CN209937635U - 聚乳酸发泡制品的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种聚乳酸发泡制品的制备装置，所述装置，包括：聚乳酸聚合装置、第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机；所述聚乳酸聚合装置与第一阶双螺杆挤出机通过熔体管道相连通，所述第一阶双螺杆挤出机与第二阶单螺杆挤出机之间设有滤网；所述第一阶双螺杆挤出机，按照进料方向，依次设有主进料口、侧进料口和注气口，所述第二阶单螺杆挤出机末端与机头相连接，所述机头用于挤出发泡制品；本实用新型结构紧凑，设计合理，避免了现有技术因干燥因素、高温剪切造成的可发泡性的影响，同时节省的工序也减少了设备的投入以及能耗，大大节约了能耗，降低了聚乳酸发泡制品的成本。

Description

聚乳酸发泡制品的制备装置

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸聚合熔体直接制备发泡制品的装置，属于高分子材料应用设备技术领域。

背景技术

近年来，呈爆发式增长的快递及外卖产业的发展，不仅仅给人们的生活增加了许多便利，其所带来的包装未然问题也日益凸显。外卖平台“饿了么”发布的中国外卖大数据显示，中国市场用户规模达到6亿, 2016年每周最少有4亿份外卖飞驰在中国的大街小巷，至少产生4亿个一次性打包盒和4亿个塑料袋，以及4亿份一次性餐具的废弃。国家邮政局发布的《2017中国快递领域绿色包装发展现状及趋势报告》显示，2016年全国快递共消耗32亿条编织袋、约68亿个塑料袋、37亿包装箱及3.3亿卷胶带。然而，与之对应的是，中国包装垃圾的总体回收率＜20%，其中纸盒只有不到一半被回收。而快递包装中的填充物、胶带等塑料成分，其回收率几乎为零。可见，如何处理快递垃圾，成为当今社会亟待解决的难题。

聚乳酸是一种来源于可再生资源的全生物降解材料，是一种理想的安全、环保包装材料。常规的聚乳酸材料结晶时间长，在常见的吸塑或注塑工艺下，材料不能充分结晶，导致其耐热温度只有50-60℃。另外，普通的聚乳酸耐冲击性能较差，制品不抗摔，不耐折。更重要的是，聚乳酸本身的价格是普通塑料的2-3倍，普通消费者难以接受，因此市场迟迟难以打开。采用发泡的方式，降低聚乳酸制品的重量，是提高其性价比的一种重要方式。经过发泡后的聚乳酸材料，韧性也可以得到大幅提高，因此用于替代现有的PS发泡材料、纸浆材料等，具有广阔的市场空间。

常规聚合得到的聚乳酸树脂并不能直接发泡，需要将聚合得到的聚乳酸熔体经冷却造粒、结晶干燥后，再与熔体增强剂、成核剂等助剂经双螺杆挤出机熔融共混，得到可发泡的聚乳酸材料。若要得到聚乳酸发泡制品，需要将可发泡的聚乳酸材料再次干燥、经挤出发泡生产线的螺杆熔融塑化、与发泡气体混合后经模头挤出发泡成型。聚乳酸从聚合完成到制成发泡制品，需要经过造粒-结晶干燥-冷却-除湿干燥-熔融混炼-造粒-干燥-冷却-除湿干燥-熔融混炼-发泡等反复升温、混炼以及降温的过程。聚乳酸的湿热降解能力很差，树脂干燥不彻底、高温高剪切环境很容易导致其分子量下降、粘度降低，材料发黄发脆。尤其是发泡环节，干燥不彻底极易造成破泡、表面粗糙等问题。另外，反复的升降温、切粒、混炼也造成了大量的能源消耗，使生产成本增加，而这些环节又是传统生产工艺中必不可少的，因此聚乳酸制品的成本降低幅度有限，制约了其市场发展。

发明内容

本发明提供了一种一种聚乳酸发泡制品的制备装置，该装置可以由聚乳酸聚合熔体直接制备聚乳酸发泡体，同时还可以有效地缩减工艺环节、节省加工设备和节约能源。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

本实用新型提供了一种聚乳酸发泡制品的制备装置，包括：聚乳酸聚合装置、第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机。

进一步地，所述聚乳酸聚合装置与第一阶双螺杆挤出机相连接，所述第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机相连接；

所述第一阶双螺杆挤出机，按照进料方向，依次设有主进料口、侧进料口和注气口，所述注气口位于所述第一阶双螺杆挤出机的后半段；

所述侧进料口与注气口之间设有密封螺纹。

进一步地，所述第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机通过连接扣相连接，所述第一阶双螺杆挤出机与第二阶单螺杆挤出机之间设有滤网。

进一步地，所述聚乳酸聚合装置与第一阶双螺杆挤出机通过熔体管道相连通。

进一步地，所述聚乳酸聚合装置与所述熔体管道之间还连接有送料泵；

所述熔体管道通过所述主进料口与所述的第一阶双螺杆挤出机内部相连通；

所述第二阶单螺杆挤出机末端通过静态混合器与机头相连接，所述机头用于挤出发泡制品。

进一步地，所述熔体管道设有保温夹套，所述保温夹套内循环导热介质。

进一步地，所述熔体管道自送料泵的出口至第一阶双螺杆挤出机的主进料口之间的直线距离为≤200米。

进一步地，所述聚乳酸聚合装置至少连接1条熔体管道，所述熔体管道连接第一阶双螺杆挤出机，第一阶双螺杆挤出机连接有第二阶单螺杆挤出机。

进一步地，所述第一阶双螺杆挤出机为双螺杆挤出机，所述第一阶双螺杆挤出机长径比≥30。

进一步地，所述第二阶单螺杆挤出机为单螺杆挤出机，所述第二阶单螺杆挤出机长径比≥30。

进一步地，所述侧进料口，进料物质包括扩链剂、熔体增强剂、保泡剂、成核剂、化学发泡剂中的一种或几种。

进一步地，所述注气口，进料物质包括烷烃类、卤化烯烃类、二氧化碳、氮气、氩气等发泡气中的一种或几种混合物。

进一步地，本实用新型所述的送入为连续送入。本实用新型所述的聚乳酸发泡制品包括但不仅限于聚乳酸发泡片材、聚乳酸发泡颗粒、聚乳酸发泡管材、聚乳酸发泡异型材。

本实用新型聚乳酸聚合熔体直接制备聚乳酸发泡体的装置，其是将聚乳酸聚合装置的送料泵的出料口通过设有保温夹套的熔体管道直接相连，将由聚乳酸聚合装置输出的聚合完全的聚乳酸熔体经熔体管道连续送入第一阶双螺杆挤出机，用于改善聚乳酸熔体发泡性能的助剂从该双螺杆挤出机的侧进料口送入挤出机料筒，与聚乳酸熔体进行混合，高压发泡气体通过第一阶双螺杆挤出机后半段设置的注气口注入，与聚乳酸/助剂预混合体继续混合；混合后的熔体-发泡气混合物连续送入至挤出发泡装置的第二阶单螺杆挤出机，经第二阶单螺杆挤出机混合并降温后，经机头挤出发泡，得到聚乳酸发泡制品。

本实用新型与已有技术相比，由于聚乳酸聚合熔体不需经过水冷切粒、反复的干燥冷却、升温熔融混炼等过程，避免了因干燥因素、高温剪切造成的可发泡性的影响，既可保证材料的可发泡性能，又可确保聚乳酸发泡制品的品质；同时节省的这些工序也减少了水冷切粒、结晶干燥、双螺杆造粒等设备的投入以及这些加工过程所需求的能耗，综合计算约节约能耗三分之一以上，每吨可节约加工成本约3000元，很大幅度上降低了聚乳酸发泡制品的成本。

附图说明

图1为本实用新型所描述的聚乳酸聚合熔体直接制备聚乳酸发泡体的装置的连接示意图；

图中，聚乳酸聚合装置-1，送料泵-2，熔体管道-3，第一阶双螺杆挤出机-4，主进料口-5，侧进料口-6，注气口-7，滤网-8，第二阶单螺杆挤出机-9，机头-10，聚酸发泡制品-11，静态混合器-12。

图2为本实用新型第一阶双螺杆挤出机与第二阶单螺杆挤出机连接处的放大图；

图中，螺杆料筒-21，连接扣-22，保温不锈钢连接管-23，液压换网系统-24，连接扣-25，第二阶单螺杆挤出机螺杆料桶-26，活塞杆-27，通流孔-29、210。

图3为本实用新型熔体管道的结构示意图；

图中，隔套-31，隔套腔-32，聚乳酸熔体管道-33，保温材料-34，聚乳酸熔体管道腔-35，连接扣-36，第一管道-37，第二管道-38，导热油桶-39。

图4为本实用新型第一阶双螺杆挤出机分段结构示意图。

具体实施方式

以下具体实施例便于更好的理解本实用新型，但不限定本实用新型。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用材料，如无特殊说明，均为常规材料。以下实施例中的试验，如无特殊说明，均设置三次重复试验，结果取平均值。下面结合实施例对本实用新型进一步说明。

以下是对本实用新型的聚乳酸发泡制品的制备装置的详细描述：

参照图1-图4，本实用新型的聚乳酸发泡制品的制备装置，包括：聚乳酸聚合装置1、第一阶双螺杆挤出机4和第二阶单螺杆挤出机9，第一阶双螺杆挤出机4主要用于聚乳酸熔体和发泡助剂的均匀混炼，以及与发泡气的初步混合，第二阶单螺杆挤出机9主要用于聚乳酸/发泡助剂混合体与发泡气的混合和冷却，将温度降至适合发泡的区间；第一阶双螺杆挤出机4和第二阶单螺杆挤出机9可以垂直设置，第一阶双螺杆挤出机4为同向双螺杆挤出机，长径比≥30，在第一阶双螺杆挤出机4螺杆料筒进料端侧方开口，与熔体输送管道3连接；螺杆料筒进料口上端开口作为侧进料口6，用于添加发泡助剂，发泡助剂可通过侧进料口6处安装的进料装置加料；在距主进料口5螺杆料筒总长的2/3~3/4处设置注气口7，用于发泡气体注入。

在侧进料口6与注气口7之间设置有密封螺纹，通过局部熔体压力，将高压气体封堵在混合段，防止注入的气体从加料口（主进料口5、侧进料口6）逃逸。其余部分如料筒加热与保温控制等与通用挤出机相同。

第二阶单螺杆挤出机9采用ET螺杆结构或者多头螺棱开槽结构，以便得到更好的熔体冷却效果；所述聚乳酸聚合装置1与第一阶双螺杆挤出机4通过熔体管道3相连通，所述第一阶双螺杆挤出机4与第二阶单螺杆挤出机9之间设有滤网8；具体地，参见图2，第一阶单螺杆挤出机4与第二阶单螺杆挤出机9通过如图2所示的装置连接起来。

图2中，第一阶双螺杆挤出机4螺杆料筒21通过连接扣22与安装有液压换网系统24的保温不锈钢连接管23连接，保温不锈钢连接管23的另一端与第二阶单螺杆挤出机9的进料口通过连接扣25连接。液压换网系统24的活塞杆27可带动带有两个通流孔29、210的模块上下移动，通流孔29、210处可放置滤网8。液压换网系统可实现生产过程中滤网的更换。

所述聚乳酸聚合装置1与所述熔体管道3之间还连接有送料泵2；

所述第一阶双螺杆挤出机4，按照进料方向，依次设有主进料口5、侧进料口6和注气口7，参见图4，第一阶双螺杆挤出机4的分段示意图，能够清楚地看出主进料口5、侧进料口6和注气口7的位置关系，即从第一阶双螺杆挤出机4螺杆料筒的进料端至出料端，均分为10段，第10段与出料口相连，其中主进料口5设置在第1段，侧进料口6（可以在料筒侧边或上边开口，为和主进料口5区分，统称为侧进料口6）设置在第2段，注气口7设置在第8或9段。聚乳酸熔体从第一段进入第一阶双螺杆挤出机4的料筒腔内，填满腔体后，发泡助剂从侧进料口6再进入料筒腔内与聚乳酸熔体混合，在熔体经过双螺杆混炼推进到第7或8段时，已基本混合均匀，此时发泡气从注气口7注入，进一步与熔体混合。侧进料口6必须设置在主进料口5之后，注气口7必须设置在侧进料口6之后，且必须在第一阶双螺杆挤出机4的后半段。

所述熔体管道3通过所述主进料口5与所述的第一阶双螺杆挤出机4内部相连通；所述第二阶单螺杆挤出机9末端静态混合器12相连，静态混合器12与机头10相连接，所述机头10用于挤出发泡制品。机头10可以是市场通用的聚苯乙烯挤出发泡用机头，机头10可以更换，可以是可调节口模缝隙管膜机头，多孔条机头、板材机头等。

进一步地，所述熔体管道3设有保温夹套，所述保温夹套内循环导热介质，用于对熔体管道3内聚乳酸熔体进行保温。

图3所示为熔体管道3的结构示意图，外层的保温夹套即隔套31，隔套31的隔套腔32内可以引入热的导热油，导热油通过管道38引入隔套腔32，由管道37引出，例如导热油桶39，导热油桶39可通过蒸汽持续加热，使其保持在与聚乳酸熔体相同的温度，起到保温作用，同时隔套31的外层又包裹保温材料，以达到更好的保温效果。管道可以分段通过连接扣36进行对接。

进一步地，所述熔体管道3自送料泵2的出口至第一阶双螺杆挤出机4的主进料口5之间的直线距离为≤200米，管道距离适中，能耗最低。

进一步地，所述第一阶双螺杆挤出机4为双螺杆挤出机，所述第一阶双螺杆挤出机4长径比≥30，混炼效果最佳；所述第二阶单螺杆挤出机9为单螺杆挤出机，所述第二阶单螺杆挤出机9长径比≥30，所述聚乳酸聚合装置1至少连接1条熔体管道3，借此，可以同时设置有多条通路，大大提高发泡制品的生产效率。

进一步地，所述侧进料口6，进料物质包括扩链剂、熔体增强剂、保泡剂、成核剂、化学发泡剂中的一种或几种。

进一步地，所述注气口7，进料物质包括烷烃类、卤化烯烃类、二氧化碳、氮气、氩气等发泡气中的一种或几种混合物。

本实用新型所述的发泡制品11包括但不仅限于聚乳酸发泡片材、聚乳酸发泡颗粒、聚乳酸发泡管材、聚乳酸发泡异型材。

本实用新型的聚乳酸发泡制品的制备装置的工作过程为：聚乳酸熔体在聚乳酸聚合装置1中聚合完成，并经过脱挥处理后，送入送料泵2中，通过送料泵2输入有导热介质保温的熔体管道3，再输送至聚乳酸挤出发泡装置第一阶双螺杆挤出机4的主进料口5，将扩链剂、保泡剂、成核剂提前混合均匀，以与熔体进料速度相匹配的速率通过侧进料口6加入一阶双螺杆挤出机4，与聚乳酸熔体进行混合均化，通过注气口7将高压的发泡气注入双螺杆，与熔体进行混合，初步混合的熔体-气体混合物通过滤网8过滤后输送至第二阶单螺杆挤出机9，经第二阶单螺杆挤出机9的进一步塑化混合以及降温，通过静态混合器12均化熔体自之后经机头10挤出发泡成型得到聚酸发泡制品11。

综上所述，本实用新型的聚乳酸发泡制品的制备装置，包括聚乳酸聚合装置、第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机；聚乳酸聚合装置与第一阶双螺杆挤出机通过熔体管道相连通，第一阶双螺杆挤出机与第二阶单螺杆挤出机之间设有滤网；聚乳酸聚合装置与熔体管道之间还连接有送料泵；第一阶双螺杆挤出机，按照进料方向，依次设有主进料口、侧进料口和注气口，熔体管道通过所述主进料口与所述的第一阶双螺杆挤出机内部相连通，其结构紧凑，设计合理，与现有技术相比，由于聚乳酸聚合熔体不需经过水冷切粒、反复的干燥冷却、升温熔融混炼等过程，避免了因干燥因素、高温剪切造成的可发泡性的影响，既可保证材料的可发泡性能，又可确保聚乳酸发泡制品的品质；同时节省的这些工序也减少了水冷切粒、结晶干燥、双螺杆造粒等设备的投入以及这些加工过程所需求的能耗，综合计算约节约能耗三分之一以上，每吨可节约加工成本约3000元，很大幅度上降低了聚乳酸发泡制品的成本。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述聚乳酸发泡制品的制备装置，包括：聚乳酸聚合装置、第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机；

聚乳酸原料经聚乳酸聚合装置直接进入第一阶双螺杆挤出机挤出，再进入第二阶单螺杆挤出机挤出。

2.根据权利要求1所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述聚乳酸聚合装置与第一阶双螺杆挤出机相连接，所述第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机相连接；

所述第一阶双螺杆挤出机，按照进料方向，依次设有主进料口、侧进料口和注气口，所述注气口位于所述第一阶双螺杆挤出机的后半段；

所述侧进料口与注气口之间设有密封螺纹。

3.根据权利要求1所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述第一阶双螺杆挤出机和第二阶单螺杆挤出机通过连接扣相连接，所述第一阶双螺杆挤出机与第二阶单螺杆挤出机之间设有滤网。

4.根据权利要求2所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述聚乳酸聚合装置与第一阶双螺杆挤出机通过熔体管道相连通。

5.根据权利要求4所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述聚乳酸聚合装置与所述熔体管道之间还连接有送料泵；

所述熔体管道通过所述主进料口与所述的第一阶双螺杆挤出机内部相连通；

所述第二阶单螺杆挤出机末端通过静态混合器与机头相连接。

6.根据权利要求4所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述熔体管道设有保温夹套，所述保温夹套内循环导热介质。

7.根据权利要求4所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述熔体管道自送料泵的出口至第一阶双螺杆挤出机的主进料口之间的直线距离为≤200米；

所述第一阶双螺杆挤出机为双螺杆挤出机，所述第一阶双螺杆挤出机长径比≥30。

8.根据权利要求1所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述第二阶单螺杆挤出机为单螺杆挤出机，所述第二阶单螺杆挤出机长径比≥30。

9.根据权利要求1所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述聚乳酸聚合装置至少连接一条熔体管道。

10.根据权利要求2所述聚乳酸发泡制品的制备装置，其特征在于，

所述侧进料口，进料物质包括扩链剂、熔体增强剂、保泡剂、成核剂、化学发泡剂中的一种或几种；

所述注气口，进料物质包括烷烃类、卤化烯烃类、二氧化碳、氮气、氩气等发泡气中的一种或几种混合物。

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