CN115122527A - 一种聚烯烃造粒工艺 - Google Patents

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张建新
徐彦龙
王艳丽
韩强
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Abstract

本发明公开了一种聚烯烃造粒工艺，用双螺杆挤出机进行造粒，其中，所述双螺杆挤出机混炼段加入剥离剂，所述剥离剂为羟基异丁酸酯。挤出机采用这种方法可大幅提升挤出机抽真空系统脱挥发分的效果，将残留总挥发分TVOC含量降低90%以上，更高效地解决聚烯烃产品TVOC含量高的问题，提升了产品的品质。

Description

一种聚烯烃造粒工艺
技术领域：
本发明涉及聚烯烃领域，具体涉及一种聚烯烃造粒工艺。
背景技术：
传统工艺生产的聚烯烃产品不仅在粉料中存在共聚单体、三剂和齐聚物等挥发分残留而且在造粒过程中由于挤出机系统的剪切力和高温作用，产品将不可避免的发生降解，产生醛、酮、醇、硫类物质，这些物质的残留和产生共同形成聚烯烃产品的气味。通常使用混合少量蒸汽的氮气吹扫，失活粉料中残留的三剂同时将挥发性物质进行脱除，但脱除效果不理想，产品TVOC含量仍较高。
一些工艺使用汽蒸的方式解决上述问题，但需耗费50-120kg/tPP的蒸汽并增加搅拌器运行的电耗，而且粉料进入挤出机后受热和剪切力的作用，聚烯烃产品仍会分解，产生小分子挥发性物质，产品的TVOC含量仍不能满足医疗等高端领域的需求。
此外，还有一种双螺杆挤出机内脱除挥发分的方式，在双螺杆挤出机中部增加脱盐水加入口，并设置抽真空的脱挥口，使双螺杆挤出机内的熔体由单纯的扩散脱挥转变为起泡脱挥，通过增加汽包表面积，使挥发份更容易进入气相，增加脱挥效果。然而，仅通过脱盐水脱挥效果有限，仍需进一步改进。
专利CN212818280U公开了一种聚甲醛后处理装置，本实用新型在双螺杆挤出机中部增加汽提剂加入口，使双螺杆挤出机的后部由单纯的扩散脱挥转变为起泡脱挥，通过增加汽包表面积，使甲醛等挥发份更容易进入气相，增加脱挥效果，同时抽真空部分采用吸收塔串联低温二级冷却的方法，减小真空泵的负荷，提高真空度，进一步提高脱挥效果。
专利CN 112142882A公开了一种蒸气法脱聚丙烯中VOC装置，包括壳体、物料进口、物料出口、出风口、多个粉料组件和多各蒸汽分布组件，蒸汽分布组件包括多各蒸汽分布器和若干个供汽管，供汽管用于向蒸汽分布器通入蒸汽提升了脱VOC的效果。
然而，上述方法都是通过改进装置对聚烯烃进行脱挥处理，聚烯烃产品中仍含有一定量的挥发性成分，通过改善装置无法进一步加强脱挥效果。
发明内容：
为解决上述问题，本发明提供了一种聚烯烃造粒工艺，通过添加剥离剂，可更加高效的脱除粉料中夹带和因受热/混炼引起聚烯烃降解生成的挥发性物质，降低产品和粒料掺混仓排出气体TVOC含量。
为实现以上目的，本发明提供一种聚烯烃造粒工艺，采用双螺杆挤出机进行造粒，其中，所述双螺杆挤出机混炼段加入剥离剂，所述剥离剂为羟基异丁酸酯。
进一步地，双螺杆挤出机的长径比为20-45，筒体温度控制210-250℃；挤出机螺杆转速220-270rpm。
进一步地，所述双螺杆挤出机上设有有2-4段剥离剂注入口和2-4段抽真空系统。
进一步地，所述剥离剂可直接加入双螺杆挤出机中也可与脱盐水混合后形成混合溶液加入到双螺杆挤出机中，被脱盐水稀释的剥离剂通过剥离剂注入口注入挤出机筒体中。剥离剂注入挤出机筒体的混炼段，在剥离剂注入口的下一段筒体上设置抽真空系统。
进一步地，其中剥离剂的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的0.5-1.5‰，注入压力为10-30MPa；抽真空系统的压力为1-5kpa。
进一步地，剥离剂与脱盐水的混合溶液中，剥离剂的质量分数为40-80％。
进一步地，所述的双螺杆挤出机共10段，各段筒体温度分别为：210-220℃，210-230℃，230-250℃，230-250℃，230-250℃，220-240℃，220-240℃，220-240℃，220-240℃，220-240℃。
进一步地，所述的造粒工艺包括以下步骤：
(1)将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，
(2)启动抽真空系统，
(3)注入剥离剂。
(4)挤压造粒。
首先将聚丙烯粉料树脂投入到双螺杆挤出机内加工，优选地使用TVOC含量相对较高的抗冲聚丙烯粉料数据，产品中乙烯含量8-12％wt，挤出机各段筒体温度维持210-250℃，螺杆转速设定为220-270rpm。
所述双螺杆挤出机中还添加有其他添加剂，如抗氧剂、吸酸剂等。
本发明通过在挤出机内注入一种能够使共聚单体、三剂和齐聚物等残留物以及醛、酮、醇、硫类等降解产生的物质快速挥发的具有高效剥离作用的剥离剂，通过抽真空系统排出挥发性组分，使产品的TVOC含量降低至满足下游所有客户需求的水平。
本发明的剥离剂对极性和非极性分子都有良好相容性，并且能过够快速气化的剥离剂，含有剥离剂的脱盐水能够更大幅度地增加聚烯烃熔体中小分子物质受热气化后的汽包表面积，使挥发份更容易进入气相空间，增加挤出机熔体内起泡脱挥效果。并在下一段挤出机筒体设置抽真空系统，将起泡脱挥的小分子有机物和水分脱除，最大幅度地降低有机物在聚烯烃产品中的残留。本发明较目前的粉料汽蒸工艺更节能且效果更好，较无汽蒸的工艺脱TVOC的效果显著提升。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本申请，不应视为对本申请的具体限制。
羟基异丁酸乙酯的合成方法：将羟基异丁酸和无水乙醇按照3：1的比例充分混合后加入反应器中，在浓硫酸做催化剂的条件下，加热至70℃进行酯化反应，合成羟基异丁酸乙酯。
挤出机型号：哈克平行同向双螺杆挤出机EUROLAB 16。
本发明实施例中使用相同的聚烯烃粉料，粉料融指为30g/10min；粉料的TVOC含量为580mg/kg。
实施例所用双螺杆挤出机的长径比为38；挤出机螺杆转速240rpm，挤出机具备3段脱盐水加入口和3段抽真空系统。脱盐水分别在双螺杆挤出机的第3/6/8段加入，抽真空系统分别设置在挤出机的第5/7/9段；复配添加剂与粉料搅拌均匀后加入挤出机进料料斗中，其成分和含量为：1000ppm抗氧剂168，500ppm抗氧剂1010，400ppm硬脂酸钙。
在以上条件下，配制不同比例的羟基异丁酸乙酯和脱盐水的溶液，验证其脱TVOC的效果。
挤出机筒体温度设定如下：
筒体温度 1段 2段 3段 4段 5段 6段 7段 8段 9段 10段
单位 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃
温度 210 220 240 235 235 230 230 230 230 230
对比例1：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，不启动抽真空系统，不注入脱盐水和剥离剂，
选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
对比例2：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，启动抽真空系统，抽真空系统压力3Kpa，不添加剥离剂，将纯脱盐水以20MPa的压力注入连续运行的挤出机熔体中，脱盐水的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的1.0‰。选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
实施例1：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，启动抽真空系统，抽真空系统压力3Kpa，将含有质量含量20％的羟基异丁酸乙酯的脱盐水溶液以20MPa的压力注入连续运行的挤出机熔体中，脱盐水与剥离剂的混合溶液的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的1.0‰。选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
实施例2：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，启动抽真空系统，抽真空系统压力3Kpa，将质量含量为40％的羟基异丁酸乙酯的脱盐水溶液以20MPa的压力注入连续运行的挤出机熔体中，脱盐水与剥离剂的混合溶液的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的1.3‰。选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
实施例3：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，启动抽真空系统，抽真空系统压力3Kpa，将质量含量为60％的羟基异丁酸乙酯的脱盐水溶液以20MPa的压力注入连续运行的挤出机熔体中，脱盐水与剥离剂的混合溶液的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的1.0‰。选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
实施例4：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，启动抽真空系统，抽真空系统压力3Kpa，将质量含量为80％的羟基异丁酸酯的脱盐水溶液以15MPa的压力注入连续运行的挤出机熔体中，脱盐水与剥离剂的混合溶液的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的0.6‰。选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
实施例5：
将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，启动抽真空系统，抽真空系统压力3Kpa，将质量含量为100％的羟基异丁酸酯的脱盐水溶液以30MPa的压力注入连续运行的挤出机熔体中，脱盐水与剥离剂的混合溶液的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的1.0‰。选取连续运行10min以上的稳定时段粒料样品100g，测量TVOC含量。
各实施例的对比测试结果如下：
实施例 对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
剥离剂浓度(％) -- 0 20 40 60 80 100
剥离剂和脱盐水加入量(‰) -- 1.0 1.0 1.3 1.0 0.6 1.0
产品TVOC(mgC/kg) 172 83 45 27 15 22 32
由上表可知，使用相同的较高TVOC含量的聚烯烃粉料，进行相同条件的挤出机造粒，不同浓度的剥离剂对于产品TVOC含量的降低，有显著影响。未加剥离剂的纯脱盐水，进行挤出机脱挥发分后TVOC仍然较高，随着剥离剂的加入，产品TVOC快速下降随后缓慢上升，当剥离剂浓度为100％时由于缺少脱盐水，影响起泡脱挥的效果，TVOC含量将有所回升。对比测试结果表明，当剥离剂浓度为60％时，产品TVOC含量最低。与未设脱挥系统的挤出机相比，加入60％浓度剥离剂的脱盐水能够将产品的TVOC含量降低90％以上，能够满足全部下游客户的需求。
通过实施例对比发现采用羟基异丁酸乙酯和脱盐水按比例混合作为本发明的高效的剥离剂，实现更加高效地脱除粉料中夹带和因受热/混炼引起聚烯烃降解生成的挥发性物质，降低产品TVOC含量的目的。随着产品中TVOC含量降低，粒料输送过程中在掺混仓排出气体TVOC含量也将降低，不仅更加环保，同时也不需要增设RTO设备，降低后续系统的能耗和设备投资。

Claims (8)

1.一种聚烯烃造粒工艺，其特征在于，采用双螺杆挤出机进行造粒，其中，所述双螺杆挤出机混炼段加入剥离剂，所述剥离剂为羟基异丁酸酯。
2.根据权利要求1所述的造粒工艺，其特征在于，双螺杆挤出机的长径比为20-45，筒体温度控制210-250℃；挤出机螺杆转速220-270rpm。
3.根据权利要求1或2所述的造粒工艺，其特征在于，所述双螺杆挤出机上设有有2-4段剥离剂注入口和2-4段抽真空系统；
优选的，在剥离剂注入口的下一段筒体上设置抽真空系统。
4.根据权利要求1-3任一项所述的造粒工艺，其特征在于，所述剥离剂与脱盐水混合后形成混合溶液加入到双螺杆挤出机中。
5.根据权利要求1-4任一项所述的造粒工艺，其特征在于，其中剥离剂的注入量为聚烯烃粉料树脂质量的0.5-1.5‰，注入压力为10-30MPa；抽真空系统的压力为1-5kpa。
6.根据权利要求1-5任一项所述的造粒工艺，其特征在于，剥离剂与脱盐水的混合溶液中，剥离剂的质量分数为40-80％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的造粒工艺，其特征在于，所述的双螺杆挤出机共10段，各段筒体温度分别为：210-220℃，210-230℃，230-250℃，230-250℃，230-250℃，220-240℃，220-240℃，220-240℃，220-240℃，220-240℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的造粒工艺，其特征在于，所述的造粒工艺包括以下步骤：
(1)将聚烯烃粉料树脂投入到双螺杆挤出机中，
(2)启动抽真空系统，
(3)注入剥离剂，
(4)挤压造粒。
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