JP4434497B2 - プラスチック、特に高分子量のポリカーボネート溶液を脱ガスするための装置および方法 - Google Patents
プラスチック、特に高分子量のポリカーボネート溶液を脱ガスするための装置および方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
本発明はプラスチック材料、特に高分子量のポリカーボネート溶液を、同方向に回転し相互に噛みあうスクリューを含む2軸押出機によって脱ガスする装置およびその方法に関する。
【０００２】
環境意識の高まりの結果、プラスチック材料からの揮発性成分の除去に関する需要の増加がプラスチック加工工業に寄せられている。このことは特に食品分野におけるプラスチック材料の使用に関してあてはまる。押出し加工されたプラスチック材料中の揮発性成分は，大部分の場合０．２重量％を越えることは許されず、かつ製品品質、特に光学的性質を改良するために除去することが要求される。これは特に、揮発性成分としてクロロベンゼンおよびメチレンジクロライドを含む高分子量ポリカーボネート溶液から製造される製品についてあてはまる。プラスチック工業においてはポリマーからの揮発性成分の除去は、脱ガスとして知られる。脱ガスのために各種の装置、特に１軸および２軸スクリュー押出機が用いられる。
【０００３】
１軸および２軸スクリュー押出機による脱ガスの場合，前方および後方脱ガスならびに単段および多段脱ガスの区別がある。前方脱ガスにおいては押出機のベント口が取入口の−スクリューの供給方向でみた−下流に配置され、一方後方脱ガスにおいてはそれが取入口の−スクリューの供給方向でみた−上流に配置される。前方および後方脱ガスの両方を行う脱ガス押出機もまた用いられる。揮発性成分の望ましい残留含有量に応じて、単段および多段脱ガスが実施される。しかしながら、脱ガス段数増加は、製品製造コストの増加を伴い、またしばしば製品品質の低下をも伴うため、無限に行うことはできない。この場合製品品質は特に加工温度または温度上昇ならびに脱ガスすべきプラスチック材料の押出機中の滞留時間に依存する。
【０００４】
本発明の目的は、経済的な製品品質の改良をもたらし、特に透光性が特に高いポリカーボネートの製造を事実可能にするような、始めに述べた型の装置および方法を提供することである。
【０００５】
該目的は本発明により、押出機のスクリューを押出機の脱ガス域において２つのリードを、かつ圧力上昇域において３つのリードを有するように設計し、かつ押出機が４０以下のＬ：Ｄ比――ここでＬは各スクリューの長さであり、Ｄは各スクリューの径である――を有することによって達成される。
【０００６】
従来の脱ガス押出機は、例えば、高分子タイプのポリカーボネートの場合、８７〜８８の透光度を達成する。これに対し、本発明による装置および対応する方法によれば驚くべきことに該タイプのポリカーボネートにおいて８８．５〜８９．５の透光度を達成することが可能である。
【０００７】
さらに、本発明による装置の押出機は相対的に短い設計であるため、所要スペースおよび装置のコストがこれに応じて低減されるため、製品製造のコストを引下げることが可能である。
【０００８】
特に高い透光度が、３５〜４０の範囲のＬ：Ｄ比を有する２軸押出機により達成された。
【０００９】
温度に関連する品質低下を避けるため、さらに押出機が一定の冷却域を持つ冷却装置を含むことが有利である。この方法によって製品品質に好影響を及ぼすことができる。押出機のスクリューは好ましくは冷却域において３つのリードを有するように設計される。
【００１０】
さらに他の好ましい改良によれば、混練要素は、軸の供給要素（複数）の間の、押出機の取入口の直ちに下流に配置される。混練要素はエネルギーを導入するため、および特に脱ガス表面を増加するために用いられる。
【００１１】
さらに他の改良によれば、特に、押出機が供給方向に複数の脱ガス域を含み、その各々に脱気装置が連結される場合は、高度の脱ガスを達成し得る。取入口の、供給方向でみて、下流に３つの脱ガス域を含む押出機において、第１脱ガス域と結合したベント口において０．５〜１．５ｂａｒの範囲の絶対圧が、第２脱ガス域と結合したベント口において０．０３〜１．９ｂａｒの範囲の絶対圧が、そして第３脱ガス域と結合したベント口において０．００１〜０．０３ｂａｒの範囲の絶対圧が生じた場合に、非常によい結果が達成された。
【００１２】
脱ガスには、脱ガス表面を増加する同伴剤によってさらに好影響を及ぼすことができる。本発明による方法において、同伴剤は好ましくは供給方向でみて第２および第３脱ガス域の間で添加混合される。好ましくは窒素が同伴剤として用いられる。軸の回転速度を３９０ｒｐｍ以下とした場合、供給する窒素の流量は、好ましくは２〜１０Ｎｍ3／ｈとすべきである。
【００１３】
本発明のさらに他の好ましい有利な改良は、従属請求項に示される。
【００１４】
以下一つの態様を例示した図を参照しつつ本発明の詳細説明を述べる。１葉の添付図は、本発明による装置の2軸押出機の図解的長さ方向断面図を示す。
【００１５】
2軸押出機は、全体で8部分から構成され、内部に同方向に回転し相互に噛みあった2本のスクリュー（示されていない）が納められたハウジングを含む。脱ガスすべきプラスチック材料は、第1ハウジング部分1中に形成された取入口２を通って押出機に供給される。ベント口３は取入口２の、供給方向でみて、上流に配置される（後方脱ガス）。軸の駆動端は、図中第1ハウジング部分２の左側のフローティングリングシール（示されていない）を通して外側に至る。
【００１６】
第1ハウジング部分１の供給方向に隣接して、ほぼ同じ長さの第２ハウジング部分４があり、これはさらに他のベント口５を有する。これに続いて第３の、より長いハウジング部分６があり、これに隣接して第４の比較的短いハウジング部分７が、それに続いて第５ハウジング部分８があり、この長さは第３ハウジング部分６の長さに相当する。第３および第５ハウジング部分６，８は同寸法のベント口９，１０を有し、これらは第２ハウジング部分４のベント口５の２倍を越える長さである。ベント口５，９，１０は脱気装置（示されていない）に連結される。
【００１７】
第4ハウジング部分７には連結口１１が備えられ、ここを通して同伴剤、好ましくは窒素を添加混合することができる。
【００１８】
第5ハウジング部分８に続き、ほぼ等しい寸法の三つのハウジング部分１２，１３，１４があって、圧力上昇域を形成し、この末端から脱ガスされた製品が押出機を去る。図から明らかなように連結口１５が第6ハウジング部分１２中に形成されている。該連結口は側部押出機と連結するのに用いることができ、これにより脱ガスされた製品に添加剤を加えることができる。
【００１９】
該圧力上昇域の範囲においては、スクリューは３つのリードの断面形状を有する。
【００２０】
混練要素は、軸の供給要素（複数）の間の、取入口２の直ちに下流に配置される。ハウジング部分１，４，６，７，および８の領域ではスクリューは2つのリードを有するように設計される。この場合２つのリードおよび３つのリードの軸の断面形状は、異なったリードの角度および／またはリードの方向を有する。
【００２１】
本発明による装置は、第１ベント口３において１〜２ｂａｒの絶対圧が、第２ベント口５において０．５〜１．５ｂａｒの絶対圧が、第３ベント口９において０．０３〜１．９ｂａｒの絶対圧が、そして第４ベント口１０において０．００１〜０．０３ｂａｒの絶対圧が存在するように運転される。
【００２２】
２軸押出機は好ましくは回転速度３９０ｒｐｍ以下で運転する。供給窒素の流量は好ましくは２〜１０Ｎｍ3／ｈである。
【００２３】
温度に関連する品質低下を避けるために、押出機には冷却装置（示されていない）を備えられる。冷却装置は好ましくはハウジング部分１２，１３，１４の領域に形成される。
【００２４】
このように構成された装置においては、特に高い透光度、すなわち高分子量（ｖａｌｅｎｃｙ ｎｕｍｂｅｒ １．３３）タイプのポリカーボネートの場合で透光度８８．５〜８９．５、のポリカーボネートの製造が可能であることが示されている。
本発明はプラスチック材料、特に高分子量のポリカーボネート溶液を、同方向に回転し相互に噛みあうスクリューを含む2軸押出機によって脱ガスする装置およびその方法に関する。
【０００２】
環境意識の高まりの結果、プラスチック材料からの揮発性成分の除去に関する需要の増加がプラスチック加工工業に寄せられている。このことは特に食品分野におけるプラスチック材料の使用に関してあてはまる。押出し加工されたプラスチック材料中の揮発性成分は，大部分の場合０．２重量％を越えることは許されず、かつ製品品質、特に光学的性質を改良するために除去することが要求される。これは特に、揮発性成分としてクロロベンゼンおよびメチレンジクロライドを含む高分子量ポリカーボネート溶液から製造される製品についてあてはまる。プラスチック工業においてはポリマーからの揮発性成分の除去は、脱ガスとして知られる。脱ガスのために各種の装置、特に１軸および２軸スクリュー押出機が用いられる。
【０００３】
１軸および２軸スクリュー押出機による脱ガスの場合，前方および後方脱ガスならびに単段および多段脱ガスの区別がある。前方脱ガスにおいては押出機のベント口が取入口の−スクリューの供給方向でみた−下流に配置され、一方後方脱ガスにおいてはそれが取入口の−スクリューの供給方向でみた−上流に配置される。前方および後方脱ガスの両方を行う脱ガス押出機もまた用いられる。揮発性成分の望ましい残留含有量に応じて、単段および多段脱ガスが実施される。しかしながら、脱ガス段数増加は、製品製造コストの増加を伴い、またしばしば製品品質の低下をも伴うため、無限に行うことはできない。この場合製品品質は特に加工温度または温度上昇ならびに脱ガスすべきプラスチック材料の押出機中の滞留時間に依存する。
【０００４】
本発明の目的は、経済的な製品品質の改良をもたらし、特に透光性が特に高いポリカーボネートの製造を事実可能にするような、始めに述べた型の装置および方法を提供することである。
【０００５】
該目的は本発明により、押出機のスクリューを押出機の脱ガス域において２つのリードを、かつ圧力上昇域において３つのリードを有するように設計し、かつ押出機が４０以下のＬ：Ｄ比――ここでＬは各スクリューの長さであり、Ｄは各スクリューの径である――を有することによって達成される。
【０００６】
従来の脱ガス押出機は、例えば、高分子タイプのポリカーボネートの場合、８７〜８８の透光度を達成する。これに対し、本発明による装置および対応する方法によれば驚くべきことに該タイプのポリカーボネートにおいて８８．５〜８９．５の透光度を達成することが可能である。
【０００７】
さらに、本発明による装置の押出機は相対的に短い設計であるため、所要スペースおよび装置のコストがこれに応じて低減されるため、製品製造のコストを引下げることが可能である。
【０００８】
特に高い透光度が、３５〜４０の範囲のＬ：Ｄ比を有する２軸押出機により達成された。
【０００９】
温度に関連する品質低下を避けるため、さらに押出機が一定の冷却域を持つ冷却装置を含むことが有利である。この方法によって製品品質に好影響を及ぼすことができる。押出機のスクリューは好ましくは冷却域において３つのリードを有するように設計される。
【００１０】
さらに他の好ましい改良によれば、混練要素は、軸の供給要素（複数）の間の、押出機の取入口の直ちに下流に配置される。混練要素はエネルギーを導入するため、および特に脱ガス表面を増加するために用いられる。
【００１１】
さらに他の改良によれば、特に、押出機が供給方向に複数の脱ガス域を含み、その各々に脱気装置が連結される場合は、高度の脱ガスを達成し得る。取入口の、供給方向でみて、下流に３つの脱ガス域を含む押出機において、第１脱ガス域と結合したベント口において０．５〜１．５ｂａｒの範囲の絶対圧が、第２脱ガス域と結合したベント口において０．０３〜１．９ｂａｒの範囲の絶対圧が、そして第３脱ガス域と結合したベント口において０．００１〜０．０３ｂａｒの範囲の絶対圧が生じた場合に、非常によい結果が達成された。
【００１２】
脱ガスには、脱ガス表面を増加する同伴剤によってさらに好影響を及ぼすことができる。本発明による方法において、同伴剤は好ましくは供給方向でみて第２および第３脱ガス域の間で添加混合される。好ましくは窒素が同伴剤として用いられる。軸の回転速度を３９０ｒｐｍ以下とした場合、供給する窒素の流量は、好ましくは２〜１０Ｎｍ3／ｈとすべきである。
【００１３】
本発明のさらに他の好ましい有利な改良は、従属請求項に示される。
【００１４】
以下一つの態様を例示した図を参照しつつ本発明の詳細説明を述べる。１葉の添付図は、本発明による装置の2軸押出機の図解的長さ方向断面図を示す。
【００１５】
2軸押出機は、全体で8部分から構成され、内部に同方向に回転し相互に噛みあった2本のスクリュー（示されていない）が納められたハウジングを含む。脱ガスすべきプラスチック材料は、第1ハウジング部分1中に形成された取入口２を通って押出機に供給される。ベント口３は取入口２の、供給方向でみて、上流に配置される（後方脱ガス）。軸の駆動端は、図中第1ハウジング部分２の左側のフローティングリングシール（示されていない）を通して外側に至る。
【００１６】
第1ハウジング部分１の供給方向に隣接して、ほぼ同じ長さの第２ハウジング部分４があり、これはさらに他のベント口５を有する。これに続いて第３の、より長いハウジング部分６があり、これに隣接して第４の比較的短いハウジング部分７が、それに続いて第５ハウジング部分８があり、この長さは第３ハウジング部分６の長さに相当する。第３および第５ハウジング部分６，８は同寸法のベント口９，１０を有し、これらは第２ハウジング部分４のベント口５の２倍を越える長さである。ベント口５，９，１０は脱気装置（示されていない）に連結される。
【００１７】
第4ハウジング部分７には連結口１１が備えられ、ここを通して同伴剤、好ましくは窒素を添加混合することができる。
【００１８】
第5ハウジング部分８に続き、ほぼ等しい寸法の三つのハウジング部分１２，１３，１４があって、圧力上昇域を形成し、この末端から脱ガスされた製品が押出機を去る。図から明らかなように連結口１５が第6ハウジング部分１２中に形成されている。該連結口は側部押出機と連結するのに用いることができ、これにより脱ガスされた製品に添加剤を加えることができる。
【００１９】
該圧力上昇域の範囲においては、スクリューは３つのリードの断面形状を有する。
【００２０】
混練要素は、軸の供給要素（複数）の間の、取入口２の直ちに下流に配置される。ハウジング部分１，４，６，７，および８の領域ではスクリューは2つのリードを有するように設計される。この場合２つのリードおよび３つのリードの軸の断面形状は、異なったリードの角度および／またはリードの方向を有する。
【００２１】
本発明による装置は、第１ベント口３において１〜２ｂａｒの絶対圧が、第２ベント口５において０．５〜１．５ｂａｒの絶対圧が、第３ベント口９において０．０３〜１．９ｂａｒの絶対圧が、そして第４ベント口１０において０．００１〜０．０３ｂａｒの絶対圧が存在するように運転される。
【００２２】
２軸押出機は好ましくは回転速度３９０ｒｐｍ以下で運転する。供給窒素の流量は好ましくは２〜１０Ｎｍ3／ｈである。
【００２３】
温度に関連する品質低下を避けるために、押出機には冷却装置（示されていない）を備えられる。冷却装置は好ましくはハウジング部分１２，１３，１４の領域に形成される。
【００２４】
このように構成された装置においては、特に高い透光度、すなわち高分子量（ｖａｌｅｎｃｙ ｎｕｍｂｅｒ １．３３）タイプのポリカーボネートの場合で透光度８８．５〜８９．５、のポリカーボネートの製造が可能であることが示されている。
Claims (22)
- 押出機が４０以下の長さ対径の比を有し、ここでスクリューが押出機の脱ガス域において２つのリードを、かつ押出機の圧力上昇域において３つのリードを有するように設計されることを特徴とする、同方向に回転し相互に噛みあうスクリューを含む２軸押出機を有する、プラスチック材料、特に高分子量のポリカーボネート溶液を脱ガスするための装置。
- 長さ対径の比が３５〜４０の範囲であることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 押出機がさらに一定の冷却域を持つ冷却装置を含むことを特徴とする請求項1または２記載の装置。
- スクリューが冷却域において３つのリードを有するように設計されることを特徴とする請求項３記載の装置。
- 混練要素が、スクリューの供給要素（複数）の間の、押出機の取入口（２）の直ちに下流に置かれることを特徴とする請求項１〜４の一つに記載の装置。
- 押出機が供給方向に複数の脱ガス域を含み、その各々に脱気装置が連結されることを特徴とする請求項１〜５の一つに記載の装置。
- 二つの脱ガス域の間の領域において、スクリューが３つのリードの断面形状を有することを特徴とする、請求項１〜６の一つに記載の装置。
- 押出機が二つの脱ガス域の間に配置された同伴剤入口（１１）を含むことを特徴とする、請求項１〜７の一つに記載の装置。
- 押出機が供給方向に３つの脱ガス域を含み、ここで同伴剤入口（１１）が第２および第３脱ガス域の間に配置されることを特徴とする請求項８記載の装置。
- 後方脱ガスのために用いられるベント口（３）が押出機の取入口（２）の上流に配置されることを特徴とする、請求項１〜９の一つに記載の装置。
- 添加剤の添加混合のための装入装置（１５）が、供給方向でみて、最後の脱ガス域の下流に配置されることを特徴とする、請求項１〜１０の一つに記載の装置。
- スクリューが押出機の脱ガス域において２つのリードを、かつ押出機の圧力上昇域において３つのリードを有するように設計され、かつ押出機が４０以下の長さ対径の比を有することを特徴とする、同方向に回転し相互に噛みあうスクリューを含む２軸押出機により、プラスチック材料、特に高分子量のポリカーボネート溶液を脱ガスするための方法。
- 長さ対径の比が３５〜４０の範囲であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
- プラスチック材料が冷却されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の方法。
- スクリューが冷却域の範囲において３つのリードを有するように設計されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
- プラスチック材料の脱ガスが、前方脱ガスまたは前方および後方脱ガスの組合せの形で実施され、ここで前方脱ガスが多段で実施され、プラスチック材料の揮発性成分は各脱ガス段階において脱気装置によって除去されることを特徴とする請求項１２〜１５の一つに記載の方法。
- 押出機が、供給方向に三つの脱ガス域を含み、第１脱ガス域と結合したベント口（５）において０．５〜１．５ｂａｒの範囲の絶対圧が、第２脱ガス域と結合したベント口（９）において０．０３〜１．９ｂａｒの範囲の絶対圧が、そして第３脱ガス域と結合したベント口（１０）において０．００１〜０．０３ｂａｒの範囲の絶対圧が生じることを特徴とする請求項１２〜１６の一つに記載の方法。
- 同伴剤がプラスチック材料に添加混合されることを特徴とする請求項１２〜１７の一つに記載の方法。
- 同伴剤が供給方向でみて第２および第３脱ガス域の間で添加混合されることを特徴とする請求項１８および１９に記載の方法。
- 窒素が同伴剤として用いられることを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。
- 押出機が３９０ｒｐｍ以下の回転速度で運転され、供給される窒素の流量が２〜１０Ｎｍ3／ｈであることを特徴とする請求項２０記載の方法。
- 供給方向でみて、最後の脱ガス域が圧力上昇域と隣接することを特徴とする請求項１２〜２１の一つに記載の方法。
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