KR102245883B1 - 첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)을 제조하기 위한 방법 및 장치에서, 제 1 폴리머 용융물(P1) 및 제 2 폴리머 용융물(P2)이 제공된다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)을 얻기 위해 적어도 하나의 첨가제(A)와 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)이 스크류 기계(8)로 혼합된다. 또한, 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 얻기 위해 적어도 하나의 블로잉제(T)와 제 2 폴리머 용융물(P2)이 혼합 장치(41)로 혼합된다. 스크류 기계(8) 안에 제공되어 있는 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)에 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)가 추가된다. 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)을 얻기 위해, 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)과 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)이 스크류 기계(8)로 혼합된다.

Description

첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF A POLYMER MELT CONTAINING ADDITIVES AND BLOWING AGENTS}
본 발명은 첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물, 특히 폴리스티렌 용융물을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물을 제조하기 위한 일 방법이 WO 2009/052 898 A1에 알려져 있다. 그 폴리머 용융물은 중합 반응기에 의해 제공되어 스크류 기계 안으로 공급된다. 제 1 단계에서, 적어도 하나의 첨가제 및 다음에 적어도 하나의 블로잉제가 스크류 기계에서 폴리머 용융물에 혼합된다. 이를 위해, 그 스크류 기계는 적어도 하나의 첨가제 및 적어도 하나의 블로잉제를 혼합하기 위해 첨가제 공급구 및 이의 하류에 배치되어 있는 블로잉제 공급구를 갖고 있으며, 블로잉제 공급구 및 첨가제 공급구는 각각의 혼합 영역과 관련되어 있다. 그런 다음, 첨가제 및 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물이 펠릿화되어, 팽창가능한 또는 팽창된 폴리머 펠릿이 형성된다. 적어도 하나의 첨가제 및 적어도 하나의 블로잉제를 혼합할 때, 기계적 에너지가 폴리머 용융물에 도입된다. 폴리머 용융물의 온도가 적어도 하나의 첨가제의 임계 분해 온도 밑으로 유지되도록, 그렇게 도입된 에너지는 복잡한 과정으로 스크류 기계에 의해 폴리머 용융물로부터 제거될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물을 간단한 방식으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법으로 달성되는데, 본 방법은 제 1 폴리머 용융물 및 제 2 폴리머 용융물을 제공하는 단계; 첨가제 함유 폴리머 용융물을 얻기 위해 적어도 하나의 첨가제와 상기 제 1 폴리머 용융물을 스크류 기계로 혼합하는 단계; 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 얻기 위해 적어도 하나의 블로잉제와 상기 제 2 폴리머 용융물을 혼합하는 단계; 상기 스크류 기계 안에 제공되어 있는 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물에 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 추가하는 단계; 및 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 얻기 위해, 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 상기 스크류 기계로 혼합하는 단계를 포함한다. 첨가제와 블로잉제를 함유하는 폴리머 용융물을 제조하기 위해, 적어도 하나의 첨가제가 스크류 기계에 의해 제 1 폴리머 용융물에 혼합되고, 그래서 첨가제 함유 폴리머 용융뮬이 스크류 기계 안에 제공된다. 적어도 하나의 블로잉제가 스크류 기계의 외부에서 특히 혼합 장치에 의해 제 2 폴리머 용융물에 혼합되고, 그래서 블로잉제 함유 폴리머 용융물이 스크류 기계의 외부에서 제공된다. 폴리머 용융물은 특히 동일한 폴리머 재료, 특히 폴리스티렌으로 이루어진다. 그리고 블로잉제 함유 폴리머 용융물은 스크류 기계에 제공되어 있는 첨가제 함유 폴리머 용융물에 추가된다. 그런 다음, 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물이 스크류 기계로 혼합되어 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물이 얻어진다. 스크류 기계에서 배출되면 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물은 바람직하게 펠릿화된다.
본 발명에 따른 방법에서, 적어도 하나의 첨가제를 혼합하는 것은, 적어도 하나의 블로잉제를 혼합하는 것과 분리되어 있는데, 그래서 첨가제 함유 폴리머 용융물 또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도를 더욱 쉽게 조정 및 모니터링할 수 있다. 적어도 하나의 블로잉제를 제 2 폴리머 용융물에 혼합하는 것은, 적어도 하나의 첨가제의 임계 분해 온도를 모니터링할 필요 없이 수행될 수 있다. 적어도 하나의 블로잉제를 혼합하면, 제 2 폴리머 용융물의 점도와 온도가 감소되어, 블로잉제 함유 폴리머 용융물이 첨가제 함유 폴리머 용융물에 쉽게 혼합될 수 있다. 점도가 낮아지면, 혼합에 필요한 기계적 에너지 입력이 감소되고, 그래서 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도가 상기 임계 분해 온도 밑으로 더욱 쉽게 유지될 수 있다.
블로잉제 함유 폴리머 용융물은 바람직하게는 첨가제 함유 폴리머 용융물에 추가되기 전에 냉각된다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물은, 특히 용융물 냉각기에 의해 도입되는 비교적 높은 냉각력을 흡수할 수 있다. 필요하다면, 첨가제 함유 폴리머 용융물 또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도는 스크류 기계에서 수행되는 냉각 과정에 의해 조정된다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물은 첨가제 함유 폴리머 용융물에 추가되기 전에 바람직하게 냉각되므로, 스크류 기계에서 냉각은 덜 요구된다.
적절한 폴리머 또는 폴리머 용융물은 예컨대 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들 폴리머의 혼합물이다. 다른 적절한 폴리머는 폴리락티드와 같은 재생가능한 원료 및 셀룰로스 아세테이트와 같은 생분해성 폴리머에 기초한 것들을 포함한다. 폴리머 용융물에 혼합되는데 적합한 첨가제는 예컨대 내연재, 셀 개질제, 흑연, 카본 블랙, 활석 및/또는 착색제이다. 폴리머 용융물에 혼합되는데 적합한 블로잉제는 펜탄, 특히 n-펜탄 또는 이소-펜탄과 같은 탄화수소, 알콜, 이산화탄소, 질소 또는 이들 화합물의 혼합물이다.
폴리머 및 선택되는 적어도 하나의 블로잉제의 종류에 따라, 펠릿화 방법에 따라서는 팽창가능한 폴리머 펠릿 및 팽창된 폴리머 펠릿 둘다를 제조할 수 있다. 팽창가능한 폴리머 펠릿은 바람직하게는 수중 펠릿화 방법으로 제조되며, 팽창된 폴리머 펠릿은 바람직하게는 물 링(water ring) 펠릿화 방법으로 제조된다. 본 발명에 따른 연속적인 방법에 의하면, 팽창가능한 그리고/또는 이미 팽창된 폴리머 펠릿이 높은 폴리머 처리량으로 제조될 수 있다. 제 2 폴리머 용융물은 바람직하게는 중합 반응기에 의해 제공되고 용용물 펌프에 의해 혼합 장치에 공급되고, 이 혼합 장치에서 제 2 폴리머 용융물이 적어도 하나의 블로잉제와 혼합된다. 본 발명에 따른 방법은 또한 청구항 10 ∼ 15 에 기재되어 있는 특징을 갖도록 더 개량될 수 있다.
첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물이 폴리머 중량비(as)를 갖고 제 1 폴리머 용융물의 폴리머 중량비(a1)가 a1 ＜ 0.4·aS, 특히 a1 ＜ 0.3·aS, 또한 특히 a1 ＜ 0.2·aS 인 방법이 폴리머 용융물을 제조하는 간단한 방식을 제공한다. 제 1 폴리머 용융물은 제 1 폴리머 중량비(a1)를 갖는다. 이에 대응하여, 제 2 폴리머 용융물은 제 2 폴리머 중량비(a2)를 갖는다. 폴리머 중량비(a1,a2)를 더하면, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 폴리머 중량비(as)가 얻어지는데, a1＋ a2 = as 이다. 따라서, a2 /a1 비는 a2 /a1 ＞ 3/2, 특히 a2 /a1 ＞ 7/3, 또한 특히 a2 /a1 ＞ 4 이다. 따라서, 적어도 하나의 첨가제는 훨씬 더 작은 중량비(a1)에 혼합되고, 적어도 하나의 블로잉제는 더 큰 중량비(a2)에 혼합된다. 중량비(as)는 적어도 하나의 첨가제 및 적어도 하나의 블로잉제가 없는 전체 폴리머 용융물을 규정한다. 적어도 하나의 첨가제가 더 작은 중량비(a1)에 혼합됨에 따라, 첨가제 함유 폴리머 용융물의 온도를 임계 분해 온도 밑으로 유지하는 것이 비교적 쉽고, 특히 요구되는 냉각의 양은 비교적 적게 된다. 비교적 낮은 점도 때문에, 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 혼합할 때 입력되는 기계적 에너지는 낮게 되며, 따라서 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도를 임계 분해 온도 밑으로 유지하기 위해 혼합 중에 요구되는 냉각의 양은 비교적 적게 된다.
적어도 하나의 첨가제(A)를 추가하기 전에 제 1 폴리머 용융물은 온도(T1)을 가지며 이 온도(T1)는 T1 ＜ 185℃, 특히 T1 ＜ 175℃, 또한 특히 T1 ＜ 165℃ 인 방법이 적어도 하나의 첨가제를 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 제 1 폴리머 용융물은 특히 적어도 하나의 첨가제를 추가하기 전에 냉각된다. 제 1 폴리머 용융물은 특히 다른 방법들에 따라 제공될 수 있다. 제 1 방법에서, 스크류 기계에는 폴리머 펠릿이 장입되고, 이 폴리머 펠릿은 적어도 하나의 첨가제가 혼합되기 전에 용융 영역에서 용융된다. 제 1 폴리머 용융물은 용융 영역에서 특히 냉각부에 의해 냉각된다. 제 2 방법에서, 제 1 폴리머 용융물은 중합 반응기에서 제거되어 용융물 펌프에 의해 냉각을 위해 용융물 냉각기를 통과해 전달된다. 그런 다음, 냉각된 제 1 폴리머 용융물은 스크류 기계에 공급되고, 여기서 제 1 혼합 영역에 전달되고 이 영역에서 적어도 하나의 첨가제가 그 제 1 폴리머 용융물에 혼합된다. 제 3 방법에서는, 제공된 블로잉제 함유 폴리머 용융물이 제 1 부분 흐름과 제 2 부분 흐름으로 분할된다. 제 1 부분 흐름은 적어도 하나의 첨가제가 혼합되는 제 1 혼합 영역의 상류에 배치되어 있는 용융물 펌프에 의해 스크류 기계에 공급된다. 이 스크류 기계에서, 제 1 부분 흐름은 바람직하게는 후방 배출에 의해 휘발 성분이 제거되어, 혼합되어 있는 적어도 하나의 블로잉제가 빠져나갈 수 있게 되며, 그래서 블로잉제가 없는 제 1 폴리머 용융물이 제공된다. 제 1 폴리머 용융물의 온도는 바람직하게는 온도 센서로 측정되고 제어 장치로 모니터링된다.
적어도 하나의 첨가제를 스크류 기계로 혼합하기 전에 제 1 폴리머 용융물의 제 1 축적 영역이 형성되는 방법이 적어도 하나의 첨가제를 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 제 1 축적 영역을 형성하기 위해, 적어도 하나의 처리 요소 축에 적어도 하나의 축적 부재가 제공된다. 이 적어도 하나의 축적 부재는, 이 축적 부재의 전달 방향이 스크류 기계의 전달 방향과는 반대가 되도록 구성되어 있다. 제 1 폴리머 용용물이 제 1 축적 영역에 축적되어 용융물 시일이 형성된다. 이 용융물 시일은 첨가제 함유 폴리머 용융물의 휘발 성분이 상류 방향으로 흐르는 것을 방지한다. 배출구의 상류에 형성되어 있는 제 1 축적 영역이 휘발 성분이 그 배출구를 통해 빠져나가도록 해주므로, 상기 용융물 시일은 특히 첨가제 함유 폴리머 용융물에서 휘발 성분을 제거하는 간단한 방식을 제공한다. 적어도 하나의 첨가제는 특히 예컨대 내연재, 셀 개질제, 흑연, 카본 블랙, 활석 및/또는 착색제를 포함하는 군에서 선택된다. 적어도 하나의 첨가제의 임계 분해 온도(TK)는 TK ≥ 240℃, 특히 TK ≥ 210℃, 또한 특히 TK ≥ 180℃ 이다.
적어도 하나의 첨가게를 혼합하는 중에 첨가제 함유 폴리머 용융물에서 휘발 성분이 액화되는 방법이 적어도 하나의 첨가제를 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 혼합 중에 첨가제 함유 폴리머 용융물에서 빠져나가는 휘발 성분은 배출구를 통해 배출된다. 이 배출구는 바람직하게는 적어도 하나의 첨가제를 공급하기 위한 공급구의 상류에 형성된다.
블로잉제 함유 폴리머 용윰물을 추가하기 전에 첨가제 함유 폴리머 용융물은 온도(T2)를 가지며 이 온도(T2)는 T2 ＜ 195℃, 특히 T2 ＜ 185℃, 또한 특히 T2 ＜ 175℃ 인 방법이 폴리머 용융물을 제조하는 간단한 방식을 제공한다. 적어도 하나의 첨가제가 혼합되는 중에, 첨가제 함유 폴리머 용융물의 온도는 임계 분해 온도를 초과하지 않는다. 필요하다면, 첨가제 함유 폴리머 용융물은 혼합 중에 냉각되며, 그래서, 혼합 중에 도입되는 기계적 에너지로 인한 원치 않는 온도 증가가 방지된다. 냉각을 위해 스크류 기계에는 혼합 영역에서 특히 냉각부가 제공되어 있다. 첨가제 함유 폴리머 용융물의 온도는 바람직하게는 온도 센서로 측정되고 제어 장치로 모니터링된다.
적어도 하나의 첨가제를 혼합한 후에 그리고 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 추가하기 전에, 제 2 축적 영역이 스크류 기계에 의해 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물로 형성되는 방법이, 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 휘발성인 적어도 하나의 블로잉제가 블로잉제 함유 폴리머 용융물 또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위해, 첨가제 함유 폴리머 용융물로 이루어지는 제 1 축적 영역이 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 위한 입구의 상류에서 스크류 기계에 형성된다. 제 2 축적 영역을 형성하기 위해, 적어도 하나의 처리 요소 축은 적어도 하나의 축적 부재를 갖는다. 이 적어도 하나의 축적 부재는 스크류 기계의 전달 방향과는 반대인 전달 방향을 갖는다. 첨가제 함유 폴리머 용용물이 축적되어 제 2 축적 영역에 용융물 시일이 형성된다. 이 용융물 시일은, 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물의 혼합 중에 빠져나간 블로잉제의 양이 상류로 흘러가 배출구 및/또는 공급구를 통해 스크류 기계에서 배출되도록 해준다.
상기 스크류 기계(8) 안으로 공급될 때 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물은 온도(T3)를 가지며 이 온도(T3)는 T3 ＜ 180℃, 특히 T3 ＜ 170℃, 또한 특히 T3 ＜ 160℃ 인 방법이, 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 혼합할 때, 스크류 기계에 의해 기계적 에너지가 도입되며, 그 결과 온도 증가가 일어난다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도는, 이 온도 증가에도 불구하고 첨가제/블로잉제 함유 폴리며 용융물의 온도가 혼합 영역에서 임계 분해 온도를 초과하지 않도록 해준다. 제 2 혼합 영역에서, 스크류 기계에는 특히 냉각부가 제공되어 있다. 필요하다면, 기계적 에너지의 입력으로 인한 온도 증가가 임계 분해 온도 밑으로 유지되도록, 상기 냉각부는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 냉각시킨다.
블로잉제 함유 폴리머 용융물은 스크류 기계 안으로 공급되기 전에 특히 용융물 냉각기로 냉각되는 방법이 폴리머 용융물을 제조하는 간단한 방식을 제공한다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 냉각함으로써, 그 블로잉제 함유 폴리머 용융물이 첨가제 함유 폴리머 용융물과 혼합될 때 임계 분해 온도(TK)가 초과되지 않는다. 스크류 기계로 혼합하면, 기계적 에너지가 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물에 도입되어, 온도 증가가 일어난다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 냉각하면, 그 온도 증가에도 불구하고, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도가 혼합 중에 또한 그 후에도 임계 분해 온도를 초과하지 않게 된다. 용융물 냉각기는 비교적 높은 냉각력을 블로잉제 함유 폴리머 용융물에 도입시킬 수 있다.
블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 혼합하기 위한 제 2 혼합 영역에서, 스크류 기계에는 특히 냉각부가 제공되어 있다. 필요하다면, 그 냉각부는 혼합 중에 도입되는 기계적 에너지의 적어도 일부가 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용윰물로부터 다시 제거되도록 해준다. 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도는 바람직하게는 제 2 혼합 영역에서 온도 센서로 측정되고 제어 장치로 모니터링된다.
본 발명의 다른 목적은, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 간단한 방식으로 제조할 수 있게 해주는 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치로 달성되는데, 본 장치는 스크류 기계를 포함하고, 이 스크류 기계는 케이싱; 상기 케이싱 안에 형성되어 있는 적어도 하나의 케이싱 보어; 상기 케이싱 보어 안에 배치되는 적어도 하나의 처리 요소 축; 제 1 폴리머 용융물을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 케이싱 보어 안으로 열려 있는 제 1 공급구; 적어도 하나의 첨가제를 공급하기 위한 제 2 공급구(이 공급구는 전달 방향에 대해 상기 제 1 공급구의 하류에 배치되며 상기 적어도 하나의 케이싱 보어 쪽으로 통해 있음); 첨가제 함유 폴리머 용융물을 얻기 위해 상기 적어도 하나의 첨가제와 상기 제 1 폴리머 용융물을 혼합하기 위한 제 1 혼합 영역; 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 공급하기 위한 제 3 공급구(이 제 3 공급구는 전달 방향에 대해 상기 제 1 혼합 영역의 하류에 배치되며 상기 적어도 하나의 케이싱 보어 쪽으로 통해 있음); 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 얻기 위해, 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 혼합하기 위한 제 2 혼합 영역; 및 적어도 하나의 블로잉제를 제 2 폴리머 용융물에 혼합하여 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제공하기 위해 상기 제 3 공급구 안으로 열려 있는 혼합 장치를 포함한다. 본 발명에 따른 장치의 이점은 위에서 이미 설명한 본 발명에 따른 방법의 이점에 대응한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 특히 본 발명에 따른 특징을 갖도록 더 개량될 수 있다.
상기 혼합 장치는 제 3 공급구를 통해 스크류 기계 쪽으로 통해 있으며, 그래서, 제공되는 블로잉제 함유 폴리머 용융물이 제 2 혼합 영역에서 첨가제 함유 폴리머 용융물과 혼합되어 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 형성하게 된다. 제 1 폴리머 용융물은 제 1 공급구를 통해 제공된다. 제 1 방법에 따르면, 이는 폴리머 펠릿(용융 영역에서 용융되어 제 1 폴리머 용융물이 얻어짐)을 제 1 공급구를 통해 스크류 기계 안으로 공급함으로써 행해진다. 제 2 방법에서, 제 1 폴리머 용융물은 제 1 공급구를 통해 공급되고 스크류 기계를 통해 제 1 혼합 영역에 전달된다. 제 1 폴리머 용융물은 예컨대 중합 반응기로부터 취해져 용융물 펌프에 의해 제 1 공급구에 전달된다. 바람직하게는, 용융물 냉각기, 특히 정적 용융물 냉각기가 용융물 펌프와 제 1 공급구 사이에 배치되어, 제 1 폴리머 용융물을 냉각시킨다. 제 3 방법에서는, 혼합 장치에 의해 제공되는 블로잉제 함유 폴리머 용융물은 제 1 부분 흐름과 제 2 부분 흐름으로 분할된다. 용융물 펌프에 의해, 제 1 부분 흐름은 제 1 공급구를 통해 스크류 기계 안으로 전달되고, 여기서 배출 영역에서 휘발 성분이 액화되는데, 다시 말해 적어도 하나의 블로잉제가 상기 제 1 부분 흐름으로부터 제거된다. 제 1 폴리머 용융물은 블로잉제 함유 폴리머 용융물에서 휘발 성분을 제거하여 제공된다.
제 2 공급구를 통해, 적어도 하나의 첨가제가 스크류 기계 안으로 전달되고 그의 하류에 배치되어 있는 제 1 혼합 영역에서 제 1 폴리머 용융물과 혼합된다. 적어도 하나의 첨가제는 바람직하게는 공급 장치에 의해 추가된다. 이 공급 장치는 특히 공급 스크류 기계, 특히 이중축 측면 투입 기계로 되어 있다.
스크류 기계는 바람직하게는 밀접히 서로 맞물려 함께 회전하는 다축 스크류 기계, 특히 이중축 스크류 기계로 되어 있다. 이 스크류 기계는 특히 제 1 폴리머 용융물 및/또는 첨가제 함유 폴리머 용융물 및/또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 냉각하기 위한 적어도 하나의 냉각부를 갖는다. 바람직하게는, 스크류 기계는 제 1 폴리머 용융물 및/또는 첨가제 함유 폴리머 용융물 및/또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 온도 센서를 갖는다. 이 적어도 하나의 온도 센서는 특히 제 1 혼합 영역 및/또는 제 2 혼합 영역에 배치된다. 스크류 기계는 또한, 특히 제 1 폴리머 용융물 및/또는 첨가제 함유 폴리머 용융물 및/또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물의 온도를 모니터링하는데 사용되는 제어 장치를 갖는다.
바람직하게는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 냉각하기 위한 용융물 냉각기 및 냉각된 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 펠릿화하기 위한 펠릿화기가 스크류 기계의 하류에 배치된다. 더욱이, 바람직하게는 적어도 하나의 용융물 펌프가 스크류 기계의 하류에 배치된다. 그 적어도 하나의 용융물 펌프는 스크류 기계와 용융물 냉각기 사이 그리고/또는 용융물 냉각기와 펠릿화기 사이에 배치된다.
상기 적어도 하나의 처리 요소 축은 제 1 폴리머 용융물의 제 1 축적 영역을 형성하기 위해 제 2 공급구의 상류에서 적어도 하나의 제 1 축적 부재를 갖는 장치가 적어도 하나의 첨가제를 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 적어도 하나의 제 1 축적 부재는 스크류 기계의 전달 방향과는 반대인 전달 방향을 갖는다. 제 1 폴리머 용융물이 제 1 축적 영역에서 축적되어 그 제 1 폴리머 용융물이 용융물 시일을 형성하게 된다. 이 용융물 시일은 첨가제 함유 폴리머 용융물에서 빠져나간 휘발 성분이 상류 방향으로 제 1 공급구 쪽으로 흐르는 것을 방지한다. 바람직하게는,상기 적어도 하나의 제 1 축적 부재의 하류에서 스크류 기계는 휘발 성분이 빠져나갈 수 있게 해주는 배출구를 갖고 있다.
상기 적어도 하나의 처리 요소 축은 첨가제 함유 폴리머 용융물의 제 2 축적 영역을 형성하기 위해 제 2 공급구와 제 3 공급구 사이에서 적어도 하나의 제 2 축적 부재를 갖는 장치가, 블로잉제 함유 폴리머 용융물과 첨가제 함유 폴리머 용융물을 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 적어도 하나의 제 2 축적 부재는 스크류 기계의 전달 방향과는 반대인 전달 방향을 갖는다. 첨가제 함유 폴리머 용융물이 제 2 축적 영역에서 축적되어 그 폴리머 용융물이 제 3 공급구의 상류에서, 다시 말해 제 2 공급구와 제 3 공급부 사이에서 용융물 시일을 형성하게 된다. 이 용융물 시일은 블로잉제 함유 폴리머 용융물에서 빠져나간 블로잉제가 상류 방향으로 흐르는 것을 방지하는데, 상류에서 블로잉제는 배출구 및/또는 공급구를 통해 스크류 기계로부터 빠져나갈 수 있다.
상기 적어도 하나의 제 1 축적 부재와 적어도 하나의 제 2 축적 부재 사이에서 상기 케이싱에 배출구가 형성되어 있고 이 배출구는 특히 제 2 공급구의 상류에 배치되는 장치가 적어도 하나의 첨가제를 혼합하는 간단한 방식을 제공한다. 적어도 하나의 첨가제가 혼합되는 중에 첨가제 함유 폴리머 용융물로부터 빠져나가는 휘발 성분은 상기 배출구를 통해 쉽게 빠져나갈 수 있다. 배출은 특히 후방 배출 과정에 의해 수행된다. 그러므로 배출구는 특히 제 2 공급구의 상류에 배치된다.
상기 혼합 장치는 용융물 냉각기; 제 2 폴리머 용융물을 상기 용융물 냉각기에 공급하기 위한 폴리머 공급 라인; 및 적어도 하나의 블로잉제를 공급하기 위한 블로잉제 공급 라인을 포함하고 그 블로잉제 공급 라인이 특히 용융물 냉각기 안으로 열려 있는 장치가 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하는 간단한 방식을 제공한다. 제 2 폴리머 용융물은 냉각된 용용물에 폴리머 공급 라인을 통해 전달된다. 이를 위해, 상기 장치는 바람직하게는, 중합 반응기로부터 제 2 폴리머 용융물을 용융물 냉각기에 전달하기 위해 그 중합 반응기과 용융물 냉각기 사이에 배치되는 용융물 펌프를 갖는다. 블로잉제 공급 라인은 적어도 하나의 블로잉제를 제 2 폴리머 용융물에 공급하는데 사용된다. 이를 위해, 블로잉제 공급 라인은 폴리머 공급 라인 및/또는 용융물 냉각기 안으로 열려 있다. 용융물 냉각기는 바람직하게는 정적 용융물 냉각기로 되어 있고, 정적 혼합체가 안에 배치되는 냉각기 케이싱을 포함한다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 냉각하기 위해, 냉각기 케이싱에는 냉각 부재가 제공되어 있다. 혼합 장치는 냉각된 블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하는 간단한 방식을 제공한다. 용융물 냉각기는 비교적 높은 냉각력을 블로잉제 함유 폴리머 용융물에 도입시킬 수 있다.
제 2 폴리머 용융물을 제공하기 위한 중합 반응기가 상기 혼합 장치의 상류에 배치되고 특히 용융물 펌프가 상기 중합 반응기와 혼합 장치 사이에 배치되어 있는 장치가 제 2 폴리머 용융물을 제조하는 간단한 방식을 제공한다. 제 2 폴리머 용융물은 중합 반응기로부터 혼합 장치에 공급된다. 제 2 폴리머 용융물을 공급하기 위해, 용융물 펌프가 특히 중합 반응기과 혼합 장치 사이에 배치되어, 제 2 폴리머 용융물이 높은 용융물 압력에서 혼합 장치에 공급될 수 있게 해준다. 이로써, 제 2 폴리머 용융물과 적어도 하나의 블로잉제의 완전한 혼합이 보장된다.
본 발명의 다른 특징, 이점 및 상세점들은 여러 실시 형태들에 대한 이하의 설명으로부터 명확히 알 수 있을 것이다.
도 1 은 제 1 실시 형태에 따른 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치의 개략도를 나타낸다.
도 2 는 도 1 에서 선 Ⅱ - Ⅱ 을 따라 취한 스크류 기계의 단면도를 나타낸다.
도 3 은 제 2 실시 형태에 따른 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 제 3 실시 형태에 따른 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치의 개략도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 예시적인 제 1 실시 형태를 도 1 및 2 를 참조하여 설명하도록 한다. 도 1 은 폴리머 펠릿(PG)의 제조를 위한 설비(1)를 나타낸다. 이 설비(1)는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)의 제조를 위한 장치(2)를 포함하고, 전달 방향(3)으로 그 장치의 하류에는 융융물 펌프(4), 정적 용융물 냉각기(5), 다른 융융물 펌프(6) 및 펠릿화기(7)가 배치되어 있다.
상기 장치(2)는 이중축 스크류 기계(8)를 포함한다. 이 스크류 기계(8)는 서로 겹치는 2개의 케이싱 보어(10, 10')가 형성되어 있는 케이싱(9)을 가지며, 상기 보어들은 단면도에서 보면 수평하게 넘어져 있는 숫자 8의 형태로 되어 있다. 케이싱 보어(10, 10') 안에는, 2개의 처리 요소 축(11, 11')이 관련 회전 축선(12, 12')과 동심이 되도록 배치되어 있다. 처리 요소 축(11, 11')은 동일한 방향으로 회전하고 밀접히 서로 맞물리도록 되어 있다. 처리 요소 축(11, 11')은 케이싱(9)에 설치되어 있는 감속/분배 기어 박스(14)를 통해 전기 구동 모터(13)에 의해 구동된다. 처리 요소 축(11, 11')은, 서로 앞뒤로 쌍으로 배치되어 있는 여러 개의 처리 요소들이 제공되어 있는 축(24, 24')을 갖는다. 그 처리 요소는 아래에서 자세히 설명할 것이다.
전달 방향(3)에서 보면, 스크류 기계(8)는 서로 앞뒤로 배치되어 있는 입구 영역(15), 용융 영역(16), 제 1 축적 영역(17), 제 1 혼합 영역(18), 제 2 축적 영역(19), 제 2 혼합 영역(20) 및 배출 영역(21)을 갖는다.
상기 입구 영역(15)에서 제 1 공급구(22)가 케이싱(9)에 형성되어 있는데, 그 공급구(22)는 폴리머 펠릿(P)이 호퍼형 재료 입구(23)를 통해 공급될 수 있게 해준다. 입구 영역(15)에서, 스크류 부재(25)들이 축(24, 24')에 비회전 방식으로 배치되어 있으며, 이들 스크류 부재(25)는 폴리머 펠릿(P)을 용융 영역(16)의 방향으로 전달하게 된다.
상기 용융 영역(16)에서 축(24, 24')에는, 폴리머 펠릿(P)을 용융시키는데 필요한 비회전 반죽 및/또는 스크류 부재(26)가 제공되어 있다. 용융 과정에서, 용융 영역(16)의 단부에서 제공되는 제 1 폴리머 용융물(P1)이 생성된다. 이 제 1 폴리머 용융물(P1)의 온도(T1)를 측정하기 위해, 제 1 온도 센서(27)가 용융 영역(16)에서 케이싱(9)에 배치되어 있다. 스크류 기계(8)는 또한 용융 영역(16)에서 제 1 냉각부(28)를 더 갖는데, 이 냉각부(28)는 케이싱(9) 내의 냉각 덕트로 되어 있다.
상기 제 1 축적 영역(17)은 축(24, 24')에 비회전적으로 배치되는 제 1 축적 부재(29)로 형성된다. 이 제 1 축적 부재(29)는 전달 방향(3)과는 반대인 전달 방향을 갖는다. 이로써, 제 1 폴리머 용융물(P1)은 용융물 시일을 형성하도록 축적될 수 있다. 제 1 축적 부재(29)는 특히 스크류 부재(25)와 반대되는 피치를 갖는 스크류 부재로 되어 있다.
상기 제 1 혼합 영역(18)에서, 제 2 공급구(30)가 케이싱(9)에 형성되어 있는데, 이 공급구를 통해 적어도 하나의 첨가제(A)가 케이싱(9) 안으로 공급될 수 있다. 적어도 하나의 첨가제(A)는 공급 장치에 의해 공급된다. 이 공급 장치(31)는 스크류 기계로 되어 있다. 공급 장치(31)는 바람직하게는 이중축 측면 투입 기계이다. 이러한 종류의 공급 장치(31)의 설계는 알려져 있다. 공급 장치(31)는 제 2 공급구(30)를 통해 케이싱 보어(10, 10') 안으로 열려 있다. 공급 장치(31)는 적어도 하나의 첨가제(A)를 공급 방향(58)으로 전달하게 된다. 축(24, 24')에는, 적어도 하나의 첨가제(A)를 제 1 폴리머 용융물(P1)과 혼합시키기 위해 혼합 영역(18)에서 비회전 반죽 및/또는 스크류 부재(32)가 제공되어 있다. 적어도 하나의 첨가제(A)가 제 1 폴리머 용융물(P1)과 혼합되면, 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)가 얻어진다. 혼합 영역(18)에서 케이싱(9)에는 배출구(33)가 제공되어 있는데, 이 배출구는 혼합중에 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)로부터 빠져나가는 휘발 성분이 배출될 수 있게 해준다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)은 후방 배출 과정에서 휘발 성분이 제거된다. 이를 위해, 배출구(33)는 축적 영역(17) 또는 축적 부재(29)와 제 2 공급구(30) 사이에 배치된다. 제 1 혼합 영역(18)에서 제 2 온도 센서(34)가 케이싱(9)에 배치되어 있어 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)의 온도(T2)를 측정하게 된다. 스크류 기계(8)는 제 1 혼합 영역(18)에서 제 2 냉각부(35)를 더 갖고 있다. 이 제 2 냉각부(35)는 케이싱(9) 내에 배치되는 냉각 덕트의 형태로 되어 있다.
상기 제 2 축적 영역(19)에서, 제 2 축적 부재(36)는 축(24, 24')에 비회전적으로 배치된다. 제 1 축적 부재(29)에 대응하여, 제 2 축적 부재(36)는 전달 방향(3)과 반대인 전달 방향을 갖는다. 이로써, 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)은 제 2 축적 영역(19)에 용융물 시일이 형성되도록 축적된다.
제 2 혼합 영역(20)에서, 제 3 공급구(37)가 케이싱(9)에 형성되어 있는데, 이 공급구를 통해 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)이 케이싱(9) 안으로 공급될 수 있다. 제 3 공급구(37)는 제 2 혼합 영역(20)의 상류 단부에서 케이싱 보어(10, 10') 쪽으로 통해 있다. 제 2 혼합 영역(20)에서, 축(24, 24')에는 비회전 반죽 및/또는 스크류 부재(38)가 제공되어 있다. 이 비회전 반죽 및/또는 스크류 부재(38)에 의해, 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)이 제 2 혼합 영역(20)에서 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)과 혼합된다. 제 3 온도 센서(40)가 공급 라인(39)에 배치되어 있어 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)의 온도(T3)를 측정하게 된다. 공급 라인(39)은 혼합 장치(41)와 제 3 공급구(37)를 연결한다. 제 2 혼합 영역(20)에서 제 4 온도 센서(42)가 케이싱에 배치되어 있어 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)의 온도(T4)를 측정하게 된다. 스크류 기계(8)는 제 2 혼합 영역(20)에서 제 3 냉각부(43)를 더 갖고 있다. 이 제 3 냉각부(43)는 케이싱(9) 내에 배치되는 냉각 덕트의 형태로 되어 있다.
상기 배출 영역(21)에서, 스크류 기계(8)는 배출구(45)를 포함하는 노즐 플레이트(44)를 갖고 있다. 그 배출구(45)는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)이 스크류 기계(8)로부터 배출될 수 있게 해준다.
혼합 장치(41)는 적어도 하나의 블로잉제(T)와 제 2 폴리머 용융물(P2)을 혼합하는데 사용된다. 이를 위해, 혼합 장치(41)는 냉각기 케이싱(47)을 포함하는 정적 용융물 냉각기(46)를 가지며, 그 냉각기 케이싱 안에는 정적 혼합체(48)가 배치되어 있다. 냉각기 케이싱(47)에는, 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 냉각하는 냉각 부재(49)가 제공되어 있다. 적어도 하나의 블로잉제(T)를 공급하기 위한 블로잉제 공급 라인(50)이 용융물 냉각기(46)의 상류 단부에서 그 용융물 냉각기 안으로 열려 있다. 또한, 폴리머 공급 라인(51)이 상기 상류 단부에서 용융물 냉각기(46) 안으로 열려 있다. 폴리머 공급 라인은 제 2 폴리머 용융물(P2)을 공급하기 위해 사용된다.
제 2 폴리머 용융물(P2)을 제공하기 위해, 상기 장치(2)는 중합 반응기(52)를 가지며, 이 반응기는 용융물 펌프(53)를 통해 혼합 장치(41)에 연결된다.
상기 장치(2), 엄격히 말해서는 스크류 기계(8)는 용융물 펌프(4) 및 정적 용융물 냉각기(5)에 연결되어, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)을 펠릿화시키게 된다. 용융물 냉각기(46)에 대응하여, 정적 용융물 냉각기(5)는 정적 혼합체(55)를 포함하는 냉각기 케이싱(54) 및 냉각 부재(56)를 갖는다. 냉각된 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)은 용융물 펌프(6)에 의해 펠릿화기(7)에 전달될 수 있다. 이 펠릿화기(7)는 예컨대 수중 펠릿화기 또는 물 링(water ring) 펠릿화기로 되어 있다. 펠릿화기(7)는 팽창가능한 또는 이미 팽창된 폴리머 펠릿(PG)을 제조하는데 사용된다.
제어 장치(57)가 제공되어 있어 상기 설비(1) 또는 장치(2)를 제어하게 된다. 이 제어 장치(57)는 특히 스크류 기계(8) 및 관련된 온도 센서(27, 34, 42) 그리고 혼합 장치(41) 및 온도 센서(40)와 신호 연결되어 있다.
상기 설비(1), 엄격히 말하면 상기 장치(2)의 기능은 다음과 같다.
제 1 폴리머 용융물(P1)은 스크류 기계(8)에 의해 제공되고, 제 2 폴리머 용융물(P2)은 중합 반응기(52)에 의해 제공된다. 폴리머 용융물(P1, P2)은 특히 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리락티드, 셀룰로스 아세테이트 또는 이들 폴리머의 혼합물로 이루어지는 용융물이다. 폴리머 용융물(P1, P2)은 동일한 폴리머 또는 다른 폴리머로 만들어진다.
제 1 폴리머 용융물(P1)을 제공하기 위해, 비팽창성 또는 팽창된 폴리머 펠릿(P)이 예컨대 통상적인 계량 장치에 의해 제 1 공급구(22)를 통해 스크류 기계(8) 안으로 공급된다. 이 스크류 기계(8)에 의해, 폴리머 펠릿(P)은 입구 영역(15)으로부터 용융 영역(16)으로 전달되고, 이 용융 영역에서 융융되어 제 1 폴리머 용융물(P1)을 형성하게 된다. 이 제 1 폴리머 용융물(P1)의 온도(T1)는 온도 센서(27)에 의해 측정되고 제어 장치(57)에 의해 모니터링된다. 용융 과정에서 스크류 기계(8)에 의해 도입되는 기계적 에너지의 결과로 제 1 폴리머 용융물(P1)의 온도(T1)가 원치 않는 과도한 값에 도달하게 되면, 제어 장치(57)가 냉각부(28)를 작동시키게 된다. 이 냉각부(28)는 제 1 폴리머 용융물(P1)의 온도(T1)를 미리 정해진 값으로 제한한다. 용융 영역(16)의 하류 단부에서의 제 1 폴리머 용융물(P1)의 온도(T1), 다시 말해 적어도 하나의 첨가제(A)가 추가되기 전의 그 온도는 T1 ＜ 185℃, 특히 T1 ＜ 175℃, 또한 특히 T1 ＜ 165℃ 이다. 용융 영역(16)의 하류 단부에서의 용융물 압력, 엄격히 말하면 폴리머 용융물(P1)의 절대 용융물 압력(p1)은 p1 ＞ 5 bar, 특히 p1 ＞ 10 bar, 또한 특히 p1 ＞ 15 bar 이다.
상기 제 1 축적 영역(17)에서, 용융물 시일이 형성되도록 제 1 폴리머 용융물(P1)이 제 1 축적 부재(29)에 의해 축적된다. 제 1 혼합 영역(18) 안으로 전달되는 제 1 폴리머 용융물(P1)은 거기서 적어도 하나의 첨가제(A)와 혼합되어 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)이 얻어진다. 이를 위해, 적어도 하나의 첨가제(A)는 공급장치(31)에 의해 제 2 공급구(30)를 통해 케이싱 보어(10, 10') 안으로 전달된다. 적어도 하나의 첨가제(A)는 반죽 및/또는 스크류 부재(32)에 의해 제 1 폴리머 용융물(P1)에 혼합된다. 혼합중에 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)로부터 빠져나가는 휘발 성분은 후방 배출구(33)를 통해 제 1 혼합 영역(18)으로부터 빠져 나갈 수 있다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)의 온도(T2)는 혼합 중에 온도 센서(34)로 측정된다. 필요하다면, 제어 장치(57)는 측정된 온도(T2)에 따라 제 2 냉각부(35)를 작동시키게 된다. 결과적으로, 온도(T2)는 미리 정해진 값으로 제한된다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)의 온도(T2)는 T2 ＜ 195℃, 특히 T2 ＜ 185℃, 또한 특히 T2 ＜ 175℃ 이다. 제 1 혼합 영역(18)의 하류 단부에서의 용융물 압력, 즉 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)의 절대 용융물 압력(p2)은 특히 p2 ＞ 5 bar, 특히 p2 ＞ 10 bar, 또한 특히 p2 ＞ 15 bar 이다. 적어도 하나의 첨가제(A)는 특히 내연재, 셀 개질제, 흑연, 카본 블랙, 활석 및 착색제 그리고 처리 보조제로 이루어진 군에서 선택된다. 제 1 축적 영역(17)은, 휘발 성분이 상류 방향으로 계속 흐르지 않고 배출구(33)를 통해 빠져나가도록 해준다.
용융물 시일이 형성되도록 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)은 제 2 축적 영역(19)에서 제 2 축적 부재(36)에 의해 축적된다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)이 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)과 혼합되면, 상기 용융물 시일이 휘발성 블로잉제(T)가 상류 방향으로 스크류 기계(8)를 통과해 흐르는 것을 방지하는데, 상류에서 상기 휘발성 블로잉제가 원치 않는 방식으로 제 2 공급구(30) 또는 배출구(33)를 통해 빠져나갈 수 있다.
블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 제공하기 위해, 제 2 폴리머 용융물(P2)이 중합 반응기(52)로부터 폴리머 공급 라인(51)을 경유하여 용융물 펌프(53)에 의해 혼합 장치(41)에 전달된다. 제 2 폴리머 용융물(P2)은 중합 반응기(52)에서 나갈 때 최대 300℃, 특히 최대 280℃, 또한 특히 최대 260℃의 온도를 갖는다. 제 2 폴리머 용융물(P2)은 용융물 냉각기(46)에서 적어도 하나의 블로잉제(T)와 혼합된다. 이를 위해, 적어도 하나의 블로잉제(T)는 블로잉제 공급 라인(50)의 하류 단부에서 그 블로잉제 공급 라인을 통해 용융물 냉각기(46) 안으로 공급된다. 정적 혼합체(48)가 제 2 폴리머 용융물(P2)과 적어도 하나의 블로잉제(T)를 혼합시키고, 이와 동시에 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)은 냉각 부재(49)에 의해 냉각된다. 용융물 냉각기(46)에서 배출되면, 폴리머 용융물(PT)의 온도(T3)가 온도 센서(40)에 의해 측정된다. 그 온도(T3)가 미리 정해진 값을 갖도록 제어 장치(57)는 측정된 온도(T3)에 따라 냉각 부재(49)를 냉각시키게 된다. 스크류 기계(8) 안으로 공급되기바로 전에 또는 공급되는 중에, 상기 온도(T3)는 T3 ＜ 180℃, 특히 T3 ＜ 170℃, 또한 특히 T3 ＜ 160℃ 이다. 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)의 공급 중에 용융물 압력 또는 절대 용융물 압력(p3)은 특히 p3 ＞ 1 bar, 특히 p3 ＞ 3 bar, 또한 특히 p3 ＞ 5 bar 이다.
적어도 하나의 블로잉제(T)는 탄화수소, 예컨대 n-펜탄 및 이소-펜탄, 이산화탄소, 질소 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된다. 적어도 하나의 블로잉제(T)는 액체 및/또는 기체 상태로 첨가된다. 적어도 하나의 블로잉제(T)를 첨가하면, 제 2 폴리머 용융물(P2)의 점도 및 온도가 낮아져, 혼합 장치(41)에서 적어도 하나의 블로잉제(T)의 혼합이 용이하게 된다.
블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)은 제 2 혼합 영역(20)의 상류 단부에서 제 3 공급구(37)를 통해 케이싱 보어(10, 10') 안으로 공급된다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)은 반죽 및/또는 스크류 부재(38)에 의해 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)과 혼합된다. 제 2 축적 영역(19)에서 형성된 용융물 시일은, 혼합 과정에서 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)로부터 빠져나가는 휘발성 블로잉제(T)가 상류 방향으로 흐르는 것을 방지하는데, 상류에서 블로잉제가 빠져나갈 수 있다. 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)의 온도(T4)는 온도 센서(42)로 측정된다. 필요하다면, 제어 장치(57)는 측정된 온도(T4)에 따라 제 3 냉각부(43)를 작동시키게 된다. 제 2 혼합 영역(20)에서의 온도(T4)가 미리 정해진 값으로 제한되도록, 냉각부(43)는 혼합 과정에서 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)에 도입된 기계적 에너지의 적어도 일 부분을 제거하게 된다. T4는 T4 ＜ 240℃, 특히 T4 ＜ 210℃, 또한 특히 T4 ＜ 180℃ 이다. 제 2 혼합 영역(20)의 하류 단부에서의 용융물 압력, 엄격히 말하면 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)의 절대 용융물 압력(p4)은 특히 p4 ＞ 25 bar, 특히 p4 ＞ 30 bar, 또한 특히 p4 ＞ 35 bar 이다.
상기 폴리머 용융물(PAT)은 배출구(45)를 통해 스크류 기계(8)에서 배출된다. 스크류 기계(8)에서 배출되면, 폴리머 용융물(PAT)은 70 ∼ 300 bar 의 압력에서 용융물 펌프(4)에 의해 정적 용융물 냉각기(5) 안으로 전달된다. 이 용융물 냉각기(5)에서, 폴리머 용융물(PAT)은 용융물 냉각기(5)의 하류에서 190℃ 미만, 특히 180℃ 미만, 또한 특히 170℃ 미만의 온도를 갖도록 냉각된다. 상기 냉각 과정에 의해, 폴리머 용융물(PAT)의 점도가 다시 증가하게 되는데, 다시 말해 첨가된 적어도 하나의 블로잉제(T)로 인한 점도 감소가 적어도 부분적으로 보상된다. 용융물 냉각기(5)에서 배출되면, 냉각된 폴리머 용융물(PAT)은 70 ∼ 300 bar 의 압력에서 용융물 펌프(6)에 의해 펠릿화기(7)에 공급되며, 여기서 통상적인 방식으로 펠릿화되어, 폴리머 용융물(PAT)로부터 폴리머 펠릿(PG)이 얻어지게 된다. 폴리머 용융물(P1, P2) 및 선택되는 적어도 하나의 블로잉제(T)의 종류에 따라, 펠릿화 방법에 따라서는 팽창가능한 폴리머 펠릿(PG) 및 팽창된 폴리머 펠릿을 제조할 수 있다. 팽창가능한 폴리머 펠릿(PG)은 바람직하게는 수중 펠릿화 과정으로 제조되며, 팽창된 폴리머 펠릿(PG)은 바람직하게는 물 링 펠릿화 과정으로 제조된다.
첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)은 폴리머 중량비(as)를 갖는다. 이 폴리머 중량비(as)는 제 1 폴리머 용융물(P1)의 제 1 폴리머 중량비(a1) 및 제 2 폴리머 용융물(P2)의 제 2 폴리머 중량비(a2)로 구성되며, as = a1＋ a2 이다. 제 1 폴리머 용융물(P1)의 제 1 폴리머 중량비(a1)는 a1 ＜ 0.4·aS, 특히 a1 ＜ 0.3·aS, 또한 특히 a1 ＜ 0.2·aS 이다. 그러므로 a2 /a1 비는 a2 /a1 ＞ 3/2, 특히 a2 /a1 ＞ 7/3, 또한 특히 a2 /a1 ＞ 4 이다. 따라서, 제 1 폴리머 용융물(P1)은 관련된 폴리머 중량비(a2)를 갖는 제 2 폴리머 용융물(P2) 보다 작은 제 1 폴리머 중량비(a1)를 갖는다. 적어도 하나의 첨가제(A)와 제 1 폴리머 용융물(P1)을 혼합하고 또한 이렇게 해서 얻어진 결과적인 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)과 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)를 혼합하는 것을 연속적으로 함으로써, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)의 제조가 용이하게 된다. 폴리머 중량비(a2)만 용융물 냉각기(46)를 통해 흐르므로, 그 용융물 냉각기(46)는 비교적 작은 크기를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치(2) 및 본 발명에 따른 방법은, 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA) 및 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)이 제조 중에 적어도 하나의 첨가제(A)의 임계 분해 온도(TK)를 초과하지 않게 해준다. 적어도 하나의 첨가제의 상기 임계 온도(TK)는 특히 TK ≥ 180℃, 특히 TK ≥ 210℃, 또한 특히 TK ≥ 240℃ 이다. 본 발명에 따른 장치(2)는 또한 높은 처리량을 보장해 준다.
이하, 본 발명의 예시적인 제 2 실시 형태를 도 3 을 참조하여 설명하도록 한다. 예시적인 제 1 실시 형태와는 달리, 제 1 폴리머 용융물(P1)은 중합 반응기(59)에 의해 제공된다. 용융물 펌프(60)에 의해, 제 1 폴리머 용융물(P1)은 70 ∼ 300 bar의 압력에서 용융물 냉각기(61)에 전달된다. 이 용융물 냉각기(61)는 정적 용융물 냉각기이고, 그래서 용융물 냉각기(5, 46)에 대응하는 정적 혼합체(63)를 포함하는 냉각기 케이싱(62)을 갖는다. 냉각 부재(64)가 제공되어 있어 제 1 폴리머 용융물(P1)을 냉각하게 된다. 용융물 냉각기(61)는 폴리머 공급 라인(65)을 통해 제 1 공급구(22) 안으로 열려 있다. 용융물의 공급으로 인해 용융 과정은 생략될 수 있으므로, 입구 영역(15)은 제 1 축적 영역(17)까지 이른다. 온도 센서(27) 및 냉각 장치(28)가 입구 영역(15)에 배치되어 있다. 대안적으로, 온도 센서(27)는 또한 폴리머 공급 라인(65)에 배치될 수 있다. 용융물 냉각기(61)에 의해 제공되는 냉각이 충분하면 냉각 장치(28)는 생략될 수 있다. 중합 반응기(59)에 나가면 제 1 폴리머 용융물(P1)은 최대 300℃, 특히 최대 280℃, 또한 특히 최대 260℃의 온도를 갖는다. 냉각을 위해, 제 1 폴리머 용융물(P1)은 용융물 펌프(60)에 의해 70 ∼ 300 bar의 압력에서 용융물 냉각기(61)에 전달된다. 이 용융물 냉각기(61)에서 배출되면 제 1 폴리머 용융물(P1)은 온도(T1)를 갖게 된다. 용융물 냉각기(61)의 하류에서, 용융물 압력(p1)은 p1 ＞ 1 bar, 특히 p1 ＞ 3 bar, 또한 특히 p1 ＞ 5 bar 이다. 대안적으로, 제 1 폴리머 용융물(P1) 및 제 2 폴리머 용융물(P2)은 공통의 중합 반응기(52)로부터 취해질 수도 있다. 이 경우, 제 1 폴리머 용융물(P1)을 용융물 냉각기(61)에 공급하고 또한 제 2 폴리머 용융물(P2)을 용융물 냉각기(46)에 공급하기 위해 공통의 용융물 펌프(60 또는 53)를 사용할 수 있다. 설비(1)와 장치(2)의 다른 구성적 및 기능적 상세는 앞의 실시 형태에 대한 설명에 기재되어 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 제 3 실시 형태를 도 4 을 참조하여 설명하도록 한다. 앞의 실시 형태들과는 달리, 장치(2)는 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 제 1 공급구(22)에 공급하기 위한 공급 라인(66)을 갖고 있으며, 블로잉제 함유 폴리머 용융물의 공급은 공급 라인(66)에 배치되어 있는 용융물 펌프(67)에 의해 행해진다. 공급 라인(66)은 용융물 냉각기(46) 또는 공급 라인(37)에서부터 제 1 공급구(22)까지 이어져 있으며, 상기 공급 라인은 그 제 1 공급구 안으로 열려 있다. 용융물의 공급으로 인해 용융 과정 및 용융 영역은 생략될 수 있으며, 그래서 입구 영역(15)은 제 1 축적 영역(17)까지 이른다. 제 1 폴리머 용융물(P1)을 제공하기 위해, 배출구(68)가 케이싱(9)의 입구 영역(15)에 형성되어 있다. 블로잉제 함유 폴리며 용융물(PT)에 있는 적어도 하나의 블로잉제(T)는 휘발성이기 때문에 그 블로잉제 함유 폴리며 용융물(PT)로부터 빠져나가 상기 배출구(68)를 통해 배출된다. 배출 과정은 바람직하게는 후방 배출 과정이다. 그러므로 배출구(68)는 제 1 공급구(22)의 상류에서 케이싱(9)에 형성된다. 입구 영역(15)의 하류 단부에서, 적어도 하나의 블로잉제(T)는 완전히 빠져나가 제 1 폴리머 용융물(P1)이 제공된다. 용융물 냉각기(46)에 의해 제공되는 냉각이 충분할 때는 냉각부(28)는 생략될 수 있다. 따라서 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)은 2개의 부분 흐름으로 분할된다. 작은 제 1 부분 흐름은 제 1 공급구(22)를 통해 전달되고 스크류 기계(8)에서 휘발 성분이 제거되어 제 1 폴리머 용융물(P1)이 얻어지게 된다. 앞의 실시 형태들에 대응하여, 제 2 부분 흐름은 제 3 공급구(37)를 통해 스크류 기계(8) 안으로 전달되며, 여기서 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)과 혼합된다. 휘발 성분 제거의 다른 효과로서, 용융물 온도가 감소하여 제 1 폴리머 용융물(P1)은 온도(T1)를 갖게 된다. 설비(1)와 장치(2)의 다른 구성적 및 기능적 상세는 앞의 실시 형태에 대한 설명에 기재되어 있다.
본 발명에 다른 장치(2) 및 본 발명에 따른 방법은 일단(one-stage) 설계로 구성되어 있다. 이 일단 설계로 인해, 적어도 하나의 첨가제(A)와 적어도 하나의 블로잉제(T)를 혼합하는데 단지 하나의 스크류 기계(8)만 필요하다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)과 블로잉제 함유 폴리머 용융물(Pt)의 혼합 전에 적어도 하나의 첨가제(A)와 적어도 하나의 블로잉제가 서로 개별적으로 폴리머 용융물(P1) 및 폴리머 용융물(P2)에 각각 혼합되므로, 높은 처리량을 보장하면서 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)을 간단하고 유연한 방식으로 제조할 수 있다. 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA) 또는 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)은 적어도 하나의 첨가제(A)의 분해 온도(TK)를 초과하지 않는다. 본 발명에 다른 장치(2) 및 본 발명에 따른 방법으로 제공되는 다른 이점으로서, 폴리머 용융물(PAT)을 제조하는데 필요한 기계적 에너지 입력이 최적화되어, 요구되는 냉각 과정이 최적화될 수 있고 또한 임계 분해 온도(TK)가 초과되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (19)

  1. 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 제 1 폴리머 용융물(P1) 및 제 2 폴리머 용융물(P2)을 제공하는 단계;
    - 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)을 얻기 위해 적어도 하나의 첨가제(A)와 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)을 스크류 기계(8)로 혼합하는 단계;
    - 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 얻기 위해 적어도 하나의 블로잉제(T)와 상기 제 2 폴리머 용융물(P2)을 혼합하는 단계;
    - 상기 스크류 기계(8) 안에 제공되어 있는 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)에 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 추가하는 단계; 및
    - 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)을 얻기 위해, 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)과 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)을 상기 스크류 기계(8)로 혼합하는 단계를 포함하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)은 폴리머 중량비(as)를 가지며. 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)의 제 1 폴리머 중량비(a1)는 a1 ＜ 0.4·aS 인 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 첨가제(A)를 추가하기 전에, 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)은 온도(T1)를 가지며, 이 온도(T1)는 T1 ＜ 185℃ 인 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크류 기계(8)로 상기 적어도 하나의 첨가제(A)를 혼합하기 전에, 제 1 축적 영역(17)은 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 첨가제(A)를 혼합하는 중에, 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)에서 휘발 성분이 액화되는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 추가하기 전에, 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)은 온도(T2)를 가지며, 이 온도(T2)는 T2 ＜ 195℃ 인 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 첨가제(A)를 혼합한 후에 그리고 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 추가하기 전에, 제 2 축적 영역(19)이 상기 스크류 기계(8)에 의해 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크류 기계(8) 안으로 공급될 때 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)은 온도(T3)를 가지며, 이 온도(T3)는 T3 ＜ 180℃ 인 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)은 상기 스크류 기계(8) 안으로 공급되기 전에 냉각되는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)은 용융물 냉각기(46)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 방법.
  11. 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치로서, 상기 장치는 스크류 기계(8)를 포함하고, 상기 스크류 기계는,
    - 케이싱(9);
    - 상기 케이싱(9) 내에 형성되어 있는 적어도 하나의 케이싱 보어(10, 10');
    - 상기 케이싱 보어(10, 10') 안에 배치되는 적어도 하나의 처리 요소 축(11, 11');
    - 제 1 폴리머 용융물(P1)을 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 케이싱 보어(22) 안으로 열려 있는 제 1 공급구(22);
    - 적어도 하나의 첨가제(A)를 공급하기 위한 제 2 공급구(30) - 상기 공급구(30)는 전달 방향(3)에 대해 상기 제 1 공급구(22)의 하류에 배치되며 상기 적어도 하나의 케이싱 보어(10, 10') 쪽으로 통해 있음 -;
    - 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)을 얻기 위해 상기 적어도 하나의 첨가제(A)와 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)을 혼합하기 위한 제 1 혼합 영역(18);
    - 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 공급하기 위한 제 3 공급구(37) - 상기 제 3 공급구(37)는 상기 전달 방향(3)에 대해 상기 제 1 혼합 영역(18)의 하류에 배치되며 상기 적어도 하나의 케이싱 보어(10, 10') 쪽으로 통해 있음 -;
    - 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물(PAT)을 얻기 위해, 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)과 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)을 혼합하기 위한 제 2 혼합 영역(20); 및
    - 적어도 하나의 블로잉제(T)를 제 2 폴리머 용융물(P2)에 혼합하여 상기 블로잉제 함유 폴리머 용융물(PT)을 제공하기 위해 상기 제 3 공급구(37) 쪽으로 통해 있는 혼합 장치(41)를 포함하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 요소 축(11, 11')은 상기 제 1 폴리머 용융물(P1)로 제 1 축적 영역(17)을 형성하기 위해 상기 제 2 공급구(30)의 상류에서 적어도 하나의 제 1 축적 부재(29)를 갖는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 요소 축(11, 11')은 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)로 제 2 축적 영역(19)을 형성하기 위해 상기 제 2 공급구(22)와 상기 제 3 공급구(30) 사이에서 적어도 하나의 제 2 축적 부재(36)를 갖는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 처리 요소 축(11, 11')은 상기 첨가제 함유 폴리머 용융물(PA)로 제 2 축적 영역(19)을 형성하기 위해 상기 제 2 공급구(22)와 상기 제 3 공급구(30) 사이에서 적어도 하나의 제 2 축적 부재(36)를 갖고, 상기 적어도 하나의 제 1 축적 부재(29)와 적어도 하나의 제 2 축적 부재(36) 사이에서 상기 케이싱(9)에 배출구(33)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배출구(33)는 상기 제 2 공급구(30)의 상류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 혼합 장치(41)는,
    - 용융물 냉각기(46);
    - 제 2 폴리머 용융물(P2)을 상기 용융물 냉각기(46)에 공급하기 위한 폴리머 공급 라인(51); 및
    - 적어도 하나의 블로잉제(T)를 공급하기 위한 블로잉제 공급 라인(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 용융물 냉각기(46)는 정적 용융물 냉각기로 구성되어 있고, 상기 블로잉제 공급 라인(50)이 그 정적 용용물 냉각기 쪽으로 통해 있는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    제 2 폴리머 용융물(P2)을 제공하기 위한 중합 반응기(52)가 상기 혼합 장치(41)의 상류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    용융물 펌프(53)가 상기 중합 반응기(52)와 상기 혼합 장치(41) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 첨가제/블로잉제 함유 폴리머 용융물을 제조하기 위한 장치.
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