CN101590670A - 热塑性树脂颗粒的制造方法以及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供能制造形状稳定的颗粒的热塑性树脂颗粒的制造方法以及制造装置。该热塑性树脂颗粒的制造方法包括对保持有熔融状态的热塑性树脂的槽内进行加压，将该树脂排出，并进行固化以及细切而得到颗粒，然后通过利用气体流体进行加压输送的方法或者减压吸引的方法，使该颗粒通过配管而转移到贮藏容器中，其特征在于，以转移颗粒的配管的入口和出口的压力差的变动幅度为10％以内的方式来控制所述槽内的压力，以调节树脂的排出量。

Description

热塑性树脂颗粒的制造方法以及制造装置

技术领域

本发明涉及热塑性树脂颗粒的制造方法以及制造装置。详细地说，涉及如下的制造方法以及制造装置，其提供形状稳定的颗粒，且能防止或抑制异形状颗粒、破碎片、粉体、长带状漏切物等工业废弃物的产生，而且能抑制熔融线束刀具等的造粒装置的破损。

背景技术

在将熔融聚合物制成粒状的颗粒的情况下，例如，在将聚酰胺或聚酯那样的熔融聚合物从聚合槽排出而进行粒状化的情况下，聚合物造粒装置被广泛使用，该聚合物造粒装置将熔融聚合物从被称为模孔或喷嘴的特定形状的孔穴以带状的线束的形式挤出并固化后，通过刀具切断成颗粒。

作为能适用上述的颗粒造粒方法的热塑性树脂，可以举出聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯以及聚酰胺等。特别是在通过缩聚反应得到的聚酯或聚酰胺等的材料中，上述的颗粒造粒方法作为有用的方法而被使用着。

聚酰胺具有高强度、耐磨损性、耐疲劳性、良好的染色性、阻气性等化学、机械性质，可用作家电产品或各种汽车用部件、计算机的框架等注塑成型材料，织线、编织物等的衣物，轮胎帘布、渔网、鱼线等工业用或休闲用丝材料，食品包装用的薄膜或各种容器用片材或瓶用材料。尤其是聚酰胺MXD6那样的含有由苯二甲胺或双(氨甲基)环己烷和脂肪族二羧酸得到的酰胺键重复单元的聚酰胺与聚酰胺6或聚酰胺66等相比具有高强度、高弹性模量、低吸水性，另外，且阻气性也良好，因此作为各种工业用材料、或者食品包装用的薄膜、片材、瓶用材料特别有用。

通常，为了从聚合槽排出熔融聚合物，在分批式的情况下，多采用将氮气等惰性气体导入到聚合槽内来进行加压的方法，在连续聚合方式的情况下，多采用使用齿轮泵或螺杆等的方法。通过这些方法来制造颗粒时，由于聚合槽的熔融聚合物粘度的经时变化或挤出压力的变动等，向造粒装置供给的聚合物的量发生变化，线束发生粘合而使得冷却变得不充分。

如果在这样的状态下进行造粒，则会产生连串颗粒或成块颗粒(ブロツキングペレツト)。如果存在这些异形状颗粒，则会出现以下问题：无法正常进行颗粒的空气输送，或者从原料储存筒仓(ストツクサイロ)排出时，形成桥而无法从原料储存筒仓排出。而且，使用者在使用时，会引起颗粒的形状、尺寸的变动幅度大和供给到成型机中时无法稳定地供给等的问题。

为了解决这些问题，一般采用通过振动筛从得到的颗粒中分离除去异形状颗粒的方法，但是，即使采用该方法也无法避免收率降低。特别是聚酰胺，其中像聚酰胺MXD6那样的高弹性模量的聚合物由于线束的硬度高，因而存在比较容易受造粒工序的条件变化的影响的倾向。

此外，由于熔融线束的混乱引起的线束的直径或冷却固化状态的不稳定化，从而刀具等的损耗加剧，维修频率增加。尤其是像聚酰胺MXD6那样的高弹性模量的聚合物由于线束的弹性模量高，因而存在造粒装置的损耗速度较快的倾向。如果造粒装置的损耗加剧，则线束的切断变得困难，产生破碎片或粉体等，并且线束未被切断而形成长带状，造粒装置堵塞或过负荷引起造粒工序的停止，也就是说，成为产品的合格率恶化的原因。

这些异形状颗粒、破碎片、粉体、长带状漏切物作为工业废弃物而被处理，因此，需要额外的处理费用和运输费用，成为不合算的原因。从近年来不断变得严重的环境问题的观点考虑，也希望不产生废弃物，从提高收率方面考虑，也非常希望开发出防止或者抑制这些工业废弃物的产生的方法。

针对上述课题，为了尽量提高收率，作业者时常监视线束的状态或颗粒的形状，在发现异常的情况下，有中断聚合物的排出或者改变颗粒的接受地的方法，但是，这样的人为应对的方法相对应地需要花费时间，存在大量产生不良颗粒或者无法发展造粒作业的无人化等的省力化的问题。

作为解决这些问题的方法，提出了使用设置有自动地测定颗粒的形状的装置的、并根据该测定值来调节刀具的速度的装置的方法(日本特开平4-25408号公报)。但是，在该方法中，只是控制了刀具速度的线束的流动方向(纵向)的控制，不仅难以满足使用者所希望的颗粒尺寸，而且对剧烈的挤出压力的变化的应答迟钝，颗粒变得不均匀，无法避免在产品中混入形状不良的颗粒。

此外，还提出了通过检测排出时的压力以及熔融聚合物粘度来控制刀具的速度，从而使得颗粒形状均一的方法(日本特开平8-164519号公报)。但是，在该方法中，为了获得压力、熔融粘度的高的检测精度，不仅装置结构变得复杂且高价，而且根据排出的熔融聚合物的排出压力、熔融粘度的变化，挤出速度发生变化，因此，在相对于线束的冷却状态的变动而线束的硬度变动显著的材料中，难以抑制、减少形状不良的颗粒的产生。

此外，为了使造粒工序中的熔融聚合物的排出量恒定，在连续聚合方式的情况下，经常采用使用齿轮泵或螺杆等的方法，但是，在分批式中，不仅设备投资变高，而且产生熔融树脂的不需要的滞留部，因此，在空出间歇间隔或者延长间歇聚合时间的情况下，会发生滞留部的树脂劣化，因此不优选。此外，还提出了如下方法，该方法对颗粒的造粒量进行重量检测，调节聚合物排出阀的开度，从而使排出量、颗粒形状变得均匀(日本特开平11-254431号公报)。但是，在该方法中，对被颗粒化且分离作为冷却介质的水等后的重量变化进行检测，因此，相对于排出的变动难以进行快速地应对。此外，在相对于变动来调整排出阀的开度的方法中，可能会直接引起线束的流动变化，因此，难以抑制、降低形状不良颗粒的产生。

发明内容

本发明的目的在于解决上述课题，提供能制造形状稳定的颗粒的热塑性树脂颗粒的制造方法以及制造装置。

本发明人们为了解决上述课题而进行了深入研究，结果完成了本发明。即，本发明涉及一种热塑性树脂颗粒的制造方法，该方法包括对保持有熔融状态的热塑性树脂的槽内进行加压，将该树脂排出，并进行固化以及细切而得到颗粒，然后通过利用气体流体进行加压输送的方法或者减压吸引的方法，使该颗粒通过配管而转移到贮藏容器中，其特征在于，以转移颗粒的配管的入口和出口的压力差的变动幅度为10％以内的方式来控制所述槽内的压力，以调节树脂的排出量。

此外，本发明还涉及一种热塑性树脂颗粒的制造装置，该装置具有：内压可控的分批式聚合槽、将从该聚合槽排出的线状树脂细切而得到颗粒的造粒机、通过利用气体流体进行加压输送的方法或者减压吸引的方法而将该颗粒转移到贮藏容器的配管、测定该配管的入口和出口的压力变动的单元、以及根据该压力变动来控制该分批式聚合槽的内压的单元，其特征在于，所述分批式聚合槽的内压根据转移配管中的压力损失来进行控制。

附图说明

图1是表示在用于实施本发明的方式的制造装置中通过加压输送来转移颗粒的情况的示例图；

图2是表示在用于实施本发明的方式的制造装置中通过减压吸引来转移颗粒的情况的示例图。

附图标记说明

1：保持熔融树脂的槽，2：造粒机，3：颗粒，4：鼓风机，5：用于将颗粒输送到贮藏容器的配管，6：贮藏容器，7：压力检测端，8：压力调节器，9：压力调节阀，10：固气分离机，11：排出机

具体实施方式

作为能适用本发明的颗粒的制造方法的热塑性树脂，可以举出聚烯烃、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯以及聚酰胺等。特别是从对于在造粒中物理性质经时变化的树脂的线束直径、或者冷却固化状态的稳定化的方面考虑，在通过缩聚反应得到的聚酯或聚酰胺等材料中，上述的颗粒造粒方法作为有用的方法而被使用着。其中，在热塑性树脂为聚酰胺时是优选的，特别是在热塑性树脂为原料二胺成分的70摩尔％以上为苯二甲胺和/或双(氨甲基)环己烷的聚酰胺时是有用的。

在本发明的颗粒的制造方法中，通过惰性气体和/或水蒸气对保持有熔融状态的热塑性树脂的槽内进行加压，从槽下部将该树脂排出、固化并细切之后进行转移。加压的压力可以根据树脂的排出速度进行适当地选择，如后所述，可以根据树脂颗粒的转移压力的变动进行控制。该压力根据排出的树脂的种类、性状、聚合槽的构造、大小等的不同而不同，但是，通常为0.2MPaG-0.8MPaG的范围。排出的树脂的熔融粘度过低时，无法形成线束，熔融粘度过高时，加压的压力过高，不实用，因此，树脂的熔融粘度优选为60Pa·s以上且为500Pa·s以下，更优选为100Pa·s以上且为400Pa·s以下，且优选满足下式(1)以及(2)。

30＜A×B＜500         (1)

0.2＜C＜0.8           (2)

更优选满足下式(3)以及(4)。

200＜A×B＜400       (3)

0.3＜C＜0.6          (4)

A：保持热塑性树脂的槽的下部模孔的每1孔的热塑性树脂的排出速度(kg/min)，

B：热塑性树脂的熔融粘度(Pa·s)，

C：热塑性树脂颗粒的截面长径/模孔直径。

上述(1)所示的A×B值为30以上时，背压的控制变得容易，为500以下时，造粒时的背压适当，效率高。此外，上述(2)所示的C值为0.2以上时，背压的控制变得容易，为0.8以下时，造粒时的背压适当，效率高。而且，即使通过挤出速度进行调节时，只要在上述范围内即可，不必使挤出速度极端地变动。

本发明的制造方法中的作为保持热塑性树脂的槽，优选使用分批式的聚合物聚合反应装置的聚合槽，在本发明的制造方法中，从造粒工序的简化的方面考虑，优选适用于这里制造的熔融状态的热塑性树脂。

该热塑性树脂优选以线状被排出，冷却后通过造粒机进行细切而颗粒化。线束的冷却可以使用水冷式或空冷式中的任意一种。另外，此时，从线束的流动方向的长度的稳定的方面考虑，颗粒制造时的刀具的转速以及挤出速度的变动幅度分别优选为5％以内，更优选为3％以内。造粒机之后，为了防止转移配管的堵塞，在转移到贮藏容器之前，优选具有除去长带状漏切物的装置。此外，在冷却方法采用水冷式的情况下，向贮藏容器转移前也可以通过干燥器进行干燥。

细切得到的颗粒优选通过具备至少一个压力检测器的空气输送配管利用气体流体来进行加压输送，或者通过减压吸引的方法通过配管而被转移到贮藏容器中。输送中使用的气体可以是空气，但是也可以使用氮气那样的惰性气体。在颗粒转移中，经常或断续地通过压力检测器来监视转移配管中的转移压力，以转移的配管的入口与出口处的压力差(以下也称为压力损失)的变动幅度为10％以内、优选为8％以内、更优选为6％以内、进一步优选为5％以内的方式来控制聚合槽上部的背压(上述加压的压力)。控制方法可以是作业者的手动调节，但是更优选使用控制计量仪器进行连续地调节。

这样，为了使颗粒转移中的转移配管的压力损失收纳在一定范围内，而调节聚合槽上部的背压，由此确保稳定的排出量，因此，可以得到一定粗度的线束，进而无需改变刀具的转速以及挤出速度，就能得到一定形状的颗粒。

本发明中，得到的热塑性树脂颗粒的形状优选为细切截面(与线束的流动方向成直角的截面)为椭圆形的圆筒形，该截面的长径(颗粒截面长径)与颗粒长度(线束的流动方向的长度)之比(颗粒截面长径/线束的流动方向的长度)优选为0.7-1.3，且颗粒长度优选为2.0-4.0mm，更优选的情况下，上述比以及颗粒长度分别为0.8-1.2、2.5-3.5mm。此外，同一批次制造颗粒中的尺寸变动幅度优选为平均尺寸的±10％以内，优选为±8％以内。

本发明还涉及热塑性树脂颗粒的制造装置，该装置具有：内压可控的分批式聚合槽、将从该聚合槽排出的线状热塑性树脂细切而得到颗粒的造粒机、通过利用气体流体进行加压输送的方法或者减压吸引的方法将该颗粒转移到贮藏容器的配管、测定该配管的入口和出口的压力变动的单元、以及根据该压力变动来控制该分批式聚合槽的内压的单元，其特征在于，所述分批式聚合槽的内压根据转移配管中的压力损失来进行控制。

图1是在表示用于实施本发明的方式的制造装置中通过加压输送来转移颗粒的情况的示例图。

图2是在表示用于实施本发明的方式的制造装置中通过减压吸引来转移颗粒的情况的示例图。

图1中，在保持熔融树脂的槽1中被加压了的树脂被树脂细切装置2细切。颗粒3通过鼓风机4进入用于将颗粒输送到贮藏容器的配管5内并被气体流加压输送到贮藏容器6。此时，在供给到配管5的树脂量增多的情况下，配管5内的压力损失变大，压力检测端7的压力值相比稳定值上升。该检测压力值被输送到压力调节器8。在压力调节器8中进行上述压力值的演算，并降低压力调节阀9的设定值，以使压力检测端7的压力值成为稳定值，从而使得对树脂的背压降低，供给到配管5的树脂量变成恒定。

相反，在供给到配管5的树脂量变少的情况下，配管5中的压力损失减小，压力检测端7的压力值相比稳定值降低。该检测压力值被输送到压力调节器8。在压力调节器8中进行上述压力值的演算，并提高压力调节阀9的设定值，以使压力检测端7的压力值成为稳定值，从而使得对树脂的背压上升，供给到配管5的树脂量变成恒定。

图2中，与图1的情况相同，在保持熔融树脂的槽1中被加压了的树脂被树脂细切装置2细切。颗粒3通过鼓风机4、通过用于将颗粒输送到贮藏容器的配管5通过减压吸引而被转移到贮藏容器6。此时，在供给到配管5的树脂量增多的情况下，配管5内的压力损失变大，压力检测端7的压力值相比稳定值降低。该检测压力值被输送到压力调节器8。在压力调节器8中进行上述压力值的演算，并降低压力调节阀9的设定值，以使压力检测端7的压力值变成稳定值，从而使得对树脂的背压降低，供给到配管5的树脂量变成恒定。

相反，在供给到配管5的树脂量变少的情况下，配管5中的压力损失减小，压力检测端7的压力值相比稳定值上升。该检测压力值被输送到压力调节器8。在压力调节器8中进行上述压力值的演算，并提高压力调节阀9的设定值，以使压力检测端7的压力值成为稳定值，从而使得对树脂的背压上升，供给到配管5的树脂量变成恒定。

根据本发明的热塑性树脂颗粒的制造方法以及制造装置，可以获得如下效果。

(i)无需使用高价的设备、复杂的结构的设备就能得到形状稳定的颗粒。

(ii)通过将排出量保持在恒定，造粒工序变得稳定，能防止或抑制异形状颗粒、破碎片、粉体、长带状漏切物等工业废弃物的产生。

(iii)能抑制或防止颗粒空气输送时的配管的堵塞问题。

本发明的热塑性树脂颗粒的制造方法适合用作用于得到稳定的形状的颗粒的制造方法。

下面举出实施例以及比较例来对本发明作具体的说明。但是，本发明并不限定于这些实施例以及比较例。

熔融粘度的测定

熔融粘度使用(株)东洋精机制的キヤピログラフ(CAPILOGRAPH)D-1，在如下条件下进行测定：冲模：1mmφ×10mm长度，表观剪切速度为100/s，测定温度为260℃，样品水分为1000ppm以下。

实施例1

将由间苯二甲胺与己二酸熔融缩聚得到的、熔融粘度为180Pa·s的聚酰胺在满足上述式(1)以及(2)的下述条件下、在0.5MPaG的压力下以熔融状的线束的形式加压挤出，水冷后用刀具细切。

A×B＝240

C＝0.4

A：聚合槽的下部模孔的每1孔的热塑性树脂排出速度(kg/min)，

B：热塑性树脂的熔融粘度(Pa·s)，

C：热塑性树脂颗粒的截面长径/模孔直径。

颗粒通过长带除去机除去长带状的漏切物之后，通过如图2所示的鼓风机，通过减压吸引的方法以风速28m/s转移到贮藏容器，以转移时的压力损失为17.3-18.3kPa的范围(相当于变动幅度为5.6％)的方式，使用控制计量仪器连续地通过氮气调节聚合槽的背压来进行排出。另外，此时，刀具的旋转速度的振摆幅度为平均转速的±1.3％，挤出速度的变动幅度为2.6％。另外，式(1)的由A表示的聚合槽的下部模孔的每1孔的热塑性树脂排出速度通过聚合槽内的树脂量(kg)/排出时间(min)/模孔数(个)来求出。

造粒工序中，在贮藏容器入口处进行连续地取样，使用游标卡尺测定颗粒截面长径与颗粒长度之比以及颗粒长度，结果颗粒截面长径与颗粒长度之比的平均值为1.02，尺寸变动幅度为平均尺寸的±7.2％，颗粒长度的平均值为3.25mm，尺寸变动幅度为平均尺寸的±3.0％。此外，异形状颗粒即多个相连、长带形状等的颗粒(以下相同)的混入率为0.4％以下，得到形状的偏差少、异形状颗粒的混入也少的颗粒。另外，上述平均值均是对30个颗粒进行测定而得到的(以下相同)。

实施例2

在与实施例1相同的条件下以熔融状的线束的形式进行加压挤出，水冷后，用刀具进行细切。

颗粒通过长带除去机除去长带状的漏切物之后，通过减压吸引的方法以风速25m/s转移到贮藏容器，以转移时的压力损失为24-26kPa的范围(相当于变动幅度为8.0％)的方式，使用控制计量仪器连续地通过氮气调节聚合槽的背压来进行排出。另外，此时，刀具的旋转速度与实施例1相同，其振摆幅度为平均转速的±1.5％，挤出速度的变动幅度为3.0％。

造粒工序中，在贮藏容器入口处进行连续地取样，与实施例1同样地测定颗粒截面长径与颗粒长度之比以及颗粒长度，结果颗粒截面长径与颗粒长度之比的平均值为1.12，尺寸变动幅度为平均尺寸的±9.5％，颗粒长度的平均值为3.01mm，尺寸变动幅度为平均尺寸的±3.3％。此外，异形状颗粒的混入率为0.5％以下，得到形状的偏差少、异形状颗粒的混入也少的颗粒。

比较例1

确定加压压力，使得满足式(1)的A×B＝240的条件，在保持该压力的情况下进行排出，除此之外，与实施例1同样地进行加压挤出，水冷后用刀具进行细切。颗粒的尺寸的调节是每当排出反应槽的聚酰胺的1/10时，作业者确认颗粒的形状，并进行刀具的转速的调节。得到的颗粒进行长带状的漏切物的除去，再通过减压吸引的方法以风速为25m/s进行转移。

进行与实施例1同样的取样，与实施例1同样地测定颗粒截面长径与颗粒长度之比以及颗粒长度，结果颗粒截面长径与颗粒长度之比的平均值为1.13，尺寸变动幅度为平均尺寸的±17.4％，颗粒长度的平均值为3.02mm，尺寸变动幅度为平均尺寸的±3.3％。此外，异形状颗粒的混入率为1.0％，颗粒截面长径的偏差大，异形状颗粒的混入多。

比较例2

除了将转移时的压力损失调节在23-27kPa的范围(相当于变动幅度为16.0％)之外，与实施例2同样地调节聚合槽的背压来进行排出。

进行与实施例2同样的取样，与实施例1同样地测定颗粒截面长径与颗粒长度之比以及颗粒长度，结果颗粒截面长径与颗粒长度之比的平均值为1.14，尺寸变动幅度为平均尺寸的±20.1％，颗粒长度的平均值为3.02mm，尺寸变动幅度为平均尺寸的±3.3％。此外，异形状颗粒的混入率为1.1％，颗粒截面长径的偏差大，异形状颗粒的混入多。

Claims (11)

1、一种热塑性树脂颗粒的制造方法，该方法包括对保持有熔融状态的热塑性树脂的槽内进行加压，将该树脂排出，并进行固化以及细切而得到颗粒，然后通过利用气体流体进行加压输送的方法或者减压吸引的方法，使该颗粒通过配管而转移到贮藏容器中，其特征在于，以转移颗粒的配管的入口和出口的压力差的变动幅度为10％以内的方式来控制所述槽内的压力，以调节树脂的排出量。

2、根据权利要求1所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，将细切的颗粒在除去长带状漏切物后转移到贮藏容器中。

3、根据权利要求1所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，排出的热塑性树脂的熔融粘度为60Pa·s以上500Pa·s以下，且满足下述式(1)以及(2)，

30＜A×B＜500        (1)

0.2＜C＜0.8          (2)

A：保持热塑性树脂的槽的下部模孔的每1孔的热塑性树脂的排出速度，单位为kg/min，

B：热塑性树脂的熔融粘度，单位为Pa·s，

C：热塑性树脂颗粒的截面长径/模孔直径。

4、根据权利要求1所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，将热塑性树脂从槽下部以线状排出，冷却后通过造粒机进行固化以及细切。

5、根据权利要求4所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，所述造粒机的刀具的转速以及挤出速度的变动幅度均在5％以内。

6、根据权利要求1所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，得到的热塑性树脂颗粒的形状是细切截面为椭圆形的圆筒形，颗粒的截面长径与颗粒的长度之比为0.7-1.3，且颗粒的长度为2.0-4.0mm，同一批次制造的颗粒中的尺寸变动幅度为平均尺寸的±10％以内。

7、根据权利要求1所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，所述热塑性树脂为聚酰胺。

8、根据权利要求7所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，所述聚酰胺的原料二胺成分的70摩尔％以上为苯二甲胺和/或双(氨甲基)环己烷。

9、根据权利要求1所述的热塑性树脂颗粒的制造方法，其中，所述热塑性树脂是在分批式的聚合物聚合反应装置中制造得到的。

10、一种热塑性树脂颗粒的制造装置，该装置具有：内压可控的分批式聚合槽、将从该聚合槽排出的线状热塑性树脂细切而得到颗粒的造粒机、通过利用气体流体进行加压输送的方法或者减压吸引的方法而将该颗粒转移到贮藏容器的配管、测定该配管的入口和出口的压力变动的单元、以及根据该压力变动来控制该分批式聚合槽的内压的单元，其特征在于，所述分批式聚合槽的内压根据转移配管中的压力损失来进行控制。

11、根据权利要求10所述的热塑性树脂颗粒的制造装置，其中，在所述造粒机的出口与所述转移配管之间具备将长带状漏切物除去的装置。

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