TW201609245A - 用於中空顆粒之擠壓的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明描述用以產生中空顆粒的擠壓方法。本發明亦揭示可用以產生中空顆粒之製粒機裝置。該方法及裝置利用擠壓模，該擠壓模具有模孔及安置在該模孔中以產生該中空顆粒之插入件。

Description

用於中空顆粒之擠壓的方法及裝置

本發明整體而言係關於用於產生中空顆粒的擠壓方法，其中將插入件置於擠壓模的模孔中，且在該插入件周圍擠壓熔融材料以形成這些中空顆粒。

在擠壓處理後之顆粒化設備及其使用多年來已在本案受讓人的申請案中被介紹及/或利用，這些已揭露的案例包含美國專利第4,123,207；4,251,198；4,500,271；4,621,996；4,728,276；4,888,990；5,059,103；5,403,176；5,624,688；6,332,765；6,551,087；6,793,473；6,824,371；6,925,741；7,033,152；7,157,032；7,171,762；7,172,397；7,318,719；7,402,034；7,421,802；7,524,179；7,771,635；8,007,701；8,011,912；8,080,196；8,205,350；8,220,177；8,303,871；8,361,364；8,366,428；8,444,923；8,512,021；8,562,883；8,671,647；及8,708,688號；美國專利申請案公告第2012/0084993； 2012/0280419；2012/0000161；2013/0036714；2012/0298475及2009/0206507號；美國專利申請案第14/198,270號；德國專利及申請案，包含DE3243332、DE3702841、DE8701490、DE19642389、DE19651354及DE29624638；以及歐洲專利及申請案，包含EP1218156、EP1582327及EP2008784。這些專利及申請案全部為本案受讓人所擁有且以其全文包含在本文中以作為參考。

這些揭露案針對在顆粒化程序中使用插入件皆付之闕如。更具體言之，這些揭露案關於在擠壓模中使用插入件皆付之闕如，其中熔融材料流動於擠壓模及插入件周圍以產生中空顆粒。

本發明之各個實施例提供具成本效益的方法以藉由在貫穿擠壓模板的大量模孔中使用同樣大量插入件來製備可重複製造的中空顆粒。

簡言之，本發明之各個實施例提供用於藉由使用至少一個插入件穿過在擠壓模中的至少一個模孔來擠壓中空顆粒的程序。熔融材料通至且穿過含有插入件之模孔。熔融材料較佳地藉由壓力來擠壓以在冷卻後獲得中空顆粒，使得所形成的中空腔穴可以係整個顆粒呈連續中空、完全地且沿周周封閉在顆粒中，以及在其之間的許多組合中的至少一者，使得封閉的中空腔穴係沿至少一個軌跡至少穿孔式地連接於該顆粒的外側。

中空顆粒在結構上可重複製造且可以為任何熔融材料(較佳地為聚合物)，且在顆粒形狀以及中空腔穴形狀兩者上具有任何幾何形狀。所獲得的中空顆粒係取決於(但不以此為限)擠壓黏滯性、模頭膨脹、材料組合物、熔融物之溫度、冷卻速率、結晶化程度、熔融指數、顆粒化程序的切割速度等等。

因此，本發明之一態樣係要提供便宜且具成本效益的方法來產生較一致性且可重複製造的中空顆粒，其係利用在擠壓模之至少一個模孔中的至少一個插入件，熔融材料在該插入件周圍被擠壓而使得顆粒形狀、顆粒直徑、腔穴形狀、腔穴直徑以及在顆粒中及/或穿過顆粒之腔穴之穿孔或缺乏腔穴可受到控制。

本發明之實施例可包括用於產生中空顆粒的擠壓方法，包括擠壓熔融材料穿過擠壓模且冷卻該擠壓熔融材料以有效產生具有中空腔穴的顆粒。該擠壓模可以係單體式擠壓模、可移除式插入件擠壓模總成，或其他結構。在一些例子中，該擠壓可利用壓力來實施。擠壓模可包括模孔且插入件被設置在該模孔中。插入件可包括後區段及前區段。在某些實施例中，該後區段可包括中空罐。在一些實施例中，該罐可於其中具有中空腔穴。在某些實施例中，該前區段可包括心軸。在一些實施例中，該心軸可包括複數個鰭片，當該熔融材料被擠壓時，這些鰭片可維持該心軸在該模孔中的位置。

在某些實施例中，該熔融材料可流經該中空罐。在某 些實施例中，該熔融材料可通過被設置在該中空罐與該心軸之鰭片之間的至少一孔。

在某些實施例中，該鰭片包括突部，該突部靠抵該模孔以當該熔融材料流動於該心軸之鰭片周圍時可維持該心軸之位置。在某些實施例中，該心軸之鰭片的至少一者可以呈圓錐狀。在某些實施例中，該心軸可進一步包括突部，該突部用以將該熔融材料壓擠成單一均勻流。

在某些實施例中，該罐可具有螺紋。在某些實施例中，該心軸可以係可移除式心軸，且該心軸可被螺合地附接至該罐。

在某些實施例中，該顆粒之中空腔穴可貫穿該顆粒之第一表面且連續地延伸穿過該顆粒之第二表面。或者，該中空腔穴被完全地囊封在該顆粒中。該中空腔穴亦可以貫穿該顆粒之第一表面且向內延伸至該顆粒之本體的內部部分。若顆粒具有一個以上的中空腔穴，這些類型之中空腔穴的任何一或多個可被併入至該顆粒中。

在某些實施例中，用於製造中空顆粒的熔融材料可選自：聚合物、共聚物、生物聚合物及生物塑膠，及其組合。一或多種添加劑亦可與該熔融材料一起被含括。聚合物、共聚物及添加劑可含有反應性基團，其可以係可交聯的。反應性基團可藉由化學反應(包含藉由膨脹)來予以改質。

本發明之實施例可進一步包括用於產生中空顆粒的擠壓方法，其涉及將熔融材料饋給至製粒機中且擠壓該熔融 材料穿過製粒機之擠壓模，使得在擠壓期間，該熔融材料可流經插入件之中空罐，穿過該插入件之至少一孔，且圍繞被設置在該插入件之心軸上的鰭片周圍。在某些實施例中，該製粒機可以係浸水式製粒機，諸如沉水式製粒機。在某些實施例中，在熔融材料流動於鰭片周圍之後，熔融材料可流動於該插入件之未具有鰭片的部分的周圍。

在某些實施例中，該插入件可包括在該插入件之後邊緣與該中空罐之間的圓錐，且該熔融材料接著可流經該圓錐。

在某些實施例中，該程序可進一步包括冷卻該擠壓熔融材料以有效產生具有中空腔穴的顆粒。在某些實施例中，該顆粒之中空腔穴可貫穿該顆粒之第一表面且連續地延伸穿過該顆粒之第二表面。或者，該中空腔穴可被完全地囊封在該顆粒中。該中空腔穴亦可以貫穿該顆粒之第一表面且向內延伸至該顆粒之本體的內部部分。若顆粒具有一個以上的中空腔穴，這些類型之中空腔穴的任何一或多個可被併入至該顆粒中。

本發明之實施例可進一步包括製粒機。該製粒機可包括用於接收熔融材料的入口、用於擠壓該熔融材料且可位在該入口之下游處的模孔，以及被設置在該模孔中的插入件。在某些實施例中，該插入件可包括後區段及前區段。在某些實施例中，該後區段可包括中空罐，且該罐可於其中具有中空腔穴。在某些實施例中，該前區段可包括心軸，且該心軸可包括複數個鰭片。在某些實施例中，該插 入件可包括至少一孔，其被構形以使該熔融材料從該中空罐流動至該心軸。

在某些實施例中，複數個鰭片可包括突部，當該熔融材料被擠壓時，該突部可維持該心軸在模孔中的位置。在某些實施例中，該心軸距該插入件之後區段最遠的區域可不包括鰭片。

在某些實施例中，該擠壓熔融材料可包括具有中空腔穴的顆粒。在某些實施例中，該製粒機亦可包括用於從該製粒機輸送該擠壓熔融材料的出口。該製粒機可以係浸水式製粒機，諸如沉水式製粒機。

本發明之這些及其他目的、特徵與優點可在閱讀以下詳細說明並配合隨附圖式後變得更為明瞭。

10‧‧‧單體式擠壓模

12‧‧‧入口外殼

14‧‧‧通道

16‧‧‧鼻錐

18‧‧‧螺紋孔

20‧‧‧螺紋孔

22‧‧‧模孔

24‧‧‧上游面

26‧‧‧下游面

28‧‧‧刀片總成

30‧‧‧旋轉驅動切割器轂

32‧‧‧環形凹部或腔穴

34‧‧‧突部

36‧‧‧基底板

38‧‧‧蓋板

46‧‧‧加熱元件

50‧‧‧插入件

50a‧‧‧插入件

50b‧‧‧插入件

52‧‧‧心軸

54‧‧‧插入件鰭片圓錐

56‧‧‧鰭片

60‧‧‧模口成型面

62‧‧‧模孔圓錐

64‧‧‧預合模管

66‧‧‧角度

70‧‧‧後區段

72‧‧‧前區段

74‧‧‧罐

76‧‧‧心軸

78‧‧‧鰭片

80‧‧‧鰭片圓錐

82‧‧‧後邊緣

84‧‧‧中空腔穴

86‧‧‧螺紋

88‧‧‧前壁

90‧‧‧孔

91‧‧‧圓錐狀入口

92‧‧‧前壁

94‧‧‧圓角

100‧‧‧可移除式插入件擠壓模總成

102‧‧‧基底區域

104‧‧‧中間區域

105‧‧‧基底板

106‧‧‧前區域

108‧‧‧突部

110‧‧‧可移除式插入件

112‧‧‧末梢

114‧‧‧區域

116‧‧‧區域

118‧‧‧突部

120‧‧‧螺紋孔

124‧‧‧上游面

126‧‧‧下游面

132‧‧‧環形凹部或腔穴

134‧‧‧突部

136‧‧‧可移除式中心基底板

138‧‧‧蓋板

圖1係本發明之單體式擠壓模總成之實施例的概要垂直截面視圖，其中該穿孔係單體構造。

圖2係本發明之可移除式插入件擠壓模總成之概要垂直截面視圖，其中穿孔係移除中心構造。

圖3係概要垂直截面視圖，其繪示該模孔與插入件的關聯。

圖4係插入件之一實施例的概要視圖。

圖5係圖4之插入件位在該模孔中的截面視圖。

圖5a係圖4之插入件位在該模孔中而沿線a所取的水平截面視圖。

圖5b係圖4之插入件位在該模孔中而沿線b所取的水平截面視圖。

圖5c係圖4之插入件位在該模孔中而沿線c所取的水平截面視圖。

圖5d係圖4之插入件位在該模孔中而沿線d所取的水平截面視圖。

圖6a係插入件之第二實施例的背側透視圖。

圖6b係插入件之一替代性實施例的側邊透視圖。

圖6c係圖6a之插入件的前側透視圖。

圖7a係圖6a之插入件位在該模孔中的截面視圖。

圖7b係插入件之另一實施例的背側透視圖。

圖7c係圖7b之插入件的前側透視圖。

圖8a及8b展示該插入件之又另一實施例的側邊截面視圖。

圖8c係圖8a及8b之插入件的前側透視圖。

圖9a-i係各種不同顆粒幾何形狀以俯視圖、截面視圖及側視圖展示的示意圖，包含圖9a繪示中空部完全地貫穿的圓柱狀顆粒之俯視圖。

圖9b繪示來自於圖9a的大約呈圓柱狀顆粒之中空部的截面視圖。

圖9c繪示來自於圖9a的大約呈圓柱狀顆粒之中空部的側視圖。

圖9d繪示大約呈圓形顆粒的俯視圖。

圖9e繪示穿過圖9d中的圓形顆粒之截面。

圖9f繪示大約呈矩形顆粒的俯視圖。

圖9g繪示穿過圖9f中的顆粒之截面視圖，其中展示在該矩形顆粒中之圓形中空或腔穴。

圖9h繪示大約呈圓形顆粒的俯視圖。

圖9i繪示穿過圖9h中的顆粒之截面視圖，其中腔穴具有進入且穿過該顆粒壁的穿孔。

雖然僅有特定的本發明之實施例被詳細闡述，然而應瞭解，本發明並未將其範圍侷限於在下文中說明或繪示在圖式中所陳述之組件的構造及配置。本發明可以具有其他的實施例且能以各種不同的方式來實施。再者，在描述這些實施例時，將挑選特定的術語以求清楚說明。應瞭解，每個特定術語包含以類似方式操作以達成類似目的之所有技術等效件。

請參考圖式，圖1繪示與製粒機之組件相關之本發明的一實施例。製粒機包含來自於熔融及/或混合設備(未圖示)之入口外殼12。該入口外殼12包含用於熔融材料或其他擠壓物(以下統稱為「製程熔融物」)的通道14，該熔融材料或擠壓物可包含有機材料、低聚物、聚合物、蠟及其組合，且不以此為限。鼻錐16將製程熔融物導引至單體式擠壓模10的上游側，該鼻錐16係藉由螺紋桿(未圖示)被可附接地連接至該單體式擠壓模10。螺紋桿以其一端螺合至鼻錐16之螺紋孔18中，且以其遠端螺合至單體式 擠壓模10之螺紋孔20中。或者，該鼻錐16可與單體式擠壓模10成連續的而不需要如本文中所述可附接式地連接。

該單體式擠壓模10含有至少一個且較佳地係複數個模孔22，其單一地或成群地同心配置成至少一個環圈，從該單體式擠壓模10之上游面24延伸至下游面26。複數個刀片總成28安裝在切割腔室(未圖示)中的旋轉驅動切割器轂30上，以將該被擠壓、冷卻且至少部分地凝固的製程熔融物切割成顆粒。如此形成之顆粒可被機械式地、氣動式地、液壓式地或以其組合的方式被輸送至下游處理。

下游面26之區域可視情況予以切除以提供周圍地相鄰於模孔22的至少一個環形凹部或腔穴32，使得該模孔22被含納在與單體式擠壓模10之基底板36連續的突部34中。在模孔22中，具有或不具有突部34係以下將詳細說明之插入件50的相等數量。環狀蓋板38覆蓋環形凹部或腔穴32且藉由熟習此項技術者所熟知的硬焊、焊接或類似技術而可附接地連接至基底板36及突部34。該蓋板38可以係耐研磨及抗腐蝕金屬(較佳地係鎳、鋼)、硬面材料(較佳地係碳化鎢)及其許多組合中的至少一者。同樣地，蓋板38至基底板36及/或突部34的附接係較佳地藉由焊接、硬焊等等方式來達成。蓋板38之表面且因而單體式擠壓模10之下游面26可視情況來塗覆抗化學、耐研磨、抗腐蝕及耐磨性塗層，如熟習此項技術者所熟知 的。

圖2繪示本發明之第二實施例中的可移除式插入件擠壓模總成100。可移除式插入件擠壓模總成100係由基底板105與可移除式插入件110所構成。類似於圖1，可移除式插入件擠壓模總成100被可附接地連接至來自於熔融及/或混合設備(未圖示)的入口外殼12。該入口外殼12包含如前所述之用於製程熔融物的通道14。鼻錐16將製程熔融物導引至可移除式插入件110的上游側，該鼻錐16係藉由螺紋桿(未圖示)被可附接地連接至該單體式擠壓模10。該螺紋桿以其一端螺合至鼻錐16之螺紋孔118中且以其遠端螺合至可移除式插入件110的螺紋孔120中。

該可移除式插入件110含有至少一個且較佳地係複數個模孔22，其單一地或成群地同心配置成至少一個環圈，從該可移除式插入件110之上游面124延伸至下游面126。複數個刀片總成28安裝在切割腔室(未圖示)中的旋轉驅動切割器轂30上，以將該被擠壓、冷卻且至少部分地凝固的製程熔融物切割成顆粒。如此形成之顆粒可被機械式地、氣動式地、液壓式地及以其組合的方式被輸送至下游處理，如前所述。

下游面126之區域可視情況予以切除以提供周圍地相鄰於模孔22的至少一個環形凹部或腔穴132，使得該模孔22被含納在與可移除式插入件110之可移除式中心基底板136連續的突部134中。在模孔22中，具有或不具有突部134係以下將詳細說明之插入件50的相等數量。 環狀蓋板138覆蓋環形凹部或腔穴132且藉由熟習此項技術者所知道的硬焊、焊接或類似技術而可附接地連接至可移除式中心基底板136及突部134。該蓋板138可以係耐研磨及抗腐蝕金屬(較佳地係鎳、鋼)、硬面材料(較佳地係碳化鎢)及其許多組合中的至少一者。同樣地，蓋板138至可移除式中心基底板136及/或突部134的附接係較佳地藉由焊接、硬焊等等方式來達成。蓋板138之表面且因而可移除式插入件110之下游面126可視情況來塗覆抗化學、耐研磨、抗腐蝕及耐磨性塗層，如熟習此項技術者所熟知的。

加熱及/或冷卻程序可由電阻抗、感應、蒸汽或熱轉移流體來提供，如傳統上已針對單體式擠壓模10以及可移除式插入件擠壓模總成100所揭示的。該可移除式插入件110與基底板105可交替地藉由類似或不同機構來單獨地加熱。較佳地，加熱元件46係插入至單體式擠壓模10或可移除式插入件擠壓模總成100，如在圖1及2中分別地繪示。熟習此項技術者所熟知的其他設計係包括在本文中以作為參考，但並不以此為限。

現請參考圖3的單體式擠壓模10，插入件50被繪示在模孔22中，該模孔22從上游面24延伸進入且穿過在基底板36中可選用的突部34而到達蓋板38之下游面26。為了清楚起見，亦展示可選用的環形凹部或腔穴32。類似的總成依循可移除式插入件110且未圖示。

圖4繪示用於插入件50之一實施例的構造細節。如 圖4所示，插入件50a包括心軸52、複數個插入件鰭片圓錐54，以及複數個鰭片56。插入件50a可由任何耐研磨材料所製成，且較佳地係金屬。金屬可以係鋁、黃銅、青銅、銅、鋼、工具鋼、碳鋼、釩鋼、不銹鋼、鎳鋼、鎳等等，但不以此為限。更佳地，金屬係良好的熱導體，包含黃銅、青銅及銅。不意欲受限於任何理論，頃相信導熱金屬可維持在傳播進入且穿過該模孔22的製程熔融物中之溫度均勻性。當材料流動於由複數個鰭片56所形成之複數個通道時，這可有效地減少熱損失及/或溫度的變動。

插入件50a之尺寸必須使其在製程溫度下不會超過模孔22之尺寸且必須考量其中插入件50a之金屬不同於基底板36或可移除式插入件110之金屬的不同的膨脹。鰭片56不僅形成用於製程熔融物的複數個流動路徑，且亦進一步用以維持插入件50a在模孔22中的位置。鰭片的最小數量係至少兩個，且較佳地係至少三個。更佳地，在插入件50a上具有至少四個鰭片56。該複數個鰭片56可以相對於相鄰鰭片的任何角度來予以定向，以形成可供聚合物熔融物流動通過其間的通道。較佳地，鰭片係以180度或更小角度隔開。更佳地，鰭片係以120度或更小角度隔開。更佳地，鰭片係以90度或更小角度隔開。因此，在一些例子中，插入件具有設置於插入件50a周圍的至少四個鰭片，使得該至少四個鰭片之各者係設置成以小於或等於90度的角度與相鄰鰭片隔開。

圖5展示位在模孔或孔22中的插入件50a。如圖所示，心軸52係明顯地含納在模口成型面60中，插入件鰭片圓錐54在尺寸上大約相當於模孔圓錐62，且鰭片56係大約含納在預合模管64中。模口成型面60之長度通常範圍從至少大約3.8毫米(大約0.15英吋)至大約31.75毫米(大約1.25英吋)，且較佳地係至少大約6.4毫米(大約0.25英吋)至大約25毫米(大約1.00英吋)。在模口成型面60中的心軸52係較佳地與該擠壓模之下游面齊平。在一替代實施例中，心軸52之長度可小於模口成型面60的長度。在此一替代性實施例中，心軸52之長度並不超過大約0.50毫米(大約0.020英吋)至大約5.0毫米(大約0.20英吋)小於模口成型面60之長度，藉此使得心軸52之末梢從擠壓模之下游面極略微地凹入。模口成型面60及/或心軸52可以係圓柱狀或圓錐狀且可以係圓形、橢圓形、矩形及類似的幾何形狀。同樣地，模口成型面60及心軸52可以係類似的或不同的幾何形狀。插入件50a可壓入配合且較佳地係滑動配合至模孔22中。

插入件鰭片圓錐54在角度上(角度66)係類似於模孔圓錐62，從疊加在預合模管64之直徑上的垂直圓柱在與模孔圓錐62的接面處所量測之範圍係從0°至90°。較佳地，如在本文中所述，角度66的範圍係從15°至45°。插入件鰭片圓錐54之輪廓可與模孔圓錐62相同或不同且在尺寸上必須從鰭片56之直徑至心軸52之直徑而成圓錐狀。同樣地，鰭片56可以類似於預合模管64之幾何形 狀，例如圓柱狀或圓錐狀及其組合，或者在幾何形狀上不相同。較佳地，預合模管64與鰭片56呈圓柱狀。鰭片56之長度可與預合模管64之長度相同，但較佳地小於預合模管64之長度。更佳地，鰭片56之長度係至少大約0.50毫米(大約0.020英吋)而小於預合模管64之長度，使得鰭片不會突出於預合模管64之長度。

圖5a繪示沿線a在預合模管64中的鰭片56之例示性橫截面設計。圖5b繪示沿線b在模孔圓錐62中的插入件鰭片圓錐54之例示性截面設計。圖5c繪示沿線c心軸52在模口成型面60中至插入件鰭片圓錐54的附接點處的例示性橫截面設計。圖5d繪示沿線d在模口成型面60中的可選用的遞減圓錐狀心軸52。

圖6a-6c繪示針對插入件50之替代性實施例的構造細節。首先請參考圖6a，插入件50b包括後區段70及前區段72。後區段70包括罐74。前區段72包括心軸76，其包括複數個鰭片78及複數個鰭片圓錐80。在插入件50b之後區段70中的罐74包含後邊緣82與中空腔穴84。後邊緣82係敞開以將製程熔融物接收於其中。在後邊緣82與中空腔穴84之間係可選用的螺紋86。螺紋86可用以使插入件50b從模孔22取出或放置在模孔22中，例如插入工具至螺紋86中以將插入件50b抓取插入件50b以從模孔22移除或放置在模孔22中。此可選用的螺紋之有用特徵係在於靈活性，其能以最小的投資來切換顆粒化操作來產生中空顆粒至正常、非中空(實心)顆粒且再 回復。

罐74之中空腔穴84包含前壁88。前壁88可以係平坦的，如圖6a所示。前壁88包含至少一孔90。前壁88亦可包含至少兩個孔90、至少三個孔90或至少四個孔90。在替代例中，前壁88並非係平坦的，該區域包括複數個圓錐狀入口91，如圖6b所示。圓錐狀入口91有助於將熔融材料導流至至少一孔90中且亦有助於材料堆積在前壁88。

再參考圖6a，至少一孔90源自於中空腔穴84之前壁88且延伸至插入件50b之後區段70的前壁92。至少一孔90可使製程熔融物從中空腔穴84流動且被饋給朝向插入件50b之前區段72而不會阻礙製程熔融物的流動或造成不必要的壓力增加。前壁92亦可選擇性地包含圓角94。

圖6c係插入件50b之前透視圖，其中更清楚地展示插入件50b之前區段72，其包含心軸76、在心軸76上的複數個鰭片78，以及複數個鰭片圓錐80。心軸76具有至少三個不同的區域，較佳地係基底區域102、中間區域104及前區域106。在基底區域102中，鰭片78沿心軸76向前從後區段70之前壁92朝向前區域106及擠壓模之下游面延伸。這使得製程熔融物穿過至少一孔90且維持恒定層流或以其他方式適當地流經至少一孔90且沿著鰭片78。鰭片78用作為製程熔融物的導引件而不會阻礙到製程熔融物的流動。在中間區域104中，鰭片78具有突部108。鰭片78終止於心軸76之中間區域中的鰭片圓 錐80處。插入件鰭片圓錐80在尺寸上從鰭片78之直徑至心軸76之直徑成圓錐狀且不具有鰭片78。心軸76之前區域106因此可免除鰭片。在前區域106中缺乏鰭片可使得製程熔融物流動於心軸76之前區域106周圍而使得當製程熔融物被擠壓出模孔22時，所形成的中空顆粒可被完全地形成，不具有空隙，如若鰭片78延伸至心軸76之末梢112則可能會造成該空隙。

定位在心軸76上的鰭片78之最小數量係至少兩個，且在一些例子中係至少三個。在某些實施例中，具有至少四個鰭片78定位在心軸76上。在心軸76上之該複數個鰭片78可以相對於相鄰鰭片的任何角度來予以定向，以形成可供聚合物熔融物流動通過其間的通道。鰭片78可彼此等距隔開。因此，鰭片78可設置成繞著心軸76彼此以180度或更小角度隔開、繞著心軸76彼此以120度或更小角度隔開，或者繞著心軸76而與相鄰鰭片以90度或更小角度隔開。

現請參考圖7a，插入件50b被繪示在模孔22中。插入件50b之尺寸必須使得其在製程溫度下不會超過模孔22之尺寸，且亦必須考量插入件50b之金屬與基底板36或可移除式插入件110之金屬不同所造成的不同膨脹。

鰭片78不僅形成用於製程熔融物的複數個流動通道，且亦進一步用以維持心軸76在模孔22中的位置。在模孔22中的壓力或流動差異及/或具有刀片28的旋轉切割器轂30之力量會在心軸76上施加可能會造成心軸76 移動的力量。在心軸76上的鰭片78提供用於心軸76的額外支撐及穩定性，將心軸76穩定固持在模孔22中且防止心軸76產生任何不當的移動。突部108靠抵模孔22，有助於維持心軸76在模孔22中的位置。

插入件50b係位在模孔22中而使得心軸76之中間區域104與前區域106係明顯地被含納在模口成型面60中。亦如圖所示，模孔圓錐62可包括兩個區域114及116。區域114係可選擇性地呈彎曲(如圖所示)或呈平坦(未圖示)。同樣地，區域116可選擇性地呈直線、圓錐狀、斜對角區域(如圖所示)或可呈平坦狀(未圖示)。鰭片78延伸穿過模孔圓錐62且進入模口成型面60中，其中該突部108可靠抵模口成型面60以維持心軸76之位置。

再次說明，模口成型面60之長度通常在至少大約3.8毫米(大約0.15英吋)至大約31.75毫米(大約1.25英吋)的範圍且較佳地係至少大約6.4毫米(大約0.25英吋)至大約25毫米(大約1.00英吋)。在模口成型面60中的心軸76係較佳地與該擠壓模之下游面齊平。在一替代實施例中，心軸76之長度可小於模口成型面60的長度。在此一替代性實施例中，心軸76之長度並不超過大約0.50毫米(大約0.020英吋)至大約5.0毫米(大約0.20英吋)小於模口成型面60之長度，藉此使得心軸76之末梢112從擠壓模之下游面極略微地凹入。

模口成型面60及心軸76可以係類似的或不同的幾何形狀。模口成型面60可以係圓柱狀或圓錐狀且可以係圓 形、橢圓形、矩形、星形及類似的幾何形狀。心軸76可以係圓柱狀或圓錐狀且可以係圓形、橢圓形、矩形、星形及類似的幾何形狀。前區段72經由鰭片78可以係壓入配合式柱塞，且較佳地壓入配合至模孔22中。

圖7b及7c繪示在模孔22中的插入件50b之另一實施例的細節。圖7b係插入件之後視透視圖，而圖7c係插入件的前視透視圖。如圖所示，心軸76包含突部118。在前壁88包含一個以上之孔90的情況中，突部118可用以壓擠向後離開孔90而一起形成單一均勻流的聚合物流。當熔融物流動通過於突部118上時，突部118藉由向外加壓熔融物流於突部118與模孔22之壁120之間而作用，藉此形成熔融材料之單一均勻流而非複數個流。

插入件50b可由任何耐研磨材料製成，且較佳地係金屬。金屬可以係鋁、黃銅、青銅、銅、鋼、工具鋼、碳鋼、釩鋼、不銹鋼、鎳鋼、鎳等等，但不以此為限。在某些實施例中，該金屬可以係良好的熱導體，包含黃銅、青銅及銅。不意欲受限於任何理論，頃相信導熱金屬可維持在傳播進入且穿過該模孔22的製程熔融物中之溫度均勻性。當材料流動於由複數個鰭片78所形成之複數個通道時，這可有效地減少熱損失及/或溫度的變動。較佳地，所選擇之金屬具有較大的強度及耐研磨性，諸如不銹鋼，其亦具有較低的導熱率且係較佳的熱絕緣體。

在一實施例中，該插入件可以係包括罐與心軸的單件式總成。在另一實施例中，心軸可與該罐分開，因此可容 許具有多件式總成。圖8a-8c展示插入件之多件式總成。首先參考圖8a，如圖所示，插入件50b包括罐74及心軸76。在此一多件式實施例中，心軸76可從罐74移除。心軸76可螺合至罐74中，如圖8b所示。在替代例中，該心軸可以一些其他方式被附接式地連接至該罐。圖8c係展示心軸76附接至罐74的多件式總成之前視透視圖。

圖9a-i繪示依照本發明所形成的中空顆粒之各種不同幾何形狀。圖9a繪示圓柱狀顆粒之俯視圖，中空腔穴完全地貫穿該圓柱狀顆粒。圖9b繪示圖9a的中空、圓柱狀顆粒之截面視圖，而圖9c繪示該顆粒的側視圖。圖9d繪示大約呈圓形顆粒之俯視圖，且圖9e繪示穿過該顆粒的截面。圖9f繪示大約呈矩形顆粒之俯視圖，而圖9g繪示穿過該顆粒的截面視圖，其中展示在該矩形顆粒中的圓形、中空腔穴。圖9h繪示大約呈圓形顆粒之俯視圖，且圖9i繪示穿過該顆粒的截面視圖，其中展示具有貫穿且穿過該顆粒壁的穿孔之腔穴。熟習此項技術者可瞭解，許多顆粒形狀及腔穴形狀可藉由本發明之方法來達成而非意欲侷限於上述形狀。

中空顆粒形成物主要係由熔融物流變性(且尤其係熔融物黏滯性)所控制。斷片的熔融物材料通常形成圓環狀或甜甜圈狀顆粒，如上文所述繪示於圖9a-c中者。當熔融物黏滯性減小且因此該熔融物流動指數增加時，傾發現可達成顆粒更多的密閉性而形成完全封閉的腔穴，如圖9d-g所繪示。當熔融物黏滯性持續下降且因此熔融物流動 指數增加時，會產生較不完全封閉的腔穴，因此引入穿孔，且最後發現腔穴塌縮或部分地塌縮，導致不規則的腔穴幾何形狀。

此外，諸如化學組合物、熔點範圍及結晶性等因素係重要的，因為這些會影響到製程熔融物的流體化及溫度。結晶化通常係放熱反應且會增加熔融物製程溫度，因此會降低黏滯性。熔點範圍愈窄，則需較少冷卻來顯著增加凝固，且因此相較於其腔穴完全地貫穿之圓環狀或甜甜圈狀顆粒而言，要形成完全封閉腔穴係更具挑戰性。聚合物之極性、分支及疏水性/親水性相互作用會影響熔融狀態以及造成凝固之程序的特性。材料在離開模時膨脹的能力在評估顆粒之密閉性時亦是重要因素，以及心軸與模口成型面在直徑上必要的差值以達成顆粒含納特定直徑之腔穴所要的直徑。當熔融物黏滯性減少時，會降低對這些變數的控制且會增加結晶化的溫度影響(若存在)。

水氣攝取係經評估以作為闡明在顆粒化已在較佳的浸水式顆粒化完成之後可能的水氣陷留的方式。可預期在輸送流體(較佳地係水)之陷留發生在所產生的中空腔穴中的情況下水氣在比例上係高的。令人驚訝地發現到，在考量具相當直徑的實心顆粒之質量與中空顆粒之減少的質量的差值後，水氣含量係顯著地低於預期，且甚至更令人驚訝的是，水氣減少量會隨著材料之極性增加而增加。例如，已發現聚乙烯及聚丙烯中空顆粒皆具有與相當直徑的實心顆粒相當的水氣含量，而已發現乙烯/醋酸乙烯酯共聚物 中空顆粒大約具有實心顆粒之水氣的二分之一至三分之二。

用於製造依照本發明之中空顆粒的材料之實例包含(但不限於)聚合物、共聚物、生物聚合物及生物塑膠，以及其組合。

用於製造依照本發明之中空顆粒的聚合物可以係聚烯烴、可交聯的聚烯烴、聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯、聚碳酸酯、聚硫化物、聚碸、聚胺基甲酸酯、聚醚、聚硫醚、蠟、熱熔膠、瀝清、熱塑性彈性體、橡膠、纖維素塑料、膠基質、乙烯聚合物及經取代乙烯聚合物(包含芳族及脂肪族乙烯聚合物)、芳族烯基聚合物(諸如聚苯乙烯)，以及上述的共聚物。

生物塑膠(不論係作為最終中空顆粒或作為具有或不具有任何其他的生物或非生物聚合物或材料之組成物之成分)的實例包含(但不限於)聚羥基烷酯、聚乙醇酸交酯、聚乳酸、聚乙烯二醇、多醣體、纖維素塑料及澱粉、聚酐、脂肪族聚酯、聚碳酸酯、聚正酯類、聚磷睛、聚內酯及聚內醯胺。

在本發明中使用的聚烯烴可以係超低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丁烯、離子聚合物、聚甲基戊烯、聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯、烷基及芳基經取代的乙烯基類、鹵化及聚鹵化乙烯基類、聚乙烯酯、聚乙烯醇及其共聚物。

一或多種添加劑亦可與該熔融材料一起被含括以製造 依照本發明的中空顆粒。添加劑在成分上可包含(但不限於)流變改質劑、交聯促進劑、抗氧化劑、紫外線安定劑、熱安定劑、染料、顏料、填充劑、纖維、成核劑、發泡劑、囊封的農用及醫藥用活性成分、香料及芳香劑、增黏劑、去黏劑、顆粒塗層、塑化劑、潤滑劑、蠟、生物材料添加劑(其可包含(但不限於)纖維素塑料、澱粉及蛋白膠材料)、耦合劑、黏合劑、捕捉劑、協力劑、處理輔劑及顆粒化輔劑。一或多個添加劑可以係單成分或多成分組成物。

在本發明中使用的聚合物、共聚物及一或多個添加劑可以係非晶形、結晶形或其組合。聚合物、共聚物及一或多個添加劑可含有反應性基團，其可以係可交聯的。反應性基團可藉由化學反應(包含藉由膨脹)來予以改質。

可預期到在擠壓方法上的背壓會因使用插入件而增加，且已發現可藉由增加穿過模之孔的數量、增加製程熔融物之溫度以及增加模之溫度的其中至少一者來予以緩解。這些因素(如習於此技者所瞭解的)並非是令人驚訝的結果。

不意欲受限於任何理論，依照本發明製成之中空顆粒相較於正常的實心顆粒係可具有較大的表面積對體積比，且減少從外側表面至「核心」的距離，藉此提供中空顆粒具有優於實心顆粒之數個優點。例如，使用中空顆粒可增加生產率，因為中空顆粒不僅較快熔融，且乾燥、結晶化及/或固態聚合化亦較快速。在形成之後，可將一些顆粒 放入溶劑中，且該中空顆粒會比正常的實心顆粒較快溶解。中空顆粒在預配混合物中亦具有增進的混合及分散特性，藉此在被擠壓或以其他方式使用時可允許與其他材料產生較佳的乾燥混合。在一些情況中，需要較為便宜的顆粒來達成諸如吸收撞擊能量或減輕整體重量的功能，而中空顆粒便可提供這些功能。此外，諸如戊烷之起泡劑可包含在熔融材料中，且所形成的顆粒可膨脹成諸如「膨脹甜甜圈」的形狀，且可直接使用在包裝應用中。

上述說明僅視為對本發明之原理的闡釋性質。由於許多修改及變更係熟習此項技術者可輕易實行的，因此並非意欲將本發明侷限於圖示及說明之精確的實施例。因此，所有適當的修改及等效件可訴諸於落入本發明之範圍內。

50b‧‧‧插入件

70‧‧‧後區段

72‧‧‧前區段

74‧‧‧罐

76‧‧‧心軸

78‧‧‧鰭片

80‧‧‧鰭片圓錐

82‧‧‧後邊緣

84‧‧‧中空腔穴

86‧‧‧螺紋

88‧‧‧前壁

90‧‧‧孔

92‧‧‧前壁

102‧‧‧基底區域

104‧‧‧中間區域

106‧‧‧前區域

108‧‧‧突部

112‧‧‧末梢

Claims (24)

1. 一種用於產生中空顆粒之擠壓方法，該方法包括：將熔融材料擠壓通過包括模孔及設置在該模孔中之插入件的擠壓模，其中該插入件包括後區段及前區段，該後區段包括中空罐且該前區段包括心軸，該心軸包括複數個鰭片，且當熔融材料被擠壓時，該鰭片將該心軸維持在該模孔中的位置；冷卻該擠壓熔融材料以有效產生具有中空腔穴的顆粒。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該熔融材料流動通過該插入件之該後區段的該中空罐。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該熔融材料通過設置在該插入件之該後區段之該中空罐與該心軸之該鰭片之間的至少一孔。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鰭片包括突部，該突部靠抵該模孔以當該熔融材料流動於該心軸之鰭片的周圍時可維持該心軸之位置。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該心軸之該鰭片的至少一個鰭片係呈圓錐狀。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該心軸進一步包括突部，該突部用以將該熔融材料壓擠成均勻流。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該罐係具有螺紋。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該心軸係可移除式心軸。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該心軸可螺合地附接至該罐。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該中空腔穴貫穿該顆粒之第一表面且連續地延伸穿過該顆粒之第二表面。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該中空腔穴被完全地囊封在該顆粒中。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該中空腔穴貫穿該顆粒之第一表面且向內延伸至該顆粒之本體的內部部分。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該擠壓包括壓力擠壓。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該熔融材料包括聚合物、共聚物、生物聚合物及生物塑膠或其等之組合。
15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該擠壓模係單體式擠壓模或可移除式插入件擠壓模總成。
16. 一種用於產生中空顆粒之擠壓方法，該方法包括：將熔融材料饋給至製粒機中；且將該熔融材料擠壓通過該製粒機之擠壓模；其中在擠壓期間，該熔融材料流動通過插入件之中空 罐、流動通過該插入件的至少一孔且流動於被設置在該插入件之心軸上之鰭片的周圍。
17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中在熔融材料流動於被設置在該插入件之該心軸上之該鰭片的周圍之後，該熔融材料流動於該插入件之未具有鰭片之部分的周圍。
18. 如申請專利範圍第16項之方法，其進一步包括冷卻該擠壓熔融材料以有效產生具有中空腔穴的顆粒，其中該中空腔穴貫穿該顆粒的第一表面且連續地延伸穿過該顆粒之第二表面，且被完全地囊封在該顆粒中，或者貫穿該顆粒之該第一表面且向內延伸至該顆粒之本體的內部部分。
19. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該插入件包括在該插入件之後邊緣與該中空罐之間的圓錐，且該熔融材料流動通過該圓錐。
20. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該製粒機係浸水式製粒機。
21. 一種製粒機，包括：入口，用於接收熔融材料；模孔，位在該入口之下游，用於擠壓該熔融材料；及插入件，其設置在該模孔中，該插入件包括後區段及前區段，該後區段包括中空罐且該前區段包括心軸，該心軸包括複數個鰭片，且該插入件進一步包括至少一孔，該至少一孔被構形以使得該熔融材料可從該中空罐流動至該 心軸。
22. 如申請專利範圍第21項之製粒機，該複數個鰭片包括突部，該突部用以將該心軸維持在該模孔中的位置。
23. 如申請專利範圍第21項之製粒機，其中該心軸包括距該插入件之該後區段最遠的區域，且其中該區域不包括鰭片。
24. 如申請專利範圍第21項之製粒機，其中該製粒機係浸水式製粒機。