JP2020526422A - 圧力調整デバイスを有する押出機システム - Google Patents

Abstract

本発明は、第１押出機（１）と、第１押出機（１）の下流に配置された第２押出機（２）と、第１押出機と第２押出機との間に形成された移動ゾーン（６）と、を備える、混合物（５）を脱気するための押出機システムにおいて、第１押出機（１）の出口において圧力を調整することができる圧力調整デバイスを備えることを特徴とする押出機システムに関する。

Description

本発明は、押出機システムに関する。

押出機は、基本的に、加工原理が異なる２つのタイプに区別される。いくつかの加工押出機は、成形するために主に使用される（通常、単一シャフト押出機）一方で、いくつかの加工押出機は、基材の化学的及び／又は物理的変更（反応、混合、脱気など）のために使用される（協働する、きつく噛合するツインスクリュー押出機、バスニーダーなど）。

加工押出機の１つの形態は、いわゆる脱気押出機であり、これら押出機は、特に、ポリマー、とりわけエラストマーの脱気のために使用される。

脱気プロセスは、通常、いくつかの段階に分けられる。例えば溶媒、残留モノマー又は水のような揮発性成分は、およそ５パーセントから４０パーセントの残留揮発性物質量まで除去される。生成物及び残留揮発性物質のこの混合物は、機械的エネルギーの入力によって、第１押出機で加熱される。若干揮発性を有するエントレーナも加えられ得る。エントレーナとして、例えば窒素、二酸化炭素もしくは水又はこれらの混合物が、使用され得る。生成物と、残留揮発性物質と、選択的にエントレーナと、の混合物は、その後、第２押出機に運ばれ、第２押出機で混合物がさらに脱気される。いわゆる移動ゾーン、すなわち第１押出機から第２押出機への移行部が形成される。移動ゾーンは、特に、混合物が第２押出機に入るときに、混合物が弛緩し、脱気にポジティブな効果を有するように構成される。

この従来技術に基づいて、本発明の目的は、包括的な押出機システムにおいて脱気をさらに改善することである。

この目的は、独立請求項に記載の押出機システムによって達成される。本発明による押出機システムの有利な実施形態は、従属請求項の対象であり、本発明の以下の説明からもたらされる。

（少なくとも）第１押出機と、（少なくとも）第１押出機の下流に配置された第２押出機と、（少なくとも）第１押出機と第２押出機との間に形成された移動ゾーンと、を備える、混合物を脱気するための包括的な押出機システムは、本発明によれば、第１押出機の排出部での圧力を移動ゾーンに入るときに調整することができる（少なくとも）１つの圧力制御デバイスを備えることを特徴とする。

圧力制御デバイスは、エネルギー入力、従って混合物の温度を設定するために使用することができ、より高い圧力は、混合物のより高い温度をもたらすことが可能であり、より高い温度は、改善された脱気につながる。

好ましくは、圧力が、混合物に含まれる揮発性構成物質が沸騰しないような高さにのみ設定されることが提供される。圧力は、存在する可能性のある水に付与することができ、水の沸点は、増大された圧力によって、一般的な温度より高く上昇され得る。これは、水が沸騰することを防止することができる。さらに、高い圧力は、制限された溶解性を有する連行剤を消散させ、例えば窒素又は二酸化炭素を改善することができる。

本発明による押出機システムの好ましい実施形態では、圧力制御デバイスは、第１押出機の排出部での圧力が、移動ゾーンに隣接する第２押出機の脱気ゾーンにおけるよりも大きくなるように、制御されることも提供され得る。結果として、特に混合物が第２押出機に入るときに、混合物は弛緩される。この膨張の結果として、特に移動ゾーンにおける圧力増大によって引き起こされる温度増大と合わせて、混合物の沸騰圧力は、混合物の効果的な脱気につながることができるものよりも低く落ちることができる。さらに、混合物の膨張は、存在する残存揮発性構成物質及び任意の連行剤の膨張の結果として発生される泡をもたらし、これが、大きい表面積に起因して脱気を促進する。

揮発性構成物質の膨張は、好ましくは、第２押出機内（少なくとも脱気ゾーンのエリア内）で、最も大きい可能な負の圧力が移動ゾーン内の（移動）圧力に対して発生されるという事実によってサポートされ得る。脱気ゾーンにおける圧力は、好ましくは、大気圧よりも低くてもよい。（特に５０ｍｂａｒから９００ｍｂａｒ（絶対圧）の間の）真空が、特に好ましくは移動ゾーンにおいて発生され得る。

特にポリマーからの従来の脱気プロセスが、しばしば、混合物の利用可能な表面によって制限されるので、本発明による押出機システムのさらに好ましい実施形態では、移動ソーンを通過した混合物の自由表面を拡張するための手段が、設けられ得る。これら手段は、特に好ましくは移動ゾーンの排出部に設けられ得る。

表面を拡張させるための手段は、好ましくは、複数の通過開口部を有する有孔プレートを有することができ、移動ゾーンを通過した混合物は、複数の通過開口部を通っていくつかの部分的な流れに分けられる。

表面を拡張させるための別の可能性は、混合物が、移動ゾーン内の１つ以上のスロットノズルを通過させられるか、又は第２押出機の脱気ゾーンに入るときに１つ以上のスロットノズルを通過させられることを提供することができる。これらスロット付きノズルは、大きい表面積対体積比によって特徴づけられ、これらの比は、好ましくは、ノズル開口部が、幅の数倍の長さを有するスリット状とされることで達成される。

当然ながら、両方の手段が組み合わせられてもよく、すなわち、複数のスロット状貫通開口部（スロットノズル）を有する有孔プレートにより、混合物をいくつかの流れに分けることと、混合物の個々の流れのための最も大きい可能な表面積と、の両方が、達成され得る。

生成物の堆積を回避するためかつ揮発性構成物質の除去を改善するために、第２押出機が（重力の方向に基づいて）第１押出機の上方（好ましくは鉛直方向）に配置されることがさらに提供され得る。これは、脱気された混合物を移動ゾーンから迅速に又は直接的に除去することをもたらすと同時に、脱気された混合物の上方の脱気ゾーンに大きい自由ガス空間をもたらし、揮発性構成物質が、大きい自由ガス空間を通じて、容易に除去され得る。揮発性構成物質の除去は、移動ゾーンに隣接する第２押出機の脱気ゾーンが、重力の方向に関して上方（好ましくは垂直方向）に導く脱気出口を（少なくとも）有する場合に、さらに改善され得る。混合物と、脱気された構成物質と、は、逆流、交差流及び／又は並流で運ばれ得る。本発明による押出機システムのこの形態は、揮発性構成物質が、脱気された混合物から効果的に分離されることを可能にし、脱気された混合物の粒子の混入が、混合物及び揮発性成分の特別なガイドによって、大きく回避され得る。

本発明による押出機システムの別の実施形態では、脱気された混合物における揮発性構成物質からの効果的な分離は、重力の方向に関して第１押出機の下方（好ましくは垂直方向）に第２押出機を配置することによって達成され、この場合、（少なくとも）第２押出機の移動ゾーンにつながりかつ重力の方向に関して側方に（好ましくは水平方向に）つながる脱気開口部が、設けられる。

本発明による押出機システムのさらに好ましい実施形態では、混合物を排出するための（少なくとも）１つの閉鎖可能な出口が、移動ゾーンの領域に設けられ得る。この閉鎖可能な出口は、特に、加工制御の一部として混合物の一部をサンプリングするために使用され得る。混合物の一部は、第２押出機に移動させられる前に、閉鎖可能な出口を通って除去され得る。これは、第１押出機を始動するか又は空にするときに、特に有利である。

好ましくは、出口が、圧力調整デバイスにより閉じることができ、圧力調整デバイスが、好ましくは、このために（少なくとも）スライド弁を備え、スライド弁が、弁体の相対運動（並進又は回転）によりいずれか（少なくとも）１つにあることが提供され得る。混合物が除去され得る、移動ゾーンの開口部又は出口は、ほぼ閉じる。特に、スライド弁は、（回転）ピストン弁であってもよい。

本発明による押出機システムのさらに好ましい実施形態では、第１押出機の押出機スクリューが、第２押出機の押出機スクリューよりも高い角速度で駆動され得るか又は駆動されることが提供され得る。第１押出機の相対的に高い回転速度に起因して、混合物中への対応して高いエネルギーの入力が、温度、それにより脱気を増大させる目的で達成され得る。

特に、押出機システムのこのような実施形態では、第１押出機の平均体積断面が、第２押出機の平均体積断面よりも小さくされることも提供され得る。第２押出機の相対的に大きい体積断面に起因して、一方では機械的エネルギーの入力を低く維持することができ、他方では比較的大きいガス空間を設けることができる。

本発明による押出機システムは、ポリマー、特にエラストマーを脱気することに特に適している。

本発明は、図に示された例示的な実施形態に基づいて、以下でより詳細に説明される。

第１機能位置にある、本発明による押出機システムの実施形態の概略側面図である。 第２機能位置にある、図１による押出機システムの一部である。

図１及び図２に示される押出機システムは、ポリマーを脱気するために使用され、第１押出機１と、第１押出機１の下流の第２押出機２と、を備えている。押出機１，２は、１つ以上の押出機スクリュー３，４をそれぞれ備え、これら押出機スクリュー３，４は、駆動部（図示せず）によって回転駆動され、押出機ハウジング内に取り付けられている。

押出機スクリュー３，４と押出機ハウジングとの間に形成された環状生成空間には、（生成）混合物５が、らせん状ギアを有して形成された押出機スクリュー３，４の回転によって搬送される。脱気が行われる。

第１押出機１内では、特に溶媒、残留モノマー又は水のような揮発性構成物質が、およそ５パーセントから４０パーセントの残留揮発性物質量まで除去される。生成物（ポリマー）及び揮発性構成物質の混合物５は、機械的エネルギーの入力によって加熱され、２つの押出機３，４の間の移動ゾーン６において説明される圧力制御デバイスに関連して圧縮される。

押出機スクリュー３の後端部に隣接する分散ゾーン７では、若干揮発性を有するエントレーナが、混合物に加えられる。これは、例えば窒素又は二酸化炭素である。

その後、混合物５は、流れ、第１押出機１の押出機スクリュー３を通って移動ゾーン６内に動く。押出機１によって引き起こされた圧力増大は、押出機１の排出部での圧力が、少なくとも混合物５内に含まれた揮発性構成物質が沸騰しない高さとなるように、設定される。移動ゾーン６は、混合物５が制御された様式で第１押出機１から第２押出機２まで移動させられるラインシステムである。移動ゾーン６は、長手軸方向において第１押出機１の後端部に隣接する第１パイプライン部分と、（第１パイプライン部分の長手軸に対する）径方向において第１パイプライン部分に隣接する第２パイプライン部分と、を備えている。第１パイプライン部分から第２パイプライン部分への移行開口部は、スライド弁の形態の圧力制御デバイスにより、ほぼ閉じられる。このために、弁体８が、第１パイプライン部分内で、図示しない駆動デバイスからのピストン９により変位させられる。

第１押出機１から第２押出機２内への混合物のオーバーフローは、圧力降下を伴い、この圧力降下は、一方では、第１押出機１と比較して第１パイプライン部分の体積断面(volume cross section)を減少させることをもたらし、弁体８により部分的に覆ってセットされた移行開口部の自由断面(free cross section)を狭くすることが、正当化される。他方では、第２パイプ部分のセクションの漏斗状拡大部が設けられる。

漏斗状拡大部の後端部では、複数の開口部を有する有孔プレート１０が設けられ、混合物５は、複数の開口部を通じて押し込まれる。混合物５のフローは、複数のサブ流れに分けられる。部分的なフローは、有孔プレート１０の前方に広がる総流量と比較して顕著に大きな表面積対体積比によって特徴づけられる。この大きな表面積対体積比は、次に、混合物５からの揮発性構成物質の逃げ、従って混合物５の脱気にポジティブな影響を有する。

混合物５の部分的なフローは、第２押出機２の脱気ゾーンに入る。混合物５は、揮発性構成物質の膨張に起因して泡立ち、これが、表面の拡張、従って脱気の改善につながる。揮発性成分のこのむしろ急激な膨張は、第２押出機２の脱気ゾーン内の圧力と、移動ゾーン６の第２パイプライン部分内の圧力と、の間の比較的大きな差によってもたらされる。このために、空気は、第２押出機２内で大部分排気される。

第１押出機は、重力の方向に基づいて、第２押出機よりも下方にある。従って、混合物５は、下方からかつ第２押出機２の押出機スクリュー４に対して径方向に第２押出機２内に導入される。これは、混合物５が、ほとんど第２押出機２の脱気ゾーンの下側セクションのみに配置され、下側セクションから押出機スクリュー４により直接的に排出されることを意味する。結果として、ガス空間は、脱気ゾーンの上側セクションに残り、上側セクションの大部分は、混合物５がなく、揮発性構成物質は、上側セクションを通じて容易に除去され得る。揮発性構成物質は、一方では、脱気出口１１を介して除去され、脱気出口１１は、脱気された混合物５の流れ方向において後端部に、従って混合物５が第２押出機２内に導入されるエリアの背後に設けられる。脱気出口１１は、第２押出機２のハウジングから径方向に、鉛直に延在している。脱気出口１１のこの配置は、混合物５のメインの流れ方向の反対方向に揮発性構成物質を流れさせる。

示される押出機システムでは、第２押出機２のさらなる途中でいわゆるスタッフィングスクリュー１２によりさらなる脱気を行うことが提供される。

移動ゾーンの第１パイプライン部分は、出口１３も備え、混合物５の一部は、出口１３を通って排出され得る。これは、特に、加工制御の一部としてサンプリングするためになされる。押出機システムの通常の動作では、出口１３は、圧力制御デバイスの弁体８によって閉じられている。サンプリングするために、弁体８は、出口１３と、混合物５を受ける移動ゾーン６の第１パイプライン部分の一部と、の接続が、弁体８の軸方向及び横断方向ボアを介して確立されるように、動かされる。この場合、移動ゾーン６における第１パイプ部分から第２パイプ部分への移行開口部は、弁体８の壁部セクションにより閉じられる（図２）。

１ 押出機、２ 押出機、３ 押出機スクリュー、４ 押出機ハウジング、５ 混合物、６ 移動ゾーン、７ 分散ゾーン、８ 弁体、９ ピストン、１０ 有孔プレート、１１ 脱気出口、１２ スタッフィングスクリュー、１３ 出口

Claims (13)

1. 第１押出機（１）と、前記第１押出機（１）の下流に配置された第２押出機（２）と、前記第１押出機（１）と前記第２押出機（２）との間に形成された移動ゾーン（６）と、を備える、混合物（５）を脱気するための押出機システムにおいて、
   前記第１押出機（１）の排出部において前記混合物（５）の圧力を調整することができる圧力制御デバイスを備えることを特徴とする押出機システム。
2. 前記圧力制御デバイスは、前記第１押出機（１）の前記排出部での前記混合物（５）の圧力が、前記移動ゾーン（６）に隣接する前記第２押出機（２）の脱気ゾーンにおけるよりも大きくなるように、制御されることを特徴とする請求項１に記載の押出機システム。
3. 前記移動ゾーン（６）を通過した前記混合物（５）の表面を増大させるための手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の押出機システム。
4. 前記移動ゾーン（６）を通じてガイドされた前記混合物（５）をいくつかの部分的な流れに分ける有孔プレート（１０）を備えることを特徴とする請求項３に記載の押出機システム。
5. 前記混合物（５）が、前記移動ゾーンにおいて、１つ以上のスロットノズルを通過させられることを特徴とする請求項３又は４に記載の押出機システム。
6. 前記第２押出機（２）が、重力の方向に関して、前記第１押出機（１）の上方に配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押出機システム。
7. 前記移動ゾーン（６）に隣接する前記第２押出機（２）の脱気ゾーンには、重力の方向に関して脱気出口（１１）が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の押出機システム。
8. 前記第２押出機（２）が、重力の方向に関して前記第１押出機（１）の下方に配置され、前記移動ゾーンに隣接する前記第２押出機（２）の脱気ゾーンには、側方又は下向きに導く前記脱気出口が、設けら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押出機システム。
9. 前記混合物（５）の排出のために、前記移動ゾーンの領域には、閉鎖可能な出口（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の押出機システム。
10. 前記出口（１３）が、前記圧力制御デバイスにより閉じることができることを特徴とする請求項９に記載の押出機システム。
11. 前記圧力制御デバイスが、スライド弁を備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の押出機システム。
12. 前記第１押出機（１）の体積断面が、前記第２押出機（２）の体積断面よりも小さいことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の押出機システム。
13. 前記第１押出機（１）の押出機スクリュー（３）が、前記第２押出機（２）の押出機スクリュー（４）よりも高い角速度で駆動することができることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の押出機システム。

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