CN107000295B - 用于减少凝胶的结构元件以及凝胶减少装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于处理聚合物的装置包括：细长本体，具有中心轴线；多个进口导管，平行于中心轴线；多个出口导管，平行于中心轴线；以及多个过渡区，这些过渡区包括一个或多个通道和一个或多个加速区；其中，该一个或多个通道不平行于中心轴线，并且在至少一个进口导管和至少一个出口导管之间提供流体连通。而且，一种用于处理聚合物的方法，该方法包括：获得一种或多种聚合物；通过至少一个挤出机或混合器来挤制该一种或多种聚合物，可选地借助于至少一个齿轮泵，以便形成熔融材料；使熔融材料通过一个或多个如上所述的装置；以及可选地将熔融材料制丸，以便获得丸剂，或使熔融材料进入模制处理，以便形成物品。

Description

用于减少凝胶的结构元件以及凝胶减少装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2014年11月19日的美国临时专利申请No.62/081921和申请日为2015年1月14日的欧洲专利申请No.15151053.4的优先权，这些文献整体被本文参引。

技术领域

本公开涉及用于处理聚合物的装置、系统和方法。特别是，本公开涉及能够对聚合物或包含该聚合物的组合物除去不希望的特性或赋予所希望的特性的装置。

背景技术

在聚合反应器中生产的颗粒状聚烯烃树脂通常与常规添加剂，例如紫外线稳定剂、抗氧化剂、防粘剂、增滑剂、加工助剂以及本领域公知的其它添加剂复合。通过添加或者不添加这些添加剂，颗粒状树脂经常丸剂化，以便于处理、加工和运输。这些方法可以结合使用挤出机或混合器来进行，该挤出机或混合器的特征在于进料部分，在进料部分处，颗粒状树脂被引入挤出机或混合器，并传送通过各种处理区，在处理区中，树脂完全(或部分地)熔融和机械地混合(通常通过共同旋转或反向旋转、相互啮合或非啮合的双螺杆、单螺杆或转子的作用)。用户可以使用这种最终形式的产品来用于二次制造步骤，或者可能需要聚合物的重新挤出，以便产生最终制造形式，例如吹塑膜、注射模制物体等。通常使用聚合物熔融泵(也称为齿轮泵)，以便更高效地产生流过挤出物排出部分所需的聚合物压力，该挤出物排出部分通常包括但不局限于：换网器(需要时，筛网布置在换网器上)和产品形成模具板。商业上并不希望关闭处理过程以周期性地更换这些筛网装置(当它们随着时间的流逝而被污染时)，所以很多处理线利用自动换网器，该自动换网器经由滑板装置而快速地更换筛网(或筛网装置)。示例方法在WO2013/137953、美国专利申请公开No.2013/0181364以及美国专利No.5728335和8557154中公开。

在这种挤出机或混合器中处理的聚烯烃树脂的不希望特性包括通常称为“凝胶”的夹杂物，该凝胶在由这种树脂形成的膜中特别明显。特别是，术语“凝胶”是指在聚合物中，特别是在由聚烯烃制成的膜中的高度局部化的夹杂物，它在视觉上不同于周围的聚合物膜。它们主要是由于存在高浓度的未混合聚合物、分子量不同于周围聚合物基体的聚合物物质、未反应的催化剂和活化剂、产品污染物或其它类型的视觉不同缺陷。凝胶的存在通常降低了这种膜的价值，且在一些情况中使得该膜没有市场或者不适合用于其用途。过去有很多方法来解决这个问题。一种方法是在形成最终产品之前通过使用筛网/过滤器来从聚烯烃材料中除去凝胶或减小凝胶的尺寸。(例如参见美国专利No.5730885、6485662以及美国专利申请公开No.2007/0100132，其被授予美国专利No.7393916)。

历史上，聚合物处理器已经将筛网过滤器(也称为筛网组)插入处理流中，从而迫使聚合物流过筛网，以便从主聚合物流中过滤掉或分解不希望的物质。筛网尽管能够产生较大的压力降，但是受到上游系统的设备压力等级可承受的压力降(或筛网保持器/装置本身的压力等级)的限制。希望被过滤掉或分散成更小物质的包含物质中的很多实质上非常小(通常为400微米或更小)，因此筛网将需要具有极小的开口来作用于这些物质，从而产生过大的压力降。同样，筛网的型面通常非常薄，因此，第二物质可能伸长、拉伸或形状变形，使得它们能够穿透筛网装置，并仍然完整地在筛网下游侧重新出现。

其它人已经使用凝胶尺寸减小装置来处理该问题。例如，美国专利申请公开No.2013/0176810特别公开了一种凝胶尺寸减小装置，它包括：凝胶减少机构，该凝胶减少机构提供于聚合物流动导管中(聚合物糅合的复合物在该聚合物流动导管中流动)，并用于减少存在于聚合物糅合复合物中的凝胶，凝胶减少机构包括至少一个或更多的挤压流动通路，该挤压流动通路的流动通路截面积小于聚合物流动导管的截面积，挤压流动通路的挤压比S1/S2设置成满足以下关系以便在挤压流动通路中流动的糅合复合物中产生拉伸流动：挤压流动通路的挤压比S1/S2＝25至180，其中，S1：聚合物流动导管的流动通路截面积；S2：挤压流动通路的流动通路截面积的总和。其它背景参考文献包括GB1386143、EP0816047A、美国专利申请公开No.2005/035051、美国专利申请公开No.2010/022735、美国专利申请公开No.2013/020247以及美国专利No.4453905。

尽管过去很努力，但是仍然需要一种用于制备聚烯烃树脂的方法，该方法能够生产没有凝胶或降低凝胶水平的物品例如膜，或者能够生产聚合物复合物，该聚合物组合物包括：聚合物基体，该聚合物基体具有分散相的第二聚合物或树脂组分；和/或至少一种添加剂。

发明内容

在本发明的一类实施例中，本发明提供了一种用于处理聚合物的装置，它包括：

a)细长本体，该细长本体具有中心轴线；

b)多个进口导管，这些进口导管平行于中心轴线；

c)多个出口导管，这些出口导管平行于中心轴线；以及

d)多个过渡区，这些过渡区包括一个或多个通道和一个或多个加速区；

e)其中，所述一个或多个通道不平行于中心轴线，并且在至少一个进口导管和至少一个出口导管之间提供流体连通。

在本发明的另一类实施例中，本发明提供了一种聚合物处理系统，它包括：

a)至少一个挤出机或混合器；

b)至少一个制丸机；

c)一个或多个如上所述的装置；以及

d)换网器；

其中，该装置嵌套在换网器中。

在本发明的另一类实施例中，本发明提供了一种用于处理一种或多种聚合物的方法，该方法包括：

a)获得一种或多种聚合物；

b)通过至少一个挤出机或混合器来挤制该一种或多种聚合物，可选地借助于至少一个齿轮泵，以便形成熔融材料；

c)使熔融材料通过一个或多个如上所述的装置；以及

d)可选地将熔融材料制丸，以便获得丸剂，或使熔融材料进入模制处理，以便形成物品。

本发明的其它实施例在这里介绍和要求保护，并将通过下面的说明而清楚。

附图说明

图1提供了在本发明的一个实施例中的本发明装置的视图。

图2提供了本发明装置可以在整个聚合物处理系统中实施的情形的示意图。

图3提供了表示多个示例的压力降性能的曲线图。

具体实施方式

在公开和介绍本发明的复合物、组分、组合物和/或方法之前，应当理解，除非另外说明，本发明将并不局限于具体的复合物、组分、组合物、反应物、反应条件等，这些都可以变化。还应当理解，这里使用的术语只是用于介绍特定实施例的目的，而不是限制。

还必须注意，当在说明书和附加权利要求中使用时，除非另外说明，单数形式“一”和“所述”包括复数的指示物。

本发明的多类实施例涉及用于处理一种或多种聚合物，例如聚合物或树脂(例如聚烯烃聚合物、弹性体等)的方法，该方法包括：a)获得一种或多种聚合物；b)通过至少一个挤出机来挤出一种或多种聚合物，以便形成熔融材料；以及c)使熔融材料通过一个或多个装置。该装置可以包括：

a)细长本体，该细长本体具有中心轴线；

b)多个进口导管，这些进口导管平行于中心轴线；

c)多个出口导管，这些出口导管平行于中心轴线；以及

d)多个过渡区，这些过渡区包括一个或多个通道和一个或多个加速区；其中，所述一个或多个通道并不平行于中心轴线，并在至少一个进口导管和至少一个出口导管之间提供流体连通。该方法可以选择地包括另一步骤，步骤d)将熔融材料制丸，以便获得丸剂，或使熔融材料进入模制处理，以便形成物品例如膜。一种或多种聚合物可包括聚烯烃聚合物、其它聚合物、弹性体以及它们的混合物。在一些实施例中，聚烯烃聚合物可以包括聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物或弹性体、或者它们的混合物(包括均聚物、共聚物、三元共聚物、互聚物等)。在本发明的实施例中，通过使用如这里所述的装置，氟聚合物可以分散至聚烯烃基体中。

在本发明的几类实施例中，本发明的装置在如上所述的一个或多个加速区中使聚合物加速，并且通过特殊设计的多个过渡区的几何开口来加速第二物质或组分，例如凝胶或其它第二组分，以使得聚合物或第二物质不能伸长地承受作用在其上的力，并分散成更小的物质，例如较小的颗粒。因此，聚合物或第二物质在多个过渡区中的一个或多个加速区中改性。在这里使用的“第二组分”或“第二物质”是指少量地存在于另一材料中的任何材料。理想的是，这通过装置的几何设计来实现，该装置能够在与常规筛网技术相比时以最小的压力降增加产生这些加速区，常规筛网技术例如为标准筛网，通常20-80目筛网，用于商业处理。在本发明的一类实施例中，该方法涉及减小聚合物熔融材料中的凝胶的尺寸或改变聚合物熔融材料中的凝胶的相区尺寸(domain size)，或使得凝胶/第二物质更好地分散在聚合物熔融材料中。特别是，进入该装置的熔融材料包括凝胶，且在使熔融材料通过该装置之后，平均凝胶尺寸减小或者主尺寸改变。例如，当一个大凝胶分散成1000个非常小的凝胶时，总缺陷面积实际上可能增加，但是非常小的尺寸可能使得肉眼不可见。因此，第二组分(例如较小的凝胶)通常仍然保留，但是相区尺寸要小得多。例如，在使熔融材料通过装置之后，第二组分的平均凝胶尺寸减少至少10％，也可选择地，在使熔融材料通过装置之后减少至少15％，或者在使熔融材料通过装置之后减少至少30％，或者在使熔融材料通过装置之后至少45％。相比之下，常规的筛网技术尝试过滤凝胶、第二组分等，而不会使颗粒加速以在离开本发明装置的过渡区的加速区之后改变它的相区尺寸。这种方法特别导致压力降的缺点，这需要更多装置、增加能量成本和/或减慢能够处理材料的速率。

在本发明的另一类实施例中，方法涉及将一种或多种第二材料或组分分散在聚合物基体中。特别是，在这些实施例中，一种或多种不同的聚合物(可选地与一种或多种添加剂一起)形成聚合物组合物，该聚合物组合物包括：聚合物基体，该聚合物基体具有包含第二聚合物组分、第三聚合物组分等的分散相；和/或一种或多种添加剂。具有聚合物基体和分散相的聚合物组合物可以通过使得熔融材料通过该装置以便生产聚合物组合物来制造。例如，熔融材料可以包括：聚烯烃聚合物，例如聚乙烯聚合物或聚丙烯聚合物；以及第二聚合物组分，例如通常为碎片或颗粒形式的不同聚合物或固化橡胶。也可选择地，具有一种或多种添加剂的熔融材料可以通过装置，如这里所述，以便形成聚烯烃聚合物的聚合物基体，并且第二聚合物组分和/或添加剂在基体中形成分散相。

在本发明的几类实施例中，上述装置可以具有一个或多个以下特征：

a)所述多个进口导管和多个出口导管可以围绕中心轴线布置；

b)所述多个进口导管和多个出口导管可以围绕中心轴线同心地布置成圆形；

c)所述多个进口导管和多个出口导管可以围绕中心轴线交替；

d)所述一个或多个通道可以基本上横过中心轴线，或者也可选地，所述一个或多个通道布置成与中心轴线成一定角度；

e)所述一个或多个通道可以包括一系列凸出部，所述凸出部可以是基本均匀的形状、四边形形状或矩形形状，并可以在一个或多个通道中彼此等距地布置，凸出部的直径可以在从几微米至一毫米或几毫米的范围内；

f)所述装置可以至少部分地由铁、钢、不锈钢、钢合金或者它们的混合物来制造，也可选地，该装置可以至少部分地由能够满足处理系统的压力要求的材料，例如高密度塑料或复合材料或纳米材料来制造；

g)所述装置可以至少部分地由抛光金属来制造；以及

h)所述装置可以至少部分地由涂覆金属或其它材料来制造。

在本发明的具体实施例中，参考图1，作为示例实例，装置1可以具有至少五个进口导管3和至少五个出口导管5(不是所有导管都在图中表示和标记)。进口和出口导管的数量并不关键。装置可以具有任何数量的进口导管和出口导管。重要的是满足最小压力降，因此流量的过度分割不会妨碍最佳流动几何形状。理想的是，导管可以进行机械加工、抛光、涂覆、纹理化、蚀刻等，以使聚合物材料通过该装置时的压力降损失最小化。装置在它设计成适合常规装置时最具有成本效益。装置可以被包含在金属保持器，例如换网器内，或嵌套在套筒中，这迫使聚合物材料通过该装置，并需要聚合物材料加速通过一个或多个通道7和多个过渡区9的一个或多个加速区(未示出或编号)。金属保持器可以由与装置相同或不同的材料来制造。所述一个或多个通道7和一个或多个加速区将设计和调整成与聚合物材料的流变行为匹配，以便产生加速度和提供最小的压力降损失。例如，本发明的装置的实施例使用流变拉伸和伸长行为/力，以使得第二组分不能以其进口形态维持流动环境。

因为装置将用于商业挤出生产线中，所以整个装置的压力降最小化很重要。理想的是，本发明装置的实施不会超过排出系统部件的压力等级，不会在经济上限制速率，且不会快速被污染和因此需要频繁停机更换。因此，装置将在几何上设计成使压力降最小化，同时使得对凝胶或第二组分例如第二聚合物组分和/或一种或多种添加剂的拉伸力最大化。这相对于使用常规筛网作为过滤器存在至少一个优点。例如，过滤的主要目的是除去在聚合物材料中的不希望组分。不过，由于使用筛网的固有性质，挤出处理将不可避免地遭受压力降。例如，需要压力来使得液体流过障碍物，即过滤器。障碍物的限制越大，迫使材料流过障碍物所需的压力越大。当使用常规筛网技术时，该压力降是对生产率和能量效率的限制。因此，期望在挤出处理中产生最小的压力降，以便不会成为生产率/效率限制或超过聚合物处理系统的允许操作压力。另外，为了在聚合物和第二物质上获得同等流变力，需要控制通过装置的加速度。相比较，常规的筛网技术不能在不会对聚合物流动过度限制的情况下实现这种控制。

与之相比，使用这里公开的装置的方法并不试图除去凝胶或第二组分，而是它们使得凝胶或第二组分改变或变化，以便允许它们以改变的形式通过聚合物处理系统，从而产生合适的产品。因此，在几类实施例中，该方法通过减轻与压力降有关的问题而相比在过滤中使用普通筛网提供了优点。

对于商业应用，可以设想每个处理线可以应用多个装置。装置的数量可以由以下因素来设定：流量、需要多小的开口来用于拉伸效果、需要多少开口来在没有过大的压力降的情况下实现该效果，等等。压力降受到通过孔的流量的影响，因此，流量越高，元件的限制越大，就需要越多的开口来保持每个开口的流量较低。在一类实施例中，多个装置设计成装配至单个换网器装置中，该换网器装置用于商业挤出机(可从多个挤压设备供应商获得)。由于元件污染处理和可允许的压力极限，筛网保持器和筛网被取出并且用这里所述的装置更换。

例如，图2沿着典型的商业聚合物处理系统或生产线中的聚合物流动方向。如在图2中可见，布置区A或布置区B是可以将一个或多个本发明的装置包含至商业生产线中的两个位置。布置区B表示换网器能够很容易地修改，以便将装置包含至商业生产线中。特别是，一些挤出链或混合器链使用位于挤出机(或混合器)和制丸机之间的齿轮泵。这里所述的本发明装置可以在挤出机系统中的齿轮泵之前和/或之后使用，但是优选是布置在用于混合器系统的制丸机和齿轮泵之间，因为混合器并不产生允许压力消耗装置的足够排出压力。

对于这些应用，预计因为外部的装置保持器是坚固(solid)结构，因此可能有聚合物流动死区，聚合物流动死区可能促进聚合物滞留和降解。因此，装置可以在物理上布置在换网器滑板的尺寸内，与筛网保持器相对于换网器断开器/滑板的标准延伸相反。这方便使用多个装置，而不需要重新设计标准换网器。因此，这种布置能够用于当前市场上可获得的设备，而很少或不对商业设备进行修改。

另外，不是在挤出生产线上处理的所有聚合物等级都需要经受装置的拉伸力。因此，在多个实施例中，一个或多个装置可以构造成从聚合物处理系统中缩回，从而在从装置受益的聚合物等级与不需要该装置的聚合物等级之间没有较长的停机时间。

在本发明的另一类实施例中，本发明提供了一种聚合物处理系统，它包括：a)至少一个挤出机或混合器；b)至少一个制丸机；c)如上所述的一个或多个装置；以及d)套筒；其中，装置嵌套在套筒中。在本发明的一些实施例中，装置的一个或多个通道包括一系列凸出部，凸出部与套筒的壁齐平。该系统可以构造成首先在挤出机中处理聚合物，其次在装置中处理聚合物，然后通向制丸机；其中，系统包括多种聚合物分子物质，且基本上全部聚合物分子物质都通过该系统至制丸机。这里使用的“基本上全部”是指在一些实施例中为60％或更高，或者75％或更高，或者80％或更高，或者90％或更高，或者95％或更高，或者99％或更高。

常规聚合物处理

不过，在熔融材料可以如上所述通过装置之前，聚合物或树脂材料通常被加热到至少它的熔点，这通常通过经过挤出机或混合器来进行。应当注意，尽管聚合物基体材料被加热至它的熔点或一些更高温度，但在基体中存在的其它组分也可以熔化或不熔化。特别是，该方法通常包括：通过挤出机或混合器来使得聚合物组合物熔融混合，将聚合物组合物通过模具挤出，然后冷却聚合物组合物或使得熔融材料直接通向形成物品(例如膜)的下游处理。(例如参见美国专利No.4814135、5076988、5153382、5728335和美国专利申请公开No.2005/0012235)。

通常，聚合物颗粒通过主驱动能量输入和通过挤出机螺杆或混合器转子所赋予的功而熔化。聚烯烃可以进一步混合，理想的是在相同仪器中在顺序的或同时的处理中混合和熔融。熔融、混合或“熔融混合”可以通过挤出机(或混合器)和用于挤出的处理来进行，如在上面的参考文献中所述。例如，能够使用双螺杆类型的挤出机(例如Coperion ZSK共同旋转双螺杆挤出机)或者使用单螺杆挤出机(例如可从Japan Steel Works、FarrelCorporation、Berstorff等获得)。

对于一些应用，单螺杆挤出机的螺杆部分可以分为三个部分：进料部分、压缩部分和计量部分。它可以有从后加热区至前加热区的多个加热区，所述多个部分和多个区从上游至下游运行。当挤出机具有多于一个筒时，理想的是这些筒可以串联连接。各筒的长度直径比可以在16:1至40:1的范围内。聚合物的混合也可以在批量类型的混合器中完成，例如BANBURY^TM或BRABENDER^TM混合器。也可以使用切向和相互啮合的反向旋转以及相互啮合的共同旋转混合器、两级混合器和多级长长度/直径混合器。(例如参见美国专利No.4334783和5458474)。混合可以在160-270℃的范围内的温度下进行，特别是在180-240℃的范围内的温度下进行。

混合步骤之后是使得熔融的聚合物材料通过一个以上的装置。如上所述，装置的过渡区的一个或多个通道可以特别设计成分离、减小尺寸和/或分散第二组分。理想的是，凝胶的流变行为(例如凝胶的特殊分子行为和延伸流动行为)必须与装置的过渡区的一个或多个通道的几何形状相匹配，以使得凝胶经受拉伸流动力，该拉伸流动力使得凝胶分裂成更小颗粒以使得光学凝胶计数器不能检测到，或者至少减小凝胶的尺寸以产生所希望的产品。可以进行进一步的质量控制分析，以便评估产品质量，例如，使用OCS凝胶计数器来离线评估膜质量。可以认为，当含有凝胶的聚合物材料穿过装置的过渡区的一个或多个通道时，它经历速度的明显加速，产生凝胶不能承受的拉伸力，并使得凝胶分离或分散成更小颗粒。流动可以使用FLUENT^TM聚合物流动软件来模拟，以便计算流量、压力降等。尽管这种现象可用于凝胶分离或分散，但是相信它同样可用于分散任何第二组分，例如第二聚合物组分，例如不同聚合物或固化橡胶颗粒，和/或一种或多种添加剂。

在本发明的一些实施例中，该步骤还可以伴随着使得熔融聚合物材料通过至少一个筛网，该筛网可以容纳在分裂器板中。应当理解，术语“筛网”包括筛网、筛子和其它过滤介质。有效筛网能够是例如正方形编织丝网和荷兰编织丝网。筛网可以具有紧密间开的正方形开口、三角形开口或圆形开口，形状规则或不规则。筛网的使用为公知，各种筛网及其用途的示例说明可以在美国专利No.5730885、6485662、美国专利申请公开No.2007/0100132(授权为美国专利No.7393916)中找到。在一些实施例中，有利的是可以在与装置接触之前预先筛选聚合物流(用于较大碎屑)，以便帮助减少装置被污染的几率。在这样的实施例中，可以使用上游或进口筛网。

聚合物和添加剂

在本发明的一些实施例中，要加工的聚合物是一种或多种相同或不同的聚合物或树脂、弹性体以及它们的混合物。聚烯烃聚合物可以包括聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物或者它们的混合物(包括均聚物、共聚物、三元共聚物、内插剂等)。聚烯烃聚合物可以是包含至少40至100％重量的烯烃衍生单元(优选α-烯烃衍生单元)的任何聚合物。最优选是，烯烃衍生单元包括乙烯和/或丙烯以及从包括C₃至C₁₂的α-烯烃的组中选择的其它α-烯烃，包括直链烯烃、环状烯烃和取代烯烃。

在本发明的一些实施例中，聚乙烯树脂可以是乙烯和一种或多种C₃-C₂₀的α-烯烃共聚单体的聚乙烯均聚物或共聚物。这里使用的术语“乙烯共聚物”表示由大于50％重量的聚合乙烯单元形成的聚合物，剩余的少于50％重量的聚合单元是聚合的α-烯烃共聚单体，例如C₃-C₂₀的α-烯烃，更特别是C₃-C₁₂的α-烯烃，例如丁烯和/或己烯。需要时，其它合适的α-烯烃共聚单体可以是直链的或支链的，并可以使用两种或更多种共聚单体。具体实例包括：丙烯；1-丁烯，3-甲基-1-丁烯；3,3-二甲基-1-丁烯；1-戊烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-戊烯；具有一个或多个甲基，乙基或丙基取代基的1-己烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-庚烯；具有一个或多个甲基、乙基或丙基取代基的1-辛烯；具有一个或多个甲基，乙基或丙基取代基的1-壬烯；乙基、甲基或二甲基取代的1-癸烯；1-十二碳烯；以及苯乙烯。应当知道，上面的共聚单体列表只是示例性，并不是为了限制。

另外，对于双峰聚合物组合物，这里所述的装置可以非常有用。例如，双峰聚合物组合物的一个缺点可以是形成两种明显分离的聚合物物质，其中第二组分没有合适地分散在双峰聚合物组合物中。在这种情况下，当没有合适分散时，没有适当分散的两种不同物质可能对处理或最终产品性质产生负面影响。对于这些应用，这里所述的一个或多个装置在使得第二组分分散至双峰聚合物组合物中以便减轻上述问题方面非常有用。

聚合物材料也可与某些添加剂混合。可以引入的常规添加剂包括但不局限于：抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗静电剂、颜料、染料、成核剂、填料、增滑剂、阻燃剂、增塑剂(例如聚α-烯烃、邻苯二甲酸酯、苯甲酸酯、己二酸酯、环己酸酯等)、加工助剂、润滑剂、稳定剂、抑烟剂、粘度控制剂、交联剂、催化剂、引发剂、增粘剂、防粘连剂以及它们的任何组合。

在一个实施例中，还在熔融步骤中加入氧化剂，作为与聚合物的反应组分。在该实施例中，聚合物流与氧化剂，优选含氧气体，例如空气一起挤出。在使聚合物流进行氧化反应之后，它可以通过这里所述的一个或多个装置，以便将改性聚合物物质分散至基体中。

最终应用

聚合物材料可以进一步被处理以便形成膜。膜可以是流延膜或吹塑膜。膜可以根据其它已知的膜精加工方法来进一步压花或处理。膜可以通过调节各层的厚度、材料和顺序/类型以及各层中的添加剂而调节至特定用途。膜可以是单层膜或多层膜。而且，膜可以用于任何典型的膜用途，例如拉伸膜、收缩膜、包装膜、袋、地膜、衬垫以及本领域已知的其它膜用途。

聚合物材料可以在有或没有添加剂(如上所述)的情况下通过用于形成膜的任何合适方法来进行处理：膜吹塑或流延，以及例如实现单轴或双轴定向的所有膜形成方法。

在任何合适条件下操作的、用于挤出聚合物材料的任何挤出机都可以用于生产膜。挤出机和用于挤出的方法在例如美国专利No.416967中介绍。可以用于形成膜的各种挤出机的实例是：单螺杆类型，例如带有吹塑膜模具和空气环和连续取料装置的改进型；吹塑膜挤出机；以及狭缝流延挤出机。也可以使用双螺杆挤出机。典型的单螺杆类型挤出机能够介绍为在其上游端具有料斗和在其下游端具有模具的一种。料斗进料至包含螺杆的筒中。在下游端，在螺杆的端部和模具之间有筛网组和断开器板。挤出机的螺杆部分考虑分为三个部分：进料部分、压缩部分和计量部分。它可以具有从后加热区至前加热区的多个加热区，该多个部分和多个区从上游延伸至下游。

当它具有多于一个筒时，通常这些筒串联连接。双螺杆挤出机通常包括串联连接的多个筒，通常形成8:1至36:1的总L/D比。更短或更长的L/D比也可能，取决于在挤出机中所需的处理动作。单螺杆挤出机能够包括一个或多个筒，同样取决于处理要求。挤出通常在180至300℃的温度范围中进行，但是取决于正在处理的聚合物和机器的操作条件。装置的应用范围能够从较小的复合挤出机生产线(螺杆直径通常为25-170mm)直至240-420mm螺杆直径尺寸的主要商业复合生产线。

在一个实施例中，可以使用有槽的进料挤出机。在一个实施例中，挤出机可以具有从80:1至2:1的L/D比，另一实施例中，可选择地为60:1至6:1，在另一实施例中，可选择地为40:1至12:1，或者在还一实施例中，可选择地为30:1至16:1。

可以使用单层或多层模具。在一个实施例中，可以使用50至200mm的单层模具，在另一个实施例中，也可选择地使用90至160mm的单层模具，而在还一实施例中，也可选择地使用100至140mm的单层模具。在一个实施例中，模具可以具有范围为0.6至3mm的额定模具间隙，在另一实施例中，也可选择地范围为0.8至2mm，在还一实施例中，也可选择地范围为1至1.8mm，其中，合适模具可以由这里所述的任何实施例的任何组合来介绍。

在本发明的一类实施例中，聚合物材料可以进行处理，以便形成流延膜。形成流延膜的方法为公知的。例如，聚合物材料可以在熔融状态中通过平坦模具而挤出，然后冷却，以便形成膜。作为实例，流延膜可以使用如下的中试规模商业流延膜生产线来制备。聚合物材料的丸粒在250℃至300℃的温度范围内熔融，具体熔融温度通常选择为与具体聚合物的熔体粘度相匹配。在多层式流延膜的情况下，将两种或更多种不同的熔体传送给共同挤出适配器，该共同挤出适配器将两个或更多熔体流组合成多层共同挤出结构。这种分层流动通过单歧管膜挤出模具分配至所希望的宽度。模具间隙开口通常为大约0.025英寸(约600μm)。然后，将聚合物材料拉伸至最终规格。对于0.8密耳(20μm)膜，材料拉伸比通常为大约21:1。可以使用真空箱或气刀来将离开模具开口的熔体销接在初冷辊上，该初冷辊维持在大约90°F(32℃)。将得到的聚合物膜收集在缠绕器上。膜厚度可以由计量监视器(gaugemonitor)来监测，且膜可以由修剪器来进行边缘修剪。需要时，可以使用一种或多种可选的处理器来对该膜进行表面处理。这种辊冷式流延方法和装置为本领域公知的。不过辊冷式流延是一个实例，也可以使用其它形式的流延。

在本发明的另一类实施例中，聚合物材料可以被处理，以便形成吹塑膜。形成吹塑膜的方法是为公知的。例如，聚合物材料可以在熔融状态下通过环形模具而挤出，然后被吹塑和冷却，以便形成管状吹塑膜，然后，该管形吹塑膜能够沿轴向切开和展开，以便形成平膜。作为实例，吹塑膜可以如下制备。将聚合物材料传送至挤出机，例如水冷、电阻加热和L/D比为24:1的63.5mm Egan挤出机。该膜可以使用15.24cm的Sano模具来制造，该Sano模具有2.24mm的模具间隙以及Sano双孔非旋转、不可调节的空气环。膜通过模具而挤出成膜，该膜通过将空气吹至膜的表面上而冷却。膜从模具中抽出，通常形成筒形膜，该筒形膜被冷却、塌缩以及可选地进行合适的辅助处理，例如切开、处理、密封或印刷。成品膜可以卷成卷，用于以后处理，或者能够例如供给至袋机器中，并转变成袋或其它物品。当然，也可以使用其它吹塑膜形成方法。

在其它实施例中，聚合物材料可以通过注射模制来进一步处理，以便形成注射模制物品。注射模制的方法为本领域公知的。

在其它实施例中，聚合物材料可以通过吹塑来进一步处理，以便形成吹塑物品。吹塑方法为本领域公知的。

实例

应当理解，尽管已经结合本发明的具体实施例介绍了本发明，但是前面的说明是为了示例，而不是限制本发明的范围。本发明所属领域的技术人员将清楚其它方面、优点和改进。

因此，提出以下实例，以便为本领域技术人员提供完整的公开和说明，而并不是限制本发明人所认定的本发明范围。

制造如图1中所述的装置，并使用树脂(可由ExxonMobil Chemical，Houston，TX获得)在装配有金属保持器的标准ZSK-70双螺杆挤出机生产线上进行测试。测试的聚合物是金属茂基聚乙烯树脂，它的特征是0.5dg/10min的熔融指数(ASTMD1238)和0.916g/cc的梯度密度。所测试的聚合物包含>1000ppm聚合物凝胶，该聚合物凝胶的尺寸为1-1500微米，大多数在100-600微米的范围内。

选择挤出聚合物速率、机器RPM和处理条件，以便表示按比例缩小的商业挤出条件。

评估三(3)个处理条件：(1)通过标准的20目筛网装置进行处理，(2)通过使用100目/200目荷兰织物/100目筛网复合材料的复合筛网进行处理，以及(3)如图1所示的本发明装置的实施例。然后，这三种处理装置各自处理的产品在装备有能够测量膜缺陷面积和计数膜缺陷尺寸的光学计数系统(OCS)的流延膜线上进行测试。OCS已经在美国专利No.7393916第12栏中介绍。

挤出速率在250-400kg/hr之间变化，以便评估速率对凝胶尺寸降低和压力降性能的潜在影响。结果如图3和表1中所示。

参考图3，可以看见，该实例评估了本发明装置(3)的实施例相对20目筛网(1)和多层荷兰织物筛网(2)用于凝胶尺寸减小和压力降产生的有效性。“200T”数据表示条件2和使用复合200目荷兰织物筛网。GBT曲线表示使用本发明装置的实施例的条件3的性能。

如前所述，条件2中使用的限制性筛网的压力降的大幅增加证实了商业应用的理论预测和重大运行成本损失。与标准的20目筛网相比，条件3/GBT(本发明装置)的压力降只有很小的增加。

商业膜应用通常可以计数每个OCS方法的凝胶，并且包括在200-300微米尺寸上检测到的所有物质。对于该评估，通过OCS测量流延膜产生的膜，用于凝胶计数，并比较尺寸≥300微米的凝胶计数。

表1概括了在三种条件下的性能。

表1

*200T筛网和GBT装置与20目筛网(基准)相比较。

然后将挤出处理条件改变为与GBT本发明装置组合的较高比能(KWh/kg)操作，从而使得凝胶计数从-15％进一步降至-45％(凝胶≥300μ)。

为了简明，这里只明确公开了某些范围。不过，从任何下限的范围可以与任何上限组合，以便列出没有明确介绍的范围，还有，从任何下限的范围可以与任何其它下限组合，以便列出没有明确介绍的范围，同样，从任何上限的范围可以与任何其它上限组合，以便列出没有明确介绍的范围。另外，在一个范围内包括它的端点之间的每个点或各个值，即使没有明确介绍。因此，每个点或各个值可以作为它自身的下限或上限而与任何其它点或各个值或任何其它下限或上限组合，以便列出没有明确介绍的范围。

所有优先权文件在这里完全参引，适用于允许这种参引的所有司法管辖区，且这种公开与本发明的叙述一致。此外，本文引用的所有文件和参考文献(包括测试程序、出版物、专利、期刊文章等)都完全被本文参引，适用于允许这种参引的所有司法管辖区，且这种公开与本发明的叙述一致。

尽管已经对于多个实施例和实例介绍了本发明，但是受益于本发明的本领域技术人员应当知道，能够在不脱离这里公开的本发明范围和精神的情况下设计其它实施例。

Claims (28)

1.一种用于处理聚合物的装置，包括：

a)细长本体，该细长本体具有中心轴线、进口端和出口端；

b)多个进口导管，这些进口导管平行于中心轴线从细长本体的进口端朝向细长本体的出口端沿着细长本体的侧壁开槽形成并且在所述出口端附近封闭；

c)多个出口导管，这些出口导管平行于中心轴线从细长本体的出口端朝向细长本体的进口端沿着细长本体的侧壁开槽形成并且在所述进口端附近封闭，其中所述多个进口导管和多个出口导管绕中心轴线交替布置；以及

d)多个过渡区，其中每个过渡区布置在进口导管和相邻出口导管之间，并且每个过渡区包括一个或多个通道以及一个或多个加速区；

其中，所述一个或多个通道不平行于中心轴线，并且在至少一个进口导管和至少一个出口导管之间提供流体连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述多个进口导管和多个出口导管绕中心轴线同心地布置成圆形。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中：所述一个或多个通道基本横向于中心轴线。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中：所述一个或多个通道与中心轴线成角度。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中：所述一个或多个通道包括一系列凸出部。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：所述凸出部的形状基本均匀。

7.根据权利要求5所述的装置，其中：所述凸出部为四边形形状。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：所述凸出部为矩形形状。

9.根据权利要求5所述的装置，其中：所述凸出部在所述一个或多个通道中彼此等距地布置。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述装置至少部分地由铁、钢、不锈钢、钢合金或它们的混合物制造。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其中：所述装置至少部分地由抛光金属制造。

12.根据权利要求1或2所述的装置，其中：所述装置至少部分地由涂覆金属制造。

13.根据权利要求1或2所述的装置，其中：所述一个或多个通道以及一个或多个加速区横过限定每个进口导管的侧表面的边缘形成。

14.一种聚合物处理系统，包括：

a)至少一个挤出机或混合器；

b)至少一个制丸机；

c)一个或多个根据权利要求1-13中任意一项所述的装置；以及

d)换网器；

其中，所述装置嵌套在换网器中。

15.根据权利要求14所述的聚合物处理系统，其中：所述装置的一个或多个通道包括一系列凸出部，所述凸出部与换网器的壁齐平。

16.根据权利要求14或15所述的聚合物处理系统，其中：所述系统构造成首先在挤出机中处理聚合物，其次在换网器中处理聚合物，然后将聚合物通向制丸机；其中，所述系统包括多种聚合物分子物质，且基本上全部聚合物分子物质都通过所述系统到达制丸机。

17.一种用于处理一种或多种聚合物的方法，该方法包括：

a)获得一种或多种聚合物；

b)通过至少一个挤出机或混合器来对一种或多种聚合物进行挤制，以便形成熔融材料；以及

c)使熔融材料通过一个或多个根据权利要求1-13中任意一项所述的装置。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括d)将熔融材料制丸，以便获得丸剂，或使熔融材料进入模制处理，以便形成物品。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中：借助于至少一个齿轮泵进行挤制。

20.根据权利要求17所述的方法，其中：所述一种或多种聚合物包含弹性体。

21.根据权利要求17所述的方法，其中：所述聚合物为聚烯烃聚合物。

22.根据权利要求18所述的方法，其中：所述物品是膜。

23.根据权利要求21所述的方法，其中：聚烯烃聚合物包含聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物或它们的混合物。

24.根据权利要求17或18所述的方法，其中：进入所述至少一个装置的熔融材料包括凝胶，在使得熔融材料通过所述装置之后，平均凝胶尺寸减小。

25.根据权利要求17或18所述的方法，其中：进入所述至少一个装置的熔融材料包括凝胶，在使得熔融材料通过所述装置之后，平均凝胶尺寸减小至少30％。

26.根据权利要求17或18所述的方法，其中：所述方法包括两种或更多种不同的聚合物，所述两种或更多种聚合物在通过所述至少一个装置之后更加分散至熔融材料中。

27.根据权利要求26所述的方法，其中：所述方法还包括添加剂。

28.根据权利要求26所述的方法，其中所述两种或更多种不同的聚合物包含聚烯烃聚合物和固化弹性体，其中，聚烯烃聚合物形成聚合物基体，固化弹性体形成聚合物基体中的分散相。