CN110466169A - 一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，该装置包括真空上料系统、失重式电子计量喂料系统、发泡剂注入和计量系统、上阶双螺杆挤出机组、下阶单螺杆挤出机组，真空上料系统从上游至下游依次设有接料盒、真空上料机和补料仓；本发明采用超临界二氧化碳作为物理发泡剂，与化学发泡剂相比，二氧化碳发泡剂制备出的聚乳酸材料具备优异的和持久的绝热功能、独特的抗蒸汽渗透性、极高的抗压强度，易于加工安装，此外二氧化碳可从工业生产的副产品中获得，不需要额外生产，不会造成环境污染；本发明提出的一步法喂料工艺，直接将原料制作为成品，省去半成品环节，更加高效节能。

Description

一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺

技术领域

本发明涉及发泡聚乳酸制备技术领域，具体涉及一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺。

背景技术

发泡聚合物为硬质蜂窝状泡沫物，有良好隔热性和震动吸收作用，高压缩强度，密度小和抗湿性， 这些优异的性能使得泡沫制品在包装工业、汽车工业和食品工业等领域有巨大的发展潜力。传统的发泡聚合物为两步法化学发泡，工艺中采用氟利昂、丁烷这类低沸点有机物作为发泡剂。先将发泡剂加入塑料颗粒内部，再在成型设备如模压机和注塑机内通过加热加压的过程促使发泡剂分解出气体形成气泡。这类两步法化学发泡工艺生产效率较低，工艺中发泡剂会释放出刺激性气体，所制备出的发泡产品中仍旧残留部分发泡剂，在高温下或者遇明火容易着火。随着全世界对环保要求的不断严格、对材料的阻燃性能和其他性能要求的不断提高，采用物理发泡原理的一步法发泡成型挤出工艺替代化学发泡原理的两步法工艺已成为发展趋势。另一方面，根据初步统计目前我国各类一次性餐盒的年生产能力约在115亿只以上，已初具规模。其中仅高发泡塑料餐盒就达80亿只左右。随着快餐业的发展，快餐盒等食品包装材料的社会需求量还将逐步扩大。面对如此巨大的市场需求，作为最有效的取代品之一的PLA全降解餐盒生产将形成一个新兴的包装行业，如能从规模生产和其它措施中降低成本，以不断挤占现有的塑料快餐盒市场，定会取得良好的社会效益和经济效益。为此本发明提供一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，该装置包括真空上料系统、失重式电子计量喂料系统、发泡剂注入和计量系统、上阶双螺杆挤出机组、下阶单螺杆挤出机组，所述真空上料系统从上游至下游依次设有接料盒、真空上料机和补料仓；所述失重式电子计量喂料系统包括重料仓、螺杆输送装置、称重传感器、电气控制系统和喂料机筒；所述发泡剂注入和计量系统包括二氧化碳注入和计量系统以及酒精注入和计量系统；所述上阶双螺杆挤出机组包括落料盒I、电机I、高扭矩减速箱、螺杆组件I、机筒I和连接体；所述下阶单螺杆挤出机组包括电机II、螺杆组件II、机筒II和落料盒II组成，所述粒料补料仓与重料仓连通，所述螺杆输送装置输出端与落料盒I连通，所述发泡剂注入和计量系统输出端与落料盒I连通，所述重料仓的入料口设有气动阀，下部设有螺杆输送装置，底部安装称重传感器，所述称重传感器与电气控制系统电连接，所述电气控制系统与气动阀电连接。

优选地，上述上料位器和下料位器与报警器电连接。

优选地，上述机筒II外壁套设冷却水循环管，所述冷却水循环管上设有进液管和出液管，所述进液管上设有电磁阀，所述螺杆组件II内部设有温度传感器和温度控制器，所述传感器与温度控制器电连接，所述温度控制器与电磁阀电连接。

优选地，上述机筒I由若干筒体串联组成，每个所述筒体外壁设有电加热器。

优选地，上述工艺包括如下步骤：

步骤一、将原料颗粒倾倒入接料盒，在真空上料机的负压吸引下原料沿管道经过真空上料机后进入原料颗粒补料仓；

步骤二、原料颗粒补料仓送入原料颗粒重料仓，通过气动阀调节流速进入喂料机筒，喂料机筒底部的称重传感器收集原料重量数据并转化成信号传输给电气控制系统，电气控制系统分析数据后下指令输送给气动阀进行流速控制，喂料机筒通过螺杆输送装置将原料颗粒送入落料盒；原料颗粒经落料盒进入机筒，发泡剂通过发泡剂注入和计量系统定量泵入落料盒，并进入机筒；

步骤三、原料和发泡剂在机筒中被电加热器加热，并且在螺杆组件输送下依次经过混炼实现原材料和发泡剂充分混合，最终塑化良好的熔融体经过连接体进入下阶单螺杆挤出机组，熔融体在下阶单螺杆挤出机组中与玻纤均匀混合，并被冷却，螺杆组件内部的温度传感器和温控装置对熔融体出料温度受到温控装置实时监察和调控。

优选地，上述发泡剂包括二氧化碳和酒精，其中二氧化碳作为主发泡剂，酒精作为辅助发泡剂，所述二氧化碳用量为原料总质量的5-9%，酒精用量为原料总质量的1-3%。

优选地，上述二氧化碳注入和计量系统301以及酒精注入和计量系统 302中注入装置均采用高精密泵，计量精度≤±0.5 %。

优选地，上述失重式电子计量喂料系统2动态精度为±0.5%。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、与氟利昂、丁烷等低沸点有机物发泡剂相比，二氧化碳发泡剂具有无毒、不可燃、ODP为零、安全、发泡效率高等优点。二氧化碳发泡剂对聚合物熔体具有很好的增塑作用，能够降低聚合物熔体的黏度，提高熔体的流动性，降低挤出温度，从而降低聚乳酸在熔融挤出过程中的降解。与化学发泡剂相比，二氧化碳发泡剂制备出的聚乳酸材料具备优异的和持久的绝热功能、独特的抗蒸汽渗透性、极高的抗压强度，易于加工安装。此外二氧化碳可从工业生产的副产品中获得，不需要额外生产，不会造成环境污染。

2、本发明提出的一步法喂料工艺，直接将原料制作为成品，省去半成品环节，更加高效节能。

附图说明

图1为本发明一步法喂料工艺装置示意图；

图2为上阶双螺杆挤出机组剖视图；

图3为下阶单螺杆挤出机组剖视图。

图中：1、真空上料系统；101、接料盒；102、真空上料机；103、补料仓；2、失重式电子计量喂料系统；201、重料仓；202、螺杆输送装置；203、称重传感器；204、喂料机筒；3、发泡剂注入和计量系统；301、二氧化碳注入和计量系统；302、酒精注入和计量系统；4、上阶双螺杆挤出机组；401、落料盒I；402、电机I；403、高扭矩减速箱；404、螺杆组件I；405、机筒I；406、连接体；5、滑槽；501、电机II；502、螺杆组件II；503、机筒II；504、落料盒II；505、冷却水循环管；506、进液管；507、出液管；508、电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：原料颗粒倾倒入接料盒101，在真空上料机102的负压吸引下沿管道经过真空上料机102后进入原料颗粒补料仓103，原料颗粒补料仓103送入原料颗粒重料仓201，通过气动阀205调节流速进入喂料机筒204，喂料机筒204底部固定连接称重传感器203。称重传感器203收集原料重量数据并转化成信号传输给电气控制系统，电气控制系统分析数据后下指令输送给气动阀205实现流速控制；喂料机筒204在螺杆输送装置202作用下将原料颗粒送入落料盒401；原料颗粒经落料盒401进入机筒405。其中每一种原料单独配有一个真空上料系统和失重式电子计量喂料系统2。

以超临界二氧化碳和酒精作为物理发泡剂，超临界二氧化碳经二氧化碳注入和计量系统301中一级增压系统增压至6-8MPa，然后采用型号为EH3E+H的LEWA三头注入泵和型号为80A04-GSVWAABAAFA8的流量计以流量为0-100L/h定量注入落料盒401；酒精经酒精注入和计量系统302中的沈阳双环E+H高精度三头隔膜泵和型号80A04-ASVWAAKAABAA的流量计泵入落料盒401，并进入机筒405，其中二氧化碳流量为原料总质量的5-9%，酒精流量为原料总质量的1-3%；原料和发泡剂在机筒405中被电加热器加热，并且在螺杆组件404输送下依次经过混炼实现原材料和发泡剂充分混合，最终塑化良好的熔融体经过连接体进入下阶单螺杆挤出机组5，熔融体在下阶单螺杆挤出机组5中与玻纤均匀混合，并被冷却，螺杆组件内部设置温度传感器和温控装置，熔融体出料温度受到温控装置实时监察，温控装置根据监测到的实时温度数据下达指令给电磁阀508，调控冷却水进液管506上面的电磁阀508流量。

工作原理:

补料仓103料位控制原理：

补料仓103中上料位器104和下料位器105对补料仓103内部的料量进行监控，当料位高度低于下料位器105或者高于上料位器104时，报警器响起，提醒工人加料或者停止加料。

失重式电子计量喂料系统2工作原理：

称重传感器203收集物料进入重料仓201速率，并且将重量信号传递给电气控制系统，电气控制系统根据信号做出减少流量或者增加流量的速率，并且调控气动阀205减小或者增加流量，实现物料恒速流出。

下阶单螺杆挤出机组5恒温冷却原理：

熔融体与螺杆组件接触，其温度被位于螺杆组件内部的温度传感器感知，并将数据信号传输给温度控制系统，温度控制系统根据传输的数据做出应该调高还是降低电磁阀流量的指示，并且将该指令传输给电磁阀，调节冷却水流量，实现恒温冷却。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，该装置包括真空上料系统（1）、失重式电子计量喂料系统（2）、发泡剂注入和计量系统（3）、上阶双螺杆挤出机组（4）、下阶单螺杆挤出机组（5），所述真空上料系统（1）从上游至下游依次设有接料盒（101）、真空上料机（102）和补料仓（103）；所述失重式电子计量喂料系统（2）包括重料仓（201）、螺杆输送装置（202）、称重传感器（203）、电气控制系统和喂料机筒（204）；所述发泡剂注入和计量系统（3）包括二氧化碳注入和计量系统（301）以及酒精注入和计量系统（302）；所述上阶双螺杆挤出机组（4）包括落料盒I（401）、电机I（402）、高扭矩减速箱（403）、螺杆组件I（404）、机筒I（405）和连接体（406）；所述下阶单螺杆挤出机组（5）包括电机II（501）、螺杆组件II、机筒II（503）、落料盒II（504），所述粒料补料仓（103）与重料仓（201）连通，所述螺杆输送装置（202）输出端与落料盒I（401）连通，所述发泡剂注入和计量系统（3）输出端与落料盒I（401）连通，所述重料仓（201）的入料口设有气动阀（205），下部设有螺杆输送装置（202），底部安装称重传感器（203），所述称重传感器（203）与电气控制系统电连接，所述电气控制系统与气动阀（205）电连接。

2.根据权利要求1所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，所述补料仓（103）内部设有监控料位的上料位器（104）和下料位器（105），所述上料位器（104）和下料位器（105）与报警器电连接。

3.根据权利要求1所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，所述机筒II（503）外壁套设冷却水循环管（505），所述冷却水循环管（505）上设有进液管（506）和出液管（507），所述进液管（506）上设有电磁阀（508），所述螺杆组件II内部设有温度传感器和温度控制器，所述传感器与温度控制器电连接，所述温度控制器与电磁阀（508）电连接。

4.根据权利要求1所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，所述机筒I（405）由若干筒体串联组成，每个所述筒体外壁设有电加热器。

5.根据权利要求1所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：

步骤一、将原料颗粒倾倒入接料盒（101），在真空上料机（102）的负压吸引下原料沿管道经过真空上料机（102）后进入原料颗粒补料仓（103）；

步骤二、原料颗粒补料仓（103）送入原料颗粒重料仓（201），通过气动阀205调节流速进入喂料机筒（204），喂料机筒（204）底部的称重传感器（203）收集原料重量数据并转化成信号传输给电气控制系统，电气控制系统分析数据后下指令输送给气动阀（205）进行流速控制，喂料机筒（204）通过螺杆输送装置（202）将原料颗粒送入落料盒（401）；原料颗粒经落料盒（401）进入机筒（405），发泡剂通过发泡剂注入和计量系统定量泵入落料盒（401），并进入机筒（405）；

步骤三、原料和发泡剂在机筒（405）中被电加热器加热，并且在螺杆组件（404）输送下依次经过混炼实现原材料和发泡剂充分混合，最终塑化良好的熔融体经过连接体进入下阶单螺杆挤出机组（5），熔融体在下阶单螺杆挤出机组（5）中与玻纤均匀混合，并被冷却，螺杆组件（502）内部的温度传感器和温控装置对熔融体出料温度受到温控装置实时监察和调控。

6.根据权利要求5所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，所述发泡剂包括二氧化碳和酒精，其中二氧化碳作为主发泡剂，酒精作为辅助发泡剂，所述二氧化碳用量为原料总质量的5-9%，酒精用量为原料总质量的1-3%。

7.根据权利要求5所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，所述二氧化碳注入和计量系统（301）以及酒精注入和计量系统（302）中注入装置均采用高精密泵，计量精度≤±0.5 %。

8.根据权利要求5所述的一步法二氧化碳发泡聚乳酸装置及工艺，其特征在于，所述失重式电子计量喂料系统（2）动态精度为±0.5%。