CN107849170A - 使用挤出机的过氧化物反应方法及装置 - Google Patents

使用挤出机的过氧化物反应方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明使导入至料筒内的过氧化物的反应效率与以往相比得以提高。本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置为以下述方式而成的构成和方法：在将合成树脂、天然树脂、弹性体等原料(20)及过氧化物(50或50A)导入挤出机(2)的料筒(1)并使原料(20)及过氧化物(50或50A)在料筒(1)内反应的方法及装置中，由原料供给料斗(30)导入原料(20)，由比原料供给料斗(30)更下游导入过氧化物(50或50A)，并将过氧化物导入部(31A、32A、33A)的原料(20)温度调节为比过氧化物(50、50A)的1分钟半衰期温度低的温度。

Description

使用挤出机的过氧化物反应方法及装置
技术领域
本发明涉及一种使用挤出机的过氧化物反应方法及装置，尤其涉及一种用于提高过氧化物与原料的反应效率的新型的改良。
背景技术
通常，已知有使过氧化物和原料在挤出机中进行反应的方法，例如，使聚丙烯、聚乙烯、弹性体与过氧化物反应，从而进行粘度调节或调节其他物性。
以往有下述方法：在过氧化物实质不反应的较低温度下，预先混合过氧化物和原料后，将其一并导入至挤出机的原料供给料斗，并在挤出机中进行过氧化物反应。然而，近年来，出于用于削减树脂处理用设备的建筑成本的合理化目的，采用不预先混合过氧化物和原料而是将过氧化物直接导入至挤出机的方法的实例正在增加。
此外，由于过氧化的反应速度依赖于温度，因此，温度越高，反应速度变得越快。因此，为了如在挤出机中那样在有限的反应时间内连续地进行反应，必须提高反应温度，以使所导入的过氧化物的反应在挤出机的滞留时间内完成。
此外，为了使过氧化物与原料效率良好地进行反应，必须使过氧化物均匀地混合于原料中。即，若在所添加的过氧化物充分混合于原料中之前反应速度变得过高，则存在以下问题：过氧化物还未与原料反应，反应就进行了，从而使得作为目的的、过氧化物与原料的反应效率降低。为了弥补该过氧化物与原料的反应率降低，实际上进一步添加过量的过氧化物。
进一步，专利文献1中提出了一种使用挤出机的方法作为制备硅烷交联管用聚乙烯、硅烷改性聚乙烯组合物等的方法，虽然在将过氧化物和原料等预混合后供给至挤出机的方法中，记述了在比有机过氧化物的1分钟半衰期温度低10℃以上的温度下，利用原料运送部对混合物进行原料运送、进而进行熔融捏合使其反应的方法，但该方法为使用预混合的方法。
此外，聚丙烯类树脂组合物的制造方法中，作为对丙烯-乙烯嵌段共聚物进行改性的制造方法，提出了一种使用挤出机的反应方法，其虽记载了使用有机过氧化物的添加位置处的原料温度的半衰期在1～60秒的范围内的挤出机的方法，但并未提高反应效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-12208号公报
专利文献2：日本特开平11-35788号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
由于以往的使用挤出机的过氧化物反应方法以上述方式而构成，因此存在以下的技术问题。
即，采用上述的专利文献1的方法时，由于在预先混合原料和过氧化物后将其导入至挤出机，因此需要用于混合的附加设备，导致挤出机设备自身大型化、成本增加。
此外，采用上述的专利文献2的方法时，虽然公开了有机过氧化物的添加位置处的原料温度的半衰期在1～60秒的范围内，但其目的并不在于比以往提高反应效率。
本发明是为了解决上述的技术问题而完成的，特别是本发明的目的在于提供一种提高了过氧化物与原料的反应效率的、使用挤出机的过氧化物反应方法及装置。
解决技术问题的技术手段
本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：不预先混合由合成树脂、天然树脂、弹性体中的任一者组成的原料和过氧化物而是将其分别导入至挤出机的具有温度调节功能的料筒内并使所述原料和所述过氧化物在所述料筒内反应的、使用挤出机的过氧化物反应方法，其中，由原料供给料斗导入所述原料，由比所述原料供给料斗更下游的过氧化物导入部导入所述过氧化物，并至少利用所述温度调节功能将所述过氧化物导入部的所述原料温度调节为比所述过氧化物的1分钟半衰期温度低的温度；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：所述料筒从上游开始至少形成有固体输送部、增塑捏合部及熔融体输送部，所述过氧化物导入部位于所述熔融体输送部的上游位置的更上游的方法；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：所述挤出机为双轴挤出机的方法；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：所述原料为聚丙烯或聚乙烯的方法；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：所述过氧化物的1分钟半衰期温度为50℃至300℃的方法；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：所述过氧化物的1分钟半衰期温度为100℃至200℃的方法；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法为：作为所述原料的树脂的熔点比所述过氧化物的1分钟半衰期温度大时，所述过氧化物导入部位于所述增塑捏合部的更上游的方法；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为不预先混合由合成树脂、天然树脂、弹性体中的任一者组成的原料和过氧化物而是将其分别导入至挤出机的具有温度调节功能的料筒内并使所述原料和所述过氧化物在所述料筒内反应的、使用挤出机的过氧化物反应装置，其为下述构成：由原料供给料斗导入所述原料，由比所述原料供给料斗更下游的过氧化物导入部导入所述过氧化物，并至少利用所述温度调节功能将所述过氧化物导入部的所述原料温度调节为比所述过氧化物的1分钟半衰期温度低的温度；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为：所述料筒从上游开始至少形成有固体输送部、增塑捏合部及熔融体输送部，所述过氧化物导入部位于所述熔融体输送部的更上游的构成；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为：所述挤出机为双轴挤出机的构成；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为：所述原料为聚丙烯或聚乙烯的构成；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为：所述过氧化物的1分钟半衰期温度为50℃至300℃的构成；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为：所述过氧化物的1分钟半衰期温度为100℃至200℃的构成；此外，本发明的使用挤出机的过氧化物反应装置为：作为所述原料的树脂的熔点比所述过氧化物的1分钟半衰期温度大时，所述过氧化物导入部位于所述增塑捏合部的更上游的构成。
发明效果
由于本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置以上述方式而构成，因此能够获得下述的效果。
即，由于通过以下方式进行处理，因此能够使设备比以往简化，且能够使反应效率比起以往得到大幅度提高，该方式为：不预先混合过氧化物和原料而是由原料供给料斗将原料添加至挤出机的料筒内并利用比所述原料供给料斗更下游的过氧化物导入部将过氧化物添加至挤出机的料筒内，并且将过氧化物导入部的原料的温度调节为比过氧化物的1分钟半衰期温度低的温度，从而使过氧化物与原料反应。
附图说明
图1是实施本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置的挤出机的剖面构成图。
图2是表示图1的其他实施方式的剖面构成图。
图3是表示挤出机的过氧化物导入部温度与产物的MFR(熔体流动速率)的关系的特性图。
具体实施方式
本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置，通过不将过氧化物和原料在料筒外预先混合而是将其分别独立地导入至料筒内，由此能够提高过氧化物与原料的反应效率。
实施例
以下，结合附图对本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置的优选实施方式进行说明。
图1表示本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置的优选实施方式，其为将液体的过氧化物导入至料筒内的方式。
图1中，附图标记1所表示的是用于使原料与过氧化物反应的、由单轴或双轴形成的挤出机2的料筒，由上述的单轴或双轴形成的螺杆3以可自由转动的方式设置于该料筒1内。另外，所述料筒1的下游1B的前端上设置有具有挤出孔7a的口模(dies)7。
所述料筒1经由连接构件4而连接有减速机5及转动驱动器(由马达等构成)6。
所述螺杆3的螺杆轴3A以下述方式构成：与所述减速机5的输出侧连接，并能够通过所述转动驱动器6的转动从而经由所述减速机5进行所述螺杆3的转动。
所述料筒1以下述方式构成：从其上游1A开始至下游1B，分成固体输送部10、增塑捏合部11及熔融体输送部12这三个区域。
所述固体输送部10上设置有用于将由合成树脂、天然树脂、弹性体等中的任一者组成的原料20导入所述料筒1内的原料供给料斗30。
所述料筒1上设置有相互独立的第一液体添加泵31、第二液体添加泵32、第三液体添加泵33，所述第一液体添加泵31的第一过氧化物导入部31A位于所述固体输送部10的下游位置40。
所述第二液体泵32的第二过氧化物导入部32A位于所述增塑捏合部11的大致中央位置41。
所述第三液体泵33的第三过氧化物导入部33A位于所述熔融体输送部12的上游位置42。所述上游位置42为接近所述增塑捏合部11的位置。另外，上述的各过氧化物导入部31A、32A、33A，例如以在形成于料筒1上的未图示出的孔内安装有具有单向阀的管的结构形成。
接着，对本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置的运作进行说明。
首先，通过所述螺杆3的转动，由所述原料供给料斗30导入至挤出机2的料筒1内的原料20，通过固体输送部10被运送至下游1B，并在增塑捏合部11被增塑捏合。
上述状态下，所述第一～第三液体泵31通过未图示出的控制部的规定程序而进行运作，由此液状的过氧化物由第一、第二、第三过氧化物导入部31A、32A、33A中的任一者或全部，导入至所述料筒1内，过氧化物50A及原料20在料筒1内被熔融捏合，从而发生反应。
通过该反应，能够进行原料20的粘度调节及其他物性的调节。另外，液体的所述过氧化物50A可以直接使用，也可以在油等中进行稀释后使用。
如图1所示，所述过氧化物50A为液体或液体混合物时，虽以经由具有所述各过氧化物导入部31A、32A、33A的第一、第二、第三液体添加泵31、32、33而导入至所述料筒1内的方式而构成；但在图2中所示的其他方式中，由于使用固体过氧化物50来代替液体的过氧化物50A，因此，对于向所述料筒1中导入固体过氧化物50而言，则以以下方式而构成：使用由周知的螺杆式进料器、带式进料器、台式进料器等中的任一者构成的第一～第三定量供给装置51～53且经由所述料筒1的第一～第三过氧化物导入部31A、32A、33A能够将所述固体过氧化物50导入至所述料筒1内。另外，图2中，对与图1相同的部分附以相同的附图标记，并为了避免重复而省略其说明。
如图1及图2的结构所示，所述过氧化物50、50A的导入可以利用增塑捏合部11的上游、下游、及上述的任意位置，也可以同时使用多个位置。由于所述料筒1由多个料筒段(segment)(未图示出)构成，因此在各料筒段中，通过具备电加热器、蒸汽加热、油加热、热水加热等加热装置、以及供给冷却水等冷却介质的冷却装置而具有温度调节功能。
通过料筒1的所述温度调节功能及螺杆形状的调节，可将所述过氧化物50、50A的导入部31A、32A、33A调节为作为本发明的特征的、比过氧化物50、50A的1分钟半衰期温度低的温度。此外，已知所述过氧化物50、50A的反应速度依赖于温度，即温度越高，反应速度变得越快。此外，为了使过氧化物50、50A的反应随着时间而进行，并将过氧化物50、50A有效地用于反应，重要的是调节反应速度，以使反应在过氧化物50、50A被导入至挤出机的料筒1开始至排出至料筒1外的时间内完成，即在滞留时间内完成。此外，作为反应完成的标准，重要的是设定为在使过氧化物反应的部分的滞留时间内过氧化物进行四次减半的温度、或者调节为在使过氧化物反应的部分的温度下进行四次减半的滞留时间。
因此，若所述各过氧化物导入部31A、32A、33A的温度过高，则在所述过氧化物50、50A充分地分散于原料20等中之前，反应就开始了，从而产生所述过氧化物50、50A与原料20的反应率降低的问题。对此，根据本发明，通过将各过氧化物导入部31A、32A、33A的温度调节为比使用的所述过氧化物50、50A的1分钟半衰期温度低的温度，可抑制上述的反应率的降低、即可提高反应效率。因此，通过提高比该各过氧化物导入部31A、32A、33A更下游的温度从而提高反应速度这一方法，为在挤出机的料筒内的有限的滞留时间内提高反应率、并提高反应效率的有效方法。
实施例
接着，对利用本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置进行的反应实验的结果进行说明。
实施例中使用了如下的装置及原料。
挤出机：双轴螺杆挤出机、CMP69(The Japan Steel Works,Ltd.制造)
挤出机料筒内径：69mm
挤出机L/D(螺杆全长与料筒内径之比)：35L/D
原料：聚丙烯(MFR＝2.0)
原料处理量：320kg/h
过氧化物：有机过氧化物
过氧化物添加量：1000ppm
通过料筒的温度调节功能及螺杆形状的调节使各过氧化物导入部31A、32A、33A的原料温度变化。本实施例中，过氧化物50或50A与原料20反应，具有增大MFR的效果。因此，通过测定产物的MFR[g/mi n]，能够推测过氧化物50或50A的反应率。图3表示过氧化物导入部31A、32A、33A的温度与所制造的产物的MFR。明显可知若过氧化物导入部31A、32A、33A的温度大于1分钟半衰期温度＝174℃，则MFR变小。
另外，作为本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置的要旨，如下所述。
即，本发明涉及一种过氧化物反应方法及装置，其特征在于，其为不预先混合由合成树脂、天然树脂、弹性体中的任一者组成的原料20和过氧化物50或50A而是将其分别导入至挤出机2的具有温度调节功能的料筒1内并使所述原料20与所述过氧化物50或50A在所述料筒1内反应的、使用挤出机的过氧化物反应方法，其中，由原料供给料斗30导入所述原料20，由比所述原料供给料斗30更下游的过氧化物导入部31A、32A、33A导入所述过氧化物50或50A，并至少利用所述温度调节功能将所述过氧化物导入部31A、32A、33A的所述原料20的温度调节为比所述过氧化物50、50A的1分钟半衰期温度低的温度；此外，本发明的方法及装置的特征在于，所述料筒1从上游开始至少形成有固体输送部10、增塑捏合部11及熔融体输送部12，所述过氧化物导入部31A、32A、33A位于所述熔融体输送部12的上游位置42的更上游；此外，本发明的种方法及装置的特征在于，所述挤出机2为双轴挤出机；此外，本发明的方法及装置的特征在于，所述原料20为聚丙烯或聚乙烯；此外，本发明的方法及装置的特征在于，所述过氧化物50或50A的1分钟半衰期温度为50℃至300℃；此外，本发明的方法及装置的特征在于，所述过氧化物50或50A的1分钟半衰期温度为100℃至200℃；此外，本发明的方法及装置的特征在于，作为所述原料20的树脂的熔点比所述过氧化物50或50A的1分钟半衰期温度大时，所述过氧化物导入部31A位于所述增塑捏合部11的更上游。
工业实用性
本发明的使用挤出机的过氧化物反应方法及装置，通过将过氧化物由比原料供给料斗更下游导入至料筒内，并将过氧化物导入部的原料温度调节为比过氧化物的1分钟半衰期温度低的温度，从而能够抑制过氧化物的反应率降低，并能够提高反应效率。
附图标记说明
1：料筒；
1A：上游；
1B：下游；
2：挤出机；
3：螺杆；
3A：螺杆轴；
4：连接构件；
5：减速机；
6：转动驱动器(马达)；
10：固体输送部；
11：增塑捏合部；
12：熔融体输送部；
20：原料；
30：原料供给料斗；
31、32、33：第一、第二、第三液体添加泵；
31A、32A、33A：第一、第二、第三过氧化物导入部；
40：下游位置；
41：中央位置；
42：上游位置；
50A：过氧化物(液体)；
50：固体过氧化物。

Claims (14)

1.一种过氧化物反应方法，其特征在于，其为不预先混合由合成树脂、天然树脂、弹性体中的任一者组成的原料(20)和过氧化物(50或50A)而是将其分别导入至挤出机(2)的具有温度调节功能的料筒(1)内并使所述原料(20)与所述过氧化物(50或50A)在所述料筒(1)内反应的、使用挤出机的过氧化物反应方法，其中，由原料供给料斗(30)导入所述原料(20)，由比所述原料供给料斗(30)更下游的过氧化物导入部(31A、32A、33A)导入所述过氧化物(50或50A)，并至少通过所述温度调节功能将所述过氧化物导入部(31A、32A、33A)的所述原料(20)的温度调节为比所述过氧化物(50、50A)的1分钟半衰期温度低的温度。
2.根据权利要求1所述的使用挤出机的过氧化物反应方法，其特征在于，所述料筒(1)从上游开始至少形成有固体输送部(10)、增塑捏合部(11)及熔融体输送部(12)，所述过氧化物导入部(31A、32A、33A)位于所述熔融体输送部(12)的上游位置(42)的更上游。
3.根据权利要求1或2所述的使用挤出机的过氧化物反应方法，其特征在于，所述挤出机(2)为双轴挤出机。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的使用挤出机的过氧化物反应方法，其特征在于，所述原料(20)为聚丙烯或聚乙烯。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的使用挤出机的过氧化物反应方法，其特征在于，所述过氧化物(50或50A)的1分钟半衰期温度为50℃至300℃。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的使用挤出机的过氧化物反应方法，其特征在于，所述过氧化物(50或50A)的1分钟半衰期温度为100℃至200℃。
7.根据权利要求2所述的使用挤出机的过氧化物反应方法，其特征在于，作为所述原料(20)的树脂的熔点比所述过氧化物(50或50A)的1分钟半衰期温度大时，所述过氧化物导入部(31A)位于所述增塑捏合部(11)的更上游。
8.一种过氧化物反应装置，其特征在于，其为不预先混合由合成树脂、天然树脂、弹性体中的任一者组成的原料(20)和过氧化物(50或50A)而是将其分别导入至挤出机(2)的具有温度调节功能的料筒(1)内并使所述原料(20)和所述过氧化物(50或50A)在所述料筒(1)内反应的、使用挤出机的过氧化物反应装置，其以下述方式构成：由从原料供给料斗(30)导入所述原料(20)，由比所述原料供给料斗(30)更下游的过氧化物导入部(31A、32A、33A)导入所述过氧化物(50或50A)，并至少通过所述温度调节功能将所述过氧化物导入部(31A、32A、33A)的所述原料(20)的温度调节为比所述过氧化物(50、50A)的1分钟半衰期温度低的温度。
9.根据权利要求8所述的使用挤出机的过氧化物反应装置，其特征在于，所述料筒(1)从上游开始至少形成有固体输送部(10)、增塑捏合部(11)及熔融体输送部(12)，所述过氧化物导入部(31A、32A、33A)位于所述熔融体输送部(12)的上游位置(42)的更上游。
10.根据权利要求8或9所述的使用挤出机的过氧化物反应装置，其特征在于，所述挤出机(2)为双轴挤出机。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的使用挤出机的过氧化物反应装置，其特征在于，所述原料(20)为聚丙烯或聚乙烯。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的使用挤出机的过氧化物反应装置，其特征在于，所述过氧化物(50或50A)的1分钟半衰期温度为50℃至300℃。
13.根据权利要求8至11中任一项所述的使用挤出机的过氧化物反应装置，其特征在于，所述过氧化物(50或50A)的1分钟半衰期温度为100℃至200℃。
14.根据权利要求9所述的使用挤出机的过氧化物反应装置，其特征在于，作为所述原料(20)的树脂的熔点比所述过氧化物(50或50A)的1分钟半衰期温度大时，所述过氧化物导入部(31A)位于所述增塑捏合部(11)的更上游。
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