JP2009529446A - ポリエステル材料から非粘着性顆粒を製造するための方法、及び製造された顆粒をさらに加工処理するための方法 - Google Patents

Abstract

ポリエステル材料からガラス転移温度よりも高温で非粘着性顆粒を製造するための方法であって、前記ポリエステル材料は、溶融物として冷却水流中に導入され、冷却ゾーン（４）を通過した後に冷却水から分離される方法。前記冷却ゾーン（４）内の前記ポリエステル材料の滞留時間は、本発明によれば０．２から５秒間である。前記冷却水は、前記冷却ゾーン（４）に沿って少なくとも２ｂａｒの圧力を有する。このようにして入手された顆粒については、少なくともすべての場合ではないが、後結晶化は必要とされない。前記顆粒は、追加して外部エネルギーを投入しなければ、後結晶化及び機械的運動を与えない場合であっても、粘着しないことが証明されている。圧力下で加熱した場合であっても、粘着は確認できないであろう。前記顆粒は、その依然として高い温度を直接的に利用して、さらなる処理を行うことにも適する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリエステル材料から非粘着性顆粒を製造するための方法であって、前記ポリエステル材料が溶融物として冷却水流に導入され、冷却ゾーンを通過した後に冷却水から分離される方法に関する。

本発明の目的はさらに、そのように製造された顆粒の使用である。

ポリエステル材料とは、詳細にはポリエチレンテレフタレート、または酸側では例えばイソフタル酸の、もしくはジオール側では例えばシクロヘキサンジメタノールの修飾成分を備えるその改質共重合体である。

例えば特許文献１もまた上述したタイプの方法から始まっており、かかる特許文献の教示によれば、造粒に引き続いていわゆる結晶化期もしくは後結晶化が必要だと考えられている。

特許文献２から分かるように、ポリエステル顆粒は、当初は本質的に非晶質かつ透明である。この状態では、ポリエステル顆粒は、そのガラス転移温度以上の温度で固相において加工処理を行うと粘着性となる傾向を有する。この粘着性は、白色を呈することによって検知できる結晶化度を高めることによって回避できる。特許文献３によれば、そのためには少なくとも３８％の結晶化度が必要とされる。

特許文献１では、後結晶化は、造粒の直後にはまだ顆粒粒子中に保持されている熱エネルギーを利用することによって実行される。所望の粒度が達成されるまで顆粒粒子の粘着を回避するためには、それらを振動させる、または例えば、振動式コンベヤによる輸送によってそれらに振動を受けさせることが提案されている。

しかし、顆粒をその後でさらに加工処理するためには高結晶化度は必ずしも望ましくないが、それは顆粒を溶解させるために必要なエネルギーが結果として増大するためである。

独国特許第１０３４９０１６Ｂ４ 独国特許第１９８４８２４５Ａ１ 独国特許第１０２００４０１５５１５Ａ１

既知の方法では、十分に結晶性の非粘着性顆粒を得るための後結晶化及び後結晶化中に既に顆粒粒子の粘着を防止するための手段を講じることは、方法及び装置に関して少なくない費用を要することを意味する。さらに、顆粒のサイズの関数として、必然的に顆粒の特定温度が発生する。したがって、本発明の目的はより合理的方法で、かつ装置に関してはより廉価で実施できるよう、冒頭で言及した方法を改善することである。さらに、４５％を超える高結晶化度を回避できることが意図されている。

本発明によれば、上記は、請求項１に記載するように冷却ゾーン内のポリエステル材料の滞留時間が０．２から５秒間であり、冷却水が冷却ゾーンに沿って少なくとも２ｂａｒの圧力を有することによって達成される。本方法の実施によれば、ポリエステル材料は、冷却水中にストランドもしくは顆粒として存在することができる。

このようにして入手された顆粒については、少なくともすべての場合ではないが、後結晶化は必要としない。顆粒は、追加して外部エネルギーを投入しなければ、後結晶化及び機械的運動を行わない場合でさえ、粘着しないことが証明されている。圧力下で加熱した場合でさえ、粘着を確認することはできなかった。顆粒は、固相後縮合反応装置、乾燥、排気及び／または脱アルデヒド化のための状態調節反応装置、または結晶化装置（実際により高い結晶化度が必要な場合）などのガス処理において、場合によっては依然として高い温度を利用して、追加の結晶化を伴わずに直接的な再加工処理に適する。さらなる加工処理の例としては、空気輸送ならびにサイロ及び耐熱性パック内での中継保管をさらに挙げることができる。

水が極めて高い温度勾配を備える場合、冷却対象が濡れることはあり得ないことが知られている（ライデンフロスト現象）。大気条件下もしくはわずかに過剰な圧力下では、この現象は、ポリエステル融解物が冷却水中に導入された場合にも発生する。ポリエステル材料の表面上では、絶縁作用を有し、ポリエステル材料の冷却を妨害する蒸気層が形成される。蒸発及び縮合はさらに境界層において過渡状態を導き、これはポリエステル材料の表面を高度に粗面化する（クレーターの形成）。粗面は、完成顆粒粒子の粘着を促進する。これは制御不能な結晶化及びその後の機械的処理における摩耗の増加を引き起こし、その結果として中断及びクリーニングサイクルが必要になり、さらに材料損失もまた発生する。さらにその上、ガラス転移温度を新たに通過するために顆粒粒子の凝集を招き、さらなる中断及び品質低下に結びつく。

驚くべきことに、請求項１に記載の条件によれば、顆粒粒子の蒸発及び表面キャビテーションは、粒子の表面が、それ以上の熱処理を行った場合でさえ凝集が発生しないように、いかなる場合でも球状粒子の低接触面を一層減少させるオレンジ色の皮膚構造を呈する程度に制御できることが見いだされた。冷却水と直接的に急激に接触させると、制御された表面構造が強制的に形成されるため、さらなる加工処理プロセスに合わせて調整された溶融物の冷却及び８から４５％の範囲内となる可能性がある制御可能な結晶化度のみが許容される。

そこでは凝固中の溶融物の温度がより高温であるために顆粒粒子の核から外側に向かって始まる結晶化は、顆粒粒子内の応力及び収縮を導くが、これらは近接する粒子に対する反発作用の形で現れるため、さらに凝集を妨害することになる。

完成顆粒粒子の粘着を回避するためには、上述した冷却ゾーン内の圧力条件下であれば、ポリエステル材料の滞留時間は、わずか０．２から５．０秒間という極めて短時間で十分である。

上述した冷却ゾーン内での圧力条件下での滞留時間を５秒間、好ましくは２秒間に限定することによって、他方では完成顆粒の１０％未満という極めて低い結晶化度が達成される。完成顆粒は本質的に非晶質であり、このことはその透明性によって検知できる。好ましくは、完成顆粒は多くても９２％、また少なくとも５５％の非晶質比率を有する。ポリエステル材料は冷却水から分離された後においても、例えば固相後縮合もしくは乾燥などの直接的なさらなる加工処理のために有益な高い温度を依然として有している。

本発明による方法の好ましい実施形態は、従属請求項２から１３において特徴付けられている。

そこで滞留時間を０．２から２秒間、特に好ましくは０．４から０．８秒間という、より狭い範囲内で選択することが好ましい。同じことは、好ましくは３から６ｂａｒに設定される圧力にも当てはまる。６ｂａｒを超える圧力は、本発明による作用を達成するためには概して必要ではなく、またその圧力は装置の設計において問題を生じさせ得る。

冷却ゾーンを通過した後、冷却水の圧力は急速に緩和され、その後冷却水はポリエステル材料から分離される。圧力緩和は、小さな横断面を備える管路区間の形状にある絞りゾーン内またはフローチャネルによって実行できる。または、例えばピンチ弁などの特別に製作された弁を利用できる。

絞りゾーンの後ではポリエステル材料の表面で蒸発が生じることが望ましいが、それは蒸発は冷却水の分離を支援し、絶縁性の蒸気膜の形成によって、それ以上のもはや必要としないか、場合によっては望ましくないポリエステル材料の冷却が防止されるためである。大気の沸点に近い８０℃から１１０℃、好ましくは８５℃から９５℃という冷却水の温度を選択することによって、これらの作用はさらに支援される。他方では、蒸発による水の損失が最小限に維持される。

さらなる様々な加工処理方法のためには、凝固中の溶融物の表面張力と協働するノズル板での刃の剥離運動には、９０℃から２２０℃、好ましくは１５０℃から２２０℃の範囲内にある完成顆粒の平均温度が有益である。この温度は、特に、冷却ゾーン内のポリエステル材料の滞留時間に依存するため、この滞留時間を適切に選択することによって調節できる。

造粒に関しては、冷却水流中へ導入した直後に、すなわち冷却ゾーンを進行させる前に、少なくとも１本の溶融ポリエステル材料のストランドを切断できるが、これは例えば多孔板、作動させた回転刃のセットなどを用いて実行できる。この際、孔径はミリメートルの範囲内である。

好ましくは少なくとも１本の溶融ストランドとして形成された溶融物は、延伸して冷却水中で冷却した後にのみ造粒することもできる。ストランドを冷却水から分離した後にのみ切断することも同様に可能であろう。結果として生じる顆粒粒子は、典型的には１０から２０ｍｇの重量を有する。

ポリエステル材料を冷却水から分離するためには、冷却水の圧力を緩和するために上述した絞りゾーンが前置されている水−蒸気分離装置を使用できる。水中造粒を行う場合には、市販で入手できる遠心分離装置を使用できる。しかし、圧力緩和後には蒸気が形成されるために、顆粒から蒸気及び水が分離され、空気もしくは不活性ガスと置換される吸引装置を備える単純な曲面スクリーンでも十分である。この実施形態は、その後でのみ切断されるストランドについても可能である。

好ましい直接水中造粒の場合には、冷却ゾーン内のポリエステル材料の滞留時間は、顆粒粒子が冷却水流によって運ばれるため、冷却ゾーン内での、例えば送水ポンプの回転数の制御による冷却水流の変化によって調節することができる。単純な方法では、冷却ゾーン内への冷却水流の調整は、冷却水が冷却ゾーンと冷却ゾーンへのバイパス管とに分配され、絞りゾーンの前で再び集められることによって可能になる。絞りゾーンを通して一定の水量が流されることによって、冷却ゾーン内の圧力は分配が変化しても一定のままである。

この方法の代替法として、ポリエステル材料を冷却水中で冷却した後に造粒することもまた可能である。さらに、その後に冷却ゾーン内では少なくとも一部にはストランドとして存在するポリエステル材料の延伸を追加して行うことができる。

また別の代替実施形態では、ポリエステル材料は、冷却水の分離後にのみ造粒されてほぼ円筒形状の顆粒粒子が形成される。このために、ポリエステル材料は、全冷却ゾーンを通してストランドとして流れるため、造粒は冷却ゾーンの後にのみ行われる。

本発明、そして同様に請求項１４によれば、請求項１から１３に記載の方法の生成物の使用目的が記載されており、前記生成物は、固相後縮合反応装置もしくは乾燥器、好ましくは静的流動床を備える例えば塔式及び／または立坑式乾燥器へ直接供給される。

以下では、図面と共に実施形態を参照し、本発明をより詳細に説明する。

いずれの図面においても、１は溶融物流入路、２は顆粒の流出路、また３は切断チャンバを示している。冷却水循環装置は、典型的には長さ０．５から３ｍの冷却ゾーン４、絞りゾーン５、水及び蒸気分離装置６を直列で含んでおり、水循環ポンプ７によって作動させられる。水及び蒸気分離装置６は、単純な曲面スクリーンまたは市販で入手できる遠心分離装置であってよい。冷却水循環装置内では、温度制御装置１５を使用して冷却水の温度を調節し、そして一定に維持できる熱交換器８がさらに含まれている。顆粒温度制御装置は９と指定されており、水量制御装置１０と連絡している。水量制御装置は、それを用いて冷却ゾーン４及びバイパス管１２への冷却水の分配を調節できるバイパス制御弁１１に作用する。水及び蒸気分離装置６には、蒸気凝縮器１３が前置されている吸引ファン１４が備えられている。水循環ポンプ７は、上述の冷却水循環装置内で、冷却ゾーン４に沿って２ｂａｒよりも高くなるように調節される圧力を生成する。圧力を調節して一定に維持するための変形として、図１では、絞りゾーン５の制御弁５ａに作用する、また別の圧力制御装置１６が用意されている。

図１及び図２に記載の２つの実施形態は、切断チャンバ３の位置に関して相違している。図１の実施形態では、切断チャンバ３は、冷却ゾーン４のすぐ正面にある溶融物流入路１の領域内の冷却水循環装置内に置かれており、冷却水が通って流れる。その中での冷却水の圧力は、冷却ゾーン４と同様に２ｂａｒよりも高い。図２の実施形態では、切断チャンバ３は、冷却水循環の外側で水及び蒸気分離装置６と顆粒流出路２との間にあり、結果として乾燥している。

図１の実施形態では、溶融ポリエステル材料は好ましくは複数のノズル穴から切断チャンバ内へ適切に多数の溶融ストランドを形成しながら出てくるが、その際、溶融ストランドは直ちに水中で、切断ローター、例えば回転式多孔板を用いて必要な顆粒サイズに切断される。ここでの用語は「ホットカット（熱間切断）」とも称する。凝固中の溶融物の表面張力と協働するノズル板での刃の剥離運動のために、ほぼ球状の顆粒粒子が形成される。顆粒は、循環水によって冷却ゾーン４内へ直接運ばれる。切断チャンバ３内及び冷却ゾーン４に沿っては、上述したように、２ｂａｒよりも高い冷却水の圧力が行き渡る。この水圧は、その後の絞りゾーン５内では周囲圧力へ低下させられる。絞りは、水循環量と対応するように適した導管横断面の設計によって、または例えば２相混合液に適したピンチ弁などの制御弁５ａによって実施することができ、その結果としてさらに冷却ゾーン内での上記の圧力制御もまた可能になるであろう。圧力の低下後、水は依然として高温の顆粒粒子の表面上で直接的に蒸発するため、そのことから水及び蒸気分離装置６によって容易に分離することができる。結果として生じる蒸気は、吸引ファン１４を用いて周囲空気と一緒に吸引して除かれ、蒸気凝縮器１３内で凝縮される。

本発明による少なくとも２ｂａｒの過剰圧下での急激冷却は、切断チャンバ３内、冷却ゾーン４内、ならびに場合によって一部には絞りゾーン５内でも行われるが、切断チャンバ３及び絞りゾーン５内での滞留時間は、冷却ゾーン４内での滞留時間に比較して公比に基づいて短い。急激冷却の持続時間にしたがって、顆粒粒子は多少なりとも冷却される。水量制御装置１０を用いて冷却ゾーン４内の滞留時間を調節することによって、制御された方法で完成顆粒の温度を調節することもできるが、これは粒径が小さい場合にも機能する。これにより顆粒温度制御装置９は、主制御装置として段階式制御の形で水量制御装置の目標値を規定する。

図２の実施形態では、好ましくは同様に多数のストランドが引き出されるが、この場合にはストランドは直接的に冷却ゾーン４内に進入し、そこで上述した顆粒と同様に急激冷却される。円筒状顆粒を作製するための切断は、水及び蒸気分離装置６で水が分離された後にのみ、それに続く切断チャンバ３内で行われる。絞りゾーン５は、それを通ってストランドが誘導される狭いチャネルの形状を有してもよい。その他の点では、本方法の実施は、図２の実施形態の実施に対応している。

以下の表に示す実施例ＡからＤは、図１によって上記で記載した実施形態を使用したポリエステル顆粒の製造に関する。実施例Ｅは、造粒のために水中ストランド造粒機が使用され、冷却ゾーンに沿った冷却水の水圧が周囲圧力に一致している比較例である。全実施例において、溶融物はＰＥＴ顆粒を２９０℃で溶解させることによって製造した。

実施例ＡからＤでは、顆粒流出口から出てくる顆粒粒子は、断熱性直接充填を行った場合であっても粘着性を全く示さなかった。実施例Ｄでは、顆粒に追加して３ｂａｒの圧力を加えたが、それでも全く粘着しなかった。

これとは対照的に、比較例Ｅによって入手した顆粒粒子は、顆粒流出口から出た直後に粘着してこぶし大の塊を形成した。

水中切断を行う本発明の第１実施形態を示す図である。 乾式切断を行う本発明の第２実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 溶融物流入路
２ 顆粒流出路
３ チャンバ
４ 冷却ゾーン
５ 絞りゾーン
５ａ 制御弁
６ 水及び蒸気分離装置
７ 水循環ポンプ
８ 循環水用熱交換器
９ 顆粒温度制御装置
１０ 水量制御装置
１１ バイパス制御弁
１２ 冷却ゾーンへのバイパス管
１３ 蒸気凝縮器
１４ 水分離吸引ファン
１５ 温度制御装置
１６ 圧力制御装置

Claims (15)

1. ポリエステル材料からガラス転移温度よりも高温で非粘着性顆粒を製造するための方法であって、前記ポリエステル材料は、溶融物として冷却水流に導入され、冷却ゾーンを通過した後に冷却水から分離される、前記冷却ゾーン内の前記ポリエステル材料の滞留時間は０．２から５．０秒間であること、及び前記冷却水は前記冷却ゾーンに沿って少なくとも２ｂａｒの圧力を有すること、
   を特徴とする方法。
2. 前記冷却ゾーン内の前記ポリエステル材料の滞留時間は０．２から２．０秒間、好ましくは０．４から０．８秒間であること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却水は、前記冷却ゾーンに沿って３から６ｂａｒの圧力を有すること、を特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の方法。
4. 前記冷却水の温度は、８０℃から１１０℃、好ましくは８５℃から９５℃であること、を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ポリエステル材料の滞留時間は、前記ポリエステル材料が前記冷却水の分離後に９０℃から２２０℃の温度を有するように選択されること、を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ポリエステル材料を前記冷却水から分離するために水−固体分離装置が使用され、前記分離装置には前記冷却水の圧力を低下させるための絞りゾーンが前置されていること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記冷却ゾーン内の前記冷却水流は、前記冷却ゾーンへの調節可能なバイパス管によって調節できること、を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ポリエステル材料は、前記冷却水流内へ流入した直後に造粒され、ほぼ球状の顆粒粒子が形成されること、を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ポリエステル材料は、前記冷却水中での冷却後に造粒されること、を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ポリエステル材料は、前記冷却水が分離された後にのみ造粒され、ほぼ円筒状の顆粒粒子が形成されること、を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記顆粒においてガラス転移温度よりも高温での表面急冷が実行されること、を特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記製造された顆粒は、少なくとも５５％及び多くとも９２％の非晶質率を有すること、を特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記造粒は、作動させた回転刃セットを用いて多孔板を通して実行されること、を特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記溶融物は、少なくとも１本の溶融ストランドとして形成されること、を特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
15. 固相後凝縮反応装置または乾燥器、好ましくは塔式及び／または立坑式乾燥器へ直接分配するための、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法を用いて製造された生成物の使用。

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