CN110382984A - 从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助于吸收和凝结用于降低和除去塑料粒料中水分的方案，该方案中能耗降低、工艺简化，利用红外波长效应并且包括以下步骤：1.供应阶段，使用供料罐；2.分配阶段，使用粒料调平和分配装置、传送带以及传送带上的振动马达；3.除湿阶段，使用一个或多个并行设置的红外波发射器、用于发射器组的通风或冷却式马达、用于发射器组的空气再循环通道、输入温度探头、输出温度探头以及湿度控制探头；以及，4.排出阶段，其中使用绝热的收集罐进行已经除去水分的材料的排出。

Description

从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法

技术领域

本发明的目的是从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，该方法用于由新的或回收的各种树脂(PP、PE、PA、PMMA、PC、PET等)的聚合物粒料制造塑料部件的过程中。

背景技术

现代塑料行业每天使用许多不同类型的树脂，需要深入了解不同的干燥技术以便将塑料粒料中的水分除去至恰好所需的水平。

聚合物根据其总体吸水特性分为吸湿的(吸水)聚合物和非吸湿的聚合物。

为了实现高产品质量从而减少废品、提高生产率以及严格控制生产成本，处理机必须能够在线处理材料，而不需要工艺中的额外阶段。

现有技术都基于“干燥空气”的使用，并且尽管它们解决了干燥粒料的问题，但是工作不连续或分段，这限制了注射或挤出的生产工艺，因为材料转移的复杂系统。

这些技术在数小时(2-6小时)的周期内工作，相比之下，本发明的方法需要数分钟和/或数秒。

以下是所用的干燥系统：

a)-内部，吸湿干燥：

真空干燥。这适用于干燥可结晶的热敏材料。这种类型干燥器的最大优点是与其他可选项相比它们具有非常短的循环周期。它们分批工作，因此主要标准是基于批次生产而不是连续生产来提高生产率。它们需要高的初始投资，并且真空密封容易被粉尘颗粒污染。

每1kg PC的能耗＝61W-h/Kg，并且预计干燥时间＝1小时。

红外干燥器。这种相对较新的技术与下文所述的热风干燥的不同仅在于热生成方法。红外干燥器有效地利用能源，粉尘水平较低，并且需要短的停留时间。红外干燥使PET结晶。大量材料的表面加热很快，但不容易使所有材料从头至尾保持温度控制。已经证明红外干燥器在非塑料材料(如咖啡和木材)中非常有效。然而，该技术在本行业中没有得到良好的尝试和测试，并且这种干燥器仍然需要大量投资，以及需要大量维护。

每1kg PC的能耗＝未知的，并且预计干燥时间＝3小时。

b)-表面干燥器：

热空气干燥器。用于从粒料中除去表面水分的热空气干燥已经在工业上尝试并测试了。虽然不适合吸湿性应用，但热空气干燥器偶尔被用于干燥过程中不易受此影响的略微吸湿的材料。它们还有助于预热材料以提高生产方法的效率和质量。

每1kg PC的能耗＝58W-h/Kg，并且预计干燥时间＝4小时。

干燥剂干燥器。这些干燥器适用于所有材料，使得即使生产计划发生变化该设备仍然可以继续运行。存在各种类型的装置，从集中式系统至用于靠近挤压机安装的移动装置。干燥剂干燥器在封闭循环中使用空气实现向除湿机以及干燥室中的材料的输送。

每1kg PC的能耗＝64W-h/Kg，并且预计干燥时间＝2.5小时。

压缩空气干燥器。这些干燥器从工厂的供应管线中获取压缩空气并将其膨胀到大气压。这产生具有非常低的露点的工艺空气，然后将其加热到所需的环境温度。它不需要干燥剂。现代装置包括所有期望的安全特征(包括恒温器和低气流开关)以防止材料过热。但是，重要的是，压缩空气在任何工厂中都是最昂贵的供应。因此，除非待干燥的材料流量较低，否则它不是一种成本有效的选择。

每1kg PC的能耗＝261W-h/Kg，并且预计干燥时间＝3小时。

技术问题

在减少和消除塑料粒料中水分的工艺存在各种问题，其能够被本专利创新解决。

集中式安装的特点是，需要用于最长达6小时自动干燥的复杂的、大型储罐才能保证工厂生产的稳定性。这需要一方面使用筒仓加热系统以保持温度尽可能的稳定，以及，另一方面，同时使用空气干燥器将干燥空气再循环至筒仓以干燥粒料。该过程可以持续3-6小时，所有问题涉及材料移动和生产安排的复杂性。

在单独式安装中，虽然材料移动较少，但是干燥时间的问题与集中式系统中相同，注入或挤出的同步是时间安排问题。

在这两种情况下，取决于粒料的吸湿性，可能出现对生产不利的吸湿和凝结问题，在注入部分中出现称为银纹(splay)或银条纹的缺陷。在一些材料中，可能发生水解，影响它们的机械特性。这些问题的解决通常是通过在注射/挤出机的入口安装预热罐以保持过程稳定以及甚至将多个装置串联安装以提供更多的干燥时间，但是仍难以解决。

另一个问题是，由于筒仓和粒料输送管道中热的、干燥空气的摩擦，材料中出现了静电，产生了极性和随之产生的缺陷的许多问题。

粒料水分抑制过程基于湿空气至干燥空气的处理并提供数小时(3-6小时)的温度，在具有罐、空气干燥器、温度加热器、用于移动材料的管道系统的复杂系统中，大量的颗粒被移动以确保生产。

技术方案

这些材料的行为本质上取决于它们更快或更慢吸收水，这取决于它们的吸湿性，而当使用辐射时，则取决于波长，必须考虑累加的效果，这是因为波长导致分子振动。错误的波长会损坏材料(应力)，而当水被材料吸收，它必须从内部逸出而不损坏聚合物。

根据对聚合物进行了研究和测试，已经获得了能够减少和消除水分的技术方案，具有随之而来的优点：通过干燥系统除了除去水分，还能回火和加热待用于注塑、挤出和吹塑的聚合物粒料，而无需复杂的系统或材料的过度移动，因此显著简化了加工并将工作时间从数小时调整至几分钟。

根据所进行的测试，已经确定了吸湿性和非吸湿性材料具有吸收和/或排出水分的能力，但是在辐射效应下会具有不同的行为，我们将其细分为：

——吸湿性材料：这些是极性材料，因此具有吸收水和辐射的能力。然而，聚合物PPE和HIPS的混合物仅略微极性，因此水分的比例取决于聚合物的化学组成并且其极性吸收0.07％的水分。ABS、SAN、丙烯酸类、PPE/HIPS、PPS、POM、PVC被认为是吸湿性材料。它们是需要干燥至约0.05％-0.1％的材料并且趋于存在表面美学问题。

但是存在诸如尼龙的聚合物，其具有高极性并且具有8-9％水分的水分饱和点，它们的吸收性是PPE和HIPS之类的吸湿性化合物的100倍高。这些化合物，尼龙、PET聚酯、聚碳酸酯(PC)、PBT聚酯、PLA、PEI和PAI被归类为高吸湿性。它们是需要干燥至低于0.02％的材料并且存在结构问题(发生水解，破坏它们的结构)。

非吸湿性材料：它们是“非极性”材料，因此不吸引水。聚烯烃类聚合物材料诸如聚乙烯和聚丙烯不需要除去水分，但需要加热。它们是在其表面上吸收水分达到0.01％量级的材料。PE、PP、聚酯、苯乙烯-丁二烯共聚物和聚甲基戊烯等材料是非吸湿性材料。

但是，取决于聚合物的行为，存在波长(辐射)时可能会表现为疏水性材料。这些材料不吸水而且不是极性的，因此，就辐射而言将它们称为无定形材料。这些材料仅被用于特定应用时加热，但不会从中除去水分。

本发明基于由范围(微米)为0.9至3.2μm的可见和不可见红外光谱中的不同的特定波长引起的作用，其根据粒料材料的密度，引起水的特定分子振动，从而优化内部和表面蒸发二者。

在体内，这种辐射通过两种现象传播：吸收被转换成热量(波长越大，吸收越大)，以及穿透，波长越短，穿透越强。

我们称使用不同类型的波长以根据聚合物的吸湿特性获得更好的干燥效率为“波长效应”。

为了获得更好的波长效应，考虑了以下类型：

-类型1：对于被认为是高吸湿性的材料，波长为2-3.2μm。

-类型2：对于吸湿性材料，波长为1.6-2.0μm。

-类型3：对于非吸湿性材料，波长为1.4-1.6μm。

-类型4：对于无定形材料，波长为0.9-1.4μm。

有益效果

本发明具有两大的优点，一个是功能性的，另一个是环境性的。前者出于功能性目的，利用干燥对塑料粒料进行优化调节或预处理，以消除可能导致零件成型过程(注塑、挤出和吹塑)中缺陷或改变的痕量水分。

在功能和操作方面：

-没有使用准备时间——它是一个即时生产系统

-不会不必要地占用空间

-用于处理的材料没有移动，因此简化了过程

-保证了重复性和操作参数

-能够实现表面和内部脱水以及回火。

-可以计划生产而不必依赖于水分的去除。

-可以根据要求使用独立式或中央除湿系统。

-易于在新设施和工作设施中实施。

第二优点在于减少了已知的传统预处理系统所消耗的能量和电能。

-能耗最小化。在脱水和回火过程中节省高达95％(系统仅在被激活时消耗能量)。

-因为将材料在较高温度下引入，预计节省了15-20％注入器消耗量。

吸湿性测试给出了比较结果和干燥时间，在表1中示出：

表1：干燥系统的比较

根据表1中的比较，本发明的技术给出的能耗值为10W/hKg的量级，干燥时间为0.03小时(2分钟)，相比之下，传统系统的能耗值为61-261W/hKg且干燥时间为1-4小时。

如何进行本发明

从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法是基于待处理材料的红外光谱波长效应，有四种类型：

-类型1：对于被认为是高吸湿性的材料，波长为2-3.2μm。

-类型2：对于吸湿性材料，波长为1.6-2.0μm。

-类型3：对于非吸湿性材料，波长为1.4-1.6μm。

-类型4：对于无定形材料，波长为0.9-1.4μm。

根据待处理产品的吸湿性，这些类型并行分布在一个或多个波长发射器中，并且组合成一组或不组合，通过连续阶段的程序提供以下技术资源：

1.-供料罐，具有或不具有搅拌器，具有或不具有绝热装置

2.-粒料调平和分配装置

3.-一个或多个并行设置的红外波发射器以布置效率最高的波长(类型1至类型4)

4.-用于发射器组的通风或冷却式马达

5.-用于发射器组的空气再循环通道

6.-输入温度探头

7.-输出温度探头

8.-湿度控制探头

9.-传送带

10.-材料传送带上的振动马达

11.-绝热的收集罐

第1供应阶段使用供料罐(1)进行，该供料罐具有或不具有搅拌器，具有或不具有绝热装置；第2分配阶段通过粒料调平和分配装置(2)、传送带(9)和材料传送带上的振动马达(10)进行；第3除湿阶段由一个或多个并行的红外波发射器(3)、用于发射器组的通风或冷却式马达(4)、用于发射器组的空气再循环通道(5)、输入温度探头(6)、输出温度探头(7)以及湿度控制探头(8)进行；以及，最后，第4排出阶段将已经除去水分的材料排出到绝热的收集罐。

关于波长效应与上述待处理材料之间的关系类型，可以推断出应该根据所进行的专用测试，在一个或多个红外波发射器中使用下列波长：对于被认为是高吸湿性的材料(类型1)，波长为2-3.2μm；对于吸湿性材料(类型2)，波长为1.6-2.0μm；对于非吸湿性材料(类型3)，波长为1.4-1.6μm；对于无定形材料(类型4)，波长为0.9-1.4μm。

可选地，可以在供料罐中使用辅助抽吸泵，并且在传送带上使用清洁刷系统。

Claims (7)

1.一种用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，其特征在于，所述方法包括：第1供应阶段，使用供料罐，所述供料罐有或没有搅拌器，有或没有绝热装置；第2分配阶段，使用粒料调平和分配装置、传送带以及所述传送带上的振动马达；第3除湿阶段，使用一个或多个并行设置的红外波发射器、用于发射器组的通风或冷却式马达、用于发射器组的空气再循环通道、输入温度探头、输出温度探头以及湿度控制探头；以及，最后，第4排出阶段，使用绝热的收集罐进行已经除去水分的材料的排出。

2.根据权利要求1所述的用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，所述聚合物粒料被认为是高吸湿性材料的，其特征在于，所述方法包括一个或多个波长为2-3.2μm的红外波发射。

3.根据权利要求1所述的用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，所述聚合物粒料被认为是吸湿性材料，其特征在于，所述方法包一个或多个波长为1.6-2.0μm的红外波发射。

4.根据权利要求1所述的用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，所述聚合物粒料被认为是非吸湿性材料，其特征在于，所述方法包括一个或多个波长为1.4-1.6μm的红外波发射。

5.根据权利要求1所述的用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，所述聚合物粒料被认为是无定形的材料，其特征在于，所述方法包括一个或多个波长为0.9-1.4μm的红外波发射。

6.根据权利要求1所述的用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，其特征在于，在所述供料罐中使用辅助抽吸泵。

7.根据权利要求1所述的用于从用于注塑和挤出的聚合物粒料中除去水分的方法，其特征在于，在所述传送带上使用清洁刷系统。