CN108463320B - 一种塑料颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料颗粒(16)的制造方法，其中，工艺腔室(10)中含有工艺流体(12)，在所述工艺腔室(12)中进行水下造粒过程，所述工艺腔室(10)中的所述工艺流体(12)的温度大于120℃。所述工艺腔室(10)的工艺压力至少为2.0bar且塑胶流股(14)在该工艺压力下成粒为塑胶颗粒(16)。在所述塑胶颗粒(16)冷却的过程中，工艺流体(12)和塑胶颗粒(16)的混合物(18)从所述工艺腔室(10)输送至第一冷却段(25)，同时工艺压力在所述第一冷却段(25)中维持不变。在工艺压力下，所述塑胶颗粒(16)在第一分离装置(22)中与所述工艺流体(12)分离。所述工艺腔室(10)中的所述工艺流体(12)的温度为120℃‑160℃，所述工艺腔室(10)工艺压力大于所述工艺流体(12)的蒸汽压曲线的压力，并且在第一分离装置(22)中与所述工艺流体(12)分离后的所述塑胶颗粒(16)被连续地供给脱醛容器(46)。

Description

一种塑料颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种塑料颗粒的制备方法。
背景技术
EP 2361174B1公开了具有120℃以上高软化温度的塑料颗粒的制备方法，这类塑料颗粒可以是聚碳酸酯、聚碳酸酯共混物、聚苯乙烯和高温热塑性塑料。工艺腔室中含有工艺流体，所述工艺腔室被一个多孔板部分隔开，以产生液体塑料流股。在所述工艺腔室中，切割装置与所述多孔板共同作用使得塑料流股从多孔板中流出。这样产生出工艺流体与粒料的混合物。所述工艺流体的温度在120℃以上，工艺腔室内的压力高于2bar。然后，工艺流体与粒料的混合物在压力保持不变的情况下通过一个冷却段，带压的粒料在分离装置中与工艺流体分离，并通过一个气压阀。这个方法公认为可行，但是，塑料粒料的质量还是太低，不能用于某些用途的进一步加工。
DE 102006027176B4公开了从固有粘度为0.6-1.0dl/g的高粘度聚酯熔融物中制备低醛含量塑料颗粒的方法，为了制备这样的塑料颗粒，所述熔融聚酯流股在至少90℃的水中被切割，附带的水随后与塑料颗粒分离，在分离过程中，所述塑料颗粒应尽可能少地冷却以确保与水分离之后的塑料颗粒的温度至少为130℃。除去水后得到的去水塑料颗粒随后输送至脱醛容器中，经进气温度为180℃-200℃的净化空气流处理。所述塑料颗粒可以直接被引入脱醛容器，也可以通过计量装置进入脱醛容器。这样可以减少工序所用设备数和操作成本。并且，用于包装的聚酯将达到或者超过关于其粘度、颜色、乙醛含量以及熔融特性的特别高的质量标准。本方法的缺点也是塑料颗粒的质量不符合某些应用的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塑料颗粒的制备方法，能制备出在粘度、颜色、乙醛含量以及熔融特性等方面具有更高质量的塑料颗粒，特别是，所用设备的数量将最少，并且，运行所述方法的操作成本将尽可能低。
本发明基于如下发现：影响结晶的成核作用和结晶本身有关的塑料颗粒的工艺参数和塑料颗粒的脱醛都显著地影响塑料颗粒的质量，由此，采用两种措施并结合合适的且彼此协调的参数将产生整体质量更好的塑料颗粒。并且，这也为优化本发明的操作成本和改善塑料颗粒的质量提供进一步的可能。
因此，本发明提供了一种塑料颗粒的制备方法，其中工艺腔室内含有工艺流体，在所述工艺腔室内进行水下造粒。处于工艺腔室内的工艺流体的温度介于120℃和160℃间，且最大为160℃。并且，工艺腔室内的工艺压力在工艺流体(12)的水蒸汽压曲线的压力之上，但是至少是2.0bar。在此工艺压力下，塑料流股被造粒成塑料颗粒。在塑胶颗粒的冷却过程中，工艺流体和塑料颗粒的混合物从工艺腔室转入第一冷却段，同时，工艺压力和温度在第一冷却段内保持恒定。随后，在此工艺压力下，塑料颗粒与工艺流体在第一分离装置中分离。接下来，塑料颗粒被连续输送至脱醛容器。在第一冷却段中，最佳的冷却温度可能在塑料颗粒的表面产生特定的成核作用，即结晶生成速度，从而塑料颗粒为结晶提供了最佳的条件，能输送至脱醛容器进行脱醛过程。
优选地，所述工艺腔室由用于产生液体塑料流股的多孔板部分隔开。工艺腔室内，切割装置与多孔板共同作用使塑料流股从多孔孔板流出，通过工艺腔室内多孔板上的切割装置在工艺流体中进行水下造粒。结果表明，这些条件将产生有利于塑料颗粒进一步加工的表面形状。并且，用这种方法产生的塑料颗粒内的空泡数降低。
根据其中一个实施例，第一分离装置之后，塑料颗粒在干气体特别是干空气的作用下经由一个结晶段输送至脱醛容器，塑料颗粒的两级冷却一方面改善了塑料颗粒的表面质量，另一方面使得干空气参数对塑料颗粒结晶产生特定的影响，从而得到优化。并且，还可以避免塑胶颗粒粘粘在一起。
为了减少塑料颗粒的醛含量，塑料颗粒在脱醛容器中经净化气体尤其是净化空气处理。使用净化气体尤其是使用净化空气特别简单，从而显著降低操作成本。
优选地，干气体与塑料颗粒一起进入脱醛容器，用作辅助净化气体。这里，干空气既用作将塑料颗粒输送至脱醛容器的输送介质，也用作脱醛容器内塑料颗粒的处理介质，由此也可以减少所需装置和能量。
本发明的其中一个实施例中，塑料颗粒进入脱醛容器时的表面温度为165℃-185℃。因此，塑料颗粒一开始就具有有利于脱醛容器进行脱醛工艺的温度。
优选地，第一分离装置后露点为-40℃至-25℃的干空气携卷塑料颗粒，可避免传输过程中水凝结在塑料颗粒上，而对结晶造成不良影响。
实际上，第一分离装置后温度为180℃-210℃的干空气携卷塑料颗粒，有利于输送中的结晶过程。合适的输送速度和/或结晶段长度决定了塑料颗粒进入脱醛容器时的结晶程度。
优选地，水下造粒产生的塑料颗粒离开脱醛容器时的粒重为8mg-36mg，尤其是12mg-24mg。塑料颗粒越小，越有利于扩散。特别是，更易于将醛从塑料颗粒中除去。但是，塑料颗粒越小，冷却越快，对结晶造成不利影响。因此，所述值是在工艺中对塑料颗粒各相对要求的折中体现。所述重量值与各塑料颗粒的平均重量相关，最大容许误差为塑料颗粒重量的10％。具有的优点是塑料颗粒结晶均匀，从而更易于进一步加工。
为了进一步优化所需装置，部分干气体也被用作脱醛容器的净化气体。尤其是在结晶段前，部分干空气被分流出并输送至脱醛容器作为净化气体。因此，只需要一个气体处理单元，即干气体处理的装置。这进一步优化了本方法所需的装置和能耗。
以一种简单的方式，生成一个封闭的循环：来自净化气体的能量通过脱醛容器上的出口可供给进一步加工处理工艺，由与塑料颗粒一起进入脱醛容器的干气体即辅助净化气体和单独进入脱醛容器的净化气体组成的工艺气体，特别是与产生所需干气体量而加的新鲜空气一起供给气体处理单元，气体处理单元将所述气体加工为干气体，并将将所述气体再次供给第一分离装置后的塑料颗粒。
第一分离装置之后，本方法可如以下以两种方式继续运行：
一方面，第一分离装置后结晶段前的压力会降到一定程度以确保干空气的露点为预定露点。其优点在于因为不再有工艺压力尤其结晶段和脱醛容器可以简单设计。
另一方面，从第一分离装置到脱醛容器之间的区域以及脱醛容器内的干空气和/或净化空气的压力维持在2bar以上，在脱醛容器后压力下降，尤其降至常压。因为结晶和脱醛过程在压力下进行，会扩大物理极限定义的参数范围，因此优选地，脱醛容器的压力低于10bar。
可通过旋转阀或闸阀或通过在进出口分别设置滑阀的中间腔室且交替张开滑阀来实现脱醛容器后的降压。
根据本发明的另一优选实施例，在脱醛过程，脱醛容器的压力保持在低于0℃的常压下的露点范围内不变。
脱醛之后，塑料颗粒输送至具有冷却液的第二冷却段，温度低于40℃的冷却液将塑料颗粒冷却到65℃以下。
优选地，第二冷却段中所述冷却液的装载密度大于塑料颗粒重量的30％。
更具体地，塑料颗粒包括半结晶热塑性聚酯或共聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯，因为上述优点在这些塑料颗粒中得到特别好的体现。
附图说明
其他优点、特征和本发明可能的其他应用可从以下结合附图所示实施例的描述中得到。
说明书、权利要求书和附图中所用的术语及相关的标号列在下面的标号列表中。在附图中，
图1是本发明塑料颗粒制备方法的实施例1的示意图；
图2是本发明塑料颗粒制备方法的实施例2的示意图；以及
图3是本发明塑料颗粒的制备方法的实施例3的示意图。
具体实施方式
图1是本发明所述方法的示意图，在工艺腔室10内设置一个与多孔板8关联的叶片转子，所述叶片转子与多孔板8构成常规的水下造粒机。接着，向工艺腔室10中供应热工艺流体12，通常为热工艺水。并且，通过多孔板8向工艺腔室10中引入熔融塑料流14，然后，以塑料流股的形式从多孔板8中排出，并且被叶片转子切成塑料颗粒16。这个过程得到塑料颗粒16和工艺水12的混合物。
所述塑料流包括诸如热塑性聚酯或共聚酯的塑料，如对聚对苯二甲酸乙二酯。熔融塑料流14根据叶片转子的速度而通过多孔板8。冷却段域通过适当调整与叶片转子的转速以及工艺流体12的温度相关的熔融塑料穿过多孔板8的速度来确定，优选的方式是仅通过对流冷却，因为对流冷却下的表面质量最好，由此可获得质量最好的塑料颗粒16。
在工艺腔室10内，工艺水12的温度介于120℃和160℃之间，并且，工艺腔室的压力与后述工艺各部分的压力大于工艺水12的饱和蒸汽压曲线的压力，但至少为2.0bar。
塑料颗粒16通过管道20输送至混合区24和分离装置22，所述分离装置22将混合物18中塑料颗粒16和工艺水12的两个组分彼此分离。通过管道20从工艺腔室10和分离装置22延伸出来的区域构成第一冷却段25。
从分离装置22中的混合物18分离出的工艺水12被输送至工艺水槽26，再通过过滤器28和泵30进入换热器32，所述换热器32将工艺水12再加热到工艺腔室10所需的工艺温度。为此，向换热器32提供热介质34。滤渣36从过滤器28排出。换热器32中加热好的工艺水12然后返回至工艺腔室10。
在混合区24，塑料颗粒16与干空气38混合成混合物40，露点在-40℃至-25℃之间的干空气38携卷第一分离装置22下游的混合区24中的塑料颗粒16。所述干空气38的温度介于180℃和210℃之间。所述混合物40被输送至气压阀42，如叶轮阀，将压力降至环境压，所述干空气38继续保持预定的露点。混合物40通过阀门48a和结晶段44输送至脱醛容器46，所述阀门48a用于控制所述混合物通过结晶段44的速度。
气压阀42之后，干空气38分流成净化空气38a从脱醛容器下部进入脱醛容器，用阀门48a调节/控制分流量。
塑料颗粒16和干空气38的混合物40通过结晶段44，其在结晶段44的停留时间由结晶段44的长度以及干空气38的流速决定。在进入脱醛容器46前，塑料颗粒16的表面温度为165℃-185℃。塑料颗粒16和干空气38的混合物然后进入脱醛容器46，这部分干空气38作为辅助净化空气38b。
在脱醛容器46的上部设有一个出口50，将净化空气38a和辅助净化空气38b再供应给一个干空气处理装置52，所述干空气处理装置52包括新鲜空气供给54、新鲜空气过滤器56、用于设置所需新鲜空气量的控制/调节阀58、泵60以及包括控制温度和除湿操作的处理单元62。干空气处理装置52用分子筛吸附或本领域技术人员熟知的类似物质和工艺除去醛类和多余的水，在此处，醛类主要分解成水和二氧化碳。通过出口50从脱醛容器46逸出的由净化空气38a和38b组成的净化空气38c供给控制/调节阀58下游的新鲜空气54，净化空气38c和新鲜空气54形成新的干空气38，由此形成封闭循环。
塑料颗粒16通过闸阀64离开脱醛容器时的温度高于200℃，塑料颗粒16的粒重为8mg-36mg，尤其是12mg-24mg。工艺腔室10中的水下造粒过程据此进行适当调整，塑料颗粒16的重量与塑料颗粒的重量平均值的偏差最多为10％。“重量平均值”的术语指的是短时间间隔内脱醛容器46后即工艺部分得到的各塑料颗粒16的统计学意义上的比值。
脱醛容器46后，塑料颗粒16进入具有冷却液的第二冷却段66，温度低于40℃的冷却液将塑料颗粒16的温度冷却至65℃。在第二冷却段66中冷却液的装载密度大于塑胶颗粒重量的30％。
塑料颗粒16包括半结晶热塑性聚酯或共聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯。
图2和图3分别所示另一个实施例，在每个实施例中，工艺压力在塑料颗粒16离开脱醛容器46前始终保持不变。
因此，只在脱醛容器46之后发生降压，由于净化空气38c仍带压，所以净化空气38c只需供给高压风机60后的新鲜空气54。从第一分离装置22开始至脱醛容器46，干空气38的压力保持在2bar以上，压力只在脱醛容器46之后才下降，尤其降到常压。脱醛容器46的压力小于10bar，脱醛容器46在压力脱醛的过程中，低于0℃的常压下，露点保持恒定。
如图2所示，使用叶轮闸阀(cell wheel lock)64a实现降压，也可以使用闸阀或者通过在其入口和出口设置滑阀的中间腔室并交替打开滑阀实现降压。
如图3所示，在闸64的下游设置气压阀70，除了这，工艺过程的顺序是一样的，相同的装置如图1所述的方式依次设置。本发明的其中一个优点在于一条线式的塑料颗粒生产，即是连续生产而非顺次生产。
并且，本发明所述的直接结晶方式具有节能的作用，因为一方面使用了包含在熔融塑料中的能量进行结晶，另一方面去掉了中间存储的需求。
另外，本方法降低了醛含量使得塑料颗粒能与其接触的产品更加相容。
本发明的方法显著地提高了塑料颗粒的质量，保证塑料持有恒定的高粘度和高分子量，由此本方法更适合高质量产品的生产与制造。
标号列表
8 多孔板
10 工艺腔室
12 工艺流体，工艺水
14 熔融塑料
16 塑料颗粒
18 工艺流体12和塑料颗粒16的混合物
20 管道
22 分离装置
24 混合腔室
25 第一冷却段
26 工艺水槽
28 第一过滤器
30 第一泵
32 第一换热器
34 换热介质
36 滤渣
38 干空气
38a 净化空气
38b 净化空气
38c 净化空气
40 塑料颗粒16和干空气38的混合物
42 气压阀
44 结晶段
46 脱醛容器
48a 控制/调节阀
48b 控制/调节阀
50 脱醛容器46的出口
52 干空气处理装置
56 新鲜空气过滤器
58 新鲜空气控制/调节阀
60 高压风机
62 包括控制温度和除湿单元的处理单元
64 脱醛容器46的闸阀
64a 叶轮闸阀
66 第二冷却段
68 第二冷却流体
70 气压阀

Claims (20)

1.一种塑料颗粒（16）的制备方法，其中工艺流体（12）处在工艺腔室（10）中，在所述工艺腔室（10）中进行水下造粒，工艺腔室（10）中工艺流体（12）的温度介于120℃-160℃之间，工艺腔室（10）中的工艺压力至少为2.0bar，在所述工艺压力下塑料流股（14）被造粒成塑料颗粒；在塑料颗粒（16）冷却过程中，工艺流体（12）和塑料颗粒（16）的混合物（18）从工艺腔室(10)出来后进入第一冷却段（25），同时，在第一冷却段保持工艺压力不变；在工艺压力下，工艺流体（12）和塑料颗粒（16）在第一分离装置（22）中分离；其特征在于，所述工艺压力在所述第一冷却段（25）中保持不变，工艺腔室（10）的工艺压力高于工艺流体（12）的蒸气压曲线的压力；并且，塑料颗粒（16）在第一分离装置（22）与工艺流体（12）分离后，被连续输送至脱醛容器（46），所述塑料颗粒（16）在脱醛容器（46）中经净化气体（38a, 38b）处理，以降低塑料颗粒（16）的醛含量；第一分离装置（22）后，所述塑料颗粒（16）借助干气体，通过一个结晶段（44）直接输送至脱醛容器（46）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺腔室（10）被一个多孔板（8）部分隔开，以产生熔融塑料流股（14），在所述工艺腔室（10）内设置有一个切割装置，与多孔板（8）共同作用，对从多孔板（8）排出的塑料流股进行切割，通过作用于工艺腔室（10）内的多孔板（8）上的切割装置，在工艺流体中进行所述水下造粒过程。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述干气体是干空气，净化气体是净化空气。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干气体（38）与所述塑料颗粒（16）一起被引入所述脱醛容器（46），并且用作辅助净化气体（40）。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料颗粒（16）进入脱醛容器（46）时的表面温度介于165℃-185℃之间。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述干气体（38）携卷所述第一分离装置（22）后的塑料颗粒（16）时，所述干空气的露点在-40℃至-25℃之间。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述干气体（38）携卷所述第一分离装置（22）后的塑料颗粒（16）时，所述干气体的温度在180°C -210°C之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水下造粒产生的塑料颗粒（16）通过脱醛容器（46）后的粒重为8mg-36mg。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水下造粒产生的塑料颗粒（16）通过脱醛容器（46）后的粒重为12mg-24mg。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，部分干气体（38）也是脱醛容器的净化气体（38a）；所述结晶段（44）前的部分干气体（38）被分流出并且输送至脱醛容器（46）作为净化气体（38a, 38b, 38c）。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由与所述塑料颗粒（16）一起进入所述脱醛容器（46）的净化气体（38b）和进入脱醛容器的净化气体（38a）组成的工艺气体通过设在脱醛容器（46）上的出口（50），与为产生所需干气体量而加的新鲜空气一起，被输送进一个气体处理单元，将所述气体加工为干气体（38）并且将所述干气体（38）再次供给第一分离装置（22）后的塑料颗粒（16）。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一分离装置（22）后和结晶段（44）前的压力适当降低以确保干空气（38）具有预定的露点。
13.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从第一分离装置（22）开始至脱醛容器（46），干空气（38）的压力维持在2bar以上，然后压力在脱醛容器（46）后下降。
14.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从第一分离装置（22）开始至脱醛容器（46），干空气（38）的压力维持在2bar以上，然后压力在脱醛容器（46）后下降至常压。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述脱醛容器（46）的压力低于10bar。
16.根据权利要求4-15任一项所述的方法，其特征在于，以闸阀（64a）或闸（64）或通过在其进出口设有滑阀的中间腔室以及交替打开滑阀的方式对脱醛容器后的压力进行降压。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，压力下的脱醛过程中，脱醛容器（46）的压力保持恒定在0℃以下大气压下的露点范围。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料颗粒（16）脱醛后被输送至具有冷却液（68）的第二冷却段（66），低于40℃的冷却液将塑料颗粒（16）冷却至65℃以下。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述冷却液的装载密度大于在第二冷却段中塑料颗粒总重的30%。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料颗粒（16）包括半结晶热塑性聚酯或共聚酯。
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