CN103370380A - 内嵌颜色混合设备 - Google Patents

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Abstract

生产着色聚合物材料的方法，包括选择所述聚合物材料进料、在粉碎机中将所述聚合物材料粉碎成粉末、直接将所述粉末从粉碎机转移至混合设备、在混合设备内将含有着色剂的液体制剂喷雾至所述粉末中、混合所述液体制剂与所述粉末的步骤。

Description

内嵌颜色混合设备
I．背景技术
A．技术领域
本发明主要涉及一种聚合物材料，尤其涉及一种粉末状聚合物材料的染色方法，用于通过熔融过程、例如通过滚塑成型、制备零件。
滚塑成型被用于生产中空容器以及其它大尺寸、以及不能使用诸如注模成型、片材热成型等传统成型技术方便地进行模成型的结构复杂产品，这种结构包括，例如，汽油罐、桶、储存罐和玩具。
滚塑成型包括将含有聚合物材料的粉末给料至模具、外部加热所述模具并同时旋转所述模具熔融粉末、因此在模具中形成熔融合成聚合物材料、然后模具以固化所述材料、和最后将成型产品从模具中分离的步骤。
B．现有技术描述
为了在模成型之前进行着色，干燥粉末和/或固体形式的一种或多种着色剂可能被混合，但是这种固体材料可能难以控制，并且可能与聚合物材料粉末混合不均匀，导致最后的模成型产品中颜色分布不一致。而且，这种工艺是一种耗时的非连续过程。人们进行了很多尝试以使用液体着色剂剂型，但是使用这种剂型也存在问题，例如，这种剂型可能在聚合物材料粉碎生产聚合物粉末过程中加入，但是不利地是，如果想要改变待生产聚合物材料的颜色，这使得大范围和更长时间的清洁粉碎设备称为必要，通常这是不经济的。另外，聚合物材料着色均匀也是一个挑战。解决上述问题是本发明的一个目的。
II．发明内容
解决用于滚塑成型的粉末状聚合物材料着色相关的问题，是本发明的一个目的。
根据本发明的第一个方面，提供了一种生产着色的粉末聚合物材料的方法，所述方法包括：
（a）选择所述聚合物材料的给料；
（b）在粉碎机中粉碎所述聚合物材料，生产粉末；
（c）将所述粉末从粉碎机中直接转移至混合设备中；
（d）在所述混合设备中，将含有着色剂和/或其它功能性添加剂的液体制剂喷雾至所述粉末中；
（e）混合所述液体制剂与粉末。
所述给料可能包括聚合物材料丸或颗粒，所述给料优选为不含有着色剂，其可以是基本上未着色的。其可以包括初始聚合物材料。
所述聚合物材料可能包括热塑性聚合物，其可以包括任意适用于滚塑成型的聚合物材料，例如聚烯烃，如聚乙烯或聚丙烯。
所述粉碎机可以是破碎机、研磨机、斩刀切碎机、捣碎机、磨粉机、捣杵或其它将所示聚合物材料磨碎称为灰或粉的设备。所述粉碎机可以是标准设计，其可以用于粉碎所述聚合物材料以生产粉末。其可以包括用于选择预定颗粒尺寸特征的粉碎（即颗粒尺寸小于特定值和/或在一定特定颗粒尺寸范围内）的聚合物材料的设备（例如筛选设备）。
所述粉碎机可以被设计为在粉碎过程中升高聚合物材料的温度，例如，所述聚合物材料进入粉碎机时的温度与离开所述粉碎机的粉末的温度之间的温度差可以至少为10°C，优选为至少20°C。所述温度差可以是至少30°C，或至少40°C。
粉碎机的一个出口优选为连接混合设备的一个入口。因此，粉碎机优选为设计为直接将粉末输送给粉碎设备。在混合设备的混合腔与粉碎机的出口之间的直线距离可以是小于50cm、小于40cm、小于30cm、小于20cm或小于10cm。
步骤（c）优选为包括将粉末从粉碎机中持续输送至混合设备中。
优选地，输送至混合设备的粉末的温度高压室温，可以是高压室温至少10°C、至少20°C或至少30°C。优选地，所述粉末的温度高于室温，是由于聚合物材料在粉碎机中被加热，并且至少一部分热保留至粉末从粉碎机转移至混合设备之后。
粉碎机出口处粉末的温度与混合设备入口（和/或混合设备的入口的紧接下游，如混合设备的混合腔内）处粉末温度之间的温度差，合适的为小于40°C、优选为小于30°C、更优选为小于20°C、尤其是小于10°C。
粉碎机出口处的粉末的温度可以是至少30°C、至少40°C或至少50°C，优选为低于聚合物材料玻璃化转变温度（Tg）至少20°C（或至少40°C）。
混合设备入口处的粉末的温度可以是至少30°C、至少40°C或至少50°C，优选为低于聚合物材料玻璃化转变温度（Tg）至少20°C（或至少40°C）。
所述混合设备可以是混合器、搀和器、拍打器、搅拌机或其它将液体与粉末混合的设备。所述混合设备优选地包括一种机械混合设备，其优选设计为形成流化床，其中，粉末和液体制剂可以密切混合。所述混合设备可以包括浆式混合设备。所述混合设备优选为具有一个入口用于接受来自粉碎机的粉末，以及一个出口用于将着色的和/或别的改变的粉末从混合设备的混合腔中导出，例如导出至储存点。所述混合设备优选为连续混合设备（即，不是分批式混合设备），优选地设计为在入口和出口之间连续输送物料，因此，在所述方法中，聚合物材料可以持续的在粉碎机的入口和混合设备的出口之间通过，在此时间内，其被着色或者其发生他改变。
在步骤（d）中，液体制剂优选为可直接喷雾至粉末上，优选为尽可能避免接触限定混合设备的混合腔的壁。优选地，液体制剂滴被喷雾，适用地，在步骤（d）中喷雾设备被使用。其可以包括一种设计为将液体制剂雾化的弥雾喷雾设备、雾化器、汽化器、细粒雾化发生器、喷洒器、喷雾器或其它液体分配器。为了方便地使所述液体制剂和粉末的基本上均匀的混合（避免着色剂和/或其它功能化添加剂成团，并避免着色剂和/或其它功能化添加剂过度聚集区域），步骤（d）中喷雾优选为在相对低压下实施。例如，所述喷雾设备尅设计为使用效益50psi、优选为小于35psi、更优选为小于25psi、尤其是小于15psi压力下进行雾化。这可能会使得液体制剂更温和的应用到所述粉末，并且可以避免所述制剂喷雾穿过粉末团而导致接触混合腔的壁。如果液体制剂被允许在混合腔壁上覆盖，这倾向于着色剂和/或功能化添加剂在粉末中发展成为临时的高聚集度区域，这是不希望的。
在步骤（e）中，液体自己和粉末优选地被密切混合，并输送至混合设备的一个出口。
所述液体制剂优选为含有介质和着色剂，所述介质优选设计为负载所述着色剂，并且大部分在输送至粉末中之后、在混合和/或着色粉末下游工艺（如熔融加工）中被去除。
所述液体制剂可以含有抗氧剂、UV抑制剂、阻燃剂、润滑剂或其他替代着色剂或着色剂之外的功能性添加剂。所述液体制剂可以含有分散剂、表面活性剂、粘结剂、粘度改性剂、杀菌剂和其它功能性添加剂。所述液体制剂可以具有按照如下所述方法测定的100-50000cP范围的粘度。
所述着色剂可以溶于或分散于所述介质中，着色剂可以包括颜料或染料。
所述介质优选被选择为一些由于步骤（b）粉碎过程产生的、残存于粉末中的热量，在步骤（d）中，接触粉末时或之后蒸发。
所述介质优选为在标准状况下沸点小于120°C或小于110°C，优选地，所述介质包括水，其可以是基本上由水组成。有益的是，一些水将在液体制剂接触粉末时蒸发，这有助于粉末被液体制剂和/或着色剂覆盖，所述液体制剂可以含有至少30wt%的水。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于第一个方面所述方法的装置，所述设备包括：
（i）一种粉碎机用于生成粉末；
（ii）一种混合设备用于将所述粉末与液体制剂混合；
（iii）一种喷雾设备用于将液体制剂在所述混合设备中喷雾至粉末中；
其中，粉碎机的出口连接混合设备的入口，并且所述粉碎机被设计为直接将粉末输送给混合设备。
所述装置可以包括根据第一个方面所述的任意特征。
所述装置可以包括一种含有给料、并设计为输送所述给料至粉碎机的给料提供设备。
所述装置可以包括一种液体制剂提供设备，例如一种容器，含有液体制剂，所述提供设备可操作地连接所述喷雾设备。
根据本发明的第三个方面，提供了一种生产零件的方法，包括：
（A）选自一种根据第一个方面所述的和/或使用根据第二个方面所述装置着色的和/或其它改性的粉末；
（B）熔融加工所述着色的和/或其它改性的粉末，以生产所述零件。
步骤（B）优选为包括所述着色粉末的滚塑成型。
本发明本身扩展至使用第三个方面所述方法生产的零件。
根据本发明第四个方面，提供了一种用于不同地着色与各种粉末的装置，所述装置包括：
（1）一种粉碎机用于生产粉末；
（2）第一组合，包括一种混合设备用于将粉末与液体制剂混合、以及一种喷雾设备用于将液体制剂在所述混合设备中喷雾至粉末中；所述第一组合涉及、例如提供第一着色剂；
（3）第二组合，包括一种混合设备用于将粉末与液体制剂混合、以及一种喷雾设备用于将液体制剂在所述混合设备中喷雾至粉末中；所述第二组合涉及、例如提供第二着色剂。
有益的是，所述装置可以允许颜色改变在最小化清洁的情况下，被快速的实现，因为所述粉碎机含有使用时未着色的粉末、以及能够根据所期望的粉末颜色进行选择的第一和第二组合。
所述装置可能包括第三组合，其基本上与第一组合相同，除了其涉及、例如提供第三着色剂，不同于第一和第二组合。
第四和/或第五和/或第六组合可以被提供，用于不同的着色剂材料，备用。
在此描述的任意发明，可以与其它发明或在此描述的准用实施例的其它特征进行组合。
III．附图说明
在特定部分或多个部分的安排中，本发明可以是实物形式，其实施例将在此说明书中详细的描述，并参照附图进行举例说明，其形成本发明的一个部分，其中：
图1为根据一种实施例，用于生产着色粉末的一种装置示意图；
图2为根据一种实施例，用于生产着色粉末的一种装置透视图；
图3为根据一种实施例，位于混合设备中的桨和桨轴示意图；
图4为根据一种实施例，混合设备横截面视图；
图5为根据一种实施例，桨和桨杆俯视图；
图6为根据一种实施例，所述桨和桨杆的侧视图；
图7为根据一种实施例，位于混合设备中的传动轴轴剖视图；
图8为根据一种实施例，混合设备内部透视图；
图9为根据一种实施例，混合设备的侧视图；
图10为根据一种实施例，混合设备的俯视图；
图11为根据一种实施例，用于生产着色粉末的装置的透视图；
图12为根据一种实施例，用于生产着色粉末的装置的透视图。
IV．具体实施方式
现在参照附图，其中附图所示仅为了用于举例说明本发明的实施例，并不是为限制本发明，并且其中，相似的附图标记应当理解为指代相似的部件，图1-10显示了一种装置20，包括一种粉碎机30，其设计为通过出口40直接将未着色的分粉碎的聚合物粉末通过入口80传送给混合设备60。一种喷雾设备100可操作地连接到混合设备60，并且设计为生产着色液体制剂弥雾120，液体直接直接喷雾至粉碎的聚合物粉末上，因此为所述粉末着色。所述粉末和液体制剂混合形成均匀着色粉末，通过混合设备的出口140，着色粉末之后可以储存以备后续滚塑成型中使用。设备更详细的介绍在下午提供。
粉碎机30可以是传统设计，设计为接受造粒的聚合物，并将其粉碎生产预定颗粒尺寸的粉末，在粉碎过程中，由于施与聚合物的机械功，聚合物变热，例如，温度大约50-60°C。
混合设备60临近连接所述粉碎机，并且设计为从粉碎机中接受热的粉末。适用地，粉碎机的出口40与混合设备的入口80彼此连接，因此粉末可以不断地从粉碎机中喂料给混合设备，粉末在通过粉碎机与混合设备之间时，温度没有明显的下降。因此，适用地，粉末在加热的温度下进入混合设备，温度大致与粉碎机中的粉末温度相同。
以这种方式，由于粉碎机30对其施与的机械功，粉末依然是热的。这一额外的热，比冷的粉末产生更大的颜色粘附。当粉末进入混合设备时，没有额外预热粉末的步骤，该过程即发生。
混合设备60为机械混合设备，例如，桨式混合设备，并设计为发展一个流化床，在其中，粉末和流体制剂可以密切混合。混合设备具有桨71和桨轴61，桨轴61连接到传动轴62，桨轴61的顶部包含一个焊帽65。另外，混合设备60有清洗口64，其为圆柱形桨轴61中的孔或洞，清洗口64使得设备的清洗更为容易。在一个实施例中，水或清洗流体源可操作地连接传动轴62，然后清洗流体穿过传动轴62进入每一个桨轴61，清洗流体穿过桨轴61并从每一个桨轴61上的清洗口64出去。在一些实施例中，传动轴62也可以包括清洗口64。
喷雾设备100包括低压（例如5-15psi）空气雾化喷嘴，其被设计为将液体制剂喷雾成持续流，以相对低的速度喷雾至粉末中。优选为，避免液体制剂被强力喷雾，以穿透粉末团，并接触混合设备的壁。还优选为基本上引导所述制剂的整个弥雾到粉末上，并避免覆盖到混合设备的壁上。混合设备壁的任意覆盖，可能导致颜色相对聚集区域在粉末中产生，这是不希望的。
所述液体制剂包括水作为介质、和诸如颜料或染料的着色剂，适用地，其在进入配伍设备100之前的时刻，具有的粘度，在Brookfield粘度计上、20rpm、使用a#6转子测试，为100-50,000厘泊。所述液体制剂可能含有抗氧剂、UV抑制剂、阻燃剂、润滑剂、或其它替换着色剂或除着色剂之外的功能性添加剂，所述液体制剂可以包括分散剂、表面活性剂、粘结剂、粘度改性剂、杀菌剂和其它功能性添加剂。
水作为介质使用，被认为有助于所述液体制剂、尤其是着色剂在粉末颗粒上的覆盖，在这一点上，粉末在接触液体制剂时是热的，导致一些水从所述接触相对热的粉末的制剂液滴中除去，这使得液滴降低移动性，更容易保持粘附在粉末颗粒上。
应当理解的是，由于在粉碎机30中没有着色剂的引入，不需要再颜色变化过程中进行清洗，另外，混合设备60和/或喷雾设备100可够便宜的，其成本对于分别提供混合设备/喷雾设备给特定颜色是有效的。当希望生产不同颜色的粉末时，用来生产一种颜色的混合/喷雾设备，可以用提供不同颜色生产的喷洒设备替代，因此，在颜色更换之间，不需要实施大范围的清洗。
另外，应当注意的是，所描述的方法可以用于由聚合物颗粒高效持续生产着色粉末，另外，通过液体制剂与来自粉碎机的热的粉末之间的接触，捕鲸着色过程改善，而且在制备之后干燥着色粉末需要更是的能源。
所述粉末可以被用作滚塑成型设备的给料，或者可以用于其它涂覆工艺或熔融加工生产零件。
参照图11和12，用于生产聚合物材料着色粉末的装置200，可以包括粉碎机P，其设计为从粉碎机P出口直接将未着色的粉碎的聚合物粉末通过混合设备220的入口290，输送给混合设备220，所述装置可以以前述装置20的相同方法工作或操作。粉碎机P可以包括控制板240，其内部安装粉碎机的控制器。粉碎机P可以包括研磨腔260、研磨电机250和252、振动式给料器270、以及用于研磨腔260的入口管280。混合腔220可以包括混合设备入口290、混合设备出口292、喷雾嘴296、以及驱动电机300。喷雾嘴296将着色剂喷雾至混合腔220内，为粉碎的聚合物粉末着色。混合腔220可以具有大体上半圆横截面，带有基本上弧形或圆形下部或底部，并且基本上平坦的上部或顶部，用于混合腔220的许多其它形状和结构已在本发明范围内被考虑。一个小室或机壳210可以包括一个着色剂容器、和将着色剂从容器中输送给喷雾嘴296的泵。机壳210可以将着色剂容器和泵密封在所述机壳内。在一些实施例中，泵可以是螺杆泵或蠕动泵。小室210可以包括用于泵的控制器230，控制器230控制泵提供给喷雾嘴296的着色剂的量。着色剂可以是液体或粉末。一种腔室或管可以流体连接容器到泵、以及连接泵到喷雾嘴。机壳210可以 包括轮子、辊、或轮脚以方便移动和定位所述机壳。混合腔220可以可操作地连接或附在机壳210上。在一些实施例中，混合腔220可以固定附到机壳210上，形成单个的单元，所述单元可以一起被移动或者运输。机壳210可以轻易的一端，以脱机清洗所述混合腔220。
控制器230可以与粉碎机P的控制器240整合，以为对应量的粉碎的聚合物输送适当量的着色剂到混合腔220，所述控制器230决定着色剂合适的量，以匹配粉碎机P的生产速度。在一些实施例中，控制器230基于粉碎机P的投料速度，控制提供给混合腔220的着色剂的量；在另一些实施例中，控制器230基于挤出螺杆的速度，控制提供给混合腔220的着色剂的量；在另一些实施例中，控制器230基于粉碎的粉末的流动速度，控制提供给混合腔220的着色剂的量；在另一些实施例中，控制器230基于输送给混合腔220的材料的重量基准，控制提供给混合腔220的着色剂的量。
本发明并不限制为上述实施例的详细描述，本发明扩展至说明书（包括任意所附权利要求、摘要和附图）公开任意一种新的特征、或者任意新的特征的组合，或者扩展至所公开的任意方法或工艺步骤的一个新的步骤、或者任意新的步骤的组合。
大量的实施例在此被描述，对于本领域技术人员来讲，在不脱离本发明主要范围的情况下，上述方法和装置可以组合改变和进行改进，是很明显的，本发明应当包括这种改进和改变，因为，其落入所述权利要求或其等闲替代范围内。
因此，本文已经公开了本发明，现在权利要求如下：

Claims (20)

1.一种生产着色的粉末聚合物材料的方法，所述方法包括：
（a）选择所述聚合物材料的给料；
（b）在粉碎机中粉碎所述聚合物材料，生产粉末；
（c）将所述粉末从粉碎机中直接转移至混合设备中；
（d）在所述混合设备中，将含有着色剂和/或其它功能性添加剂的液体制剂喷雾至所述粉末中；
（e）所述粉末保持高于室温温度的情况下，混合所述液体制剂与粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（b）中，粉碎机升高聚合物材料的温度之上为10°C。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（b）中，粉碎机升高聚合物材料的温度之上为20°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（b）中，粉碎机升高聚合物材料的温度之上为30°C。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粉碎机的出口与所述混合设备的入口相连。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，输送至所述混合设备的粉末的温度之上高于室温10°C。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，输送至所述混合设备的粉末的温度之上高于室温20°C。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，输送至所述混合设备的粉末的温度之上高于室温30°C。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合设备从所述混合设备入口向出口持续输送材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述着色剂为粉末。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述着色剂为液体制剂。
12.一种用于第一个方面所述方法的装置，所述设备包括：
一种粉碎机，其由聚合物材料生产粉末，其中粉末温度在粉碎过程中升高；
一种混合设备，其将所述粉末与着色剂混合，在所述粉末至少部分保持在粉碎过程中生成升高温度的情况下。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述混合设备为桨式混合设备。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述混合设备包括清洗口，以助于清洗所述混合设备。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，输送至所述混合设备的粉末的温度至少高于室温10°C。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，输送至所述混合设备的粉末的温度至少高于室温20°C。
17.根据权利要求12所述的装置，其中，输送至所述混合设备的粉末的温度至少高于室温30°C。
18.根据权利要求12所述的装置，其中，所述混合设备从所述混合设备入口向出口持续输送材料。
19.一种用于不同地着色与各种粉末的装置，所述装置包括：
一种粉碎机，其由聚合物材料生产粉末，其中粉末温度在粉碎过程中升高；
第一组合，包括一种混合设备用于将粉末与第一着色剂混合、以及一种喷雾设备用于将第一着色剂在第一混合设备中喷雾至粉末中； 
第二组合，包括一种混合设备用于将粉末与第二着色剂混合、以及一种喷雾设备用于将第二着色剂在第二混合设备中喷雾至粉末中。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括
第三组合，包括一种混合设备用于将粉末与第三着色剂混合、以及第三喷雾设备用于将第三着色剂在第二混合设备中喷雾至粉末中。
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