JP3722843B2 - 滞留時間に支配され、かつ可塑性及び流動性を有する混合されるべき組成物のためのスタティックミキサ用モジュール - Google Patents

Description

本発明は、滞留時間に支配され、かつ可塑性及び流動性を有する混合されるべき組成物のための、請求項１の前提部分に従うスタティックミキサに対するモジュールに関する。本発明は更に、対応するミキサ及び同ミキサの使用法に関する。
硬質ＰＶＣ成形部品の製造に際し、顆粒及び／又は粉末状のＰＶＣは、滑沢剤、安定化剤及び他の添加剤と混合された後、更に押出機にて処理されて、加工可能な組成物となる。この間に、混合物は加熱され、適切な作用圧にて圧縮される。二軸スクリュー押出機が有用に使用される。しかしながら、生成される中間生成物は、成形部品の製造に対して十分に均一な状態とはいえない。従って、多くのプラントにおいて、押出機と成形用ダイ又は成形手段との間には、スタティックミキサが配置されている。これらのミキサにおいて、混合物が均質化されるが、実際にはＰＶＣポリマーを保護するために、低い剪断速度にて実施される。
ＰＶＣは、１６０℃以上で成形可能な熱可塑性物質である。しかしながら、塩化水素が１４０℃で分離するので熱的に安定ではない。硬質ＰＶＣからなる窓枠(Fensterprofilen)の製造では、プラスチックは１９０〜２００℃の温度にて処理される。この温度では、スタティックミキサの滞留時間が重要となる。この滞留時間は、スタティックミキサ中の特定の場所では非常に長いことが明らかになった。これに起因して、脱色及び品質の低下が起こる。このような好ましくない状態が発生すると直ぐに、製造工程を中断する必要が生ずる。工程を続けるためには、スタティックミキサを洗浄しなければならない。
本発明の目的は、滞留時間に関してより好ましい状態を維持するとともにスタティックミキサの洗浄を容易にするような、公知のスタティックミキサを改良することにある。この目的は、モジュール単位のミキサ構造を有するスタティックミキサにより達成され、同モジュールは請求項１の特徴によって定義される。
モジュールは、滞留時間に支配され、かつ可塑性及び流動性を有する混合されるべき組成物に対して提供されるスタティックミキサの一構成要素である。装置は、ロッドが配置された管状ハウジングを含む。アームはハウジングの長手軸に対して傾斜しており、長手軸と直交する直線上において互いに交差している。モジュールは、ハウジングへ押し込むことのできるスリーブを含む。混合すべき物質を導入する装置の内壁はスリーブの内側にて形成される。アームはロッド状に形成されており、同アームの各々は、混合されるべき組成物の移動方向と相対向する頂部、即ち先端部と、各ケースのスリーブの内側に固定される基底部とを有する。各先端部は、装置の内壁に対して中間空間部を形成する。
本発明に従うモジュール、あるいはそのようなモジュールより組み立てられたミキサは、滞留時間に支配され、かつラテックス／ゴム又は他の可塑性及び流動性を有するポリマー物質の加工にも使用され得る。
従属請求項２〜６は本発明に従うモジュールの好適な実施形態に関する。独立請求項７，９及び１０の主題は、ミキサ、同ミキサを備えたプラント及び同ミキサの使用法である。従属請求項８は、特に洗浄が容易なモジュールを備えた装置に関する。
本発明は、図面を参照して、以下に詳細に説明される。
図１は、硬質ＰＶＣの成形部品を製造するためのプラントの概略図である。
図２は、本発明に従うモジュールを備えたミキサの断面図である。
図３は、本発明に従うモジュールのロッドの寸法を示す図である。
図４は、本発明に従うモジュールの縦断面図である。
図５は、特別に成形されたロッドについての組成物の流動状態を示す。
図１におけるプラント１は、スクリュー押出機１１（駆動部１１ａ）と、同押出機１１の下流側に位置する成形手段１３とを含む。ミキサ２は押出機１１の後方に設けられている。プラント１０の一部が、押出機１１の前方に配置され、その中で、ＰＶＣ粒子、滑沢剤、安定化剤及びその他の添加剤からなる混合物１４が最初に生成される。押出機１１において、混合物１４は加熱及び加圧により塊状物質１５あるいは組成物となり、同物質１５あるいは組成物は、ハウジング１２内に配置された本発明に従うモジュール３を備えたミキサ２中にて均質化される。均質化された混合組成物１６は、ダイあるいは成形手段１３中にて、例えば窓枠のような製品に成形される。
図２はミキサ２の長手方向に分割したハウジング１２の一部を示し、それに対応して、本発明に従うモジュール３のスリーブ３０，３０’も分割して示されている。アーム３１ａ，３１ｂ，３２ａ及び３２ｂは完全に描かれており、それらは、断面（紙面）の前方に部分的に配置されている。アームはロッド状に形成されており、その各々が混合されるべき組成物の移動方向５と相対向する位置にある先端部３６と、スリーブの内側に固定される基底部３５とを有する。各先端部は装置２の内壁に対して中間空間部６を形成する。
中央のモジュール３は完全な構造にて示されており、隣接するモジュールは上部及び下部のみがそれぞれ示されている。上方に位置するスリーブ部材３０’は、モジュールの下部、即ち、混合機能を備えるアームを含まないスリーブでもあり得る。中央モジュール３の幾何学的寸法を図３を参照してより詳細に説明する。
アーム３１ａ，３１ｂ，３２ａ及び３２ｂは、互いに交差する２つの楕円４１及び４２上に存在する。交差する線４０は、ハウジング１２の長手軸２０に対して垂直である（図２参照）。アームの中心線（図示しない）は、点４６にて楕円と交差する。最少幅６０を有する中間空間部６の各々は、本発明に従って、点４６とロッドの先端部３６との間に配置される。アームの基底部３５は、円４３と４４との間にあるスリーブ３０の円周部に固定されている。この円周の高さｈは、スリーブ３０の内径Ｄの約半分より小さい。
ロッドの先端部３６に中間空間部６があることにより、これらの位置において混合物のよどんだ蓄積物が形成されることもない。それにより、製品の品質の向上が得られる。半径方向に測定された中間空間部６の最少幅は、いずれも約２ｍｍより大きくする必要がある。この幅は、混合作用を著しく損ねないためにも、約６ｍｍより大きくすべきではない。
均一に形成された円形の形状がスリーブ３０の内側面に対する連結部のために、ロッドの基底部３５に設けられ、それにより混合組成物の好ましい流動特性が得られる。
図２の記載とは異なり、隣接するロッドを互いに対して接触した状態とすることもできる。この場合、同ロッドは、交差線４０に沿って好ましくは共に溶接することによって連結され得る。ロッドにより形成された構造は、混合物質の圧力により耐え得るように、連結部によって補強されている。
隣接するモジュール３のロッドの交差線４０は、互いに対して横向きに配向されており、特に、図２に示すように、互いに対して９０°回転している。ロッドをこのような配置とすることにより、良好な混合動作が得られる。
混合領域の全ての部分において混合物の滞留時間をほぼ等しい長さとするためには、ロッドに対しほぼ円形又は楕円形の断面が提供される。断面が楕円形の場合、長軸は、ハウジング１２の長手軸２０と直交すべきであり、短軸より実質的に大きくすべきではない。
図４は、ロッド３１ｂ及び３２ａがスリーブ３０の内部に完全に配置されているモジュール３の縦断面図を示す。同図では、断面の面の後ろ側に存在するロッドのみが示されている。図２のモジュール３において、モジュールのロッドはスリーブ３０より突出しており、それぞれ、隣接するスリーブ３０又は３０’の自由空間部へと延びている。図２の設計は、通常頻繁に実施する必要のある混合装置２の洗浄に関して特に有効である。
混合物質との接触を意図された表面は、好ましくは被覆されている。それにより、洗浄が容易となり、流動性、惹いては混合工程も改善される。この利点は、被覆材料として窒化チタン（ＴＮ）を使用した場合、特に顕著に示される。セラミック材料、特に有機改質されたセラミック材料（"Ormocer"：有機改質セラミック）も被覆に適している。
ロッドの下流側及び／又は上流側の各々は、少なくともほぼフラットに形成された長手ストリップを有する。このような長手ストリップを備えることにより、例えば、最初は円形形状であるものが、楕円の断面とほぼ同様に作用するように修正される。図５は、下流側に平坦な長手ストリップ３４を備えたロッド３２を示す。このような特殊な形状を備えることにより混合動作の改善が得られ、特にスタティックミキサにおける混合工程が部分的に以下に示す現象に基づくことにより動作の改善が得られる。即ち、混合される組成物がロッド３２において２つの部分的な流れ５１及び５２に分かれる。これらは、その下流側における部分的な流れ５１’及び５２’において、再び互いに接近する。この装置において、ロッド３２に沿って流れる第３の部分的な流れ５３は部分的な流れ５１’及び５２’の間を流れる(eingebettet)。ストリップ３４が存在することにより、縁部３９がロッド表面に存在し、同縁部３９は部分的な流れ５１及び５２の放出を促進する。それにより、横方向の流れ５３が改善され、優れた混合動作が得られる。
本発明に従う混合装置２の設計に関して以下の点が認められる。直径Ｄは、１５ｃｍまでであり、１つのモジュール３につき４本のロッドが好ましい（図２及び３を参照）。２５ｃｍまでの大きな直径に対しては、６本のロッドがより適している。ロッドの傾斜角は約４５°とすべきである。この場合、モジュール３の長さは、直径Ｄと同じ長さとなるように選択される。混合装置２のモジュール３の数としては、４個のモジュールを設けることが好ましい。

Claims (10)

1. 滞留時間に支配され、かつ可塑性及び流動性を有する混合されるべき組成物（１５，１６）のためのスタティックミキサ（２）のモジュール（３）であって、前記ミキサ（２）は、管状ハウジング（１２）を備え、同ハウジング（１２）にはアーム（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）が配置され、同アーム（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）は前記ハウジングの長手軸（２０）に関して傾斜されるとともに同長手軸と直交する直線（４０）上で実質的に交わり、前記モジュールが前記ハウジングに挿入できるスリーブ（３０）を含み、
   前記混合すべき組成物を導入する装置の内壁はスリーブの内側に形成され、前記アームがロッドの形状に形成され、同ロッドの各々は、前記混合されるべき組成物の移動方向（５）と相対向する先端部（３６）とスリーブの内側に固定される基底部（３５）とを有し、かつ各先端部がミキサの内壁に対して中間空間部（６）を形成することを特徴とするモジュール。
2. 前記各ロッドの先端部（３６）における中間空間部（６）の最少幅は、半径方向に測定された場合、約２ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記ロッドの断面はほぼ円形あるいは楕円形であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のモジュール。
4. 前記ロッド（３２）の下流側及び上流側のうちの少なくとも一方は、少なくともほぼ平坦に形成される長手ストリップ（３４）を有することを特徴とする請求項３に記載のモジュール。
5. 隣接するロッド（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）は、溶接によって、互いに連結されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモジュール。
6. 前記混合されるべき組成物と接触する表面は、特に、コーディング材料として供給される窒化チタン又はセラミック材料で被覆されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のモジュールを少なくとも二つ含むとともに管状ハウジング（１２）を備えたミキサにおいて、
   前記モジュールは前記管状ハウジング（１２）内に配置され、かつ前記モジュールの各々は複数のロッド（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）を含み、
   前記複数のロッド（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）は複数の対応する平面に配置され、前記複数の平面の各々は互いに対して平行であるとともに前記管状ハウジング（１２）の長手軸（２０）と平行であり、かつ、
   前記複数の平面は、隣接するモジュールの対応する複数の平面に対して直交していることを特徴とするミキサ。
8. モジュール（３）の前記ロッド（３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ）はスリーブ（３０）より突出するとともに、隣接するスリーブ（３０，３０’）の自由空間へ延びていることを特徴とする請求項７に記載のミキサ。
9. 滞留時間に支配され、かつ可塑性及び流動性を有する硬質ＰＶＣ又は他の材料を加工するためのプラント（１）であって、前記プラントは、スクリュー押出機（１１）と、同押出機（１１）の下流に設けられた成形手段（１３）とを備え、前記スクリュー押出機と前記成形手段との間に請求項７あるいは８に記載のミキサ（２）が設けられることを特徴とするプラント。
10. 滞留時間に支配され、かつ可塑性及び流動性を有するポリマー組成物、特に硬質ＰＶＣ又はゴムを加工するための、請求項７あるいは８に記載のミキサ（２）の使用方法。

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