CN108367478A - 用于加工聚合物的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于加工一种或多种聚合物的装置(1)或方法，包括：头部构件(3)，包括中空部分并具有纵向轴线的细长主体(5)，延伸穿过细长主体的至少一个壁的多个孔(7)，和任选的，平行于纵向轴线的至少一个肩部(9)。所述头部构件可以具有基本上圆锥形的形状并且当所述至少一个肩部存在时，远离所述至少一个肩部逐渐变细。所述头部构件/细长主体的设计应当实现较低的压降并且避免材料的滞留。需要的孔的数量(受每个孔流量需求的影响)同样会影响形状(长度)以适应孔数。头部构件可以包括尖端和锥形支撑构件。尖端可以具有多边形或多面体形状或五边形或六边形形状。尖端可以具有凸起表面，并且凸起表面的形状可以基本上是圆锥形的。

Description

用于加工聚合物的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年12月16日提交的序列No.62/268,126的权益，其通过引用整体并入本文。
发明领域
本公开涉及用于加工聚合物的装置、系统和方法。特别地，本公开涉及能够改变聚合物或包含所述聚合物的组合物的不希望的特性或赋予聚合物或包含所述聚合物的组合物期望的特性的装置。
背景
在聚合反应器中生产的粒状聚烯烃树脂通常与常规添加剂如紫外稳定剂、抗氧化剂、防粘连剂、增滑剂、加工助剂以及本领域公知的其他添加剂配混。在添加或不添加这样的添加剂的情况下，粒状树脂经常被造粒以便于处理、加工和运输。这些方法可以结合挤出机或混合器的使用进行，所述挤出机或混合器的特征在于进料区段，在那里将粒状树脂引入挤出机或混合器，并输送通过各种加工区(典型地通过同向旋转或反向旋转、互相啮合或非互相啮合的双螺杆、单螺杆或转子的作用)，在其中树脂完全(或部分)熔融和机械混合。使用者可能将这种产品的最终形式用于二次制造步骤，或者可能需要将聚合物再挤出以生成最终制造形式，例如吹塑膜，注塑物等。通常使用聚合物熔体泵(也称为齿轮泵)以更有效地产生流过挤出机的排出区段所需的聚合物压力，该挤出机通常包括但不限于换网器(其中网筛根据需要设置)和产品-成形模板。商业上不希望关闭加工设备以周期性地更换这些网筛装置(由于其随着时间的推移结垢)。由于这个原因，如此多的加工生产线使用自动换网器，其通过滑板配置提供了网筛(或网筛装置)的快速更换。示例性的方法公开在WO2013/137,953；美国公开No.2013/0181364；和美国专利No.5,728,335和8,557,154中。
在这样的挤出机或混合器中加工的聚烯烃树脂的不期望的特性包括通常称为“凝粒(gel)”的内含物(inclusion)，这些内含物尤其在由这样的树脂形成的膜中是明显的。特别地，术语“凝粒”是指聚合物(尤其是由聚烯烃制成的膜)中高度局部化的内含物，其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未共混的聚合物，分子量与周围聚合物基体不同的聚合物物种，未反应的催化剂和活化剂，产物污染物，交联聚合物，降解聚合物和/或其他类型的视觉上不同的缺陷。凝粒的存在通常降低了这样的膜的价值，并且在某些情况下使得膜滞销或不适合在应用中使用。过去曾有很多解决这个问题的尝试。一种方案是在通过使用如上所讨论的网筛/过滤器形成最终产品之前从聚烯烃材料中去除凝粒或减小凝粒的尺寸。(参见例如美国专利No.5,730,885,6,485,662；和美国公开No.2007/0100132，以美国专利No.7,393,916公布)。
历史上，聚合物加工器已将筛网过滤器(也称为过滤网)插入工艺料流中，从而迫使聚合物流过网筛(一个或多个)以过滤或破碎来自主聚合物料流的不期望的物种。但是，网筛会产生显著的压降，并受到上游系统设备压力等级能够承受的范围(或网筛固定器/装置本身的压力等级)的限制。这些需要被过滤或分散成较小物种的包含的物种中的许多本质上非常小(通常为400微米或更小)，因此网筛将需要具有极其小的开口以作用于这些物种，因此导致产生过度的压降。同样，网筛的侧面通常非常细，所以次要物种可能会潜在地延伸、拉伸或变形，使得它们可以穿过网筛装置并在网筛的下游侧仍然完整地重新出现。
其他人已经使用凝粒尺寸减小装置来解决该问题。例如，美国公开NO.2013/0176810除其他外公开了凝粒尺寸减小装置，其包括：设置在聚合物流动管道(其中聚合物捏合的配混物流动)中并且适于减小存在于聚合物捏合的配混物中的凝粒的凝粒减小机构，所述凝粒减小机构包括具有流路截面积小于所述聚合物流动管道的至少一个或多个挤压流路，所述挤压流路的挤压比S1/S2设定为满足以下的关系以在挤压流路中流动的捏合的配混物中产生拉伸流动：挤压流路的挤压比S1/S2＝25至180，其中，S1：聚合物流动管道的流路截面积，S2：挤压流路的流路截面积的总和。
在另一种方案中，2014年11月19日提交的转让给ExxonMobil Chemical Patents，Inc.的U.S.S.N.62/081,921除其他外公开了用于加工聚合物的装置，包括：a)具有中心轴线的细长主体；b)多个平行于中心轴线的入口管道；c)多个平行于中心轴线的出口管道；和d)包括一个或多个通道的多个过渡区；其中所述一个或多个通道不平行于所述中心轴线并且在至少一个入口管道和至少一个出口管道之间提供流体连接。U.S.S.N.62/081,921的图1描绘如下。
背景技术还包括美国专利No.4,453,905，美国公开No.2005/035051；2010/022735；2013/020247；GB 1 386 143 A；和EP 0 816 047 A。
尽管有过去的努力，仍然需要用于制备聚烯烃树脂的解决方案，其可以生产不具有凝粒或具有降低水平的凝粒的制品例如膜，或生产包含具有第二聚合物或树脂组分和/或一种或多种添加剂的分散相的聚合物基体的聚合物组合物的能力。
概述
在一类实施方案中，本发明提供了用于加工一种或多种聚合物的装置，其包括：a)头部构件；b)细长主体，其包括中空部分并具有纵向轴线；c)延伸穿过细长主体的至少一个壁的多个孔；和d)任选地，平行于纵向轴线的至少一个肩部。
在本发明的另一类实施方案中，本发明提供了聚合物加工系统，其包含：a)至少一个挤出机或混合器；b)一个或多个的本文描述的装置；c)至少一个换网器或至少一个板构件；和d)至少一个聚合物加工器；并且任选地其中所述一个或多个装置被设置在所述至少一个换网器或所述至少一个板构件中的固定位置中。
在本发明的又一类实施方案中，本发明提供了用于加工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)将所述一种或多种聚合物通过至少一个挤出机或混合器，任选地使用至少一个齿轮泵，挤出或混合以产生基本上熔融的材料；c)使所述熔融的材料通过一个或多个的本文所述的装置；和d)任选地将所述熔融的材料造粒以获得粒料或将所述熔融的材料送至至少一个聚合物加工器中以形成制品。
本发明的其他实施方案在本文中被描述和要求保护，并且通过以下公开内容显然可见。
附图简要描述
图1是本发明的一类实施方案中的装置之一的图示。
图2是设置在换网器或板构件中的固定位置中的多个装置的横截面视图的表示。
图3是设置在换网器或板构件中的固定位置中的多个装置的正视图的表示。
图4是本发明的一类实施方案中的装置之一的横截面视图的表示。
详述
在公开和描述本发明的装置、设备、配混物、组分、组合物和/或方法之前，应当理解的是，除非另外指出，否则本发明不限于特定的装置、设备、配混物、组分、组合物、反应物、反应条件等，因为这些可以改变，除非另外说明或要求保护。
还必须注意的是，除非另有说明，否则如说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”，“一种”和“所述”包括复数指示物。
本发明的一类实施方案涉及用于加工一种或多种聚合物(例如聚合物或树脂(例如，聚烯烃聚合物，弹性体等))的一种或多种装置和方法。
例如，在参照图1的一类实施方案中，本发明包括用于加工一种或多种聚合物的装置1，其包括：a)头部构件3；b)包括中空部分并具有纵向轴线的细长主体5；c)延伸穿过细长主体的至少一个壁的多个孔7；以及d)任选地，平行于纵向轴线的至少一个肩部9。头部构件具有基本上圆锥形的形状并且在至少一个肩部存在时，远离所述至少一个肩部逐渐变细。头部构件/细长主体的设计应该实现较低的压降并避免材料的滞流。需要的孔的数量(受每个孔流量需求的影响)同样会影响形状(长度)以适应孔数。头部构件可以包括尖端和锥形支撑构件。尖端可以具有多边形或多面体形状或五边形或六边形形状。尖端可以具有凸起表面，并且凸起表面的形状可以基本上是圆锥形的。
参照图4，提供了本发明的一类实施方案中的装置之一的横截面视图。细长主体的壁29显示出延伸穿过壁的多个孔31。参照头部构件33，它包括尖端37和锥形支撑构件35。该尖端具有六边形形状并且是凸起的。该实施方案省略了与细长主体的纵向轴线平行的任选的肩部，但用任选的机械处理34(例如螺纹连接，螺栓连接等)代替肩部，使得装置可以设置在至少一个换网器或至少一个板构件中的固定位置中。
在一种实施方案中，当换网器被打开(或者滑动致动)时，围绕该装置的可观的聚合物可能会使其很难从组件旋出。头部构件的六边形尖端允许容易的拆卸。当然，它仅代表可以应用于实现去除的许多技术之一。
在上述实施方案中，细长主体可以具有基本上圆柱形的形状。多个孔可以基本上横向于纵向轴线，或者多个孔可以与纵向轴线成一定角度设置。多个孔可以沿着细长主体的外表面彼此等距地设置。多个孔可以覆盖细长主体的外表面积的30％或更大，40％或更大，50％或更大，60％或更大，70％或更大，75％或更大，80％或更大，85％或更大或90％或更大。在这些实施方案中的任何一种中，多个孔可以包括分别对应于每个孔的内开孔和外开孔，并且外开孔的直径可以大于内开孔的直径。
在上述任何实施方案中，所述一个或多个装置可以至少部分地或全部地由铁，钢，不锈钢，钢合金，铝，铝合金，钛，钛合金，或它们的混合物制造，并且任选地经抛光和/或涂覆。材料和处理的选择取决于方法和产品要求以及条件。
在另一类实施方案中，本发明包括聚合物加工系统，其包含：a)至少一个挤出机或混合器；b)一个或多个如上所述的装置；c)至少一个换网器或至少一个板构件；和d)至少一个聚合物加工器；其中所述一个或多个装置被设置在所述至少一个换网器或所述至少一个板构件中的固定位置中。聚合物加工系统可以被配置成首先在挤出机中，其次在换网器或板构件中加工一种或多种聚合物，然后到达聚合物加工器；其中该系统可以包含多种聚合物分子物种，并且基本上所有的聚合物分子物种可以通过该系统到达造粒机。
例如，参照图2，被设置在至少一个板构件11中的固定位置中的多个装置13的横截面视图。头部构件19包括尖端和锥形支撑构件(在此统称为17)。尖端凸起并具有五边形形状。任何间隙空间15应该通过设计最小化以使通过所述多个装置的聚合物流动最大化。然而，在装置之间具有足够的空间以使流动改变方向(例如轴向到径向)和进入装置和以允许碎屑积聚而不会在装置更换之前阻塞过多的孔之间存在平衡。
图3展现了设置在至少一个板构件21中的固定位置中的多个装置23的正视图。头部构件25包括尖端和锥形支撑构件(在此统称为27)。尖端凸起并具有五边形形状。应将多个装置以最佳排列设置，以使通过装置的聚合物流动最大化或使压降最小化。在该实施方案中，装置以“蜂窝”排列布置。
在本发明的又一类实施方案中，本发明包括用于加工一种或多种聚合物的方法，所述方法包括：a)获得一种或多种聚合物；b)将所述一种或多种聚合物通过至少一个挤出机或混合器，任选地用至少一个齿轮泵挤出或混合以产生基本上熔融的材料；c)使所述熔融的材料通过一个或多个如上所述的装置；和d)任选地将所述熔融的材料造粒以获得粒料或将所述熔融的材料送至至少一个聚合物加工器中以形成制品。
在上述实施方案中，所述一种或多种聚合物可以包含聚烯烃聚合物，其他热塑性聚合物，弹性体或其混合物，例如聚乙烯聚合物，聚丙烯聚合物或其混合物。示例性的制品包括膜，片材等
所述至少一个聚合物加工器可以选自造粒机，吹塑装置，旋转模塑装置，注塑装置，流延膜装置，吹塑膜装置和共挤出装置中的至少一种。
在上述任何实施方案中，进入所述一个或多个装置的基本上熔融的材料可以包含凝粒，并且在使基本上熔融的材料通过所述装置后，平均凝粒尺寸减小和/或凝粒更加分散。例如，进入一个或多个装置的基本上熔融的材料可以包括凝粒和/或次要聚合物物种，并且在使基本上熔融的材料通过所述装置后，平均凝粒尺寸可以减小了或平均次要物种的分散度可以增加了至少25％，至少35％，至少50％，至少55％，至少65％或至少75％。如本文所用，“分散度”通常是指从物种的共同聚集物中分离成单独物种或将单一物种减小成更小物种。
在上述任何实施方案中，所述方法可以包括两种或更多种不同的聚合物，任选地与添加剂一起，并且所述两种或更多种聚合物和任选的添加剂可以在通过所述一个或多个装置后在基本熔融的材料中更加分散。
在上述任何实施方案中，两种不同的聚合物可以包含聚烯烃聚合物和固化的弹性体，并且聚烯烃聚合物可以形成聚合物基体，并且固化的弹性体可以在聚合物基体中形成分散相。
如上所述，一种或多种聚合物可以包含聚烯烃聚合物，其他热塑性聚合物，弹性体及其混合物。在一些实施方案中，聚烯烃聚合物可包含聚乙烯聚合物，聚丙烯聚合物或弹性体或其混合物(包括均聚物，共聚物，三元共聚物，互聚物等)。
在本发明的几类实施方案中，本发明装置加速聚合物和次要物种或组分(例如凝粒)或另一次要组分通过专门设计的几何开口，使得次要物种不能伸长地承受作用在其上的力并分散成更小的物种，例如更小的颗粒。如本文所用，“次要组分”或“次要物种(一种或多种)”是指在另一种材料中以少量存在的任何材料。理想地，这至少部分地如下实现：通过装置的几何形状设计，使得与常规的网筛技术(例如用于商业加工的通常为12-400目的网筛的标准网筛)相比在最小的压降增加下。在本发明的一类实施方案中，该方法涉及减少聚合物熔融材料中凝粒的尺寸或提供凝粒在聚合物熔融材料中更好的分散。特别地，进入装置的熔融材料包含凝粒并且在使熔融材料通过装置之后平均凝粒尺寸减小。因此，次要组分(例如较小的凝粒)，将通常仍会保留，但是以更小的微区尺寸保留。例如，次要组分的平均凝粒尺寸在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少30％，供选择地在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少40％，供选择地在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少50％，供选择地在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少60％，供选择地在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少70％，供选择地在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少80％，供选择地在使熔融材料通过所述装置之后降低了至少90％。
在本发明的另一类实施方案中，该方法涉及将一种或多种次要材料或组分分散在聚合物基体中。特别地，在这些实施方案中，一种或多种不同的聚合物，任选地与一种或多种添加剂形成聚合物组合物，其包含具有分散相的聚合物基体，所述分散相包括第二聚合物组分，第三聚合物组分等，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熔融材料通过所述装置以产生聚合物组合物来生产。例如，熔融材料可包含聚烯烃聚合物，例如聚乙烯聚合物或聚丙烯聚合物，和次要聚合物组分，例如不同的聚合物或典型地呈小块或颗粒形式的固化橡胶。熔融材料，任选地与一种或多种添加剂一起，可以通过如本文所述的装置以形成聚烯烃聚合物的聚合物基体，并且次要聚合物组分和/或添加剂在基体中形成分散相。
本文所述的一个或多个装置或其任何组件或相关设备可以被加工，使用3-D印刷生产，抛光，涂覆，纹理化等。如果一个或多个装置被设计成适合常规设备，则它们是最具成本效率的。该装置可以包含在金属支持器内，例如换网器内，或嵌套在套筒或中断板(breakplate)中，迫使聚合物材料通过一个或多个装置，并要求聚合物材料加速通过装置。金属支持器可以由与装置相同或不同的材料制成。所述一个或多个装置应该设计和调整以匹配聚合物材料的流变行为。例如，本发明装置的实施方案使用流变拉伸和延伸行为/力，使得次要组分不能以其入口形式幸存于流动环境。由此，每个装置应根据聚合物/次要组分的流变特性来设计。因此，对装置的调整通常是使装置与所加工的聚合物相匹配。例如，聚乙烯可以具有与聚丙烯或弹性体不同的装置设计。
由于装置(一个或多个)意在用于商业挤出生产线中，所以期望使整个装置(一个或多个)的压降最小化。理想地，一个或多个装置的运行不应超过排放系统组件的压力等级，不应该是在经济上速率限制的，并且不应该快速结垢，因此需要频繁线路中断以进行更换。因此，所述装置(一个或多个)应当在几何结构上设计成使压降最小化，同时使凝粒或次要组分例如次要聚合物组分和/或一种或多种添加剂上的拉伸力最大化。与使用常规网筛作为过滤器相比，这至少是一个优势。例如，过滤的主要目标是去除聚合物材料中不希望的组分。然而，由于使用筛网的固有特性，挤出过程将不可避免地遭受压降。例如，需要压力来使液体能够流过障碍物，即过滤器。障碍物越具限制性，迫使液体流过障碍物的压力越大。当使用常规的网筛技术时，这种压力下降限制了生产率和能源效率。因此，希望在挤出过程中产生最小的压降，从而不会变成速率限制或超过聚合物加工系统的允许的操作压力。此外，为了在聚合物和次要物种上获得相当的流变力，需要控制通过装置的加速度。相比之下，常规的网筛技术在没有过度限制聚合物流动的情况下不能实现这样的加速度控制。类似地，具有简单孔或毛细管的网筛会遭受高压降和材料的很小的加速或不加速。
相比之下，使用本文公开的装置(一个或多个)的方法不试图去除凝粒或次要组分，但它们改变或修改凝粒或次要组分以允许它们以修改形式通过聚合物加工系统以产生期望的产品。因此，在几类实施方案中，该方案通过减轻与压降相关的问题而提供相对于在过滤中使用常规网筛的优点。
对于商业应用，可以设想每个加工生产线可以应用多于一个的装置。装置的数量可以通过流量，延伸效果需要多小的开口以及需要多少开口来实现效果而没有过度的压降等来设定。压降受到通过孔的流量的影响，所以流量越高，元件的限制性越强，需要越多的开口来保持每个开口的流量是低的。在一类实施方案中，多个装置被设计成适合于单个换网器排列，其与可从若干挤出设备供应商获得的商业挤出机一起使用。由于元件结垢处理(approach)和可允许的压力限制，网筛支持器和网筛被移除并被本文所述的装置替换。
理想地，换网器可以在很小的努力下进行改进以将装置并入到商业生产线中。特别地，一些挤出机机组或混合器机组使用位于挤出机(或混合器)和造粒机之间的齿轮泵。如本文所述的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。在一种实施方案中，对于具有至少一个齿轮泵的双螺杆挤出机，所述一个或多个装置可以设置在齿轮泵的下游。
对于这些应用，预期由于外部装置支持器具有坚固的构造，可能存在会促使聚合物滞留和降解的聚合物流动死区。所述装置必须物理排列以适应在换网器滑板的尺寸范围内。这有利于在不重新设计标准换网器的情况下使用多个装置。因此，这种排列应该提供在小或几乎不用修改商业设备的情况下与目前可商购的设备一起使用。
另外，并非所有在挤出生产线上加工的聚合物牌号都需要经受装置的拉伸力。因此，在几种实施方案中，一个或多个装置可以被配置为从聚合物加工系统缩回，而在从装置受益的牌号与不需要装置的牌号之间没有显著的停机时间。
一般聚合物加工
然而，在熔融材料可以通过如上所述的一个或多个装置之前，通常通过使其通过挤出机或混合器将聚合物或树脂材料加热到至少其熔点。应该注意的是，尽管聚合物基体材料被加热到其熔点或某个更高的温度，但基体中存在的其他组分可能熔融或可能不熔融。特别地，该方法通常包括通过挤出机或混合器熔融共混聚合物组合物，通过模头挤出聚合物组合物，然后冷却聚合物组合物或将熔融材料直接传送至形成制品如膜的下游工艺。(参见例如美国专利No.4,814,135；5,076,988；5,153,382；5,728,335；和美国公开No.2005/0012235)。
典型地，聚合物颗粒通过主驱动能输入熔融并且该功通过挤出机螺杆或混合转子赋予。聚烯烃可以进一步共混，并且在相同的仪器中在顺序或同时的工艺中理想地共混以及熔融。熔融、共混或“熔融共混”可以用挤出机(或混合器)和上述参考文献中列出的挤出方法进行。例如，可以使用挤出机，其可以是双螺杆型的例如Coperion ZSK同向旋转双螺杆挤出机，或单螺杆挤出机(例如可以从Japan Steel Works，Farrel Corporation，Berstorff等获得的那些)。
对于一些应用，单螺杆挤出机的螺杆区段可以分成三个区段：进料区段，压缩区段和计量区段，任选地在螺杆末端具有最终混合头部。它可以具有多个加热区(从后加热区到前加热区)，从上游到下游运转的多个区段和区。如果挤出机具有多于一个的机筒，则机筒理想地可以串联连接。每个机筒的长度与直径的比可以在16：1至40：1的范围内。聚合物的共混也可以在例如间歇型混合器如BANBURYTM或BRABENDERTM混合器中完成。也可以使用切向和互相啮合反向旋转和互相啮合同向旋转混合器，两级混合器和多级长长度/直径混合器。(参见例如美国专利No.4,334,783和5,458,474)。共混可以在160-270℃的温度范围下进行，特别是在180-240℃的温度范围下进行。
在共混步骤之后，使熔融聚合物材料通过一个或多个装置。理想地，凝粒的流变行为,例如凝粒的特定分子和拉伸流动行为必须与一个或多个装置的几何形状匹配，使得凝粒经受将凝粒破坏成更小的微区尺寸的拉伸流动力。进一步的质量控制分析可以存在以评价产品质量，例如，使用OCS凝粒计数器来离线评价膜的质量。
可以使用OCS凝粒计数装置来确定“凝粒”的量或凝粒“等级”。OCS凝粒计数生产线通常由以下几件设备组成：
1)带3/4英寸20：1L/D压缩螺杆的Brabender挤出机；
2)可调式膜缝模头；
3)OCS型号FS3；和
4)Killion冷却辊和膜卷绕系统。
OCS系统每次测试评价略微超过1.0m2的膜。目标膜厚度为76.2微米(0.003英寸或3.0密耳)。OCS型号FS3相机的分辨率为7μm，读取的膜的宽度为12mm，并且系统可识别10种凝粒尺寸，如下所示：
7至54μm,
55至100μm,
101至200μm,
201至300μm,
301至400μm,
401至500μm,
501至600μm,
601至800μm,
801至1600μm,
大于1600μm.
OCS系统在每次测试完成时产生每1.0m2膜的凝粒数据的总结。报告复合凝粒计数。该等级如下计算：
复合凝粒计数＝0.1×凝粒计数(101至200μm)+
1.0×凝粒计数(201至500μm)+
10×凝粒计数(大于501μm凝粒)。
该复合凝粒计数大致估计膜消费者将如何对膜中的凝粒反应，其中较低的复合凝粒计数更好并且能够产生更期望和可销售的膜。对于较大的凝粒，复合凝粒计数适用更高的“惩罚”或加权值，因为它们更明显，更可能导致最终产品出现问题。
在几类实施方案中，由已经通过包含一个或多个的本发明的装置的聚合物加工系统加工的聚合物组合物生产的膜的复合凝粒计数为100或更少，供选择地75或更少，供选择地50或更少，供选择地40或更少，供选择地35或更少，供选择地30或更少，供选择地25或更少，供选择地20或更少，供选择地10或更少。
不受理论束缚，据信当含有凝粒的聚合物材料穿过一个或多个装置时，其经历显著的速度加速，产生凝粒不能承受的拉伸力，并且将凝粒分离或分散成更小的颗粒。可以使用FLUENTTM聚合物流动软件来模拟流动，以计算流量、压降等。虽然这种现象适用于凝粒分离或分散，但据信同样适用于分散任何次要组分，例如次要聚合物组分。
在本发明的一些实施方案中，该步骤还可以伴随使熔融聚合物材料通过至少一个网筛，该网筛可以容纳在多孔板中。应该理解，术语“网筛(一个或多个)”包括网筛、筛网和其他过滤介质。活动(active)网筛可以是例如方形编织金属丝网筛和/或Dutch编织金属丝网筛。这些网筛可以具有不同的形状和各种开口，例如三角形开口或圆形开口以及规则或不规则形状。网筛的使用是众所周知的，各种网筛及其使用的示例性描述可见于美国专利No.5,730,885；6,485,662；和以美国专利No.7,393,916公布的美国公开No.2007/0100132。在一些实施方案中，可以有用的是，在与装置接触之前预先筛选聚合物料流的大碎片以帮助减少装置结垢的机会。在这样的实施方案中，可以应用上游或入口网筛。
聚合物和添加剂
在本发明的一些实施方案中，待加工的聚合物是一种或多种相同或不同的聚合物或树脂、弹性体及其混合物。聚烯烃聚合物可以包含聚乙烯聚合物，聚丙烯聚合物或其混合物(包括均聚物，共聚物，三元共聚物，互聚物等)。聚烯烃聚合物可以是包含至少40-100wt％的烯烃衍生单元，优选α-烯烃衍生的单元的任何聚合物。最优选地，烯烃衍生单元来自乙烯和/或丙烯和选自C3-C12α-烯烃(包括直链，环状和取代的烯烃)的其他α-烯烃。
在本发明的一些实施方案中，聚乙烯树脂可以是聚乙烯均聚物或乙烯与一种或多种C3-C20α-烯烃共聚单体的共聚物。如本文所用，术语“乙烯共聚物”表示由大于50重量％聚合的乙烯单元，和余量的小于50重量％的为聚合的α-烯烃共聚单体(例如C3-C20α-烯烃，更特别地，C3-C12α-烯烃，例如丁烯和/或己烯)的聚合单元形成的聚合物。如果需要，其他合适的α-烯烃共聚单体可以是直链或支链的，并且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；和苯乙烯。应该理解的是，上述共聚单体的列表仅仅是示例性的，并不意在是限制性的。
另外，对于双峰聚合物组合物，本文所述的装置可以是非常有用的。例如，双峰聚合物组合物的缺点之一可以是形成两种明显分开的聚合物物种，其中次要组分没有适当地分散在双峰聚合物组合物中。在这种情况下，如果没有适当地分散，则这两种不适当的分散的不同的物种会对加工或最终产品性能产生不利影响。对于这些应用，本文所述的一个或多个装置可以非常有用地将次要组分分散在双峰聚合物组合物中，以便缓解上述问题。双峰组合物可以由可得自Univation Technologies，LLC(德克萨斯州休斯顿)的PRODIGYTM双峰催化剂制备。
聚合物材料也可以与一种或多种添加剂共混。可以引入的常规添加剂包括但不限于抗氧化剂，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，烟雾抑制剂，粘度控制剂，交联剂，催化剂，增效剂(booster)，增粘剂，防粘连剂及其任何组合。
在一种实施方案中，还在熔融步骤期间将氧化剂作为与聚合物的反应性组分加入。在该实施方案中，聚合物料流与氧化剂，优选含氧气体如空气一起挤出。在使聚合物料流经受氧化反应之后，可使其通过一个或多个本文所述的装置以将改性的聚合物物种分散在基体中。
最终用途应用
聚合物材料可以被进一步加工以形成膜。所述膜可以是任何膜，包括流延膜或吹塑膜。膜可以根据其他已知的膜整理工艺被进一步压花或加工。可以通过调整各层的厚度、材料和顺序/类型以及每层中的添加剂，针对具体应用调整膜。膜可以是单层或多层膜。此外，膜可以用于任何典型的膜的应用中，例如拉伸膜，收缩膜，包装膜，袋，地膜，衬垫和本领域已知的其他膜的应用。
聚合物材料可以与或不与如上所述的添加剂一起，通过任何合适的用于形成膜的手段(膜吹塑或流延)以及所有成膜方法被加工以实现例如单轴或双轴取向。
适用于在任何期望的条件下操作挤出聚合物材料的任何挤出机都可用于生产膜。挤出机和挤出工艺描述在例如美国专利No.4,169,67中。可以用于形成膜的各种挤出机的实例是单螺杆类型(例如用吹塑膜模头和空气环和连续取出设备改进的单螺杆类型)，吹塑膜挤出机和狭缝流延挤出机。也可以使用双螺杆挤出机。典型的单螺杆型挤出机可以描述为在其上游端具有料斗并且在其下游端具有模头的挤出机。料斗进料到包含螺杆的机筒中。在下游端，在螺杆的端部和模头之间，是过滤网和多孔板。挤出机的螺杆区段被认为分成三个区段：进料区段，压缩区段和计量区段。它可以具有多个加热区(从后加热区到前加热区)，从上游到下游运转的多个区段和区。
如果具有多于一个机筒，则机筒通常串联连接。双螺杆挤出机通常包括串联连接的多个机筒，通常形成8：1高至36：1的总L/D比。更短或更长的L/D比是可行的并且取决于挤出机中所需的加工作用。单螺杆挤出机也可以包括一个或多个机筒，同样取决于加工要求。挤出通常在180-300℃的温度下进行，但取决于被加工的聚合物和机器的操作条件。装置的应用范围可以变化以与本领域已知的任何挤出机系统一起使用，包括但不限于以任何有用的组合或构造的单、双或多螺杆挤出机。
在一种实施方案中，可以使用开槽进料挤出机。在一种实施方案中挤出机可以具有80：1至2：1的L/D比，供选择地在另一种实施方案中60：1至6：1，供选择地在又一种实施方案中40：1至12：1，供选择地在又一种实施方案中30：1至16：1。
可以使用单层或多层摸头。在一种实施方案中，可以使用50至200mm的单层模头，供选择地在另一种实施方案中90至160mm的单层模头，供选择地在又一种实施方案中100至140mm的单层模头。在一种实施方案中，模头可以具有0.6至3mm的标称模头间隙，供选择地在另一种实施方案中为0.8至2mm，供选择地在又一种实施方案中为1至1.8mm，其中可以通过本文描述的任何实施方案的任何组合来描述期望的摸头。
在本发明的一类实施方案中，聚合物材料可以被加工以形成流延膜。形成流延膜的工艺是众所周知的。例如，可以将聚合物材料在熔融状态通过平模头挤出，然后冷却以形成膜。作为实例，流延膜可以使用中试规模的商业流延膜生产线机器如下制备。将聚合物材料的粒料在250-300℃的温度范围内熔融，通常选择特定的熔融温度以匹配特定聚合物的熔体粘度。在多层流延膜的情况下，将两种或更多种不同的熔体传送至共挤出接头，该共挤出接头将两种或更多种熔体流动合并成多层共挤出结构。这种分层流动通过单歧管膜挤出模头分配到所需的宽度。模头间隙开口通常为约0.025英寸(约600μm)。然后将聚合物材料拉伸至最终膜厚。0.8密耳(20微米)膜的材料拉伸比通常约为21：1。可以使用真空箱或气刀将离开模头开口的熔体固定在维持在约90°F(32℃)的主冷却辊上。在卷绕机上收集所得聚合物膜。膜厚度可以通过膜厚监测器来监测，并且膜可以通过修剪器进行边缘修整。如果需要，可以使用一个或多个任选的处理器来对膜进行表面处理。这样的冷却辊流延工艺和设备在本领域中是众所周知的。尽管冷却辊流延是一个实例，但也可以使用其他形式的流延。
在本发明的另一类实施方案中，聚合物材料可以被加工以形成吹塑膜。形成吹塑膜的工艺是众所周知的。例如，可以将聚合物材料在熔融状态通过环形模头挤出，然后吹塑并冷却以形成管状吹塑膜，然后可以将其轴向切割并展开以形成平膜。作为实例，可以如下制备吹塑膜。将聚合物材料输送到挤出机，例如水冷、电阻加热并具有24：1的L/D比的63.5mm Egan挤出机。可以使用具有2.24mm模头间隙的15.24cm Sano模头以及Sano双孔不旋转、不可调节的空气环来生产该膜。将膜通过模头挤出成膜，通过将空气吹到膜的表面而冷却膜。从模头中拉出膜，通常形成圆筒形膜，将该圆筒形薄膜冷却、收缩并且任选地进行所需的辅助加工，例如切割，处理，密封或印刷。成品膜可以卷成卷以备后续加工，或者可以例如送入制袋机并转换成袋或其他制品。当然，也可以使用其他吹塑成膜方法。
在其他实施方案中，聚合物材料可以通过注塑进一步加工以形成注塑制品。注塑方法在本领域中是众所周知的。
在其他实施方案中，聚合物材料可以通过吹塑进一步加工以形成吹塑制品。吹塑方法在本领域中是众所周知的。
为了简洁起见，本文仅明确公开了某些范围。然而，从任何下限的范围可以与任何上限组合以记载未明确记载的范围，以及从任何下限的范围可以与任何其他下限组合以记载未明确记载的范围，以同样方式，从任何上限的范围可以与任何其他上限组合来记载未明确记载的范围。另外，即使没有明确记载，范围内也包括其端点之间的每个点或单独值。因此，每个点或单独值可以作为其自身的下限或上限与任何其他点或独立值或任何其他下限或上限组合，以记载未明确记载的范围。
对于这样的并入被允许的所有辖区，所有优先权文件通过引用全部并入本文，只要这样的公开与本发明的描述一致。此外，对于这样的并入被允许的所有辖区，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，期刊文章等通过引用全部并入本文，只要这样的公开与本发明的描述一致。
尽管已经在多种实施方案和实例方面描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将会理解，可以设计不偏离如本文所述的本发明的范围和精神的其他实施方案。

Claims (25)

1.用于加工一种或多种聚合物的装置，包括：
a)头部构件；
b)包括中空部分并具有纵向轴线的细长主体；
c)延伸穿过细长主体的至少一个壁的多个孔；和
d)任选地，平行于纵向轴线的至少一个肩部。
2.权利要求1的装置，其中所述头部构件具有基本上圆锥形的形状并且当所述至少一个肩部存在时，所述头部构件远离所述至少一个肩部逐渐变细。
3.权利要求1或2的装置，其中所述头部构件包括尖端和锥形支撑构件。
4.权利要求3的装置，其中所述尖端具有多边形或多面体形状。
5.权利要求4的装置，其中所述尖端具有五边形或六边形形状。
6.权利要求3-5中任一项的装置，其中所述尖端具有凸起表面。
7.权利要求6的装置，其中所述凸起表面的形状基本上为圆锥形。
8.前述权利要求中任一项的装置，其中所述细长主体具有基本上圆柱形的形状。
9.前述权利要求中任一项的装置，其中所述多个孔中的至少一些基本上横向于所述纵向轴线。
10.权利要求1-8中任一项的装置，其中所述多个孔中的至少一些与所述纵向轴线成一定角度设置。
11.前述权利要求中任一项的装置，其中所述多个孔沿着所述细长主体的外表面彼此等距离地设置。
12.前述权利要求中任一项的装置，其中所述多个孔覆盖所述细长主体的外表面区域的50％或更大。
13.前述权利要求中任一项的装置，其中所述多个孔覆盖所述细长主体的外表面区域的75％或更大。
14.前述权利要求中任一项的装置，其中所述多个孔包括分别对应于每个孔的内开孔和外开孔，并且所述外开孔的直径大于所述内开孔的直径。
15.聚合物加工系统，包括：
a)至少一个挤出机或混合器；
b)一个或多个的权利要求1-14中任一项的装置；
c)至少一个换网器或至少一个板构件；和
d)至少一个聚合物加工器，
并且任选地其中所述一个或多个装置被设置在所述至少一个换网器或所述至少一个板构件中的固定位置中。
16.权利要求15的聚合物加工系统，其中所述系统配置成首先在所述挤出机或混合器中，其次在所述换网器或板构件中加工一种或多种聚合物，然后到达所述聚合物加工器；其中所述系统包含多种聚合物分子物种，并且基本上所有的聚合物分子物种通过所述系统到达所述聚合物加工器。
17.权利要求15或16的聚合物加工系统，其中所述一个或多个装置至少部分地由铁、钢、不锈钢、钢合金或其混合物制成，并且任选地经抛光和/或涂覆。
18.加工一种或多种聚合物的方法，所述方法包括：
a)获得一种或多种聚合物；
b)将所述一种或多种聚合物通过至少一个挤出机或混合器，任选地使用至少一个齿轮泵，挤出或混合以产生基本上熔融的材料；
c)使所述熔融的材料通过一个或多个的权利要求1-14中任一项的装置；和
d)任选地，将所述熔融的材料造粒以获得粒料或将所述熔融的材料送到至少一个聚合物加工器中以形成制品。
19.权利要求18的方法，其中所述一种或多种聚合物包含聚烯烃聚合物、其他热塑性聚合物、弹性体或其混合物。
20.权利要求18或19的方法，其中所述制品是膜。
21.权利要求19或20的方法，其中所述聚烯烃聚合物包含聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物或其混合物。
22.权利要求18-21中任一项的方法，其中进入所述一个或多个装置的所述基本上熔融的材料包含凝粒，并且在使所述基本上熔融的材料通过所述装置之后，平均凝粒尺寸减小和/或凝粒更加分散。
23.权利要求18-21中任一项的方法，其中进入所述一个或多个装置的所述基本上熔融的材料包含凝粒和/或次要聚合物物种，并且在使所述基本上熔融的材料通过所述装置之后，平均凝粒尺寸减小了或平均次要物种的分散度增加了至少50％。
24.权利要求18-21中任一项的方法，其中所述方法包括两种或更多种不同的聚合物，任选地与添加剂一起，并且在通过所述一个或多个装置之后，所述两种或更多种聚合物和任选的添加剂在所述基本上熔融的材料中更加分散。
25.权利要求15-24中任一项的聚合物加工系统或方法，其中所述至少一个聚合物加工器选自造粒机、吹塑装置、旋转模塑装置、注塑装置、流延膜装置、吹塑膜装置和共挤出装置中的至少一种。
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