过通道405的密闭入口端407的开口。如通道405内隔开的点所示，经处理的颗粒树脂从出口端409排放的速率通过门411调节，以便在通道405内部可积累颗粒树脂供给源。树脂暴露在来自电容器电极的等离子体放电中足以处理颗粒树脂的时间。经处理的颗粒材料连续排放到合适的容器中。

实施例1-将高密度聚乙烯(HDPE)粉末样品装入柔软的塑料袋中，并且向袋中引入氩气和空气的混合物，然后将袋密闭。其内具有树脂的袋以约2英尺/分钟的输送速度被输送通过等离子体处理通道，并且暴露在定向的等离子体放电中大约2分钟。在处理之前，树脂的表面能级(也称为表面能)确定为大约36达因。注意：虽然“达因”通常理解为作用于一克质量上沿着其作用的方向以1厘米/秒增加其速度的力的单位，在本文中使用的术语“达因”是测量的任意单位，用于比较颗粒材料的表面能，并且仅仅表示在进行处理之后颗粒材料的表面能变化的相对比较。在处理之后，样品的表面能增加到约48-50达因。在处理之后数天，以旋转成型方法，由经处理的颗粒树脂形成物体，其中成型的物体具有中空的内部空隙，该空隙可以施加泡沫绝缘材料。发现：实现了优异的泡沫绝缘粘合。注意：较高的表面能级通常表示对油漆、油墨、粘合剂等的更好粘合。利用从密苏里州圣路易斯的莱克托工程公司市售的测试成套工具确定这些样品的表面张力(能量)水平。颗粒材料的样品的表面张力水平通过以下方法测试：将颗粒材料的样品压缩到已知的密度，然后对样品的上表面施加不同表面或润湿张力溶液以便确定哪个溶液会润湿该颗粒以及被吸附入样品，其中各溶液均具有预定的达因水平。

实施例2-以大约一个月的间隔，按照上述实施例1对颗粒树脂的样品进行处理，每月测试样品的表面能，测量进行约6月。如上所述：颗粒树脂的表面能在处理之后立即从约36达因增加到约48-50达因。在该六个月的测试周期过程中，表面能维持在48-50达因的水平。

由于可以对上述结构作出各种变化而不背离本发明的范围，应该理解为：包含于以上说明书的或附图所示的所有内容均应该解释为用于说明目的，而不是对本发明进行限制。

Claims (12)

1.用于处理颗粒材料以改变所述颗粒材料表面特性的装置，所述装置包括：

接收待处理的所述颗粒材料的工作腔室；

电源；和

一对通过所述电源供能的隔开的电容器电极，所述电极产生等离子体，以便当所述颗粒材料位于所述电极之间时，在所述工作腔室内部处理所述颗粒材料。

2.权利要求1的装置，其中所述工作腔室是密闭容器并且其中具有所述颗粒材料和气体，所述气体促进所述颗粒材料内部的所述等离子体的产生，所述气体选自空气、氮气、氩气、二氧化碳、一氧化二氮或这些气体的混合物。

3.权利要求1的装置，其中所述工作腔室是通道，所述电极相对于所述通道布置，以便在所述通道内部产生等离子体，所述装置还包括贯穿所述通道的用于输送所述颗粒材料通过其中的输送器。

4.权利要求3的装置，其中所述工作腔室是管，并且其中所述输送器是布置在所述管内的螺旋输送器。

5.权利要求3的装置，其中将气体引入所述通道，以便帮助通过所述等离子体对所述颗粒材料的处理。

6.权利要求4的装置，其中所述螺旋输送器是旋转螺旋输送器，并且具有至少一个螺旋刮板，以便当所述螺旋输送器旋转时，所述螺旋将所述颗粒材料输送通过所述管。

7.权利要求4的装置，其中所述管是合适的介电材料的管。

8.权利要求4的装置，其中所述管具有用于将所述气体引入所述颗粒材料中的气体注入器。

9.用于处理颗粒塑性树脂以改变由所述树脂成型的物体的表面特性的装置，所述装置包括：

具有一对用于产生等离子体的隔开的电极的电容器；

一些待处理的所述颗粒树脂；和

用于在所述电极之间输送所述颗粒树脂以便处理所述颗粒树脂的输送器。

10.处理颗粒材料以改善由所述颗粒材料制造的物体的表面特性的方法，所述方法包括下列步骤：

将一些待处理的所述颗粒材料放置在工作腔室中；并且

将所述工作腔室暴露于等离子体中，以便对所述颗粒材料进行表面处理。

11.权利要求10的方法，其中所述等离子体由一对隔开的电容器电极产生。

12.处理颗粒塑性树脂以改善由所述树脂成型的物体的表面特性的方法，所述方法包括下列步骤：

在由所述经处理的颗粒塑性树脂成型所述物体之前，对所述颗粒塑性树脂进行表面处理；

其中所述处理步骤包括将所述颗粒塑性树脂暴露于等离子体中，以处理所述塑性树脂颗粒的表面；并且

由所述经处理的颗粒树脂材料成型物体，以增强所述物体的表面特性。

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