TW201500157A - 用於製造均勻丸粒之聚醯胺鑄造法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了提供均勻聚醯胺丸粒之方法及裝置。在一個實例中，製造聚醯胺聚合物之均勻丸粒之方法可包含以下步驟：以實質上與聚醯胺聚合物之通過量成比例之切割速度切割一股經擠出之聚醯胺聚合物以達成聚合物丸粒均勻度，及調整一或多個製程參數以維持聚醯胺丸粒之均勻度。

Description

用於製造均勻丸粒之聚醯胺鑄造法

本發明係關於一種製造聚醯胺聚合物之均勻丸粒之方法及用於製備均勻聚醯胺丸粒之裝置。

在重複醯胺單元之間具有至少85%脂族鍵之一類特定脂族聚醯胺描述耐綸(nylon)聚醯胺。已知此等脂族聚醯胺可衍生自二元羧酸及二元羧酸之其他醯胺形成衍生物，諸如酸酐、醯胺、酸鹵化物、半酯及二酯，且通常與一級或二級胺反應。更特定而言，已知由諸如二羧酸及二胺之單體形成脂族聚醯胺聚合物係藉由一級或二級二胺(具有至少一個氫連接於各氮之二胺)與二羧酸或二元羧酸之醯胺形成衍生物反應而實現。示例性反應流程展示如下：

其中R及R'表示二價烴基，且n表示重複單元之數目及水分子之數目。

衍生自二酸及二胺之各一個分子之聚合物的「結構單元」係針對各別基團R及R'中之碳原子之數目來命名。因此，得自六亞甲基-1,6-二胺及己二酸之聚醯胺為「耐綸6,6」(聚六亞甲基己二醯胺)。

纖維形成聚醯胺可藉由在縮合聚合條件下，一般在180℃至300℃下加熱實質上等分子量之二胺及二羧酸或二元羧酸之醯胺形成衍生 物來製備。此產物展現纖維形成特性，其中可達成足夠高之分子量。

既定聚醯胺之特性可在相當大的範圍上變化，且可視分子量而定。部分而言，聚醯胺特性受其端基之性質所影響，端基之性質繼而視過量使用哪種反應物(二胺或二酸)而定。

纖維形成聚醯胺之兩種特徵涉及其高熔點及低溶解度。衍生自較簡單類型之胺及酸之彼等聚醯胺為幾乎始終不透明之固體，其在相當明確之溫度下熔融或變得透明。在低於其熔點下，纖維形成聚醯胺當由X射線檢查時一般提供尖銳之X射線結晶粉末繞射圖，有明顯證據表明其呈大塊狀態之結晶結構。此等聚醯胺之密度一般介於1.0與1.2之間，且更特定而言，耐綸6,6之密度現今公認為1.14公克/立方公分。

與其他縮合聚合產物之共同之處在於，聚醯胺一般包括密切相似之結構的個別單元。對此等個別單元之平均大小，亦即聚合物之平均分子量在一定限度內進行有意控制。隨著聚合反應進一步進行，平均分子量(及固有黏度)將愈高。

若以精確等分子量使用反應物，則聚合及加熱在允許揮發性產物逸出之條件下持續較長時間，且可獲得具有極高分子量之聚醯胺。然而，若過量使用任一反應物，則聚合進行至某一點處，接著基本上停止。停止聚合之時間點可視過量使用之二胺或二元酸(或衍生物)之量而定。

製備聚醯胺之適宜方法包括藉由在液體中混合近似化學當量之二胺與二羧酸而製成鹽，該液體可選擇為所得鹽之不良溶劑。必要時，可接著藉由自適合溶劑中結晶來純化自液體中分離之鹽。此等二胺-二接酸鹽為結晶且具有明確熔點。該等鹽可溶於水且宜自某些醇及醇-水混合物中結晶。

自二胺-二羧酸鹽製備纖維形成聚醯胺可依許多方式進行。可在 允許移除反應中所形成之水的條件下，在不存在溶劑或稀釋劑之情況下將鹽加熱至反應溫度(180℃至300℃)。可能需要使聚醯胺經受減壓，例如等效於50至300mm汞(67至400毫巴)之絕對壓力，隨後使用該聚醯胺製成長絲及其他成形物品。此宜藉由將製備聚醯胺之反應容器抽真空，隨後使聚合物凝固來完成。

一般而言，在上文所述之聚醯胺形成製程中未必需要添加催化劑。然而，已知某些含磷物質，例如金屬膦酸鹽及磷酸鹽發揮一定程度之催化功能。使用所添加之催化劑有時賦予關於製成高分子量物質之其他優點。

最具線性之縮合聚合物聚醯胺之商業製備涉及加熱單體起始物質以使聚合物逐步縮合。此製程通常在數個階段進行，其中藉由移除揮發物而中間形成低分子量、低黏度聚合液體。在多種真空度及滯留時間及溫度下處理低分子量、低黏度聚合液體以使聚合物達到所要最終分子量及黏度。

儘管一般可達成所要最終分子量及黏度，但在鑄造期間獲得聚合物質之一致均勻度可成問題。因此，在此項技術中發現及利用用於製備具有改良之均勻度的聚合物質之各種技術將為一大進展。

本發明係關於用於製造均勻聚醯胺丸粒之方法及器件。在一個實施例中，製造聚醯胺聚合物之均勻丸粒之方法可包含以下步驟：以實質上與聚醯胺聚合物之通過量成比例之切割速度切割一股經擠出之聚醯胺聚合物以達成聚合物丸粒均勻度，及調整一或多個製程參數以維持聚醯胺丸粒之均勻度。更特定而言，該方法可包括回應於選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的替代性第二製程參數之變化來調整選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的第一製程參數以維持均勻度。均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測 量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。在另一實例中，均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少99%之個別丸粒具有在該平均質量之5%以內之個別質量。

在另一實例中，用於製備均勻聚醯胺丸粒之裝置可包含高壓釜容器、切割機及製程控制器。高壓釜容器可包括擠壓閥及壓力控制器(例如進氣閥、排氣閥、加熱組件，或除擠壓閥以外之可用於調節高壓釜內之壓力的任何其他器件)。切割機可經改適以切割自高壓釜容器擠出之聚醯胺聚合物以形成聚醯胺丸粒。製程控制器可包括用於控制壓力控制器之壓力控制模組、用於控制切割機速度之切割速度模組，及用於控制擠壓閥之擠壓閥模組。該裝置可經組態以藉由以一定通過量經擠壓閥擠出一股聚醯胺聚合物及以一定切割速度切割該股來製備一批均勻聚醯胺丸粒。此外，均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。在另一實例中，均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少99%之個別丸粒具有在該平均質量之5%以內之個別質量。

10‧‧‧攪拌式高壓釜

18‧‧‧一對再新桿

20‧‧‧高壓釜容器/容器

22‧‧‧攪拌器或螺旋鑽

24‧‧‧容器壁

26a‧‧‧加熱組件/外部夾套加熱組件

26b‧‧‧加熱組件/內部加熱組件

26‧‧‧加熱組件

28‧‧‧進氣閥/進氣管線/閥

30‧‧‧高壓釜排氣口/排氣管線/閥

32‧‧‧閥開口

34‧‧‧擠壓閥

36‧‧‧切割機

38‧‧‧托架

40‧‧‧漿液收集器件

42‧‧‧漿液管

44‧‧‧乾燥器/旋轉器

60‧‧‧製程控制器

70‧‧‧壓力控制模組

80‧‧‧切割速度模組

90‧‧‧擠壓閥模組

圖1A為根據本發明之實例可用之高壓釜容器之示意性剖視圖；圖1B為根據本發明之實例可用之高壓釜容器之示意性剖視圖；圖2為根據本發明之實例可用本發明之裝置之系統的圖；圖3為根據本發明之一個實施例之聚醯胺之樣品鑄造曲線圖；圖4為關於根據本發明之實例由一種所揭示之製程製備之聚醯胺聚合物之目標切片重量，切片重量及通過量相對於時間的曲線圖；圖5為關於根據本發明之實例由一種所揭示之製程製備之聚醯胺之目標切片重量，經正規化之切割機速度/閥輸出量及AC壓力相對於時間的曲線圖； 圖6為關於根據本發明之實例由一種所揭示之製程製備之聚醯胺之目標切片重量，切片重量及通過量相對於時間的曲線圖；圖7為關於根據本發明之實例由一種所揭示之製程製備之聚醯胺聚合物之目標切片重量，經正規化之切割機速度/閥輸出量及AC壓力相對於時間的曲線圖；及圖8為關於根據本發明之實例由可比較之製程製備之聚醯胺聚合物，丸粒重量及通過量相對於時間的曲線圖。

應注意，圖式僅例示本發明之實施例且藉此不欲限制本發明之範疇。

儘管以下【實施方式】含有許多細節用於達成說明之目的，但一般技術者應瞭解，針對以下詳情之許多變化及變更在本文所揭示之實施例的範疇內。

因此，闡述以下實施例，而不損失任何所主張之發明內容的一般性，且不會對任何所主張之發明內容強加限制。在更詳細地描述本發明之前，應瞭解，本發明並不限於所描述之特定實施例，因為本發明可變化。亦應瞭解，本文所用之術語僅用於達成描述特定實施例之目的，且不欲具有限制性，此係因為本發明之範疇將僅受隨附申請專利範圍所限制。除非另有規定，否則本文所用之所有技術及科學術語具有與一般熟習本發明所屬技術者通常所理解之含義相同的含義。

除非本文另有明確規定，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所用之單數形式「一(a/an)」及「該」包括複數指示物。因此，舉例而言，提及「一種聚醯胺」包括複數種聚醯胺。

在本發明中，「包含」、「含有」及「具有」及其類似術語可具有美國專利法(U.S.Patent law)賦予其之含義且可意謂「包括」及其類似術語，且一般解釋為開放式術語。術語「由......組成」為封閉式術 語，且僅包括特定列出之器件、方法、組成、組件、結構、步驟或其類似項，且為根據美國專利法之術語。「基本上由......組成」或其類似術語當應用於本發明所涵蓋之器件、方法、組成、組件、結構、步驟或其類似項時，係指如同本文所揭示之要素的要素，但可含有其他結構群組、組成組件、方法步驟等。然而，該等其他器件、方法、組成、組件、結構、步驟或其類似項等本質上不會影響器件、組成、方法等與本文所揭示之相應器件、組成、方法等相比的基本及新穎特徵。進一步詳細而言，「基本上由......組成」或其類似術語當應用於本發明所涵蓋之器件、方法、組成、組件、結構、步驟或其類似項時，具有美國專利法所賦予之含義，且該術語為開放式的，從而允許存在超過所列者，只要超過所列者之存在不會改變所列者之基本或新穎特徵即可，但不包括先前技術之實施例。當使用開放式術語，如「包含」或「包括」時，應瞭解，亦應對語言「基本上由......組成」以及語言「由......組成」提供直接支持，如同明確規定一般。

術語「可聚合組合物」或「可聚合溶液」係指根據本發明之實例添加至攪拌式高壓釜中之組合物，該組合物在某些熱及壓力型態下於高壓釜內處理時，形成聚醯胺聚合物，可將其擠出或以其他方式收集以供進一步使用。

術語「聚醯胺鹽」係指(連同其他添加劑一起)包括於可聚合組合物中之鹽，該組合物提供用於形成聚醯胺聚合物之基本可聚合物質。舉例而言，若聚醯胺聚合物為耐綸6,6，則該鹽可由己二酸及己二胺來製備。其他添加劑亦可存在於聚醯胺溶液中，其係在反應器容器之前引入，或引入反應器容器中。舉例而言，通常將二氧化鈦直接引入容器中，而在將可聚合組合物引入容器中之前引入其他添加劑，諸如催化劑、光學增亮劑、消泡添加劑等，不過此順序或甚至此等添加劑之存在並非必需的。

術語「週期」係指主要由容器內之壓力型態界定之分批聚合製程之階段。在分批製程開始時進行第一週期(週期1)，同時壓力自相對低壓增至相對高壓。當相對高壓維持一定時間段時進行第二週期(週期2)。當相對高壓降回至相對低壓時進行第三週期(週期3)。當相對低壓維持一定時間段時進行第四週期(週期4)。當自容器中擠出所製備之聚合物時進行第五週期(週期5)。本發明可互換使用術語「第四週期」、「週期4」及「預鑄造週期」。

在合成方法之情形中，諸如「適合於提供」、「足以引起」或「足以得到」之片語或其類似片語係指與時間、溫度、溶劑、反應物濃度及其類似物相關之反應條件，該等反應條件係在實驗者之一般技能範圍內變化以提供適用量或產率之反應產物。所要反應產物不需為唯一反應產物或起始物質不需被完全消耗，其限制條件為所要反應產物可經分離或以其他方式進一步使用。

應注意，比率、濃度、量及其他數值數據可在本文中以範圍格式表示。應瞭解，此種範圍格式係出於方便及簡潔而使用，且因此應以靈活之方式解釋為不僅包括作為範圍之界限明確列舉之數值，而且包括彼範圍內所涵蓋之所有個別數值或子範圍，如同各數值及子範圍包括「約『x』至約『y』」一般。為作說明，「約0.1%至約5%」之濃度範圍應解釋為不僅包括明確列舉之約0.1重量%至約5重量%之濃度，而且包括所指示之範圍內之個別濃度(例如1%、2%、3%及4%)及子範圍(例如0.5%、1.1%、2.2%、3.3%及4.4%)。在一實施例中，術語「約」可包括根據數值之有效數字的傳統捨入。另外，片語「約『x』至『y』」包括「約『x』至約『y』」。

如本文所用之術語「約」當涉及數值或範圍時，允許該值或範圍有一定程度之變化性，例如在規定值或規定範圍界限之10%以內，或在一個態樣中5%以內。

另外，在以清單或馬庫西群組(Markush group)描述本發明之特徵或態樣之情況下，熟習此項技術者應認識到，本發明亦藉此以馬庫西群組之任何個別成員或成員之子組來描述。舉例而言，若X描述為選自由溴、氯及碘組成之群，則充分描述關於X為溴之主張及關於X為溴及氯之主張，如同個別地列出一般。舉例而言，在以該等清單描述本發明之特徵或態樣之情況下，熟習此項技術者應認識到，本發明亦藉此以清單或馬庫西群組之個別成員或成員之子組的任何組合來描述。因此，若X描述為選自由溴、氯及碘組成之群，且Y描述為選自由甲基、乙基及丙基組成之群，則充分描述及支持關於X為溴且Y為甲基之主張。

除非另有規定，否則如本文所用之所有百分比組成均以重量百分比給出。除非另有指示，否則當提及組分之溶液時，百分比係指包括溶劑(例如水)之組合物的重量百分比。

除非另有規定，否則如本文所用之聚合物之所有分子量(Mw)為重量平均分子量。

如熟習此項技術者在閱讀本發明後將顯而易知，本文所描述及說明之個別實施例中之每一者具有離散組件及特徵，該等組件及特徵可在不脫離本發明之範疇或精神的情況下易於與其他若干實施例中之任一者之特徵分離或組合。任何所述方法可依所述事件之次序或依邏輯上可能之任何其他次序進行。

一般而言，製造聚醯胺聚合物之均勻丸粒之方法可包含以下步驟：以實質上與聚醯胺聚合物之通過量成比例之切割速度切割一股經擠出之聚醯胺聚合物以達成聚合物丸粒均勻度，及調整一或多個製程參數以維持聚醯胺丸粒之均勻度。特定而言，該方法可包括回應於選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的替代性第二製程參數之變化來調整選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的 第一製程參數以維持均勻度。均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。在另一實例中，均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少99%之個別丸粒具有在該平均質量之5%以內之個別質量。

同樣地，用於製備均勻聚醯胺丸粒之裝置可包含高壓釜容器、切割機及製程控制器。高壓釜容器可包括壓力控制器及擠壓閥。切割機可經改適以切割自高壓釜容器擠出之聚醯胺聚合物以形成聚醯胺丸粒。製程控制器可包括用於控制壓力控制器之壓力控制模組、用於控制切割機速度之切割速度模組，及用於控制擠壓閥之擠壓閥模組。該裝置可經組態以藉由以一定通過量經擠壓閥擠出一股聚醯胺聚合物及以一定切割速度切割該股來製備一批均勻聚醯胺丸粒。此外，均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。在另一實例中，均勻度可依具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少99%之個別丸粒具有在該平均質量之5%以內之個別質量。

應注意，當論述本發明裝置及方法時，此等論述中之每一者可視為適用於此等實例中之每一者，無論其是否在彼實例之情形中明確論述。因此，舉例而言，在關於裝置論述聚醯胺聚合物時，彼論述亦適用於方法，反之亦然。

現返回本發明之裝置及方法，一般而言，本發明製備製程、鑄造製程、裝置等可與包含聚醯胺之聚合物系統一起使用。在一個實施例中，聚醯胺聚合物可包含耐綸6,6，基本上由耐綸6,6組成，或由耐綸6,6組成。耐綸6,6可為純聚合物，或可由許多添加劑中之任一者改質，包括光學增亮劑、染料等。一般而言，除非另有規定，否則本文所涉及之製備製程可包括連續製程及分批製程。該等製程一般在反應 器容器(例如高壓釜)中進行。在一個實施例中，製備製程可為分批製程。在無特定限制下，此種分批製程通常為如本文所述之5週期製程。

詳言之，關於耐綸6,6，根據本發明之實例之典型分批量可為約1000Kg至約3000Kg，且可在批處理期間於高壓釜內循環約100至120分鐘。視設備及聚合物選擇或在熟習相關技術者之知識範圍內的其他考慮因素而定，亦可使用在此等範圍外之分批量及時間。一般而言，聚醯胺之耐綸可依鹽形式添加。在一個實施例中，耐綸可為耐綸6,6鹽，且可依約50重量%至95重量%範圍內之量存在於聚醯胺中。

多種處理參數可用於本發明聚醯胺之聚合中，包括溫度及壓力。在一個實施例中，溫度可在約190℃至約290℃之範圍內，且在某些週期期間之自生壓力或其他壓力可在約250絕對磅/平方吋(psia)至約300絕對磅/平方吋(psia)之範圍內。另外，在另一實施例中，在某些週期期間，可在真空下於小於10托之壓力下進行加熱。在一些實例中，當在真空週期中時，不進一步加熱聚合物。如熟習此項技術者在慮及本發明之後應瞭解，通常，當聚合物溫度足夠時可開始真空製程。在一些實例中，可使用之極低壓力為約低至約150托，例如約200毫巴。

一般而言，用於製造聚醯胺丸粒之本發明製程可由高壓釜及擠出/切割製程進行。在一個實施例中，該製程可以自聚醯胺鹽(例如耐綸6,6鹽)之水溶液製備之濃縮漿液或聚醯胺溶液開始，將該漿液或溶液提供於高壓釜容器中。視情況，漿液可為稀漿液且藉助於蒸發步驟變得更濃縮。在一個實施例中，漿液可自單體己二胺及己二酸之水溶液以此項技術中已知之方式製備。在另一特定實施例中，漿液可含有少量耐綸6單體與呈己內醯胺水溶液形式之耐綸6,6單體之水溶液。在一個實例中，可接著將高壓釜容器加熱至約230℃(或某一其他功能 溫度)，從而允許內部自生壓力上升。可視情況將去光劑二氧化鈦(TiO₂)注入高壓釜及呈水性分散液形式之單體混合物中。

可接著在高壓釜中將聚醯胺溶液或增稠漿液混合物加熱至約245℃(或某一其他功能溫度)。當在此溫度下時，高壓釜壓力可降至大氣壓且藉由以已知方式施加真空而進一步降低壓力，以形成聚醯胺組合物。含有聚醯胺組合物之高壓釜將在此溫度及/或壓力下維持約30分鐘。在此步驟之後可在高壓釜中將聚醯胺聚合物組合物進一步加熱至例如約285℃，且將乾氮引入高壓釜容器中，且藉由引入乾氮將高壓釜加壓至約4巴至約5巴絕對壓力。

可亦使用催化劑來製備本文所述之聚醯胺聚合物。在一個實施例中，催化劑可依10ppm至1,000ppm(以重量計)範圍內之量存在於聚醯胺中。在另一態樣中，催化劑可依10ppm至100ppm(以重量計)範圍內之量存在。催化劑可包括(但不限於)磷酸、亞磷酸、低磷酸、芳基膦酸、芳基一元膦酸、其鹽及其混合物。在一個實施例中，催化劑可為次磷酸鈉、次磷酸錳、苯基亞膦酸鈉、苯基膦酸鈉、苯基亞膦酸鉀、苯基膦酸鉀、雙苯基亞膦酸己二銨、甲苯基亞膦酸鉀或其混合物。在一個態樣中，催化劑可為次磷酸鈉。

根據本文所揭示之實施例之聚醯胺及聚醯胺組合物可經由添加光學增亮劑而改良白度外觀。該等聚醯胺可展現持久白度改良，且可經由諸如熱定型之操作而保持此白度改良。在一個實施例中，光學增亮劑可依0.01重量%至1重量%範圍內之量存在於聚醯胺中。在一個態樣中，光學增亮劑可為二氧化鈦。

另外，此等聚醯胺聚合物可用抗氧化劑穩定劑、抗微生物添加劑等製備。另外，聚醯胺聚合物可使用消泡添加劑製備。在一個實施例中，消泡添加劑可依1ppm至500ppm(以重量計)範圍內之量存在於聚醯胺中。

根據本文所揭示之實施例之聚醯胺聚合物固有地為酸可染的，但亦可藉由用在聚合物中共聚之陽離子性染料對此等聚合物或共聚物進行改質而促使其呈鹼性染色形式。此改質使得組合物尤其易受鹼染料著色。

現轉向圖1A及1B，展示兩個例示性攪拌式高壓釜之示意性剖視圖。此等圖不一定按比例繪製，且不展示通常存在於攪拌式高壓釜中之每個細部，而是選擇展示尤其與本發明有關之特徵的示意性圖示。因此，在各別圖中，在此實例中，攪拌式高壓釜10可包括高壓釜容器20及攪拌器或螺旋鑽22。儘管有圖示，但攪拌器或螺旋鑽並非必需的。容器包括容器壁24，其通常為經包覆之容器壁，且該容器壁及/或其他結構經改適以支撐一或多種類型之加熱組件26a、26b。在此實例中，以26a展示外部夾套加熱組件且以26b展示內部加熱組件。應注意，圖1A中之加熱組件相對接近於攪拌器定位，此可為典型的，而圖1B之加熱組件較接近於容器壁定位，此對於非攪拌式高壓釜更為典型。然而，在此規定，可由熟習此項技術者在慮及本發明之後進行加熱元件之定位。在其他實例中，加熱元件可在兩個位置處，亦即，接近容器壁及接近攪拌器。

外部夾套加熱組件26a可用於升高容器內所含之可聚合組合物或聚合物之溫度，且內部加熱組件26b尤其可用於防止聚合物變得黏著至容器壁之內表面及/或黏著至攪拌器。如圖1A中所示，除所展示之內部加熱組件以外，亦存在一對再新桿18，其與中央攪拌器或螺旋鑽22一起工作以使聚合物再新。攪拌器工作以使聚合物沿中央部分向上移動，且該對再新桿用於藉由在攪動熔融聚合物時自側壁表面移除該聚合物而使熔融聚合物再新。此配置可改良系統內之熱傳遞，且可降低攪拌所引起之渦旋的高度。

應注意，示意性地展示內部加熱組件26b之剖面，但應瞭解，可 使用內部加熱組件之任何形狀或組態。亦應注意，加熱組件可經組態或改適以載運此項技術中已知用於向高壓釜供熱之任何流體，包括氣體及/或液體。亦展示進氣閥28及高壓釜排氣口30且可一起或單獨用作壓力控制器(連同加熱組件26a、26b一起，該等加熱組件亦控制壓力)。未展示加壓器件或壓力源，但應理解為當欲外部增加壓力時存在。或者，如此項技術中所瞭解，可藉由加熱而增加壓力且藉由排氣而降低壓力。此外，閥開口32在高壓釜容器之底端。此圖中未展示擠壓閥，但此為擠出在高壓釜中所製備之聚合物以供進一步處理之位置。亦應注意，如熟習此項技術者應瞭解，不管此等進氣口、閥、排氣口等之描述及所示位置，此等或其他口可依與所示不同之方式使用以達成使用者所設計之任何目的。

應注意，此例示性高壓釜容器及在該高壓釜內形成聚醯胺聚合物之方法僅出於例示性目的而提供，因為許多其他製程程序、高壓釜及添加劑中之任一者可用於產生聚醯胺聚合物。一般描述的是，與在高壓釜容器中如何製備聚合物無關，在製程中之此點處即為本發明之主要主題，亦即鑄造來自聚合容器之聚合物。

如本文所論述，本發明提供用於形成聚醯胺聚合物之均勻丸粒之裝置及方法，其係藉由切割經擠出之聚醯胺聚合物及調整多種處理參數來達成。特定而言，本發明方法可回應於其他前述製程參數中之一者之變化來調整包括切割速度、擠壓閥開度及容器壓力之第一製程參數。另外，在一個態樣中，可回應於第三製程參數來調整製程參數中之兩者。儘管可調整任何製程參數或雙製程參數，但在一個實施例中，經調整之製程參數可為容器壓力或可包括容器壓力。在另一態樣中，經調整之製程參數可為擠壓閥開度或可包括擠壓閥開度。在另一態樣中，經調整之參數可為切割速度或可包括切割速度。

現轉向圖2，用於製備均勻聚醯胺丸粒之裝置可包含容器20，諸 如類似於圖1A及/或圖1B中所示之高壓釜，該高壓釜包括壓力控制器(其可呈進氣管線/閥28、排氣管線/閥30及/或加熱組件26之形式)。應注意，加熱組件係以外部夾套形式展示，但其可替代地或另外地為內部加熱組件。亦展示用於經模板或其他擠壓組態擠出聚合物之擠壓閥34。該裝置亦可包括切割機36，該切割機經改適以具有適合於切割均勻聚醯胺丸粒之切割速度。舉例而言，切割機可為圓盤切割機，其經改適以在經擠出之聚合物通過其時極快速地切割。該裝置亦可包括製程控制器60，該製程控制器可包括壓力控制模組70、切割速度模組80及擠壓閥模組90。該裝置亦可包括托架38、漿液收集器件40、漿液管42及乾燥器/旋轉器44。

進一步詳細而言，關於裝置之製程控制器60，多種模組70、80、90可用於自動執行自動化裝置之一般功能或製程步驟。舉例而言，進氣閥28、高壓釜排氣口30及加熱組件26可由允許調整壓力之壓力控制模組70控制。切割機36可由切割速度模組80控制。擠壓閥34可由擠壓閥模組90控制。可存在其他模組(未圖示)，包括(但不限於)攪拌模組、乾燥器模組、加熱組件模組等。模組可依一定方式一起工作以提供自動化系統來產生均勻聚醯胺丸粒。

圖3闡述曲線圖，其說明該等模組一起工作以達成根據本發明之實例之極佳均勻度的實例。特定而言，圖3描繪根據本發明之一實施例之裝置之處理參數的鑄造曲線圖。特定而言，該曲線圖提供通過單批鑄造製程之高壓釜壓力、來自高壓釜之聚醯胺聚合物之通過量、線性化擠壓閥曲線圖，及在鑄造期間隨時間而變之切割速度。如圖示，調整多種製程參數以在高切割速度下提供實質上恆定之通過量，藉此提供維持丸粒均勻度，同時亦維持高生產率之自動化製程。

亦應注意，在圖3之圖形中，切割速度經更改且實質上與通過量成比例，亦即，當通過量向上或向下移動(如圖形所示)時，切割速度 同樣地分別向上及向下移動。術語「實質上」當涉及通過量與切割速度之比例或相對匹配時，可定義為以下任何程度之匹配，其中一批丸粒之均勻度具有如下平均質量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。藉由使切割速度與通過量之相對移動實質上匹配，可維持均勻度。因此，使用壓力控制器及擠壓閥使通過量保持於用於達成有效切割型態之合理範圍內。舉例而言，在具有由適當壓力及線性化閥開度提供之高通過量的有效系統中，切割速度可關於通過量相對匹配。應注意，當通過量增加時，切割速度亦增加。

現返回圖2，如本文所論述，容器20之壓力可為自生壓力或可自外部壓力源產生。另外，壓力可使用熱、壓力源(未圖示)及/或排氣口30來調整。擠壓閥34一般控制自其擠出聚醯胺聚合物之開口。在一些態樣中，擠壓閥開度可稱作擠壓閥之線性化開度。如本文所用之「線性化」係指使閥開度(亦即未阻塞面積)等於經開口擠出之物質之百分比的數學運算。因而，50%之「線性化」開度係指佔100%總量(100%係指當閥完全開放時之最大容量)之50%物質自開口擠出，甚至閥開度(亦即未阻塞面積)可能不為總可用開度之50%。應注意，當閥不設定於接近100%開放時，對聚醯胺聚合物之通過量存在更多控制。當閥接近於70%或80%開度時，對通過量之控制顯著降低。舉例而言，使閥開度自40%變至50%對通過量具有相對顯著影響，而閥開度自80%變至90%對通過量具有最小影響。因此，可能需要在聚合物鑄造過程中使閥保持於可能在約30%至70%開放且更通常為35%至60%開放之範圍內的程度。為達成此，可改變壓力及/或切割速度以使閥開口保持於所需範圍內。所描述的是，並非嚴格要求如此。此僅提供用以保持關於擠壓閥開度之最大靈活性的機制。

返回可回應於其他製程參數之變化對製程參數進行多種調整，應注意，對製程參數之調整可依序或同時(或以重疊時序)進行。在一 個實施例中，可回應於第三製程參數之變化來調整一個以上製程參數。為提供為何該等製程參數可得益於更改之實例，應注意，一旦擠出製程自高壓釜容器開始，其中所含之聚醯胺聚合物常常並不以其聚合製程完全結束。因此，聚醯胺聚合物在擠出過程中可繼續進一步增稠。已發現，通過量且更顯著為丸粒均勻度無法在此等條件下藉由單獨增加壓力而簡單地維持。同樣地，僅進一步增大擠壓閥34之開度將不會始終充分補償增稠之聚合物。此外，甚至藉由一起控制此等參數中之兩者，若未基於通過量變化來調節切割速度，則聚醯胺丸粒之均勻度可受損。

就調整而言，本發明方法允許通過量之更有效調整及切割速度與通過量之相關匹配以提供先前未達成之均勻度。特定而言，存在兩個影響實際通過量之變數：i)擠壓閥開度，開度增大使得通過量增加；及ii)高壓釜壓力，高壓釜壓力增大亦使得通過量增加。擠壓閥開度適合於快速修正所測量之通過量。然而，開度之總範圍通常過度受限地用於維持恆定通過量。此外，當在鑄造期間降低高壓釜壓力時，高壓釜內之聚合物可發生顯著起泡。此使得高壓釜壓力不適合於作為控制通過量之主要工具。為克服兩個變數之限制，使用閥輸出量來控制通過量。接著在閥開度高於規定目標輸出量之各個時間進一步增加高壓釜壓力。使用多個變數控制通過量比傳統技術有效得多。此外，本發明實施例可使切割速度與通過量匹配以提供先前未達成之丸粒均勻度。

因此，本發明裝置及方法包括使用不同壓力、不同閥開度及不同切割速度來控制通過量且由此控制丸粒均勻度，以按有效方式達成均勻丸粒。因此，在一個特定實例中，例示性通過量可在2至10公噸/小時或5至9公噸/小時或更特定而言6至8公噸/小時之範圍內。在擠出期間之例示性壓力可在0至12巴、1至10巴或5至10巴之範圍內。例示 性閥開度可在30%至70%或45%至65%之範圍內。使用螺旋切割機或其他類似旋轉切割機之例示性切割速度可在100至2000RPM、400至1800RPM或600至1500RPM之範圍內。通常，此等製程參數在鑄造過程中保持於此等範圍內，且藉由調整在此等範圍內之參數，可達成聚醯胺丸粒之均勻度。在此規定，亦可使用在此等範圍外之製程參數，其限制條件為可如本文所述維持丸粒均勻度。

通過量可至少部分地由擠壓閥34之開度控制，切割速度可由切割機36控制，且壓力可由一或多個壓力控制器26、28、30控制。儘管可調整一個以上製程參數以維持聚醯胺丸粒之均勻度，但在一個特定實施例中，壓力及/或切割速度可使擠壓閥以30%至70%、35%至65%或40%至60%之線性化開度操作。另外，為提供所需效率，在一個實施例中，通過量可為至少5公噸/小時，或在大系統中至少7公噸/小時，且調整製程參數可維持目標通過量之變化不超過10重量%。

製程控制器60一般經由電腦、其他計算器件或其他聯網器件聯網至切割機36及容器。本發明裝置可使用多種模組自動化。在一個實施例中，壓力控制模組70可回應於切割速度或擠壓閥34開度之變化來調節壓力控制器26、28、30。在一個態樣中，壓力控制模組可回應於切割速度及擠壓閥開度之變化來調節壓力控制器。在另一實施例中，切割速度模組80可回應於壓力或擠壓閥開度之變化來調節切割機36之切割速度。在一個態樣中，切割速度模組可回應於壓力及擠壓閥開度之變化來調節切割速度。在另一實施例中，擠壓閥模組90可回應於切割速度或壓力之變化來調節擠壓閥34。在一個態樣中，擠壓閥模組可回應於切割速度及壓力之變化來調節擠壓閥。因而，本發明模組可經由製程控制器協調工作以在鑄造期間以足以提供一致且均勻之聚醯胺丸粒之方式來調整處理參數。

應進一步注意，為幫助確定製程參數，例如壓力、閥開度及切 割機速度之適當活動水準，可基於許多技術中之任一者來估算通過量，包括使用光學法估算、使用重量及/或體積(在容器中及/或在擠出後)估算、基於關於在經擠出之聚合物周圍之鑄造水的能量傳遞估算，或其類似技術。特定提及能量傳遞技術，此種鑄造製程可包括使用鑄造通過量估算值或動態值型態以用於在製造聚醯胺丸粒中調整製程參數。舉例而言，估算鑄造通過量可包括測量鑄造水溫度及流率以使得可計算熱傳遞且接著與鑄造通過量相關聯。

應進一步注意，本說明書中所述之一些功能單元已標記為「模組」，以更特定地強調其實施獨立性。舉例而言，「模組」可以硬體電路實施，該硬體電路包含定製VLSI電路或閘陣列、現成的半導體(諸如邏輯晶片)、電晶體或其他離散組件。模組亦可在可程式化硬體器件中實施，諸如場可程式化閘陣列、可程式化陣列邏輯、可程式化邏輯器件或其類似物。模組亦可在用於由多種類型之處理器執行之軟體中實施。可執行碼之識別模組可例如包含電腦指令之一或多個塊，其可組織為對象、程序或功能。儘管如此，識別模組之可執行碼不需要實體上位於一起，而可包含儲存於不同位置處之全異指令，該等位置包含模組且當邏輯上連接在一起時達成模組之指定目的。

當然，可執行碼之模組可為單指令或許多指令，且甚至可分佈於若干不同碼段上、不同程式中及跨越若干記憶體器件。類似地，作業資料可在本文中於模組內識別及說明，且可體現為任何適合之形式並在任何適合類型之資料結構內組織。作業資料可以單一資料集收集，或可分佈於不同位置上，包括不同儲存器件上。模組可為被動或主動模組，包括可操作以執行所要功能之代理。

實例 實例1-1號聚醯胺丸粒

向具有每個週期製造1200kg耐綸-6,6之容量的商業高壓釜饋入己 二酸與己二胺之水溶液。使溫度自150℃升至280℃，且根據循環處理進行聚合。如圖4中所示，控制通過量及切割速度以提供均勻切片重量。目標切片重量為23毫克/丸粒。顯著地，圖4之曲線圖展示切片重量自目標切片重量之最大偏差小於約0.5毫克，使得在整個運作過程中之均勻度為約97.8%。如圖5中所示，該均勻度係藉由控制切割機速度、閥輸出量及高壓釜(AC)壓力來達成。

實例2-2號聚醯胺丸粒

向具有每個週期製造1200kg耐綸-6,6之容量的商業高壓釜饋入己二酸與己二胺之水溶液。使溫度自150℃升至280℃，且根據循環處理進行聚合。如圖5中所示，控制通過量及切割速度以提供均勻切片重量。目標切片重量為28毫克/丸粒。顯著地，圖6之曲線圖展示切片重量自目標切片重量之最大偏差小於約0.75毫克，使得在整個運作過程中之均勻度為約97.3%。如圖5中所示，該均勻度係藉由控制切割機速度、閥輸出量及高壓釜(AC)壓力來達成。

實例3-非均勻聚醯胺丸粒

藉由饋入己二酸與己二胺之水溶液來準備高壓釜。使溫度自150℃升至280℃，且根據循環處理進行聚合。如圖8中所示，與本發明製程成對比，使用靜態切割速度、壓力及閥輸出量來處理丸粒，從而產生切片重量隨鑄造時間而變之正弦曲線。顯著地，在目標切片重量為23毫克/丸粒時，最大偏差超過5mg，使得均勻度小於78%。

儘管以特定針對結構特徵及/或操作之語言已描述主題，但應瞭解，隨附申請專利範圍中所定義之主題不一定限於上文所述之特定特徵及操作。相反地，上文所述之特定特徵及動作係以實施申請專利範圍之實例形式揭示。在不脫離所述技術之精神及範疇的情況下可設計出眾多更改及替代性配置。

20‧‧‧高壓釜容器/容器

26‧‧‧加熱組件

28‧‧‧進氣閥/進氣管線/閥

30‧‧‧高壓釜排氣口/排氣管線/閥

34‧‧‧擠壓閥

36‧‧‧切割機

38‧‧‧托架

40‧‧‧漿液收集器件

42‧‧‧漿液管

44‧‧‧乾燥器/旋轉器

60‧‧‧製程控制器

70‧‧‧壓力控制模組

80‧‧‧切割速度模組

90‧‧‧擠壓閥模組

Claims (35)

1. 一種製造聚醯胺聚合物之均勻丸粒之方法，其包含：以實質上與該聚醯胺聚合物之通過量成比例之切割速度切割一股經擠出之聚醯胺聚合物以達成聚合物丸粒均勻度；及回應於選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的替代性第二製程參數之變化來調整選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的第一製程參數以維持該等聚醯胺丸粒之均勻度，其中該均勻度係以具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。
2. 如請求項1之方法，其中該通過量係至少部分地由該擠壓閥開度控制。
3. 如請求項1之方法，其中該調整係回應於選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的第三製程參數。
4. 如請求項1之方法，其進一步包含回應於該第二製程參數之變化來調整選自由切割速度、擠壓閥開度及容器壓力組成之群的第三製程參數。
5. 如請求項4之方法，其中對該第一製程參數及該第三製程參數之調整係同時或在重疊之時間範圍內進行。
6. 如請求項1之方法，其中該容器經加壓以使得該擠壓閥以30%至70%之線性化開度操作。
7. 如請求項6之方法，其中該線性化開度為45%至65%開放。
8. 如請求項1之方法，其中該通過量係處於至少5公噸/小時之速率下，且對該擠壓閥開度或該容器壓力之調整維持該通過量之變化不超過平均質量之10%。
9. 如請求項1之方法，其中該通過量係處於2至10公噸/小時之速率下。
10. 如請求項1之方法，其中該第一製程參數為容器壓力，該容器壓力係回應於切割速度或擠壓閥開度中之一者或兩者之變化來調整。
11. 如請求項10之方法，其中該容器壓力係在0至12巴之範圍內調整。
12. 如請求項10之方法，其中該容器壓力係在5至10巴之範圍內調整。
13. 如請求項1之方法，其中該第一製程參數為擠壓閥開度，該擠壓閥開度係回應於容器壓力或切割速度中之一者或兩者之變化來調整。
14. 如請求項1之方法，其中該第一製程參數為切割速度，該切割速度係回應於容器壓力或擠壓閥開度中之一者或兩者之變化來調整。
15. 如請求項14之方法，其中該切割速度係使用旋轉切割機在100至2000RPM之範圍內調整。
16. 如請求項1之方法，其中該切割速度係依照使用熱傳模型所計算之通過量，該熱傳模型係經計算且接著與鑄造通過量相關聯。
17. 如請求項1之方法，其中該均勻度在該聚醯胺聚合物之相對黏度在分批擠出過程中隨時間增加時經維持。
18. 如請求項1之方法，其中該聚醯胺聚合物為耐綸6,6(nylon 6,6)。
19. 如請求項1之方法，其中該均勻度係以具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少99%之個別丸粒具有在該平均質量之5%以內之個別質量。
20. 一種用於製備均勻聚醯胺丸粒之裝置，其包含： 高壓釜容器，該高壓釜容器包括：壓力控制器，及擠壓閥；切割機，該切割機經改適以切割自該高壓釜容器擠出之聚醯胺聚合物來形成聚醯胺丸粒；及製程控制器，該製程控制器包括：壓力控制模組，其用於控制該壓力控制器，切割速度模組，其用於控制切割機速度，及擠壓閥模組，其用於控制該擠壓閥，其中該裝置經組態以藉由以一定通過量經該擠壓閥擠出一股聚醯胺聚合物及以一定切割速度切割該股來製備一批均勻聚醯胺丸粒，其中該均勻度係以具有如下平均質量之該批丸粒測量：其中至少95%之個別丸粒具有在該平均質量之10%以內之個別質量。
21. 如請求項20之裝置，其中該容器為非攪拌式高壓釜。
22. 如請求項20之裝置，其中該容器為攪拌式高壓釜。
23. 如請求項20之裝置，其中該製程控制器係經由電腦聯網至該切割機及該容器。
24. 如請求項20之裝置，其中該壓力控制模組回應於該切割速度之變化或該擠壓閥之開度變化來調節該壓力控制器。
25. 如請求項20之裝置，其中該壓力控制模組回應於該切割速度之變化及該擠壓閥之開度變化來調節該壓力控制器。
26. 如請求項20之裝置，其中該壓力控制器包括排氣閥、進氣閥或加熱組件中之一或多者。
27. 如請求項20之裝置，其中該切割速度模組回應於壓力之變化或該擠壓閥之開度變化來調節該切割速度。
28. 如請求項20之裝置，其中該切割速度模組回應於壓力之變化及該擠壓閥之開度變化來調節該切割速度。
29. 如請求項20之裝置，其中該切割速度模組係依照使用熱傳模型所計算之通過量，該熱傳模型係經計算且接著與鑄造通過量相關聯。
30. 如請求項20之裝置，其中該擠壓閥模組回應於該切割速度或壓力之變化來調節該擠壓閥之開度。
31. 如請求項20之裝置，其中該擠壓閥模組回應於該切割速度及壓力之變化來調節該擠壓閥之開度。
32. 如請求項20之裝置，其中該製程控制器使該擠壓閥之線性化開度維持於30%至70%。
33. 如請求項20之裝置，其中該聚醯胺聚合物為耐綸6,6。
34. 如請求項20之裝置，其中該均勻度係以具有如下平均質量之一批丸粒測量：其中至少99%之個別丸粒具有在該平均質量之5%以內之個別質量。
35. 如請求項20之裝置，其中該裝置經改適以在切割之前或期間用冷鑄造水將該聚醯胺聚合物淬火。