JPS5816837A - 熱可塑性ポリマ−の低エネルギ−加工法 - Google Patents

熱可塑性ポリマ−の低エネルギ−加工法

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JPS5816837A
JPS5816837A JP57078485A JP7848582A JPS5816837A JP S5816837 A JPS5816837 A JP S5816837A JP 57078485 A JP57078485 A JP 57078485A JP 7848582 A JP7848582 A JP 7848582A JP S5816837 A JPS5816837 A JP S5816837A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合成熱可塑性物質を加工するための低エネルギ
ー系に関する。この種の加工法の例としては熱可塑性ポ
リマーに種々の添加剤、充填剤等を配合するコンバンデ
ィング法、熱可塑性ポリマーの造粒法等の加工法がある
。
加工系から熱可塑性ポリマー等の材料に伺与されるエネ
ルギーを減少させることは、費用節減以外にも種々の理
由、例えば上記材料が加工系を通過する際受ける熱的弊
害を避ける意味でも望ましいことである。
本発明の一態様は斯る加工系においてポンプ機能を果す
ために従来のスクリュ式押出機をギアポンプで代替する
ことにあるが、熱可塑性素子を用いてコンパウンディン
グその他の製造操作を行うための通常の溶融機／混合機
とギアポンプとの単なる組合せは新規でなく又本発明の
一部を構成するものでもない。１．　Ｍｏｋｅｄ等の米
国特許第４，０５２．３９１号及び第４．１３７０２３
号はギアポンプ及び低エネルギーポンプ系（ＬＥＰＳＹ
　）に関し、かつ溶融機／混合機（ｐａｒｒｅｌ連続混
合機−ＥＣＭ等）とインライン加工系に使用されている
様なギアポンプとの組合せを示唆している。
本発明においては溶融機／混合機を用いて熱可塑性樹脂
を溶融混合する場合押出機のような高エネルギーを与え
ることなく溶融混合操作が行なわれる。
従って、ギアポンプを公知の連続式溶融機／混合機に「
密閉連結」（稜に定義）する、但しこの場合溶融機／混
合機の排出部はギアポンプと結合するために改良が々さ
れてい石。更に、溶融機／　　　′混合機には、溶融機
／混合機へのエネルギー人力を調節するための流量制限
器又は「ゲート」を必要としない。本発明においてギア
ポンプの速度を変えることは溶融機／混合機に入力する
エネルギー調節に非常に効果的であり、この効果は従来
の系に比べると遥に太きい。
溶融機／混合機−ギアポンプ系における材料生産普は内
部系に対して独立変数であり、系に対する入力フィーダ
等の供給源により外部から調節できるものである。溶融
機／混合機−ギアポンプの加工容量は設計生産量に適切
に合わせなければならないが、ギアポンプの目的は溶融
ポリマー物質をポンプ送給し、かつポリマーへのエネル
ギー人力を下記の如く溶融機／混合機により調節するこ
とである。ギアポンプの速度は、溶融機／混合機とギア
ポンプとの間に位置し加圧ポリマーの充填された圧縮部
材（ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ　ｆｉｌｌｅｄｔｒａ
ｎｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｍｂｅｒ　）中のポリマー圧によ
り調節される。
本発明は合成熱可塑性物質全加工するインライン溶融機
／混合機−ギアポンプ系を提供するものであって、前記
溶融機／混合機を介して前記物質に伝達されるエネルギ
ーに比例関係で影響を与える前記ギアポンプの速度を調
整するととＫより系を通過する前記物質の操作温度を調
節する改良方法である。
本発明の低エネルギー加工系として溶融機／混合機−溶
融ポンプの組合せを選択するに際しては、ギアポンプ以
降の下流装置がギアポンプの所要排出圧に影響を与えか
つ溶融機／混合機及び下流装置と共にギアポンプのポン
プ容量は上述した外部ポリマー注入供給源により決定さ
れるととに留意すべきである。適切刃溶融ポンプが選択
されれば、系の溶融混合条件はすべて溶融機／混合機に
より決まるととＫなる。従って、溶融ポンプの生産要求
量及び圧力要求量を正確にこの溶融ポンプに供給させる
ために溶融機／混合機を溶融ポンプに密閉連結させるこ
とが好ましい。溶融材料の量が所定量より少ない場合に
は「材料ぎれ」という望ましくない結果となり（ギアポ
ンプの回転速度による圧力調節ができなくなるので溶融
機−混合機によるエネルギー人力を調節するというギア
ポンプの機能が果せなくなる）、一方要求量以上の量が
供給されると溶融機／混合機の上流域端部に溶融材料が
蓄積あるいは逆流するという好ましくない結果を伴う。
従って、溶融機／混合機のパラメータ及び溶融機／混合
機及びギアポンプの差動回転速度（アダプタ部に位置す
る圧力変換コントロール手段で測定）を溶融機／混合機
及びその関連系の生産量と一致するギアポンプの出力速
度が達成できる様に選択するととが好ましい。この「密
閉連結」による一致を行えば、従来の系において要求さ
れるエネルギーより低いエネルギーで溶融機／混合機−
ギアポンプの操作が行え、従って溶融機／混合機の操作
を低温（低エネルギー）で行うことができかつ溶融機／
混合機とギアポンプとの組合せにより従来の系のエネル
ギー消費量より遥に低水準のエネルギー消費量の系とす
ることができる。
「密閉連結」を達成するためめ豊凶は、溶融機／混合機
とギアポンプとの間の管接合長さを最小とすること及び
溶融機／混合機とギアポンプとの間には（ポリマー）が
液状に充填されかつ加圧されていることの２つである。
本発明の系は、熱可塑性物質として高圧及び低圧のポリ
エチレンを用いて単段コンパウンディング溶融機−混合
機あるいは２段コンパウンディング溶融機−混合機を利
用して実施される。本発明により加工された材料の加工
上及び品質上の利点は下記の通りである。
偵）　酸素不在一本発明の方法における処理温度でもし
酸素が存在すると処理されている合成熱可塑性ポリマー
材料は酸化され、この様な酸化により生じる公知の悪影
畳がすべて生じてしまうことになる。従って、本発明の
方法による処理では重合に使用する反応器の出口端から
合成熱可塑性ポリマー物質を加工温度で最終的に処理す
る点に亘る系全体を通して密閉連結しておくことが必要
である。
（開放しているホッパー人口からの材料供給でなく）１
合反応器に密閉連結させておけば溶融機−混合機入口の
ポリマ一温度は高いので溶融機−混合機へのエネルギー
人力を減少させることができ、それにより固体から液体
へと相変化するのに先立ちポリマーが必要とする熱エネ
ルギーを減少できる。
従って、本発明の系では反応器の排出部から最終粒状化
工程までの粒状反応器樹脂は酸素を含まずかつ滞留時間
も短い。このことは、表面積及び気孔率が大きい反応器
からの粒状樹脂の場合特に重要である。従って、本発明
の系によれば反応装置から直接得られる樹脂と実質的に
同一の性状を有するベレット樹脂が得られる。
が少いギアポンプ技術を使用することにより、ポンプ供
給の代りに従来のスクリュ押出機を使用する場合に比し
かなり低ポリマ一温度で系を操作でき、これにより酸素
が不在であることと相俟って樹脂性状の望ましくない変
化は防止される。
（ｅ）　　エネルギー人力の調節　標準操作においては
、エネルギー人力を最小としかつポリマーに変化が起ら
ない様に系を操作するが、コントロールされた系ではポ
リマーに過剰のエネルギーを与えることもできる。従っ
て、溶融機−混合機−ギアポンプ系における過剰のエネ
ルギー人力を調節し７て所望時反応器からの樹脂に対し
てコントロールされた変化を与えることも本発明の系で
はできる。
以下、添付の図面により本発明を説明する。まず、第１
図の従来例による溶Ｍｉ／混合機−押出機を用いる加工
の実施態様を具体的（（説明する。
従来のＦＣＭ型溶融機／混合機１０は連続する材料供給
部、溶融部及び混合部１２．１４及び１６をそれぞれ有
する。駆動スクリュ動力入力手段により（シャフト１８
を介して）単軸又は複軸溶融機／混合機を操作するため
のエネルギーが与えられる。重力による材料供給ホッパ
一手段２０から所望形状の加工用熱可塑性材料を供給し
、出口手段２２から適当な導管を介して押出機２８の入
口２６に溶融混合された材料２４を装入する。押出機は
単軸スクリュでも双軸スクリュでもよく、入口供給段３
０の下流に多数の工程段を有するものであってもよい。
次に、添付の図面の第２図、すなわち本発明の方法を実
施するための一装置の実施態様を具体的に説明する。同
図には、従来法で使用されている溶融機／混合優に用い
られているのと実質的に同じ構成要素を有する溶融機／
混合機１０が示されている。第１図と同様の要素は第２
図において同一の参照符Ｉ／Ｃより表わすが数値にダッ
シュ内を付しである。
溶融混合された熱可塑性材料は溶融機、／混合機の出口
から接続管２３を介してギアポンプ２９の入口管２６１
まで通過する。ギアポンプは米国特許第４．０５２．　
！１９１分明Ｎｉｌ書に記載されている型式のものであ
るが（同明細省第２及び４図参照のこと）、本願添付の
図面第２図にあっては外部ハウジング部材３２、内部ベ
アリングスリーブ部材３２及び同転ｌｊ１．動軸部材３
４を概略的に示しであるだけである。ギア部材５６及び
駆動軸部材６４は断面で示されておらず立面図として示
されている。このギア部材３６は実際にはへリングボー
ン歯すなわちやま歯３８を有する逆回転噛合ギアのギア
ポンプ対の一方であって、前記へリングボーン歯は対向
ギア５６の歯（図示せず）と噛合っている。米国特許第
４．０３２．５９１号及び同第４．１５７、０２３号明
細書の第２及び４図に示されている如く、ギア類を囲繞
しているギアポンプの外壁（本出願の第２図では識別で
きない）はギアの外表面に沿って湾曲しかつギアポンプ
内において流体圧半径が下流方向に向って減少するよう
１て前記外表面との間に空間が設けられている。この様
にして、ギアポンプの上端を流通する溶融熱可塑性材料
は一対のギア５６の上方に材料溜を形成し、ギアと外壁
との間の空間にある外側ギア対周辺の材料を、添付図面
第２図に領域４０として概略的に示されている排出部ま
で移動させる。
この様に移動された溶融熱可塑性材料を管４２を介して
それ自体公知の水中造粒手段４４まで送給する。水中造
粒手段４４の排出端において、材料は水に担持されてポ
ンプ４６、分離スクリーン　　　□４８及び調整タンク
５０含有する流体圧ループを介して乾燥系まで送られる
。前記ループを流れる流体は管５２及び５４中を図の矢
印で示される方向に流動する。スクリーン４８では担持
液体（ホ）と粒状熱可塑性材料とを分離し、前記粒状物
質は管５６を介して遠心脱水機５８に送られ、次いで出
口６０を通って貯蔵輸送用ボックス６２に排出される。
第２図の態様を改変した系を第３図に示す。図示の如く
、溶融機／混合機及びギアポンプにおける加工に関する
プロセスコントロールの方法が第２図に示したよりも更
に詳しく説明されている。
なお、第３図に示す装置の態様において、同一の要素で
あって二重ダッシュ（”）を付しであるものは第２図に
示されている散票と同等のものであることを示す。
第３図に示す溶融機／混合機１０１＋は駆動手段６４と
シャフトで連結されており、前記駆動手段には電線６６
を介してエネルギーが供給されている。ギアポンプ２９
１はモーターコントローラ手段６８によりシャフト６４
１を介して駆動され、駆動電源はライン７０を介して供
給される。管２３°内における溶融機／混合機１０″の
排出端とギアポンプの入口端との圧力界面に圧力タップ
手段７２が設けられている。圧力反応手段７４は圧力タ
ップ手段７２と流体圧により導通し、それ自体公知の電
気コントロール回路網７６と共に帰還電気エネルギーを
発生し、このエネルギーはライン７８を介してギアポン
プ速度電、気的コントロール手段６８に送られてギアポ
ンプ２９”の回転速度を調節する。
本実施態様においては、溶融（ギア）ポンプ速度（ＲＰ
Ｍ）を変えることにより溶融機／混合機１０１内におけ
る熱可塑性ポリマー材料へのエネルギー人力を保持調節
できた。溶融ポンプ速度（変数′として）と溶融機／混
合機入力との間には直線関係があるので溶融熱可塑性材
料に対する溶融機／混合機電力（ＫＷ）は第４図に図示
する通りである。溶融機／混合機電力が高くなったり低
くなったりすると溶融機／混合機を通過する熱可塑性ポ
リマー材料に対する温度（エネルギー）は増大したり減
少したりする。溶融（ギア）ポンプ速度及び溶融機／混
合機電力入力α値及び第４図に示すこれらの相関関係は
加工ポリエチレン材料の生産量４ｏ５Ｋｐ／時（９００
１ｂｓ／ｈｒ　）に和尚するものである。
なお、好ましくはスクリーン交換手段８ｏを管４２′ｌ
に使用することを除けば第３図の実施態様の残りの要素
は実質的に第２図の実施態様に示すものと同一である。
１０（２（４インチ）の双軸溶融機／混合機と密閉結合
された溶融ポンプを含む本発明の系を用いて市販の低圧
、低密度ポリエチレン原料をすべて網羅して実験を行っ
た。生産量はメルトインデックスｔｏの粒状低密度低圧
ポリエチレン月料（ＤＧＭ−ｔｓｌｏ）の４０５Ｋｆ／
時（９００１ｂｓ／ｈｒ　）からメルトインデックス２
０の粒状低密度低圧ポリエチレン材料（ＤＧＬ−２４２
０）の５４０〜／時（１２００１ｂｓ／ｈｒ　）の範囲
であった。
本明細舎で言うＤＧＭ及びＤＧＬ材料のすべてはユニオ
ンカーバイド社（’［Ｊｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ　Ｃ
ｏ、、　）のポリエチレン部（Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　）で
製造販売されているポリエチレン樹脂材料に対する名称
である。
比較ポンプ供給データ 下記表■は密閉結合された溶融機／混合機−ギアポンプ
系及び溶融機／押出機系であって押出機にはロープ状に
材料供給される系の操業・データを示すものである。溶
融機／混合機は第１及び２図に示す１０又は１０１の装
置である。押出機は第１図において参照符２８で示され
ロープ状に供給されるポリマーは第１図の参照符２４で
ある。ギアポンプは第２図の参照符２９、密閉結合中間
管は参照符２　Ｖ２６　’で表わされるものである。圧
力コントロールされたギアポンプ速度系は第３図の参照
符７２．７４及び７６で表わされるものである。データ
は同一製品に対するものであって、これにより溶融機／
混合機とギアポンプ又は押出機によるエネルギー人力に
関して直接系の違いＫよる比較を行うことができる。溶
融機／混合様−ギアポンプによる製品に対する全エネル
ギー人力が減少することは明らかである。
表　　■ 原料が周囲温度である場合のＦＣＭ／ＬＥＰＳＹとＦＣ
Ｍ／押出機とのＳＥ、Ｉ（比エネルギー人力）比較 原料　　　　ＤＧＭ−１８２０ＤＧＭ−１８２０生産量
（４７時）　　４０５（９００１ｂａ／ｈｒ）　　４５
ｉ（１０，０００１ｂｓ／ｈｒ）ＦＣＭの比エネル　α
１８７　　　　　　　　　［１１８２ギ一人力（ＳＤＩ
）　　（ｌｏ８４ＨＰ−Ｈｒ／ｌｂ）　　（０，０８２
ＨＰ−Ｈｒ／１ｂ）（ＨＰ　−Ｈｒ／Ｋｇ　） ポンプ供給の比工　α０３６０．０７６ネルキ一人力　
　　（Ｑ、Ｄ１６ＨＰ−Ｈｒ／ｌｂ）　　（０，０５４
ＨＰ−Ｈｒ／１ｂ）（ＨＰ−Ｈｒｚ％） 注）　　ＦＣＭ等の略字の意味は後記する。
加熱樹脂の比較データ 下記表■は各基の操業データであり溶融機／混合機入口
のポリマ一温度を上昇させた場合溶融機／混合機による
エネルギー人力は減少するととを示している。パイロッ
トプラントの溶融機／混合機を使ってのデータによれば
（ケルビン温度で）樹脂入口温度を１７９６上昇させた
場合、ポリマーに対する溶融機／混合機工ネルキー人力
は９チ減少することが示されている。製造用の溶融機／
混合機によるデータでは、樹脂入口温度（ケルビン温度
で）を８％上昇させた場合、ポリマーに対する溶融機／
混合機のエネルギー人力は６チ減少することが示されて
いる。このデータから高温のポリマ一温度を利用するた
めに溶融機／混合機を重合反応器排出系に密閉結合すれ
ばポリマーに対する溶融機／混合機エネルギー人力を減
少できる利点を有することが分る。
表■ ＦＣＭ電力 ＦＣＭ入口温度　　　２５℃（２９Ｂ＠Ｋ）　　　　７
５℃（３４８°Ｋ）ＦＣｙＩ！！Ｅ産着（Ｋｇ／時）　
　５４０（１２００１ｂ／ｈｒ）　　５４０（１２００
１ｂ／ｈｒ）ＦＣＭ電力（Ａの　　　７７７０ ＦＣＭ排出混度（’Ｃ）　　１７８　　　　　　　　１
Ｂ？製造用浴融機／混合機の場合 ＦＣＭ入口温度　　　２９℃（３０２°Ｋ）５３℃（３
２６”Ｋ）ＦＣＭａＪ量（―）　４，５００（１０，０
ＯＯｌイｒ）　４，５００（ＩＱ、０００１し’ｈｒ）
ＦＣＭ電力（ＫＷ）　　　７５１５　　　　　　　　５
８０ＦＣＭ排出温度（’Ｃ）　　１６８　　　　　　　
　１７７なお、本明細書で使用した略号符の用語の意味
は下記の通りである。
ＦＣＭ−マサチュセセッッ州、ビパリー所在のＵＳＭ社
により”　Ｆａｒｒｅｌ　（：ｏｎｔｉｎｕｏｕｓＭＩ
ｘｅｒ　”として製造販売されている一連の溶融機／混
合機。
５ＫＩ一単位Ｈｐ−Ｈｒ／１（ｆ（ＨＰ−Ｈｒ／１　ｂ
　）の比エネルギー人力。
ＬＥＰＳＹ−ギアポンプ低エネルギー吸排出系。
ＤＧＭ−１ａ２０−　メルトインデックス２の粒状、低
密度、低圧ポリエチレン。
ＤＧＭ−２０５０−メルトインデックス３の粒状、低密
度、低圧ポリエチレン。
ＤＧＭ−２４２０−メルトインデックス２０の粒状、低
密度、低圧ポリエチレン。
斯る銘柄のポリエチレンは製造販売を行っているユニオ
ンカーバイド社の商品名である。
【図面の簡単な説明】
第１図は溶融機／混合機及び通常の押出機による熱可塑
性物質のインライン加工を利用している従来装置の一部
断面、立面概略図、第２図は本発明の方法を実施できる
装置の一部断面、立面概略図、第３図は粒状熱可塑性物
質を製造するための本発明装置の概略立面図、第４図は
本発明の方法による溶融ポンプ（ギアポンプ）速度と溶
融機／混合機の電力との比例関係、この場合は直線関係
を示すグラフである。 符号の説明　　　　　　　　　　　　　　　ゝ１０．１
０’、１０”　：　ＦＣＭ型溶融機／混合機１２．１２
１：原料供給部 １４．１４’：溶解部 １６．１６１：混合部 ２０．２０１：原料供給ホッパ一手段 ２！ｌ、　２５”　：接続管 ２６１．２６″二人口管 ２８：押出機 ２９．２９″：ギアポンプ ３４．３４１１二回転駆動軸 ４０．４０１：排出域 ４２．４２Ｉ：管 ４４．４４”：水中ベレツタ手段 ４６．４６″＝ポンプ ４８．４８１：分離スクリーン ５０．５０１：調整タンク ５２．５２１．５４．５４１．５６．５６″：管５８．
５８１＋＝遠心脱水機 ＦＩＧ、４ 手続補正書（方式） ％式％［１ 事件の表示　　昭和５７年　特願第７８４８５　　　シ
’ｉ発明の名称　　熱可塑性ポリマーの低エネルギー加
工法補止をする者 事件との関係　　　　　　　　　　　特許出願人名称　
　　ユニオン・カーバイド・コシポレーション代理人 補１ｒ：、命令通知の日付　昭和５７年８月６１日ｉ前
旨＝−−帽２助ｌ胞璋ヒ 、補；■の対象 補正の内容　　、別紙の通り 明細書の浄書（内容に変更なり、）

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）合成熱可塑性物質を加工するための溶融機／混合
    機−ギアポンプ系を操作するに際して、系内に配設され
    た前記溶融機／混合機を前記ギアポンプに密閉連結し、
    かつ前記溶融機／混合機を介して前記材料に伝達される
    エネルギーに比例関係で影響を与える前記ギアポンプの
    速度調整により前記系内を通過する前記物質の操作温度
    をコントロールすることからなる前記物質の加工方法。
  2. （２）前記溶融機／混合機と前記ギアポンプとの界面の
    圧力を、前記ギアポンプの速度をコントロールするパラ
    メータすなわち前記溶融機／混合機を介して通過する前
    記物質に伝達されるエネルギーをコントロールするパラ
    メータとして使用することからなる特許請求の範囲第１
    項に記載の方法。
  3. （３）合成熱可塑性物質を加工するだめの溶融機／混合
    機−キアボンプー造粒根系を操作するに際して、インラ
    イン系に配設されている前記溶融機／混合機全前記ギア
    ポンプに密閉連結し更に前記ギアポンプを前記造粒機に
    密閉連結し、かつ前記溶融機／混合機を介して前記物質
    に伝達されるエネルギーに比例関係で影響を与える前記
    ギアボン−プの速度調整により前記系内を通過する前記
    材料の操作温度をコントロールすることからなる前記物
    質の加工方法。
  4. （４）前記溶融機／混合機と前記ギアポンプとの界面の
    圧力を、前記ギアポンプの速度をコントロールするパラ
    メータすなわち前記溶融機／混合機を介して通過する前
    記物質に伝達されるエネルギーをコントロールするパラ
    メータとして使用することからなる特許請求の範囲第３
    項に記載の方法。
  5. （５）前記密閉連結を別の系の重合反応器の排出部と前
    記溶融相：／混合機−ギアポンプ系との間で行うことか
    らなる特許請求の範囲第３項に記載の方法。
  6. （６）前ヌ己溶融機／混合機と前記ギアポンプとの界面
    の圧力を、前記ギアポンプの速度をコントロールするパ
    ラメータすなわち前記溶融機／混合機を介して通過する
    前記物質に伝達されるエネルギーをコントロールするパ
    ラメータとして使用することからなる特許請求の範囲第
    ５項に記載の方法。
JP57078485A 1981-05-12 1982-05-12 熱可塑性ポリマ−の低エネルギ−加工法 Granted JPS5816837A (ja)

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