CN106335174A - 利用单轴或多轴的挤出机加工未干燥的、颗粒状的聚合物或聚合物混合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用单轴或多轴的挤出机加工未干燥的、颗粒状的聚合物或者聚合物混合物的方法，该挤出机包括一个工作缸，具有一个或多个容纳在工作缸中的螺杆、还包括一个设置在工作缸上的用于聚合物的输送段和一个设置在工作缸上的熔化区，在其中熔化聚合物或聚合物混合物，其中，所述未干燥的通过输送段加入到工作缸中的聚合物在至少一在工作缸上后置于输送段的且前置于熔化区的真空脱气区中脱气。

Description

利用单轴或多轴的挤出机加工未干燥的、颗粒状的聚合物或 聚合物混合物的方法
技术领域
本发明涉及一种利用单轴或多轴的挤出机加工未干燥的、颗粒状的聚合物或者聚合物混合物的方法，该挤出机包括工作缸，该工作缸具有一个或多个容纳在工作缸中的螺杆、还包括设置在工作缸上的用于聚合物的输送段和设置在工作缸上的熔化区，在其中熔化聚合物或聚合物混合物。
背景技术
以颗粒形式呈现的聚合物或者聚合物混合物通常利用挤出机加工成颗粒、薄膜或者其它中间产品或最终产品。下面仅仅谈及“聚合物”，其中这个定义不仅包括聚合物种类，而且包括聚合物混合物。为了加工利用单轴或多轴的包括一个工作缸的挤出机加工或者加工以松散颗粒物呈现的聚合物，工作缸具有一个或多个容纳在其中的螺杆，用于将聚合物在直接后置于挤出机的成形工艺中带到所期望的中间产品形状或者最终产品形状。聚合物通过工作缸的输送段输入到工作缸中并且通过一个或多个在其中旋转的螺杆输运。聚合物进入到熔化区，在其中聚合物熔化，由此形成均匀的熔化物质，它被一直输运到工作缸端部，在那里熔化物质转移到定义产品造型的造型器中。
有时在加工聚合物的时候，它们由于吸水性或者前置的洗涤工艺含有水。一些聚合物倾向于在熔化过程时和加工期间以熔化状态水解地分解，这种分解基本与存在的水量成比例。
聚合物的这种分子分解使产品特性变差。已知的吸水塑料，它们在加工期间可能趋向于水解地分解，例如聚对笨二甲酸(PET)、聚乳酸(PLA)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)或聚对苯二甲酸(PBT)，其中这种列举不是穷尽的。
为了避免分子分解已知，在输送到工作缸中之前通过干燥装置干燥聚合物，即，前置于输送段的外部干燥装置使用聚合物预干燥。这种干燥装置是大体积的并且尤其是高能耗的昂贵设备。此外在加工范围内需要独立的预加工步骤、即预干燥。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，给出一种方法，该方法能够加工/处理未干燥的、颗粒状的聚合物，不会在加工范围内利用挤出机产生值得一提的聚合物水解分解。
为了解决这个问题，在上述形式的方法中按照本发明规定，将未干燥的、通过输送段加入到工作缸中的聚合物在至少一个在工作缸上连接在输送段下游且连接在熔化区上游的真空脱气区中脱气。
按照本发明的方法允许加工未干燥的聚合物，而没有不允许的大量水解分解的风险。因为按照本发明所述未干燥的加入到工作缸中的聚合物在连接在输送段下游且连接在熔化段上游的真空脱气区中脱气。通过该真空脱气实现聚合物的干燥，即，去除直到相当大部分的现有残余水分，优选直到几乎100％。这通过施加真空/负压实现，其中对此原则上要理解为比大气压力更低的压力。在真空脱气区中或者通过相应的真空产生装置产生的压力优选为至少500mar，也优选更小。该压力应该在500-5mbar的区间中变动，但是同样也可以施加更低的压力，例如直到0.1mbar。
然后，在脱气区脱气的、即干燥的聚合物输送到熔化区，在那里如同所述那样熔化，但是没有值得一提程度的水解地分解，即，极大程度降低直到几乎完全抑制的聚合物分解。
聚合物优选通过闸门加入到输送段中。该闸门这样设计，使得它能够产生并且保持脱气区中的真空，即，闸门是足够耐真空的，可以建立所期望的负压。为此优选使用叶轮闸门或者使用多个前后串联的叶轮闸门。这种叶轮闸门具有在环形空间中旋转支承的叶轮，一般从上面给出聚合物到叶轮上。叶轮以非常小的相对于环室壁的距离回转，由此并且通过添加的聚合物实现很大程度的密封。然后，聚合物在底侧的出口上进入到挤出机的输送区。
按照有利的改进方案，引入流过工作缸一直到真空脱气区的空气。即，实现微小的通风，它对于送出现有的残余水分是有利的。通流的空气犹如作为输运介质，该输运介质携带只略微复合的水分子并且通过真空脱气区从工作缸中输送出。因为输入的空气同样通过真空脱气区排出，由此排除进入到要加工的聚合物中的水分引入。
按照第一发明扩展结构这样定义的空气流可以通过闸门、即例如叶轮闸门进入到工作缸。如上所述，通过这种闸门或者叶轮闸门实现能够产生相对微小真空的密封性，尽管由此当然不能实现完全的密封。即，通过闸门、必要时通过相应的结构上的匹配能够实现规定的空气输入。
替代地对于通过闸门输入空气能够在工作缸上设置独立的空气输送装置，即一种输送喷嘴，它例如负压控制地通过阀门打开，或者可以对喷嘴附设相应的切换阀，该切换通过控制装置控制。由此也可以保证微小的空气流入。
第三发明替代结构规定，所述空气能够通过一个或多个螺杆的进入区流入到工作缸中。一个或多个螺杆在进入区通过相应的密封元件密封或者支承在工作缸中。密封区在微小的负压方面同样无需完全气体密封，现在可以这样设计密封区，通过它能够实现相应规定的空气流入到工作缸中。
总之，按照本发明的方法允许可靠且尤其降低水解分解地加工吸水的聚合物，因为通过真空脱气区可以去除可能导致这种分解的挥发性物质、通常是水并且直接在本身熔化过程之前在工作缸中实现聚合物就地干燥。在真空脱气区中滞留时间越长，干燥度越高。
除了所述方法本身以外，本发明还涉及一种挤出机，它尤其用于执行所述形式的方法，包括工作缸，该工作缸具有一个或多个容纳在工作缸中的螺杆，还包括设置在工作缸上的用于聚合物的输送段和设置在工作缸上的熔化区，在其中熔化聚合物。该挤出机的特征在于，在工作缸上设置至少一个连接在输送段下游且连接在熔化区上游的真空脱气区，该真空脱气区具有配属的真空产生装置。
挤出机具有按照本发明连接在输送段下游且连接在熔化区上游的真空脱气区。对该真空脱气区附设相应的真空产生装置，包括泵，该泵或者直接法兰连接在工作缸上，或者通过相应的管道连接在工作缸的相应的连接管上。工作缸本身以公知的方式由多个前后串联布置的且相互连接的缸段组成，由此为了构成真空脱气区，一个或多个相应的缸段可以通过相应的用于泵或者脱气软管的连接管组合成缸段列中。
真空产生装置这样设计，使得在真空脱气区中可以产生比大气压更小的压力、尤其在500-0.1mbar(绝对压力)范围，因此也产生与大气压相比足够的负压。
为了输入要加工的聚合物颗粒设置配量装置，通过配量装置可以输入确定量的聚合物。在这个配量装置与输送段(一般包括给料漏斗)之间按照本发明布置一允许在真空脱气区中产生真空的闸门，它这样设计，使得它在所期望的、要达到的负压方面足够地密封。为此优选使用叶轮闸门，但是也可以设想其它闸门类型。
在此可以这样设计所述闸门，通过它能够实现确定的空气入流，该空气流过工作缸直到真空脱气区。即，在聚合物进入到工作缸中时一起带入一定量的空气，它通过真空系统再排出。即产生相应的空气流，它有助于要排出的挥发性物质、通常是天然水的蒸发，这些挥发性物质可能负责水解分解。
代替通过闸门的微小空气入流也可以设想，在工作缸上设置用于流过工作缸直到真空脱气区的空气的输送装置，例如以具有附设阀门的喷嘴的形式，通过达到相应的负压打开阀门，或者通过配属的、通过控制装置控制的切换阀或者类似的装置。
最后可以设想，通过一个或多个密封元件实现空气输入，在工作缸中通过密封元件使一个或多个螺杆在进入区相对那里的缸段密封。在要建立的负压方面需要一个或多个螺杆相对工作缸的相应密封。这个密封应该在由此不能流入空气的时候要足够地密封，但是它不必是完全气密的。但是现在能够，这样设计这个密封面，使得通过它能够实现足够的空气入流到工作缸中。
因为按照本发明不仅设置闸门，而且当然也可以设想，在一个或多个螺杆的进入部位中设置相应的密封元件，通过两个通道实现空气流入，由此得到足够的总空气流。
附图说明
由下面描述的实施例以及利用附图给出本发明的其它优点和细节。
图1示出了按本发明的挤出机。
具体实施方式
附图示出按照本发明的挤出机1，它适用于执行按照本发明的方法。挤出机包括工作缸2，它由一串独立的、前后相继地布置的缸段3组成。在工作缸2中容纳一个或多个螺杆4，它们与驱动装置5耦联。一个或多个螺杆5在工作缸2中旋转并且以这种方式输运添加的、要熔化的或者要加工的聚合物到工作缸2端部上的排出部6，在排出部上必要时连接其它的装置，在其中熔化的聚合物为了形成中间产品继续加工，如同通过箭头在工作缸2右端部表示的那样。
工作缸2具有输送段7，它由在附图左侧所示的第一缸段形成。输送段7包括输入漏斗8。在输入漏斗上或者在漏斗上游布置闸门9，其中在所示的实施例中闸门是(必要时也是多个前后串联的)叶轮闸门10。在叶轮闸门10的上连接有配量装置11，对它输送要加工的、颗粒状的聚合物12，并且通过配量装置11按量精确配量地输送到闸门9。
工作缸2还具有熔化区13(以“A”表示)，它在所示实施例中通过缸段3形成。但是取决于熔化区要多长，熔化区也可以通过两个或多个前后布置的缸段3形成。聚合物首先通过螺杆的揉捏熔化，即，通过耗散驱动功率。还可以加热各自缸段，由此也通过缸段能够相应的热量引入到聚合物中，使聚合物在这个熔化区13中熔化。
然后熔化的聚合物通过一个或多个螺杆4继续输运。在熔化区13下游连接两个真空脱气区14，分别通过相应的缸段13形成，对其附设真空产生装置15，一般是相应的泵，它们在所示实施例中通过相应的软管连接16连接在缸段3的相应连接法兰17上。通过这个真空脱气区14能够真空脱气，即，排出由于聚合物12熔化形成的挥发性成分和来自工作缸2的残余水分，由此使在工作缸末端排出的聚合物尽可能或者几乎完全脱气。
按照本发明，在输送段7与熔化区13之间设置真空脱气区18，这个脱气区也连接在输送段7下游并且连接在熔化区13上游。脱气区18优选直接位于熔化区13前面，即一个或第一缸段前面，该缸段为了熔化相应地恒温。真空脱气区18通过缸段3或者多个缸段3形成，它与相应的真空产生装置19通过连接在缸段3的连接法兰21上的相应软管或管道20连接，真空产生装置仍然以泵的形式或者包括相应的泵。在熔化的聚合物在其它方向、即向着熔化区13密封工作缸以后，通过真空产生装置可以产生优选500-5mbar范围的压力，即，在真空脱气区18中产生于大气压相比相应的负压，尤其当然在输送段7的方向上。
通过这个真空脱气或者真空脱气区18能够，使蒸发的物质或者尤其是水、即残余水分从工作缸带到大的范围，同时也使未干燥的添加的聚合物12在实际的加工过程期间在熔化前干燥。由此也能够实现未干燥的输送的聚合物12就地干燥。通过去除蒸发的物质或者残余水分降低否则可能在熔化区13中产生的聚合物的水解分解，或者只还以可忽略的程度发生，它对于要加工的中间产品的质量没有任何影响。
为了可以在真空脱气区18或者在输送段7或者更确切地说闸门9与熔化区13之间的工作缸段中产生所期望的负压，一个或多个螺杆4在进入区在工作缸2中需要相应的密封，这通过相应的密封元件实现，它们相对缸段密封螺杆。在这里无需完全的不透气性，只产生相对微小的负压。闸门9或者叶轮闸门10要足够地真空密封，由此可以产生所期望的负压。
然而有利的是，或者通过闸门9或者通过轴封、必要时也通过两者给出微小的空气流到工作缸2中。流入的空气犹如作为输运介质，用于沿着工作缸携带蒸发的物质、即原始水，并且输运到真空脱气区18，在那里流入的空气与输运的挥发性物质一起排出。空气流或者闸门9或轴密封的设计应该这样，使得空气流不会不利地影响产生负压，即，可以容易地产生要达到的负压水平，并且空气流没有太高的流速，由此避免，添加的聚合物、尤其当聚合物具有非常微小的散料密度的时候，不会被空气流夹带并且在真空脱气区排出。因为不能完全排除由于施加的真空一些聚合物颗粒通过真空脱气区排出，适宜的是，使用具有配属的固体分离器的真空产生装置19，固体分离器例如可以布置在连接软管20中。

Claims (14)

1.一种利用单轴或多轴的挤出机加工未干燥的、颗粒状的聚合物或者聚合物混合物的方法，该挤出机包括工作缸，该工作缸具有一个或多个容纳在工作缸中的螺杆，还包括设置在工作缸上的用于聚合物的输送段和设置在工作缸上的熔化区，在该熔化区中熔化聚合物或聚合物混合物，其特征在于，通过输送段加入到工作缸中的未干燥的聚合物或聚合物混合物在至少一个在工作缸上连接在输送段下游且连接在熔化区上游的真空脱气区中脱气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在真空脱气区中施加在500-10-1mbar范围内的压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述聚合物或聚合物混合物通过闸门加入到输送段中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚合物或聚合物混合物通过一个或多个叶轮闸门加入。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将通流的空气从工作缸一直引入到真空脱气区。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空气通过闸门、通过设置在工作缸上的输送装置或者通过一个或多个螺杆的进入区流入到工作缸中。
7.一种挤出机，尤其用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括工作缸(2)，该工作缸具有一个或多个容纳在其中的螺杆(4)，还包括设置在工作缸(2)上的用于颗粒状的聚合物(12)或聚合物混合物的输送段(7)和设置在工作缸(2)上的熔化区(13)，在该熔化区中熔化聚合物(12)或聚合物混合物，其特征在于，在工作缸(2)上设置连接在输送段(7)下游且连接在熔化区(13)上游的至少一个真空脱气区(18)，该真空脱气区具有配属的真空产生装置(19)。
8.根据权利要求7所述的挤出机，其特征在于，通过真空产生装置(19)在真空脱气区(18)中能产生500-0.1mbar范围内的压力。
9.根据权利要求7或8所述的挤出机，其特征在于，在输送要加工的聚合物(12)的配量装置(11)与输送段(7)之间布置允许在真空脱气区(13)中产生真空的闸门(9)。
10.根据权利要求9所述的挤出机，其特征在于，所述闸门(9)是一个叶轮闸门(10)或多个叶轮闸门的组合。
11.根据权利要求9或10所述的挤出机，其特征在于，所述闸门(9)这样设计，使得通过该闸门实现空气流入，所述空气流过工作缸(2)直到真空脱气区(13)。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的挤出机，其特征在于，在工作缸(2)上设置用于空气的输送装置，通过该输送装置实现空气流入，该空气流过工作缸(2)直到真空脱气区(13)。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的挤出机，其特征在于，在工作缸(2)中通过一个或多个密封元件在进入区密封一个或多个螺杆(4)。
14.根据权利要求13所述的挤出机，其特征在于，这样构成密封元件，使得实现流过工作缸(2)直到真空脱气区(13)的空气的流入。
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