JP2006256332A - 膨張可能なプラスチック粒状物を連続的に製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】指摘した方法に対する改良を提供すること。さらに、より広く適用できる、より融通性のある代替物を見出すこと。
【解決手段】プラスチック溶解物Ｆが、膨張剤Ｂを使用して含浸され、含浸された溶解物が粒状化される方法を使用して、膨張可能なプラスチックの粒状物Ｇを連続的に製造することができ、この方法は、溶解物用の少なくとも１つの圧力生成供給装置１０、特に容量測定ポンプ供給装置、膨張剤用の計量装置９、溶解物を含浸する接触・均質化装置２、含浸された溶解物用の少なくとも１つの冷却器３、水中造粒機６、設備制御部１を含む設備を用いて実施される。
【選択図】図４

Description

本発明は、請求項１の前提部分に従った、膨張可能なプラスチック粒状物を連続的に製造する方法に関する。本発明は又、この種類の粒状物の製造用設備に関する。

膨張可能なプラスチック粒状物を製造する方法及び設備が、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ａ−０６８８（＝Ｐ．６６２３）から知られている。その方法の特別の実施例では、含浸ポリマー溶解物が、形状を与える凝固処理によって、水中造粒機で細かくされる。溶解物はノズルを通して押し出され、そのようにして形成されたストランドは、水で急冷され、回転ナイフで粉砕されることによって粒状の形態になる。この方法では、押し出し中にストランドが膨張することを回避するために、ポリマー溶解物が、造粒機内に進入する前に予備冷却される。含浸溶解物を、その溶解物の凝固温度よりも数度高い温度に冷却するために作られた設備は、問題が多い。このような環境で、造粒機の並行に配置された全ての押出ノズルを、同一量の溶解物が流れるようにすることは、極めて困難だからである。溶解物流れに不安定さが生じ、それが、溶解物がノズル内で凝固することによる個々のノズルの閉鎖を招く。

本発明の目的は、指摘した方法に対する改良を提供することであり、それによって指摘した不安定さを克服することができる。さらに、特に、溶解物が最初に大きな剪断作用で、続いて小さな剪断作用で処理される２つの静的混合器からなる組合せがもはや必要でない、より広く適用できるが、依然として有利な変化形態であり得る、より融通性のある代替物が見出されるべきである。この目的は、請求項１に規定する方法によって満たされる。

プラスチック溶解物が、流体膨張剤を使用して含浸され、含浸された溶解物が粒状化される方法を使用して、膨張可能なプラスチックの粒状物を連続的に製造することができる。この方法は、以下の構成要素を含む設備を用いて実施される：
溶解物用の少なくとも１つの圧力生成供給装置（１０）、特に容量測定ポンプ供給装置、
膨張剤用の計量装置（９）、
溶解物を含浸する接触・均質化装置（２）、
含浸された溶解物用の少なくとも１つの冷却器（３）、
水中造粒機（６）、及び
設備制御部（１）。

粒状化は、造粒機で粒状物用の冷却・移送媒体として使用される液体を使用して実施される。この液体は、特に水又は塩水（又はゾル類）である。粒状化中に使用する液体によって高圧力が掛かり、それによって、未だ凝固していない粒状物における膨張剤の膨張作用が、少なくとも部分的に抑制される。粒状化のために調整する変数、即ち含浸溶解物の温度及び圧力の統制は、造粒機の入口で実行される。この統制では、指定変数の測定がなされ、又測定値が所望値と比較され、所望値との偏差が設備制御部によって使用され、１つ又は複数の冷却器による含浸溶解物からの熱の取り上げを操作する。

従属請求項２から７は、本発明による方法の有利な実施例に関する。本発明による方法を実施するための設備は、請求項８から１０の主題である。

本発明を、図面を用いて以下に説明する。

膨張可能なプラスチック粒状物Ｇを連続的に製造する方法は、図１に回路図として示す本発明による設備を使用して実施することができる。この構成では、プラスチック溶解物Ｆ（「供給物」）が、流体膨張剤Ｂ（発泡剤）で含浸され、その方法で処理された溶解物Ｆが粒状化される。この設備は、以下の構成要素を含む：プラスチック源８０から得られた溶解物Ｆが容量測定で供給される少なくとも１つの圧力生成装置１０；計量装置９を使用して溶解物Ｆに供給される膨張剤Ｂの源８１（図４参照）；溶解物Ｆを含浸する接触・均一化装置２；含浸溶解物用の少なくとも１つの冷却器３；任意選択のさらなる均一化装置５；水中造粒機６；及び設備制御部１。製造された粒状物Ｇは、最終的に容器８２の製品として利用可能になる。

プラスチック源８０は、モノマー源材料からプラスチックを製造する重合反応装置と、ポリマーのガス抜き装置とから成ることができる。プラスチック源８０は、一種のリサイクル熱可塑性物用のリサイクル装置であることもでき、計量装置、特に加熱可能な押出装置も含む。プラスチック源８０は、単に計量装置であることもでき、そこで粒状熱可塑性物が液化される。

粒状化は液体（水、例えば塩水又はゾルも好ましい）を使用して実施され、液体は、造粒機６で、粒状物用の冷却・移送媒体として使用される。粒状化中に使用される液体に高圧が掛けられ、それによって未だ凝固していない粒状物での膨張剤の膨張作用が少なくとも部分的に抑制される。

粒状化のために調整する変数、即ち含浸溶解物の温度及び圧力に対する統制は、造粒機６の入口で設備制御部１を使用して実行される。この統制では、指定変数の測定がなされ、測定値が所望値と比較される。所望値との偏差を使用して、１つ又は複数の冷却器３による含浸溶解物からの熱の除去を操作する。

粒状化のために調整する変数は、設備制御１を使用して電子手段によって統制される。これらの手段は、信号伝送接続部１９、１１０、１３、及び１６を有し、それぞれ、膨張剤源８１（計量ポンプ９）、供給装置１０、冷却器３（又は複数の冷却器）、及び造粒機６に接続される。

以下の調整可能な変数が、粒状化に関係する：温度、圧力、及び滞留時間である。必要な滞留時間は、粒状化に準備される膨張剤Ｂの量によって決まる。溶解物流れに対する膨張剤流れの固定比率は、膨張剤Ｂのそれぞれの所定の割合に対して設備制御を用いて設定される。これらの流れは、可変であることができ、容量測定供給によって作り出される。造粒機６の入口の変数の温度及び圧力が、粒状化に関係する。

溶解物Ｆの含浸の前、間、及び／又は後に、少なくとも１つの添加物を付加することができる。添加物を供給する箇所を、図１で菱形７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによって示す。

供給装置１０は、有利にはギア・ポンプであるが、押出機であることもできる。さらなる供給装置（ポンプ、押出機、らせん運搬機）を、本発明による設備で使用することもできる。追加の供給装置に対する可能な箇所を図１に小さな円１ａ、１ｂ、１ｃとして示す。

水中造粒機６の動作方法を、図２及び３を用いて説明する（ドイツ特許第ＤＥ−Ａ−３５ ４１ ５００号参照）。含浸溶解物Ｆが、モータ６００によって運転される機械装置６’で粒状化される。それは最初に（造粒機６の入口を形成する）分配器６０６を通ってノズル・プレート６０５まで通過し、溶解物は、ノズル・プレートのノズル６０５’を通って押し出される。入口の追加の供給手段、即ちらせん運搬機６０７は、任意選択である。ノズル・プレート６０５上には複数のノズル６０５’が円環状に配列される。ノズル６０５’から出るプラスチックのストランドは、水（又は他の液体）が充填されたチャンバ６０３に進入し、押し出された材料はそこで、回転ナイフ６０４での粉砕によって粒状物の形態になる。ナイフ６０４は、モータ６００に至る軸６００’に配置された保持器に着座する。水は、ポンプ６０によって高圧（例えば１０バール）で入口接続部６０１を通ってチャンバ６０３内に導かれ、そこから粒状物Ｇを冷却しながらその粒状物を流し、出口突出部６０２を介し分離装置６１へと至らせる。粒状物Ｇは、分離装置６１で水から分離され、容器８２内に排出される。水は冷却装置６２を通って流れ、そこで、新しく生産された粒状物Ｇから取り出された熱を周囲環境に放つ。分離装置６１の水圧が周囲圧力に低下する場合、水ポンプ６０は、冷却装置６２の前の上流に配置される。水ではなく例えば塩水が使用される場合、粒状物Ｇの冷却を、より低い温度（例えば＜０℃）で実施することができる。

この明細書の冒頭で述べた、ノズル・プレート６０５の不安定さの問題を克服するためには、一方で全てのノズルで温度（温度場）が同じであるように注意しなければならない。これは、図示していない温度自動調節器によって行われる。他方で、溶解物Ｆは、分配器６０６での温度を想定しなければならず、その値は設備の動作条件に対して調整しなければならない。ノズル６０５’に沿った圧力と、チャンバ６０３内の水圧との落下によって圧力が生じる。圧力の落下は、処理される溶解物の質量流量と、かなりの温度依存性を有する溶解物の粘度とによって決まる。分配器６０６の温度Ｔ及び圧力ｐは、これらの変数が、所望値に可能な限り接近した値を取るように、設備制御部によって操作される。所望値は、動作条件によって決まり、数学的関数として、又は数値表の形で提示することができ、それらの値は試験調査によって決定することができる。

図４は詳しい回路図で、本発明による設備を示すが、これは既に実現されており、ＥＰＳ（膨張可能なポリスチレン）を製造することができる。同じ図４に線図が関連付けられるが、図４では、上部で図示する設備に関連して、溶解物が設備を通って流れる際に取る温度Ｔ及び圧力ｐの図を示す。図１とは対照的に、膨張剤Ｂ用の計量ポンプ９が図４に描かれている。さらなる相違として、接触・均一化装置２は、直列に配置された２つの静的混合器２ａ、２ｂからも編成される。間隔ＩＩａ及びＩＩｂは、図中のこれらの混合器２ａ、２ｂに対応する。第１間隔Ｉは、ポンプ１０（ギア・ポンプ）に対応する。冷却器３は、間隔ＩＩＩに対応するが、追加的に冷却装置３０を有し、これが、熱移送媒体（サーモ・オイル）を回路内で循環させ、冷却器３で取り上げた熱を放熱板に放つ。実現された設備では、冷却器は、（図示しない）３つの静的混合器から成り、その混合要素は、熱交換管３’として形成される。線図の間隔ＩＶは、第２ポンプ４０に対応し、これに静的混合器５（間隔Ｖ）が続く。制御可能な三方弁５１は、設備の制御部１に連結されるが（信号線１５）、混合器５と造粒機６の間（間隔ＶＩ）に配置される。これを使用して、必要な時、設備を始動する時がそのような時であるが、溶解物Ｆを中間貯蔵庫５０内に向け直す。液体が充填されたチャンバ６０３を造粒機６に示す。信号伝送接続部１９、１１０、１３、及び１６は、図１を参照して既に述べた。

２つの静的混合器を使用して、所定圧力の範囲で、滞留時間中、溶解物Ｆの膨張剤Ｂの拡散と、混合器の動的支持とがそれぞれに実施され、その滞留時間は、最小時間スパンよりも長くなくてはならない。拡散は、静的混合要素によって溶解物Ｆの大きな剪断で起こり、細かい膨張剤滴が形成される。これに続く第２混合器２ｂの段階で、混合物は小さな剪断作用を受け、即ち、混合物は動的に保持される。この構成では、膨張剤滴は、溶解物Ｆに溶解する。剪断は、この構成では、脱混合が起こらないほど大きくなければならない。第２含浸段階の剪断作用がより小さくなるように、第２の静的混合器２ｂの有する、流れが生じる断面は、第１静的混合器２ａの対応する断面より大きい。

線図で、曲線８０１、は溶解物の温度Ｔを点から点に引いた線として示す。この線要素は、温度の値を繋げるが、それらは、隣接する設備構成要素同士の間の移行点でそれぞれ測定することができ、三角形として図示する。間隔Ｉ、ＩＩａ、及びＩＩｂでは、温度は約２２０℃である。曲線８０２は、溶解物の圧力Ｐの経過を示す。円によって図示する圧力ｐの値は、三角形で図示する温度値に対応する。ポンプ１０を使用して、圧力ｐが、２００バールを超えて増大される。第２静的混合器２ｂでの溶解物Ｆの動的保持（図の間隔ＩＩｂ）は、約１００から８０バールへの落下圧力ｐで起こる。

設備制御部１によって、含浸溶解物からの熱の取り上げが、本発明による統制によって１つ又は複数の冷却器３で操作されるようになる。破線として示す曲線８０１’は、曲線の変更経路を示すが、これには冷却力の増大が予想される。溶解物の粘性は、温度が低下すると増大するので、冷却に続いて下流で圧力の大きな低下が生じる。圧力曲線は、それに対応して上方に変位される：点曲線８０２’。ポンプ１０は容量測定で汲み上げるので、大きな粘性によって流れ抵抗が増大すると、圧力が増大する。動作を変更する場合、温度Ｔ及び圧力ｐを、造粒機６で適合しなければならない。動作の変更には、設備の始動、供給された溶解物Ｆの質の変更、供給量（率）の変更、膨張剤の比率の変更、添加物の組成の変更がある。これらの変更を行う場合は、統制は、設備制御部１によって活動化されなければならない。安定状態の動作条件が一旦達成されると、環境からの阻害的影響に関してだけ制御が必要となる。

ポリスチレンとは別に、他の熱可塑性物をプラスチックとして使用することもできる。実施例としては：スチレン−コポリマー、ポリオレフィン、特にポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらの指定物質の混合物がある。

Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２、即ち低沸点の炭化水素、特にペンタン、指定物質の混合物を、膨張剤として使用することができる。粒状物の多様な形態を（ナイフ６０４の回転速度、チャンバ６０３の水圧でのノズル６０５’断面によって）作り出すことができる。特に粒状物を「ペレット」又は「ビーズ」又は部分的に発泡化された粒状物の形態で作り出すことができる。

本発明による設備の回路図である。 図１では単にブロックとして表す水中造粒機の詳細図である。 水中造粒機の粒状化装置の図である。 本発明による実現化された設備の詳細な回路図、又、溶解物が設備を流れる間に受ける温度及び圧力を量的に示した線図である。

符号の説明

Ｆ 溶解物
Ｂ 膨張剤
１ 設備制御部
２、５ 接触・均一化装置、静的混合器
３ 冷却器 、熱交換管
６ 造粒機
９ 計量ポンプ
１０ 圧力生成装置、ギア・ポンプ
１３、１６、１９、１１０ 信号伝送接続部
３０、 ６２ 冷却装置
５０ 中間貯蔵庫
６０、４０ ポンプ
５１ 三方弁
６１ 分離装置
８１ 膨張剤Ｂの源
８２ 容器
６００ モータ
６０２ 出口突出部
６０３ チャンバ
６０４ 回転ナイフ
６０５ ノズル
６０６ 分配器

Claims (10)

1. 膨張可能なプラスチック粒状物（Ｇ）を連続的に製造する方法において、設備を用いて、流体膨張剤（Ｂ）を使用してプラスチック溶解物（Ｆ）を含浸し、前記含浸溶解物を粒状化することによって行い、前記設備が、構成要素として、前記溶解物用の少なくとも１つの圧力生成供給装置（１０）、特に容量測定ポンピング供給装置と、前記膨張剤用の計量装置（９）と、前記溶解物の前記含浸のための接触・均一化装置（２）と、前記含浸溶解物用の少なくとも１つの冷却器（３）と、水中造粒機（６）と、設備制御部（１）とを備え、前記含浸が、前記造粒機で前記粒状物用の冷却・移送媒体として使用される液体、特に水又は塩水を使用して実施される方法であって、
   含浸中、前記液体に高圧が掛けられ、それに基づいて、未だ凝固していない前記粒状物での前記膨張剤の膨張作用が、少なくとも部分的に抑制されること、及び前記含浸のために設定された変数、即ち前記造粒機の入口の前記含浸溶解物の温度及び圧力の統制が、前記設備制御部を使用して実行され、前記指定変数の測定がなされ、又測定値が、所望値と比較され、前記所望値との偏差が、前記統制で設備制御部によって使用されて、１つ又は複数の前記冷却器による前記含浸溶解物からの熱の取り上げを操作することを特徴とする方法。
2. 静的混合器が、接触・均一化装置（２）として使用され、且つ／又は前記１つ又は複数の冷却器（３）が同様に静的混合器であり、その混合要素は、特に熱交換管として設計されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記溶解物用の前記供給装置（１０）が、ギア・ポンプ又は押出機であり、その供給力を、含浸する溶解物（Ｆ）の変わりやすい提示に対して、
   前記設備制御部（１）によって操作することができ、膨張剤（Ｂ）の計量供給が制御されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記膨張剤（Ｂ）が、前記接触・均一化装置（２）の第１段階で、特に静的混合器（２ａ）の強力な剪断作用によって前記溶解物（Ｆ）内で拡散されること、このやり方で得られた混合物が第２段階（２ｂ）に供給され、そこで混合物が、所定の圧力範囲で、又所定時間間隔内の滞留時間中に動的に保持されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. ポリスチレン、スチレン−コポリマー、ポリオレフィン、特にポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらの指定材料の混合物が、プラスチック（Ｆ）として使用されること、及びＨ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２、即ち低沸点の炭化水素、特にペンタン、又は指定物質の混合物が、膨張剤（Ｂ）として使用されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも１つの添加物が、前記含浸の前、含浸中、及び／又は含浸後に混合されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
7. 多様な粒状物の形態の１つが作り出され、前記粒状物（Ｇ）が、特に「ペレット」若しくは「ビーズ」の形態で、又は部分的に膨張した粒状物として作り出されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１から７までのいずれか一項による、膨張可能なプラスチック粒状物（Ｇ）の製造をするための設備。
9. 設備が、直列に配置される以下の構成要素、即ち、含浸する溶解物用の第１ギア・ポンプ（１０）又は押出機（１０）と、膨張剤（Ｂ）用の計量ポンプ（９）への入口接続部を備えた静的混合器（２）と、１つの冷却器（３）又は一連の冷却器であってその熱交換器が静的混合要素として設計される冷却器と、前記一連の冷却器の中に、又は前記１つ若しくは複数の冷却器の下流でそれに続くところに配置される第２ギア・ポンプと、さらなる静的混合器（５）と、水中造粒機（６）と、設備電子制御部（１）であって、前記粒状化のために設定される前記変数の前記統制のために設けられ、この目的のために、前記供給手段、即ち前記指定ポンプ又は押出機、前記１つの冷却器若しくは複数の冷却器、及び前記造粒機への信号伝送接続部（１１０、１３、１６、１９）を有する制御部（１）とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の設備。
10. 前記第１ギア・ポンプに続く前記静的混合器（２）が、第１静的混合器（２ａ）であり、それに第２静的混合器（２ｂ）が続くこと、前記第１静的混合器の混合要素が、前記第２混合器よりも大きな剪断効果を作り出すこと、及び特に前記第２静的混合器が、前記第１静的混合器の対応する断面よりも大きな流れ断面を有することを特徴とする、請求項９に記載の設備。

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