JP4773959B2 - ポリマーの水中ペレット化のための装置およびプロセス - Google Patents

Description

本発明は、高度に熱伝導性の経路を収容する改良された水中溶融ペレタイザダイに関する。より詳細には、本発明は、ダイの加熱源からダイ穴の出口の近傍まで延在するそのような経路を有し、ダイ穴の出口における冷却媒体から絶縁されるそのようなダイ、ならびに、そのようなダイを使用するプロセスに関する。

熱可塑性樹脂（ＴＰ）は商業の非常に重要なアイテムである。典型的には、それらは、溶融形成、すなわち、ＴＰの溶融、それを溶融した間所定の形状に形成し、次に、ＴＰを冷却して固体にして、それをその形状に「固定する」ことによって、さまざまな部分および形状に形成される。ほとんどの溶融形成機において、ＴＰは、ペレットまたは顆粒の形態で、典型的には０．１から約０．６ｃｍ（最長寸法）のサイズ範囲内で供給される。ほとんどの溶融形成機が効率的に働くために、ペレットまたは顆粒が、自由流動性であり、かつ適度に均一なサイズを有することが好ましい。

ＴＰをペレット化するために多くのタイプの装置が開発されている。そのような装置は、好ましくは、均一で易流動性のペレットを低コストで製造しなければならない。１つのそのようなタイプのペレット化装置は、いわゆる「水中溶融ペレタイザ」（ＵＭＰ）または切断機であり、たとえば、米国特許公報（特許文献１）および米国特許公報（特許文献２）を参照されたい。ＵＭＰが適切に動作しているとき、それは、大量の均一で自由流動性のＴＰペレットを製造することができる。

ＵＭＰは、比較的低い融点を有し、およびまたはそうでなければ容易に凝固（固化）しないＴＰを切断するのに特に有用であった。これは、溶融ＴＰがダイプレートを出るとき、それが比較的冷たい液体水に曝されるためである。水と接触すると、ＴＰは、急速に凝固する傾向がある。ＴＰが高い融点を有する場合、十分な熱が、ＴＰ、およびまた水と接触するダイプレートの面から除去されて、また、ダイ穴を出ていないポリマーのいくらかを凝固させ、それにより、そのダイ穴（およびおそらくダイの他のもの）を詰まらせることがある。これは、加熱された水（それ自体、操作者のやけどの危険であることがある）を使用することによって、ある程度修正することができる。使用されている別の方法は、ダイ穴オリフィスをダイ本体の残りから絶縁して、ダイ本体からの熱損失を最小にすることであり、たとえば米国特許公報（特許文献３）を参照されたい。しかし、これらおよび他の方法は、より高い融点のおよび／または高速凝固ポリマーに非常に有効だと判明していない。

米国特許公報（特許文献２）は、ノズルおよび本体を「ニッケル２００」から製造してもよいＵＭＰダイを記載している。この合金は、約７０Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導性を有することが報告されている。しかし、ダイ穴の端部に絶縁部材がない。

米国特許公報（特許文献３）は、約６０Ｗ／ｍ°Ｋ以上の熱伝導性を有するノズルを有するＵＭＰダイを記載している。ダイ本体の残りの熱伝導性は特定されず、出口表面の近くのノズルの端部はダイ本体の残りから熱絶縁され、出口面におけるノズルの先端は絶縁されない。

米国特許公報（特許文献４）は、ダイ穴が逆テーパを有する「水中ペレタイザ」を記載している。始動時のそのようなダイ穴の効果についての言及はない。

米国特許公報（特許文献５）は、ノズルの先端の近くにいくらかの絶縁を有するＵＭＰダイを記載している。しかし、記載されたダイは、熱源からダイ穴の内面まで比較的高度に熱伝導性の経路を有さず、絶縁は本明細書と異なって配列される。

（特許文献６）は、穴が逆テーパを有するダイを記載している。これらの穴の目的は、おそらくＵＭＰでない切断機での、ダイドリップおよびそれらの劣化の最小化であるように思われる。

米国特許第２，９１８，７０１号明細書 米国特許第３，７４９，５３９号明細書 米国特許第４，６７８，４２３号明細書 米国特許第４，７２８，２７６号明細書 米国特許第４，７５２，１９６号明細書 特開平5-253997号公報 米国特許第４，３８８，４５６号明細書

したがって、本発明の目的は、ポリマーの凝固の可能性を最小にする、ポリマーペレット化に適した装置を提供することである。本発明の特徴は、ポリマー流れを促進するための、熱伝導性材料のそのような装置への戦略的な組入れである。本発明の利点は、そのような装置を備えたＵＭＰのより効率的で一定した動作による、付随するコストおよび時間の節約である。ここに開示され特許請求されるような本発明のこれらおよび他の目的、特徴、および利点は、本発明の次の詳細な説明を参照すると、明らかになるであろう。

約２００ＭＰａ未満の引張降伏強度および５０Ｗ／ｍ°Ｋ以上の熱伝導を有する第１の部分と、約２５０ＭＰａを超える引張降伏強度および５０Ｗ／ｍ°Ｋ未満の熱伝導を有する第２の部分とを含むダイ本体を含む、ポリマーの水中溶融ペレット化のためのダイであって、前記第２の部分が、前記ダイが動作中であるときに通常存在する応力に対して前記第１の部分を支持するように構成されることを特徴とするダイをここに開示し特許請求する。

本発明は、また、ポリマーの水中溶融ペレット化のためのダイアセンブリであって、
（ａ）約５０Ｗ／ｍ°Ｋ以上の第１の熱伝導を有する１つまたは複数の熱伝導性材料を含むダイ本体であって、前記ダイ本体が、入口面と、出口面とを有するダイ本体と、
（ｂ）前記入口面と前記出口面との間に延在する、各々が内面を有する、前記ダイ本体内に配置された１つまたは複数のポリマーダイ穴と、
（ｃ）前記ダイ本体を加熱するための手段と、
（ｄ）前記出口面と接触する１つまたは複数の絶縁部材であって、約２０Ｗ／ｍ°Ｋ以下の第２の熱伝導を有し、前記出口面と接触する第１の側と、反対側の第１の外側とを有し、前記ポリマーが前記絶縁部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第１の穴を有する１つまたは複数の絶縁部材と、
（ｅ）前記絶縁部材の前記第１の外側と接触する１つまたは複数の第１の耐摩耗性部材であって、第２の外側と、前記ポリマーが前記第１の耐摩耗性部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第２の穴とを有する１つまたは複数の第１の耐摩耗性部材とを含み、または、
（ｆ）代替手段として、（ｄ）および（ｅ）を、１つまたは複数の第２の耐摩耗性部材であって、約２０Ｗ／ｍ°Ｋ以下の第３の熱伝導を有し、第３の外側と、前記ポリマーが前記第２の耐摩耗性部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第３の穴とを有する１つまたは複数の第２の耐摩耗性部材と取替えてもよく、
ただし、前記熱伝導性材料が、前記ダイ本体を加熱するための前記手段の少なくとも一部と、前記ダイ本体の前記出口面の近傍における前記ダイ穴の前記内面との間の経路を形成することを特徴とするダイアセンブリに関する。

上述されたダイを使用して熱可塑性樹脂をペレット化または切断するための方法、およびこれらのダイを含む水中溶融ペレタイザも、ここに開示する。

本発明は、ここでの図面を参照すると、より良好に理解されるようになるであろう。

ここで説明されるＵＭＰダイは、ダイの加熱源から、ダイの出口面、すなわち、ポリマーがダイから出る側または面における（内側）ダイ穴表面の近傍まで、比較的高度に熱伝導性である「経路」を有する。この経路は、比較的高い熱伝導性を有する材料、たとえば、金属および金属合金から製造される。高熱伝導性材料の各々は、５０Ｗ／ｍ°Ｋ以上、好ましくは約８０Ｗ／ｍ°Ｋ以上、非常に好ましくは約１００Ｗ／ｍ°Ｋ以上、特に好ましくは約３００Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導を有する。

そのような材料は既知であり、それらのいくつかは、モールドが製造され、かつ典型的なＵＭＰダイが耐えなければならない応力、特に、加圧された溶融ポリマーからダイ面にかかる圧力に依然として耐える唯一の主要材料であるための強度を有する。そのような材料としては、７０Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導および１４６ＭＰａの降伏引張強度を有するニッケル２００と、３６５Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導および２５０＋ＭＰａの降伏引張強度を有するグリドコップ（ＧｌｉｄＣｏｐ）グレードＡＬ−１５分散強化銅（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）と、（米国２７７０９ノースカロライナ州リサーチ・トライアングル・パークのＯＭＧアメリカズ（ＯＭＧ Ａｍｅｒｉｃａｓ， Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ， ＮＣ ２７７０９ ＵＳＡ））、３２２Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導および４００＋ＭＰａの降伏引張強度を有するグレードＡＬ−６０とが挙げられる。しかし、そのような材料は、しばしば費用がかかり、したがって、それらから製造されたダイも高価である。そのような比較的強い材料から製造されたダイは、いくつかの点で、図１ａ〜ｃに示されているような先に知られているダイに似てもよい。

好ましくは、ここでの第２および第３の熱伝導値は、約１５Ｗ／ｍ°Ｋ未満、より好ましくは約１０Ｗ／ｍ°Ｋ未満である。

図１ａは、本発明によるダイの正面図を、このダイの断面（ＸＸ）とともに示す。ダイは、入口面（表面）２と、出口面（表面）３と、８のキャビティ（電気ヒータ用）４と、ボルト穴（１を装着するため）、すなわち５および６と、２のキャビティ（熱電対を装着するため）７と、８のダイ穴８とを有するダイ本体１を有する。８に嵌合するダイ穴インサートホルダ９が図１ｂに示されている。９に嵌合するダイインサート１０が図１ｃに示されている。

９および１０のための別個のピースを有することによって、ダイ穴の有効直径を容易に変化させてもよい。一緒に示された図１ａ〜ｃを参照すると、溶融ポリマーが、２の近傍において１０に入り、１０を通って３の近傍まで流れ、３の近くで１０を出る。１０の出口端部の近傍における３上のもしくは３の近くの熱絶縁体、またはナイフが回転するための耐研磨性表面は、示されていない。１、９、および１０のすべての材料は、比較的高い熱伝導性、＞５０Ｗ／ｍ°Ｋを有さなければならない。たとえば、１および／または９を、グリドコップ（登録商標）ＡＬ−１５および／またはニッケル２００から製造してもよい。いくつかの場合、１０が、比較的高い熱伝導性を有するだけでなく、また比較的耐研磨性であることが好ましく、（高熱伝導性）炭化タングステン（６０〜１７０Ｗ／ｍ°Ｋ）がこの使用に適している。装着ボルト、電気ヒータ、熱電対、電気ヒータを保持するためのクリップなどの、存在してもよい、ダイまたはそれへの取付部の他の部分は、示されていない。これらの図からはっきりわかることができるように、電気ヒータ、４に挿入されたときのこのダイのための熱源から、溶融ポリマーと接触する１０の内面まで、高度に熱伝導性の経路がある。電気ヒータが通常それらのキャビティの壁とできるだけ多く接触するように設計されるが、いくつかの場所において、ヒータと１との間に小さい空気間隙があってもよいことが認められ、ここでの目的のため、このしばしば避けられない間隙は、依然として、比較的高度に熱伝導性の経路の一部であるとみなされる。

図１ｃが、テーパ角度が２．００°の逆テーパ（以下を参照のこと）を有するダイインサートを示すことにも留意されたい。

強く高度に熱伝導性であるグリドコップ（登録商標）ＡＬ−１５および／またはニッケル２００などの材料は、高価である傾向がある。しかし、多くの銅およびアルミニウム合金などの、非常に高い熱伝導性を有する、しばしば安価な多くの他の金属および合金は、比較的低い強度を有する傾向があり、それらだけでそのようなダイに適しておらず（単独で）、というのは、それらは、通常、通常の使用において屈曲または座屈するからである。しかし、ダイをより強い材料を使用することによって強化してもよく、したがって、高度に伝導性の熱経路および他の特徴が存在する限り、改良されたダイが生じる。比較的簡単な構造を備えたそのようなダイが、図２に示されている。それは、ともに接合された２の異なった金属のプレートから製造される以外は、図１に示されたダイと本質的に同じである。

図２は、そのようなダイの正面図および断面（ＡＡ）図を示す。それの主構造部材は、比較的高い強度であるが比較的低い熱伝導性のプレート２１、比較的低い強度を有するが比較的高い熱伝導性を有する第２のプレート２２、アセンブリをともに保持するのを助けるためのカラー２３（通常、比較的高い強度であるが、高熱伝導性を有する必要はない）、および比較的強い装着穴ライナ２４である。ダイのこれらの部分は、ボルトなどの「一時的な」機械的手段（図示せず）によって接合してもよいが、好ましくは、領域２５および２６によって示された溶接および／またはろう付けによってともに永久的に接合される。たとえば、２１および２３は、鋼またはステンレス鋼であってもよく、溶接によって接合してもよい。次に、銅または銅合金もしくはアルミニウム合金であってもよい２２を、２１および２３の両方にろう付けしてもよい。２１、２２、および２３のアセンブリが形成された後、装着穴２７をあけてもよく、装着穴ライナ２４（ステンレス鋼または鋼のパイプまたはチューブであってもよい）をアセンブリにろう付けおよび／または溶接してもよい。次に、アセンブリをさらに機械加工して、必要な他のキャビティおよび穴を形成してもよい。ここで、まとめて２１および２２は、ともに接合されたとき、「ダイ本体」２８として知られている。したがって、２８は、入口面２９と、出口面３０とを有する。多数のダイ穴３１が、面２９と面３０との間に２８を通って走っており、ダイ穴３１は、３０の方に各々ダイインサート３２がそれらの中に装着される。再び、ダイインサートの材料は、比較的高い熱伝導性を有さなければならず、好ましくは良好な耐研磨性を有さなければならず、炭化タングステンを使用してもよい。３０の近くの３２の端部は、この場合炭化タングステン層３３によって被覆され、これは、炭化チタン層３４によって被覆される。３３および３４は、３１の各々と同一線上の穴を収容し、その結果、ポリマーはダイ装置を通って３４の外面まで完全に流れてもよい。３３は、単に、ダイ穴の周りの表面を、３４が載ってもよい好都合な平面まで延在させる方法にすぎない。この場合の３４は、組合された熱絶縁体および耐摩耗性表面であり、たとえば炭化チタン（７〜１５Ｗ／ｍ°Ｋ）から製造することができる。電気ヒータ（図示せず）を所定位置に保持するためのボルトおよびクリップ３５、３の熱電対ウェル３６、ならびに（断面Ａ−Ａにおける）溶融ポリマーのダイ装置の流れ方向も、図２に示されている。ナイフがダイアセンブリと接触せず、近傍にダイ穴がない領域における、熱いダイを冷却水に対する過度の熱損失から絶縁するように作用する、空気で充填されるか真空下の任意の「缶」３７が、ダイの３０の一部の上にある。３７は、比較的高い熱伝導性を有さない材料から製造してもよく、好ましくは、比較的高い熱伝導性を有さない材料から製造される。したがって、図２は、現在説明されるダイの本質的な特徴およびいくつかの本質的でない特徴をすべて示す。たとえば、それは、特に装置の出口面３０の近傍において、熱源（電気ヒータ）からダイ穴の内面までの高度に熱伝導性の経路をはっきりと示す。

図２に示されたダイは、比較的構造的に弱い（＜２５０ＭＰａの降伏における引張強度）、比較的高度に熱伝導性の（＞５０Ｗ／ｍ°Ｋ）材料と、比較的低い熱伝導性（＜５０Ｗ／ｍ°Ｋ、好ましくは＜３０Ｗ／ｍ°Ｋ、特に好ましくは＜１０Ｗ／ｍ°Ｋ）を有するが、比較的高い降伏における引張強度、＞２５０ＭＰａ、好ましくは＞１０００ＭＰａを有する材料との組合せから製造されたダイの例である。上で示されたように、構造的に強い材料は、ダイに、動作の間それにかかる応力に耐える強度をもたらし、高度に熱伝導性の材料は、特により高い融点のおよび／または高速凝固ＴＰについて、ダイに、より良好な動作性をもたらす。

比較的低い熱伝導性（＜３０Ｗ／ｍ°Ｋ）を有するが、比較的高い引張降伏強度を有する材料としては、炭素鋼、工具鋼、ステンレス鋼などが挙げられる。これらのすべてが、一般に、２１などの部分に適している。上述されたように、さまざまな銅および銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、銀および銀合金、金および金合金、ならびに白金および白金合金が、高熱伝導性低引張降伏強度材料としての使用に適している。そのような具体的な高熱伝導性材料としては、ベリリウム銅（１１６〜２０８Ｗ／ｍ°Ｋ）、真鍮（１１６Ｗ／ｍ°Ｋ）、銅（４００Ｗ／ｍ°Ｋ）、および青銅（１７８Ｗ／ｍ°Ｋ）が挙げられる。これらの２つの材料（比較的高い熱伝導性および比較的低い熱伝導性）から製造されたダイ本体の部分を、ダイの適切な構成で、いかなる既知の方法でともに保持してもよく、たとえば、それらを、ボルトまたは他のファスナによって、カラーまたは他の形態のクランプによってともに機械的に保持してもよいし、溶接および／またはろう付けによるように、ともにより永久的に保持してもよい。好ましくは、より高い強度の材料はともに溶接され、高熱伝導性材料は高強度材料にろう付けされる。

強いが比較的低い熱伝導性の材料、および比較的高度に熱伝導性であるが比較的弱い材料を備えた別のダイが、図３上に示されており、強い材料は、幾分構造的に異なった方法で、比較的高度に熱伝導性の材料を「支持する」。

図３は、図２に示された断面と同様の本発明のダイの断面を示す。図２と図３との間の主な差は、ダイプレートの低強度部分および高強度部分の配列である。したがって、図３のダイは、低熱伝導性であるが高降伏強度の部材６１を有し、これは、この場合、高熱伝導性（しかし低降伏強度）部材６２の端縁の「周りを巻く」。図２のダイに類似して、ダイのこれらの部分は、ボルトなどの「一時的な」機械的手段（図示せず）によって接合してもよいが、好ましくは、溶接および／またはろう付けによってともに永久的に接合される。たとえば、６１は、鋼またはステンレス鋼であってもよく、銅または銅合金もしくはアルミニウム合金であってもよい６２を、６１にろう付けしてもよい。６１および６２の組立て後、装着穴６７をあけてもよく、装着穴ライナ６４（ステンレス鋼または鋼パイプまたはチューブであってもよい）をアセンブリにろう付けおよび／または溶接してもよい。次に、アセンブリをさらに機械加工して、必要な他のキャビティおよび穴を形成してもよい。ここで、まとめて６１および６６は、ともに接合されたとき、「ダイ本体」６８として知られている。したがって、６８は、入口面６９と、出口面７０とを有する。部材６２は、７１の出口面端部までの高熱伝導性経路を提供するように７１と同軸であってもよい「ノズル」６３が、それから延在している。６３の各々を収容するように６１に対応する穴がある。多数のダイ穴７１が、面６９と面７０との間に６８を通って走っており、ダイ穴７１は、各々ダイインサート７２がそれらの中に装着される（図１ｃに１０として先に導入されたように）。再び、ダイインサートの材料は、比較的高い熱伝導性を有さなければならず、好ましくは良好な耐研磨性を有さなければならず、炭化タングステンを使用してもよい。７０の近くの７２の端部は、この場合炭化タングステン層７３によって被覆され、これは、炭化チタン層７４によって被覆される。７３および７４は、７１の各々と同一線上の穴を収容し、その結果、ポリマーはダイ装置を通って７４の外面まで完全に流れてもよい。７３は、単に、ダイ穴の周りの表面を、７４が載ってもよい好都合な平面まで延在させる方法にすぎない。この場合の７４は、組合された熱絶縁体および耐摩耗性表面であり、たとえば炭化チタン（７〜１５Ｗ／ｍ°Ｋ）から製造することができる。ヒータウェル７５の１つ、および溶融ポリマーのダイ装置の流れ方向も、図３に示されている。ここでの「溶融（ｍｅｌｔｅｄ）」、「溶融（ｍｏｌｔｅｎ）」、または「液体」ポリマーとは、最も高い融点以上の温度を有するポリマーを意味するか、または、ポリマーが融点を有さない（アモルファスである）場合、その最も高いガラス転移温度以上の温度を有する。融点およびガラス転移温度は、方法ＡＳＴＭ方法Ｄ３４１８によって測定される。融点は溶融吸熱の最大とみなされ、ガラス転移温度は転移の中間点とみなされる。融点およびガラス転移温度は第２の加熱時に測定される。当該技術において周知の多くの方法、たとえば、押出機、もしくはギアポンプもしくはスクリュポンプなどのポンプを使用すること、溶融ポリマーを周囲圧力より高く加圧すること（溶融ポリマーの部分的に充填されたタンクより高い気体圧力のように）、または重力誘起された流れを用いることによって、溶融ポリマーをダイおよびダイ穴を通して「押し出して」もよい。当該技術において知られているいかなる方法によってダイを加熱してもよい。たとえば、飽和蒸気もしくは過熱蒸気、さまざまな種類の熱い油、ならびにダウサム（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ）（登録商標）および同様の材料などの、ダイを通って循環する熱い流体（気体および／または液体）によって；またはダイ本体内のもしくは外側の電気ヒータ、たとえば外部バンドヒータもしくは内部カートリッジヒータによって、ダイを加熱してもよい。

０℃より高い温度でで、好ましくは５０℃より高い温度で固体であり、溶融してもよいいかなるポリマーも、本ダイによって切断することができる。ポリマーの溶融粘度は、好ましくは、溶融ポリマーを適度に容易にダイ穴を通して押し出してもよい範囲内である。

有用なタイプのポリマーおよびそれらのクラス内の具体的なポリマーとしては、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（１，３−プロピレンテレフタレート）、ポリ（１，４−ブチレンテレフタレート）などのポリ（アルキレンテレフタレート）、ポリ（アルキレンイソフタレート／テレフタレート）、ポリ（エチレン２，６−ナフタレート（ｎａｐｔｈｔａｌａｔｅ））などのポリ（アルキレン２，６−ナフタレート）、テレフタル酸、１，４−シクロヘキサンジメタノール、およびそれらのコポリエステルのコポリマーなどのポリエステル；ナイロン−６、ナイロン−６，６などのポリアミド；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレンとα−オレフィン、特に直鎖状α−オレフィンとのコポリマー、エチレンと（メタ）アクリレートエステルおよび／またはメタクリル酸および／またはアクリル酸およびそれらの塩とのコポリマー、および上で挙げられたオレフィンのコポリマーなどのポリオレフィン；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー；ポリテトラフルオロエチレンのコポリマー、ペルフルオロ化ポリマー、ポリ（フッ化ビニル）、エチレンとフッ化ビニリデンとのコポリマー、およびポリ（フッ化ビニリデン）を含むフッ素化ポリマー；ポリ（イミドエーテル）；ポリプ−フェニレンスルホン（ｐｏｌｙｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｏｎｅ）などのポリスルホン；ポリ（フェニレンスルフィド）などのポリスルフィド；ポリ（エーテル−ケトン）；ポリ（エーテル−エーテル−ケトン）；ポリエステル、ポリ（エステルアミド）、およびポリ（エステル−イミド）などのサーモトロピック液晶ポリマー；ならびにポリ（塩化ビニル）が挙げられる。これらのおよび／または他の個別のポリマーおよび／またはポリマータイプの２つ以上のブレンドも使用してもよい。

本プロセスに使用されるポリマーは、充填剤、強化剤、顔料、酸化防止剤、可塑剤、光沢剤、オゾン劣化防止剤（ａｎｔｉｏｚｏｎａｎｔｓ）、染料、および安定剤などの、熱可塑性ポリマーに通常加えられるいかなる添加剤も含有してもよい。有用な具体的な材料としては、繊維、微小球、粉砕ガラス、および粉砕繊維の形態のガラス、粘土、雲母、タルク、および他の鉱物、粉末、繊維、およびフィブリルの形態の炭素（黒鉛および非黒鉛）、アラミドおよび液晶ポリマー繊維などの有機繊維、有機フィブリル、および有機フィブリッド（ｆｉｂｒｉｄｓ）、二酸化チタン、粉末状金属、短い長さの金属ワイヤおよび金属繊維、ならびに熱硬化性ポリマーなどの粉末状有機材料が挙げられる。これらの材料は、これらの組成物中に従来の量で存在してもよい。

１つの好ましい形態において、ここで説明されるダイは、逆テーパダイ穴を有する。「逆テーパダイ穴」とは、ダイプレートの（ポリマー）出口側におけるダイ穴が、ダイ穴の残りに沿ってより直径が広く、ダイプレートの出口面からダイプレートの（ポリマー）入口面の方に進むにつれて、より小さいサイズの穴にテーパすることを意味する。これらのダイ穴は、ダイ穴の長さ全体にわたってテーパする必要はないが、ダイプレート出口側でテーパしなければならない。典型的には、テーパの深さは少なくとも約３から約５ｃｍである。「テーパの深さ」とは、穴の軸に沿った長さ（たとえば、図４のセクション８６の長さ）を意味する。文献に示された多くのＵＭＰダイが、断面が入口面から出口面に進む際に減少するダイ穴を有し、したがって、「逆テーパ」という用語、が認められる。

逆テーパ状ダイ穴を示す、ダイプレートの一部の断面が、図４に示されている。ダイプレート８１は、ポリマー（図示せず）がダイ（穴）を出る出口面８２と、（溶融）ポリマーがダイ穴８４に入る入口面８３とを有する。この特定の場合において、８４は、その長さの一部、ゾーン８５にわたってまっすぐであり、その長さの一部、ゾーン８６にわたって逆テーパを有する。テーパ状部分は、「テーパ角度」８８を有する。存在してもよいダイまたはダイアセンブリの他の部分は、示されていない。絶縁体および／または耐摩耗性表面材料が８２上に存在する場合、これらの材料を通る穴は、８４と同一線上にあり、また、好ましくは逆テーパを有する。これらの表面材料が非常に薄い場合、逆テーパを有さないことは、ダイの性能に著しく影響を及ぼさない。重要ではないが、テーパ角度が、少なくとも０．１°、より好ましくは少なくとも約０．２°、特に好ましくは少なくとも約０．５°、非常に好ましくは少なくとも約１．０°であることが好ましい。テーパ角度が、約１０°以下、より好ましくは５°以下、特に好ましくは約３．０°以下であることも好ましい。上で与えられたいかなる最小および最大テーパ角度も、好ましいテーパ角度範囲を与えるように組合せてもよいことが理解されるべきである。逆テーパを備えたダイ穴の使用は、本ダイのより簡単な始動および再開を考慮する。

上述されたように、切断されるべきＴＰ組成物は、ポリマーだけ以外に材料を含有してもよい。ガラスまたはＴｉＯ_２などの、これらの他の材料のいくつかは、非常に硬質および／または研磨性であってもよく、特に銅またはアルミニウム合金などの多くのより軟質の材料の、ダイ穴の過度の摩耗を急速に引起すであろう。そのような場合、ダイ穴を、より耐研磨性および／またはより硬質の材料のインサートでライニングすることが好ましいであろう。このインサート材料は、また、比較的高い熱伝導性、＞３０Ｗ／ｍ°Ｋを有さなければならず、好ましくは、ダイ本体の高度に熱伝導性の材料に好ましいようなより高い伝導性を有さなければならない。オリフィスのための有用な耐研磨性材料としては、炭化タングステン（６０〜１７０Ｗ／ｍ°Ｋ）が挙げられる。好ましいインサート材料は炭化タングステンである。そのようなインサートが図１ｃに示されている。

本ダイは、ここで説明される特徴の組合せが、特により高い融点またはガラス転移温度を有するポリマーで、適宜、ダイのより容易な動作を考慮する以外は、ほとんど前のＵＭＰダイのように動作させてもよい。ＵＭＰおよびそれらの動作に関する情報は、米国特許公報（特許文献１）、米国特許公報（特許文献２）、米国特許公報（特許文献３）、米国特許公報（特許文献４）、米国特許公報（特許文献５）、米国特許公報（特許文献７）に見出すことができ、これらのすべてを引用によりここに含める。これは、融点が約２００℃以上、好ましくは約２５０℃以上のポリマーに特にあてはまる。

いかなる特定の理論にも縛られることを意図せずに、本ダイは、特に水がダイから熱を除去する傾向がある出口面の近くで、また、ダイ穴の近くのダイの出口側におけるダイプレートが、熱絶縁体によって、水に対する過度の熱損失から保護されるので、より多くの熱エネルギーをダイ穴の近傍に「送出する」ことができる（ダイの高度に熱伝導性の材料と比較して）と考えられる。したがって、電気ヒータまたは蒸気などのダイの熱源から、たとえば、特にダイの出口表面におけるおよびその近くの、ダイ穴自体の内面までの実質的な高度に熱伝導性の経路がある。熱源が、十分な量の熱をダイ本体の高度に熱伝導性の部分に伝達することができると想定して、このエネルギーはダイ穴のポリマーに効率的に伝達され、特に出口側の近くの、ダイ穴の近傍は、ダイ穴のポリマーが凝固しないように十分温かく保たれる。一方、ダイ穴の出口における高度に熱伝導性のダイ本体部分は、その出口の近くの熱絶縁体によって、過度の熱損失（冷却）およびポリマーのその後の凝固から保護される。

本ダイの使用は、先行技術ダイに対する１つまたは複数の利点を提供する。特に高融点および／または急速凝固ポリマーでの、動作性、ＵＭＰの動作を開始し維持する能力が、かなり改良される。いくつかのポリマーおよび先行技術ダイでは、動作性は、しばしば、特に＞６０℃に、水の温度を上昇させることによって改良された。これは、増加した操作者の安全性問題（熱い水からのやけどの可能性）をもたらし、しばしば、製造されたポリマーペレットの増加した水分含有量をもたらした。本ダイは、典型的には、より冷たい水の使用を可能にし、安全性問題を小さくする。いくつかの場合、減少した水分含有量を有するペレットが製造される。上で示されたように、本ダイを有するＵＭＣは、特にダイが逆テーパ状ダイ穴を有する場合、より容易に始動してもよい。本ダイの別の利点は、ダイの「熱いスポット」の発生を最小にする、使用されるより高い熱伝導性材料から得られる。特に比較的熱不安定性のポリマーでは、これは、ポリマーを、ダイを通過しているときに熱劣化させる可能性を減少させる。ダイの熱いスポットがなければ、より均一なペレットが、また、しばしば製造される。

ここでのあらゆる目的のため、材料の熱伝導性はＡＳＴＭ方法Ｅ−１２２５によって測定され、降伏における引張強度はＡＳＴＭ方法Ｅ−８によって測定される。

（手順）
実施例において、特定の設計を有するダイを使用する。それらを以下で説明する。

（ダイＡ）
このダイを、軟質真鍮、３６０真鍮（Ｂｒａｓｓ）合金から製造した。それは、十分に動作したが、動作の短い期間後、ダイは、動作圧力から変形され（膨らまされ）、使用から外した。このダイは、図１に示されたダイとすべての材料の点で同一であり、全体直径が２２．８６ｃｍであり、厚さが４．２１ｃｍであった。ダイを押出機端部にボルト締めした。８のダイ穴を、１０などのダイインサートを取付けることができる、９などのインサートホルダを取付けるか、８未満のダイ穴が動作中であるように塞いだ。インサートホルダおよびインサートも、３６０真鍮から製造した。ダイに、また、炭化チタンから製造された、図２の３３と同様の、ダイ穴の出口端部の上の熱絶縁層を備えた。インサート１０において、テーパ角度８８は２°であり、８５と同様のゾーンは長さが５．１４ｃｍであり（１２０°の角度の遷移を含む）、８６と同様のゾーンは長さが１．２７ｃｍであった。

（ダイＢ）
このダイをグリドコップ（ＧｌｉｄＣｏｐ）（登録商標）グレードＡＬ−１５から製造した。このダイ本体は、図１に示されたダイ本体とすべての材料の点で同様であり、全体直径が２２．８６ｃｍであり、厚さが６．３５ｃｍであった。ダイを押出機端部にボルト締めした。８の等しく隔置されたダイ穴を、１０などのダイインサートを取付けるか、８未満のダイ穴が動作中であるように塞いだ。ダイインサートは炭化タングステンから製造した。ダイに、また、炭素鋼バックプレートとともに、炭化チタンから製造された、図２の３３と同様の、ダイ穴の出口端部の上の熱絶縁層を備えた。炭化チタンおよびバックプレートの総厚さは４．７５ｍｍであった。インサート１０において、テーパ角度８８は２°であり、８５と同様のゾーンは、長さが６．１３ｃｍであり、テーパ（逆テーパでない）角度が１．７２４°であり、８６と同様のゾーンは、炭化チタン層および鋼バックプレート層の厚さを含めて（これらの層の厚さを通るダイ穴も逆テーパを有した）長さが６．９９ｍｍであった。ダイ穴の入口端部において、直径は５．５４ｍｍであり、出口端部において（炭化チタンの外面において）、それは直径が３．９４ｍｍであった。

（ダイＣ）
このダイは、次のこと以外はダイＢと同一であった。炭化チタンおよびバックプレートの総厚さは、６．３５ｍｍであり、鋼バックプレート層と炭化チタン層との間で等しく分けられた。インサートを軟質真鍮３６０から製造し、これは、インサートを頻繁に変更することを必要とした。インサート１０において、テーパ角度８８は２°であり、８５と同様のゾーンは、長さが５．１４ｃｍであり（１２０°の角度を有する遷移セクションを含む）、８６と同様のゾーンは、炭化チタン層および鋼バックプレート層の厚さを含めて（これらの層の厚さを通るダイ穴も逆テーパを有した）長さが５．５３ｍｍであった。ダイ穴の入口端部において、直径は５．０８ｍｍであり、出口端部において（炭化チタンの外面において）、それは直径が５．０８ｍｍであった。

（比較）
実施例において、特定のポリマーを使用し、これらは表１に記載されている。これらのポリマーはすべて、本願特許出願人から入手可能である。

実施例において、次の略記を使用する。
ＬＣＰ１−ヒドロキノン／４，４’−ビフェノール／テレフタル酸／２，６−ナフタレン（ｎａｐｔｈａｌｅｎｅ）ジカルボン酸／４−ヒドロキシ安息香酸、５０／５０／７０／３０／３２０モル部から製造されたコポリマー。
ＬＣＰ２−ＬＣＰ１のポリマープラス３０重量パーセントのガラス繊維。
ＬＣＰ３−３部の４，４’−ビフェノール、３７部のエチレングリコール、４０部のテレフタル酸、および６０部の４−ヒドロキシ安息香酸から製造されたコポリマー、部はすべてモル部である。

（比較例Ａ〜Ｅおよび実施例１〜１７）
これらの実施例において、異なったダイＡ、Ｂ、またはＣ（上述されたような）を使用して、さまざまなポリマー配合物を水中ペレット化した。すべての場合において、ダイ穴は２°の逆テーパを有した。ポリマーを、ポリマー組成物を溶融する押出機によってダイに供給した。ポリマー溶融温度を、押出機内で、ポリマー製造業者によって勧められるもので（または融点より高く）維持した。ある時点で、ポリマー流れを中断し、ポリマーをダイ穴の出口端部で凝固させた。次に、切断機カート（ナイフおよび冷却水を収容する）を取付け、ナイフおよび冷却水循環を開始し、ダイ温度をほぼポリマー融点に上昇させることによって、溶融切断機を再開した（それがすでにそれの中にポリマーを有したと想定する）。ポリマー供給押出機を開始し、押出機へのポリマー供給を開始した。溶融ポリマーをペレタイザからそらすように設定された、出口端部ポリマー供給押出機上の切換弁を、ここで、溶融ポリマーをペレタイザ（ダイ）に供給するように設定し、この時点で、ペレット化を開始した。いくつかの場合、ポリマー供給を開始するとき、それを低減速度で開始し、次に、最終の望ましい速度に増加させた。表２に記載された実施例すべてにおいて、始動が、ダイが循環水中にあっても、スムーズに進んだが、始動圧力は必ずしも記録されたわけではなかった。この単純化された始動手順を用いてダイを通るポリマーの流れを開始するのに必要な圧力が、表２に示されており、ペレット化の間の定常状態圧力、使用されたダイ穴の数、ダイ温度および冷却水温度、ならびに使用されたポリマーも示されている。

表２の実施例はすべて成功したとみなされた。始動（上で略述されたような）は、うまく進み、製造されたペレットは、十分均一であり、商業的販売に受入れられる形状であった。各実施例のペレット化ランは、いかなるプロセス問題または設備問題からではなく、停止することが望ましいときに終わった。

さらに、比較例Ｄ（ダイＡを備えた実施例は、比較のみであり、というのは、ダイＡが比較的弱い材料から製造されるからであり、他の点では結果を本発明のダイと直接比較することができる）および実施例１において、ペレット化のペレットサイズおよび／または他の条件を変え、結果として生じるペレットを湿分について測定した。さらに、比較例Ｅにおいて、市販の先行技術のダイをまた動作させ、ペレットの水分含有量を測定した。比較例Ｅにおいて、使用されたポリマーはザイテル（Ｚｙｔｅｌ）（登録商標）７０Ｇ３５であり、ダイ本体は鋼であり、ダイ穴ライナは熱絶縁されたセラミックであった。すべての場合において、ダイを電気抵抗ヒータによって加熱し、ダイＡおよびＣの最終ダイ穴直径（ダイ穴ライナが所定位置にある状態のダイ穴のサイズを意味する）は、直径が３．１８ｍｍであり、ダイＢの最終ダイ穴直径は３．９４ｍｍであり、市販のダイの最終ダイ穴直径は４．５７ｍｍであった。表３に示された条件および結果は、本発明のダイが、水が存在する場合に、ペレット化されているポリマーをさらなる処理工程において加水分解してもよい場合に特に重要な、低下した湿分を有するポリマーペレットを与えることができることを示す。これは、装置の別個の乾燥機を必要とせずに達成された。

本発明は以下の実施の態様を含むものである。
１．ポリマーの水中溶融ペレット化のためのダイアセンブリであって、
（ａ）約５０Ｗ／ｍ°Ｋ以上の第１の熱伝導を有する１つまたは複数の熱伝導性材料を含むダイ本体であって、前記ダイ本体が、入口面と、出口面とを有するダイ本体と、
（ｂ）前記入口面と前記出口面との間に延在する、各々が内面を有する、前記ダイ本体内に配置された１つまたは複数のポリマーダイ穴と、
（ｃ）前記ダイ本体を加熱するための手段と、
（ｄ）前記出口面と接触する１つまたは複数の絶縁部材であって、約２０Ｗ／ｍ°Ｋ以下の第２の熱伝導を有し、前記出口面と接触する第１の側と、反対側の第１の外側とを有し、前記ポリマーが前記絶縁部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第１の穴を有する１つまたは複数の絶縁部材と、
（ｅ）前記絶縁部材の前記第１の外側と接触する１つまたは複数の第１の耐摩耗性部材であって、第２の外側と、前記ポリマーが前記第１の耐摩耗性部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第２の穴とを有する１つまたは複数の第１の耐摩耗性部材とを含み、または、
（ｆ）代替手段として、（ｄ）および（ｅ）を、１つまたは複数の第２の耐摩耗性部材であって、約２０Ｗ／ｍ°Ｋ以下の第３の熱伝導を有し、第３の外側と、前記ポリマーが前記第２の耐摩耗性部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第３の穴とを有する１つまたは複数の第２の耐摩耗性部材と取替えてもよく、
ただし、前記熱伝導性材料が、前記ダイ本体を加熱するための前記手段の少なくとも一部と、前記ダイ本体の前記出口面の近傍における前記ダイ穴の前記内面との間の経路を形成することを特徴とするダイアセンブリ。
２．前記１つまたは複数の熱伝導性材料が約２００ＭＰａ未満の引張降伏強度を有し、前記ダイアセンブリが、約２５０ＭＰａを超える引張降伏強度および５０Ｗ／ｍ°Ｋ未満の熱伝導を有する支持部分をさらに含み、前記支持部分が、前記ダイが動作中であるときに通常存在する応力に対して前記熱伝導性材料を支持するように構成されることを特徴とする前記１に記載のダイアセンブリ。
３．前記第１の熱伝導が約１００Ｗ／ｍ°Ｋ以上であることを特徴とする前記１または２に記載のダイアセンブリ。
４．前記第２または第３の熱伝導が約１５Ｗ／ｍ°Ｋ未満であることを特徴とする前記１、２または３に記載のダイアセンブリ。
５．前記第２の耐摩耗性部材が炭化チタンあることを特徴とする前記１〜４のいずれか一項に記載のダイアセンブリ。
６．前記熱伝導性材料が炭化タングステンを含むことを特徴とする前記１〜５のいずれか一項に記載のダイアセンブリ。
７．前記ポリマーダイ穴が逆テーパを有することを特徴とする前記１〜６のいずれか一項に記載のダイアセンブリ。
８．前記１〜７のいずれか一項に記載のダイを使用することを特徴とする、水中溶融ペレタイザ内の熱可塑性樹脂をペレット化または切断するための方法。
９．前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、フッ素化ポリマー、ポリ（イミドエーテル）、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリ（エーテル−ケトン）、ポリ（エーテル−エーテル−ケトン）、サーモトロピック液晶ポリマー、もしくはポリ（塩化ビニル）、またはこれらのタイプの熱可塑性樹脂の２つ以上のポリマーブレンドであることを特徴とする前記８に記載の方法。
１０．前記１〜７のいずれか一項に記載のダイを含むことを特徴とする水中溶融ペレタイザ。

図１ａおよびその関連した断面Ｘ−Ｘは、比較的高い熱伝導性を有する材料から製造された本発明のダイプレートを示す。 図１ａのダイプレートのためのダイインサートホルダおよびダイインサートを示す。 図１ａのダイプレートのためのダイインサートホルダおよびダイインサートを示す。 図２およびその関連した断面Ａ−Ａは、比較的低い熱伝導性材料と比較的高い熱伝導性材料との組合せから製造された本発明のダイプレートおよびアセンブリを示す。 比較的低い熱伝導性材料と比較的高い熱伝導性材料との組合せから製造された本発明のダイプレートの断面を示す。 逆テーパを備えたダイ穴を示す。

Claims (8)

1. ポリマーの水中溶融ペレット化のためのダイアセンブリであって、
   （ａ）５０Ｗ／ｍ°Ｋ以上の第１の熱伝導率を有する１つまたは複数の熱伝導性材料を含むダイ本体であって、前記ダイ本体が、入口面と、出口面とを有するダイ本体と、
   （ｂ）前記入口面と前記出口面との間に延在する、各々が内面を有する、前記ダイ本体内に配置された１つまたは複数のポリマーダイ穴と、
   （ｃ）前記ダイ本体を加熱するための手段と、
   （ｄ）前記出口面と接触する１つまたは複数の絶縁部材であって、２０Ｗ／ｍ°Ｋ以下の第２の熱伝導率を有し、前記出口面と接触する第１の側と、反対側の第１の外側とを有し、前記ポリマーが前記絶縁部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第１の穴を有する１つまたは複数の絶縁部材と、
   （ｅ）前記絶縁部材の前記第１の外側と接触する１つまたは複数の第１の耐摩耗性部材であって、第２の外側と、前記ポリマーが前記第１の耐摩耗性部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第２の穴とを有する１つまたは複数の第１の耐摩耗性部材とを含み、または、
   （ｆ）代替手段として、（ｄ）および（ｅ）を、１つまたは複数の第２の耐摩耗性部材であって、２０Ｗ／ｍ°Ｋ以下の第３の熱伝導率を有し、第３の外側と、前記ポリマーが前記第２の耐摩耗性部材を通って流れることを可能にするための、前記ポリマーダイ穴と同一線上の第３の穴とを有する１つまたは複数の第２の耐摩耗性部材と取替えてもよく、ただし、前記熱伝導性材料が、前記ダイ本体を加熱するための前記手段の少なくとも一部と、前記ダイ本体の前記出口面の近傍における前記ダイ穴の前記内面との間の経路を形成することを特徴とするダイアセンブリ。
2. 前記１つまたは複数の熱伝導性材料が２００ＭＰａ未満の引張降伏強度を有し、前記ダイアセンブリが、２５０ＭＰａを超える引張降伏強度および５０Ｗ／ｍ°Ｋ未満の熱伝導率を有する支持部分をさらに含み、前記支持部分が、前記ダイが動作中であるときに通常存在する応力に対して前記熱伝導性材料を支持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のダイアセンブリ。
3. 前記第１の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ°Ｋ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のダイアセンブリ。
4. 前記第２または第３の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ°Ｋ未満であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のダイアセンブリ。
5. 前記第２の耐摩耗性部材が炭化チタンあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のダイアセンブリ。
6. 前記熱伝導性材料が炭化タングステンを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のダイアセンブリ。
7. 前記ポリマーダイ穴が逆テーパを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のダイアセンブリ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のダイアセンブリを含むことを特徴とする水中溶融ペレタイザ。

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