JP2019529685A - 球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置であって、この製造装置は、内部空間（３２）を画定する容器（３０）と、内部空間（３２）の上部領域に配置され、製品（２）の高温溶融物のための供給搬送パイプ（３）に接続されるノズル装置（７）であって、溶融物がノズル装置（７）から出て、内部空間（３２）の下方に落下する小さな液滴に分離するようになっており、低温ガスが主に液体状態で供給され、小さな液滴と接触するようになる低温ガス流が内部空間（３２）に出る複数の出口開口部を有する低温ガスのための供給ユニット（６）とを備える。供給ユニット（６）は、ノズル装置（７）の上方または同じ高さに配置されている。製造方法に関しては、製品（２）の高温溶融物がスプレーコーンの形状でノズル装置（７）を出て、低温ガス流がコーンの形状で供給ユニット（６）を出て、スプレーコーンがコーンの内側に位置する。

Description

本発明は、粉状物質、特に可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置および製造方法に関する。

そのような方法およびそのような装置は、欧州特許ＥＰ９４５１７３Ｂ１から知られている。この場合、実質的に３つのゾーンを有する温度勾配、すなわち上から下に見て、ホットゾーン、比較的低温の固定ゾーン、および後者よりも低温の冷却ゾーンが容器の内部空間に形成される。この方法と装置は原則として価値があることが証明されており、多くの場合に使用されている。しかしながら、稼働中に、製品の沈着物が供給ユニットに生じることが何度も判明した。また、この製品が時折内部空間の壁に付着することも分かった。

米国特許ＵＳ６９０３０６５Ｂ２には、上述の欧州特許ＥＰ９４５１７３Ｂ１によるこの３層法が記載されている。この特許は、５０μｍから３００μｍ、特に１００μｍ超の典型的な粒径の製造に関する。

本発明と同じ出願人による独国特許出願公開ＤＥ１０３０２９７９Ａ１およびＤＥ１０３３９５４５Ａ１並びに国際公開ＷＯ２００４／０６７２４５Ａ１から、粘性のある出発材料を押出機内で製造し、次いでそれを噴霧装置（atomizing device）内で噴霧して溶融液滴（melt droplets）を形成する方法が知られている。冷却装置では、出発材料から製造された粉末粒子が実質的にもはや表面粘着性を有さない程度まで溶融液滴が冷却される。圧縮空気はノズル出口で噴霧装置に供給されるので、ウォータージェットポンプのように作動する。これらの文献は、ＤＥ１９７５８１１１にも言及しており、プラスチックが噴霧される時の問題、すなわち金属粉末の製造用に好ましく設計されるＤＥ１９７５８１１１のように、より高い粘度のプラスチックは加工できないことを記載している。より高い温度では、プラスチックは、既に化学的に分解されており、十分に低い粘度を有する。しかし、それは、まさに避けられるべきことである。噴霧プラスチックに関する問題は、むしろ、噴霧された製品がより高い粘度を有することである。まだ化学的に変化していない温度で噴霧しなければならない。

米国特許ＵＳ６１７１４３３Ｂ１も噴霧法（atomization method）に従って作動する。高粘性物質、特にプラスチックの噴霧のためのノズルは、ＵＳ３１６６６１３ＡおよびＵＳ３４０８００７Ａから知られている。

米国特許ＵＳ８８８３９０５Ｂ２は粉体塗料に関し、顔料粒子と結合したプラスチック粒子を記載している。プラスチック粒子は、５〜１００μｍ、特に１５〜６０μｍの範囲の粒径を有する。

その目的は、５００未満、特に１００μｍ未満、例えば３０から１００μｍの範囲の粒子の中間粒径（medium grain sizes）であり、指定可能な最大上限は８００μｍである。排出装置（discharge device）内に存在する微粒子材料は、さらなる工程で処理することができ、例えば、粒子状内容物、すなわち例として４５、１０または５μｍより小さい粒子を分離することができる。別の工程では、１００μｍより大きいサイズの内容物を処理工程（例えば、研削工程）に戻すことができる。

これを基に、本発明は、特に欧州特許ＥＰ９４５１７３Ｂ１に従った従来の装置および方法の改良および開発に基づいている。本発明によれば、供給ユニットおよび内部の壁への製品の付着が可能な限り回避され、得られる球状構造のサイズが明確に影響され得る。

この目的は、粉状物質、特に可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置によって達成され、この製造装置では、化学製品が噴霧されかつ冷却される。この製造装置は、ａ）内部空間を画定する容器と、ｂ）内部空間の上部領域に配置され、製品の高温溶融物のための供給搬送パイプに接続されるノズル装置であって、溶融物が当該ノズル装置から出て、内部空間の下方に落下する小さな液滴に分離するようになっており、ｃ）円周方向に分散して配置され、低温ガスが主に液体状態で供給され、小さな液滴と接触するようになる低温ガス流が内部空間に出る複数の出口開口部を有する低温ガスの、好ましくはＣＯ_２またはＮ_２のための供給ユニットと、ｄ）内部空間の下方領域にあり、冷却された粉状物質を排出するための空気圧排出装置（pneumatic discharge device）とを備える。この場合に、供給ユニットは、特に、ノズル装置の上方または同じ高さに、そしていかなる場合でもノズル装置のスプレーコーンの上方および外側に配置される。

製造方法に関して、その目的は、化学製品が噴霧されかつ冷却されることによって、粉状物質、特に可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックを製造するための方法によって達成される。この製造方法は、ｅ）内部空間を画定する容器を提供するステップと、ｆ）ノズル装置を提供し、内部空間の上部領域にノズル装置を配置して、製品の高温溶融物をノズル装置に供給し、これにより、小さな液滴に分離した溶融物がノズル装置から出て、液滴が内部空間の下方に落下するステップと、ｇ）円周方向に分散して配置され、低温ガスが主に液体状態で供給され、小さな液滴と接触するようになる低温ガス流が内部空間に出る複数の出口開口部を有する低温ガスの、好ましくはＣＯ_２またはＮ_２のための供給ユニットを提供するステップと、ｈ）冷却された粉状物質を排出するための空気圧排出装置を提供し、この排出装置を内部空間の下方領域に配置するステップとを含み、製品の高温溶融物がスプレーコーンの形状でノズル装置を出て、低温ガス流がコーンの形状で供給ユニットを出て、スプレーコーンがコーンの内側に位置する。

この場合に、供給ユニットは、ノズル装置の上方または同じ高さに配置されるのが好ましい。ノズル装置から来る液滴または粒子が供給ユニットに当たることが避けられるように配置される。製品の高温溶融物は、好ましくはスプレーコーンの形状でノズル装置を出て、低温ガス流は、好ましくはコーンの形状、特にコーンのエンベロープ形状で供給ユニットを出る。スプレーコーンがコーンの内側に位置する場合、低温ガス流はスプレーコーンの周囲にエンベロープを形成する。したがって、粒子が内部空間の壁に到達してそこに付着することが避けられ、歩留まりが向上する。供給ユニットは、スプレーコーンの外側に配置されている限り、ノズル装置の下に配置されてもよい。供給ユニットをノズル装置の上方、または少なくともノズル装置の近傍に配置することにより、低温ガスのエンベロープ流（enveloping flow）を可能にする。好ましくは、供給ユニットはリング状である。しかしながら、ノズル装置からの距離は、供給ユニットの最大内径、特に供給ユニットの直径以下であるべきである。

驚いたことに、供給ユニットを出る液滴のサイズは得られる粉末の粒度または細かさと相関することがわかった。液滴のサイズは、排出装置内の製品の粒度分布にとって不可欠なパラメータである。

供給ユニットとノズル装置との回転対称配置が好ましい。低温ガスは、好ましくはリングシステムを介して供給される。ノズル装置は、その中心または中心軸上に配置されることが好ましい。供給ユニットとノズル装置との間の垂直距離は、供給ユニットの外寸、特に内寸より小さいことが好ましい。供給ユニットの明確な内寸は、垂直を横切る方向に見たときのノズル装置の外寸より大きいことが好ましい。

低温ガスの体積流量（volumetric flow）は、ノズル装置から出る粒子流から放出される熱量に適合している。低温ガスの体積流量は、供給ユニットから及び容器内において、噴霧形態で又は異なるサイズの液滴の形態で存在することができる。好ましくは、体積流量は、低温ガスへの圧力によって、または出口開口部の数およびそれらの横断面によって調節することができる。好ましくは、供給ユニットはサイズが調整可能な複数の出口開口部を有する。この場合に、全ての出口開口部の全表面積が、常に一定のままであるか、またはいずれにせよ出口開口部のそれぞれのサイズとは独立に±５０％まで一定のままであると有利である。このように、供給された低温ガスの体積流量は、出口開口部の出口横断面の設定とは独立に維持される。供給ユニットに多数の異なるリングを設け、それぞれの場合にこれらのリングのうちの１つのみを交換可能な方法で容器内に配置するか、または容器内にいくつかのリングを配置してそれぞれの場合に１つのみ使用することも可能である。供給ユニットの構成に関係なく、すべての出口開口部が同じ出口横断面を有すると有利である。粒径は、出口開口部の横断面によって調整することができる。実用上では、後者は、好ましくは０．１〜８ｍｍ、特に２〜６ｍｍである。

本発明の他の利点および特徴は、他の特許請求の範囲ならびに本発明の例示的実施形態の以下の説明から明らかとなり、それらは限定的ではないと理解され、図面を参照して以下に説明される。図面は唯一の図１を含み、この図１は、可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置の概略図を示す。

説明には、右手直交ｘｙｚ座標系を用いる。ｚ軸は垂直にかつ下方に延びる。ｘ−ｙ平面は水平である。

製品２は、溶融物用容器１から高温溶融物用の搬送パイプ３を通りポンプ４を介して搬送される。製品については、製品が化学的に変化する温度よりわずかに低い温度が使用される。噴霧（スプレー）工程は、より高い粘度値の場合よりも実施が容易であるため、製品の粘度ができるだけ小さくなるように選択されると有利である。

ポンプ４の背後で、搬送パイプ３は容器３０に通じている。後者は一般に円筒形である。その内径は、例えば、１〜４ｍ、特に２〜３ｍである。その内側において、容器３０は、６〜１２ｍ、特に８〜１０ｍの高さを有することができる。円筒の軸は、ｚ軸と平行に延びる。容器３０の底部は円錐台の形状をしており、底部ではポートに通じて、そこには空気圧排出装置１０が設けられている。容器３０は、内部空間３２を有する。

搬送パイプ３は、容器３０の内側において、ノズル装置７で終端となる。図示の通り、ノズル装置７はさらなる供給パイプを有していない。製品は、ポンプ４が提供する圧力でノズルを介して押し込まれる。周知の方法で、ノズル装置７は複数の小さなノズル開口部を有する。それらはノズル装置７の下面に配置されており、従ってｘ−ｙ平面内に配置されている。下面は湾曲していてもよい。それはｚ軸を中心とする。溶融製品は、例えば細い糸の形状でノズル開口部から出て、この溶融製品がさらに下方で液滴に分離する。ノズル開口部からの距離が増すにつれて、自由落下粒子はますます丸い形状になり、内部空間３２内でｚ方向下方に落下する。

低温ガス用の供給パイプ５が搬送パイプ３の隣に、上方から上方容器クロージャーを介して設けられる。前者はソース１４に由来する。要求に応じて、可能な低温ガスは液体窒素、ＣＯ_２などである。

低温ガス用の供給ユニットまたは装置６は、内部空間３２内でノズル装置７のわずかに上に配置されている。ｚ方向の距離は、供給ユニット６の外径よりも小さい。後者は供給パイプ５に接続されており、リングシステムとして構成されている。それは、環状リングを形成するように閉じられ、その下面に複数の出口開口部を有するチューブからなる。このリングはｘ−ｙ平面にあり、z方向における出口開口点（outlet opening point）にある。それらは、ｚ方向に対して±３０°、特に±１５°の角度で配向することができる。それぞれｘ−ｙ平面で測定した場合、供給ユニット６の内径は、ノズル装置７の外径よりも大きい。供給ユニット６は、容器軸とｚ軸に対して中心に配置されている。

製品の高温溶融物は、実質的にｚ方向にスプレーコーン８の形状でノズル装置７を出る。低温ガス流はコーン９の形状で供給ユニット６を出る。スプレーコーン８とコーン９は同軸である。スプレーコーン８は完全にコーン９の内側に位置している。より具体的には、スプレーコーン８およびコーン９は円錐台の形状を有する。コーン９はそのように配向され、実質的に容器３０の底部に向けられるような対応する円錐角（cone angle）を有する。どちらかといえば、それは内部空間３２の壁の下部のみ、例えば内部空間３２の円筒壁の高さの最低２０％に向けられている。スプレーコーン８は、容器３０の底部にのみ向けられるように配向されている。スプレーコーン８とコーン９は共通軸を有する。図において、ｙ軸は紙面に対して垂直に延びている。取付具（fittings）を有する容器をy-z平面で見た場合でも、図は変わらない。言い換えれば、その取付具を有する容器は、回転対称でないように配置されている可能性のある供給パイプ５および／または搬送パイプ３とは別に回転対称である。

供給ユニット６がリング状に構成されているため、低温ガスはコーンのエンベロープ形状で供給ユニット６を出る。特に、その下方に配置されたノズル装置７は、低温ガスに直接当たらない。それはコーンのエンベロープの内側に位置されている。供給ユニット６がノズル装置７よりわずかに上または同じ高さに位置する場合、ノズル装置７自体が冷却されていること、すなわち低温ガスと直接当たることが防止される。供給ユニット６およびノズル装置７は、コーンのエンベロープがノズル装置７の外側に位置するように配置され、供給ユニット６は、ｚ方向においてノズル装置７に非常に接近しているため、低温ガスはノズル装置に到達することができず、製品は供給ユニット６に到達することもできない。

得られたマイクロプラスチック粉末は、空気圧排出装置からパイプ１１を介して微粉分離器（fines separator）１２に供給され、サイクロンは後者の下流に接続されている。出力部には搬送ファン１３が設けられている。完成品はそこで取り出すことができる。

可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置は、内部空間３２を画定する容器３０と、内部空間３２の上部領域に配置され、製品２の高温溶融物のための供給搬送パイプ３に接続されるノズル装置７であって、溶融物が当該ノズル装置７から出て、内部空間３２の下方に落下する小さな液滴に分離するようになっており、低温ガスが主に液体状態で供給され、小さな液滴と接触するようになる低温ガス流が内部空間３２に出る複数の出口開口部を有する低温ガスのための供給ユニット６とを備える。供給ユニット６は、ノズル装置７の上方または同じ高さに配置されている。製造方法に関して、製品２の高温溶融物はスプレーコーン８の形状でノズル装置７を出て、低温ガス流はコーンの形状で供給ユニット６を出て、そしてスプレーコーンはコーンの内側に位置する。供給ユニット６を出る低温ガス流は、好ましくはノズル装置７に直接に向けられていない。それはノズル装置７の下でスプレーコーン８に当たる。

１ 溶融物用容器
２ 製品
３ 高温溶融物用搬送パイプ
４ ポンプ
５ 低温ガス用供給装置−供給パイプ
６ 低温ガス供給用リングシステム−供給ユニット
７ 溶融物用ノズル装置
８ スプレーコーン
９ コーン
１０ 空気圧排出装置
１１ パイプ
１２ 微粉分離器
１３ 搬送ファン
１４ 低温ガスソース
３０ 容器
３２ 内部空間

Claims (12)

1. 粉状物質、特に可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックの製造装置であって、化学製品（２）が噴霧されかつ冷却され、
   ａ）内部空間（３２）を画定する容器（３０）と、
   ｂ）前記内部空間（３２）の上部領域に配置され、前記製品（２）の高温溶融物のための供給搬送パイプ（３）に接続されるノズル装置（７）であって、前記溶融物が当該ノズル装置（７）から出て、前記内部空間（３２）の下方に落下する小さな液滴に分離するようになっており、
   ｃ）円周方向に分散して配置され、低温ガスが主に液体状態で供給され、前記小さな液滴と接触するようになる低温ガス流が前記内部空間（３２）に出る複数の出口開口部を有する前記低温ガスの、好ましくはＣＯ_２またはＮ_２のための供給ユニット（６）と、
   ｄ）前記内部空間（３２）の下方領域にあり、前記冷却された粉状物質を排出するための空気圧排出装置（１０）とを備え、
   前記供給ユニット（６）は、前記ノズル装置（７）の上方または同じ高さに配置されていることを特徴とする製造装置。
2. 前記供給ユニット（６）がリングシステムとして構成され、好ましくは、前記供給ユニット（６）が２０〜１００ｃｍ、特に３０〜６０ｃｍの直径を有する、請求項１に記載の製造装置。
3. 前記供給ユニット（６）は、前記ノズル装置（７）の外寸よりも大きい内寸を有する自由内部空間を有し、特に前記ノズル装置（７）の外径よりも大きい自由内径を有する、請求項１または２に記載の製造装置。
4. 前記製品（２）の前記高温溶融物がスプレーコーンの形状で前記ノズル装置（７）を出て、前記低温ガス流がコーンの形状で前記供給ユニット（６）を出て、前記スプレーコーンが前記コーンの内側に位置する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の製造装置。
5. 前記スプレーコーンと前記コーンは共通軸を有し、当該共通軸はz軸と平行に伸びる、請求項４に記載の製造装置。
6. 前記出口開口部は、０．１〜８ｍｍ、特に２〜６ｍｍの自由横断面を有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造装置。
7. 前記供給ユニット（６）は調節可能な複数の出口開口部を有し、各自由横断面のサイズは段階的または連続的に調節することが可能である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の製造装置。
8. 前記ノズル装置（７）は前記搬送パイプ（３）にのみ接続されるか、または前記ノズル装置（７）は特に圧縮空気が流れる第２のパイプにも接続される、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の製造装置。
9. ポンプが前記搬送パイプ（３）内に配置される、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の製造装置。
10. 化学製品（２）が噴霧されかつ冷却されることによって、粉状物質、特に可能な限り球状構造を有する粉状プラスチックを製造するための方法であって、
    ｅ）内部空間（３２）を画定する容器（３０）を提供するステップと、
    ｆ）ノズル装置（７）を提供し、前記内部空間（３２）の上部領域に前記ノズル装置（７）配置して、前記製品（２）の高温溶融物を前記ノズル装置（７）に供給し、これにより、小さな液滴に分離した前記溶融物が前記ノズル装置（７）から出て、前記液滴が前記内部空間（３２）の下方に落下するステップと、
    ｇ）円周方向に分散して配置され、低温ガスが主に液体状態で供給され、前記小さな液滴と接触するようになる低温ガス流が前記内部空間（３２）に出る複数の出口開口部を有する前記低温ガスの、好ましくはＣＯ_２またはＮ_２のための供給ユニット（６）を提供するステップと、
    ｈ）前記冷却された粉状物質を排出するための空気圧排出装置（１０）を提供し、当該排出装置（１０）を前記内部空間（３２）の下方領域に配置するステップとを含み、
    前記製品（２）の前記高温溶融物がスプレーコーンの形状で前記ノズル装置（７）を出て、前記低温ガス流がコーンの形状で前記供給ユニット（６）を出て、前記スプレーコーンが前記コーンの内側に位置する、ことを特徴とする製造方法。
11. 前記高温溶融物は過圧下で前記ノズル装置（７）に供給される、請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記供給ユニット（６）を出る前記低温ガス流は、前記ノズル装置（７）に直接向けられない、請求項１０または１１に記載の製造方法。