用于生产结晶聚合物粒料和颗粒的方法和装置的制作方法

专利名称：用于生产结晶聚合物粒料和颗粒的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于结晶度水平增加的聚合物粒料的水下造 粒以及随后干燥的方法和装置。更具体而言，本发明涉及一种这样的方法 和装置，其用于在水下将聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯及它们 各自的共聚物造粒，以及随后以使得这些粒料或颗粒的结晶自引发的方式 干燥这些粒料和颗粒。在此所述的造粒和干燥处理生产具有需要的结晶度 水平，而不是无定形结构的粒料和颗粒。
本发明在悬而未决的美国申请系列10/717,630和10/954，349的内容之 上发展的，这两个美国申请分别是在2003年11月21日和2004年10月1 日提交的，并且由Gala Industries, Inc. of Eagle Rock, Virginia (以下为Gala) 即本发明和申请的受让人拥有。上述悬而未决的美国申请的内容通过引用 清楚地结合在本申请中，就像在此充分说明一样，并且上述申请在以下被 称为"Gala申请"。
背景技术：
下列美国专利和公开的专利申请包括可能与本发明相关的内容，并且 通过引用清楚地结合在本申请中，就像在此充分说明一样。 序号 发明人 5,563,209 Sch蘭謹等
6,706,824 Pfaendner等
5,648,032 Nelson等
6,762,275 Rule等
6,790,499 Andrews等
6,344,539 Palmer
6,518,391 McCloskey等
5,663,281 Brugel
6,455,664 Patel等
6,740,377 Pecorini等
5,750,644 Duh
6,121,410 Gruber等
6,277,951 Gmber等
4,064,112 Rothe等
4,161,578 Herron
5，412,063 Duh等
5，532，335 Kimball等
5,708,124 Al Ghatta等
5,714,571 Al Ghatta等
5.744.571 Hilbert等
5.744.572 Schumann等 6,113,997 Massey等 6,159,406 Shelby等 6,358,578 Otto等 6,403,762 Duh 5,864,001 Masse等 6,534,617 Batt等 6,538,075 Krech等 2005/0049391 Rule等 2005/0056961 Bonner
发明概述
本发明涉及一种造粒系统，所述造粒系统在水下生产聚合物粒料，所 述聚合物粒料保持充分的潜热以自引发结晶过程，并且在另外的加工之前 聚合物粒料和颗粒无需另外的加热步骤的情况下，最终得到充分结晶的结
构。Gala申请论证了这种高热条件(elevated heat conditon)对聚(对苯二 甲酸乙二醇酯)或PET和由其制备的共聚物的有效性。己经发现在遇到类 似的高热条件时可以结晶的其它聚合物得益于粒料和颗粒在水浆液中的 停留时间的减少，从而在干燥阶段中将足够的热保留在粒料和颗粒中以使 结晶在粒料和颗粒中引发。这些聚合物落入在此被确定为"结晶聚合物"的 聚合物的宽范畴内。
为了实现自引发结晶，发现必须在使其从水下造粒机的出口流出并且 流入和流过干燥装置的速度明显增加的情况下，将粒料与水尽可能快地分 离。这些粒料离开干燥器并保持它们的大量潜热，并且可以将其在常规的 振动式输送机或类似的振动或其它处理装置上输送，这样利用增加的时间 获得需要的结晶度。本发明包括热粒料在常规的贮热容器或绝热容器中的 储存，从而提供完成的所需结晶水平的时间。当进行另外的加工时，需要 的结晶至少足以避免粒料和颗粒的聚集。
粒料和颗粒与水的分离以及随后到干燥装置中的粒料速度的增加是 根据在Gala申请中公开用于PET和共聚物的相同的普通方法和装置实现 的。 一旦切削的粒料和颗粒以水浆液形式离开水下造粒机水箱，就将空气 或其它适合的惰性气体注入到输送管中，所述输送管从水箱导向干燥装 置。注入的空气用来将水吸入到蒸气中，从而将其与粒料和颗粒有效地分 离，并且还增加将粒料输送到干燥器并且最终通过干燥器的速度。这种输 送速度的增加足够快，从而使粒料保持在热得足以引发在离开离心干燥器 时可能是无定形的粒料和颗粒内部的结晶过程的温度。本领域技术人员可 以使用以类似效率干燥粒料的其它常规方法，并且这样的方法通过引用包 括在此。
为了实现水的吸入并且增加从造粒机水箱的出口到干燥器的输送速 度，注入的空气必须处于非常高的速度。特别是，在穿过阀注入到直径为 1.5英寸的管中的基础上，注入的空气的体积应该优选为至少100立方米/ 小时。如本领域技术人员所理解的，这种流量将根据处理量体积、干燥
效率和管径而变化。可以使用氮气或其它惰性气体代替空气。在使粒料加 速进入并且通过干燥器的情况下提供液体水与粒料的类似分离的其它方 法可以被本领域技术人员使用，并且通过引用包含在此。
优选通过使用位于空气注入点之后的球阀或其它阀门装置调节空气 注入到浆液管系中的速度。通过这种阀门装置的调节使得粒料和颗粒在输 送管和千燥装置中的停留时间得到更多的控制，并且用来改善粒料/水浆液 的吸入。还通过使用在空气注入点之后的阀门装置，减少或消除在输送管 中的振动。
空气注入的调节对减少从造粒机水箱的出口至干燥器的输送时间提 供了必要的控制，从而允许粒料将有效的潜热保持在粒料内部。直径更大 的粒料不像直径更小的粒料那么快地损失热量，因此可以以比更小粒料的 速度低的速度输送。如本领域技术人员所理解的，随着粒料直径降低，通 过增加空气注入速度获得可比较结果。减少在造粒机水箱和干燥器出口之 间的停留时间，将足够的热量留在粒料中，从而实现需要的结晶。通过在 从干燥器中释放粒料之后使用贮热振动式输送机，和/或通过使用常规的储 存容器或绝热容器，提高热在粒料内部的保持。
在振动式输送机上的输送时间在Gala申请中被公开为从20至卯秒 是有效的，并且被发现从30至60秒是特别有效的。这种时间范围对于在 此所述的聚合物应该是有效的。可以通过在此所述的方法实现等于或大于 30%,优选等于或大于35%并且最优选等于或大于40%的结晶。如本领域 技术人员所理解的，在需要时可以调节聚合物和聚合物共混物的停留时间 的变化量以优化具体配方以及需要的结晶度水平的结果。通过使用在此所 述的方法消除了另外的加热步骤。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于在水下造粒系统中处理结晶 聚合物的方法和装置，从而可以在从干燥器离开的聚合物粒料中产生结
曰
曰曰o
本发明的另一个目的是提供一种这样的方法和装置，所述方法和装置 在无需昂贵的第二加热阶段以将无定形聚合物粒料转化为结晶聚合物粒 料的情况下，使用水下造粒系统使在聚合物粒料结晶中产生结晶。
本发明的再一个目的是提供一种用于结晶聚合物的水下造粒的方法
和装置，其中将惰性气体注入到离开造粒机的水和粒料的浆液中以产生浆 液处理的水蒸汽雾的形式，从而在输送的粒料中提供更好的贮热能力。
本发明的又一个目的是提供一种根据前述目的的用于结晶聚合物的
水下造粒的方法和装置，其中通过以至少100mV小时至约175 mV小时或 更大的流速注入空气，将粒料快速输送通过装置，使得粒料在离开干燥器 之前的停留时间充分降低以产生总(100%)结晶的约30%-40%的结晶。
本发明的再一个目的是提供一种使用水下造粒系统生产结晶聚合物 粒料的方法和装置，其中离开干燥器的粒料具有足够的保留在粒料内部的 热量，以使在随后不加热的情况下粒料进行至少35%的总结晶。
本发明的再另一个目的是提供一种用于生产结晶聚合物粒料的水下 造粒方法和装置，其中通过将气体注入到从造粒机至干燥器的浆液管线 中，使从在模具面挤出时一直至离开离心干燥器为止的粒料停留时间减少 至小于约1秒。
本发明的再一个目的是提供一种根据前述目的的用于生产结晶聚合 物粒料的水下造粒方法和装置，其中使用阔门装置调节停留时间，以改善 在浆液管线线中阔门下游的水蒸汽雾的增压。
本发明的另一个目的是提供一种水下造粒系统，其中在振动式输送机
或其它振动或搬运装置上运送离开干燥器的热粒料以在整个给定的输出 粒料体积中实现实质上均匀的结晶。
本发明的又一个目的是扩大Gala申请的装置和方法对其可以实现聚合 物自引发结晶的聚合物和共聚物的范围。
这些目的以及其它目的和优点在本发明的构造和操作中有详细描述， 因而随后将变得明显，而本发明的构造和操作在下文中参考构成其一部分 的附图进行了更充分描述和要求，其中相同的标记全部指相同的部件。
附图简述


图1是水下造粒系统的示意性说明，所述水下造粒系统包括由Gala 生产并且出售的水下造粒机和离心干燥器以及根据本发明的空气注入和 振动式输送机。
图2a是图1的振动式输送机的侧视图的示意性说明。 图2b是图1的振动式输送机的端视图的示意性说明。
图3说明了当关闭生产线时，图1所示的水下造粒系统在旁通模式期 间的组件。
图4是显示根据本发明的用于将空气或其它惰性气体注入从造粒机至 干燥器的浆液管线中的方法和装置的示意性说明。
图5是显示用于将惰性气体注入从造粒机至干燥器的浆液管线中的优 选方法和装置的示意性说明，包括在浆液管线中的球阀的放大图。
图6是显示与热塑性聚氨酯加工一起使用的水下造粒系统的示意性说 明，所述水下造粒系统包括由Gala销售和出售的结晶和干燥器。 图7是图6中所示的系统的结晶部分的示意性说明。
优选实施方案详述
详细说明本发明的优选实施方案。应当理解本发明的范围不限于在随 后的说明书中描述的或如附图中说明那样的构造、组件安置或化学组件的 细节。本发明的实施方案能够以各种方式实践或实施，并且包含于本发明 的范围中。
随后的实施方案的描述使用为了澄清而概括的术语，并且意在被本领 域技术人员以包括所有技术等价物的最宽含义所理解的。在本发明中说明 的聚合物成分为本领域普通技术人员提供以关于所公开的方法的幅度的 细节，并且不意在限制本发明。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚酯具有结构通式 [(OR,0)x[(C二0)R2(00)]y禾口/或[(CO)R,O] x[(C=0)R20]y，并且在此所述 的R,和R2包括脂族、脂环族、芳族和侧链取代部分(pendant substituted moieties),包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和芳基，并且可以相同 或不同。更优选地，在此所述的聚酯包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)或PET、 聚(对苯二甲酸丙二醇酯)或PTT,聚(对苯二甲酸丁二醇酯)或PBT、聚(萘二 甲酸乙二醇酉旨)或PEN、聚交酯或PLA和聚(a —羟基链烷酸酯)或PHA。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚酰胺具有结构通式 [N(H,R)R!N(H,R)]x[(C:0)R2(C:0)]y和/或 [(C-O)R,N(H,R)]x[(C二O) R2N(H,R)]y，并且在此所述的R,和R2包括脂族、脂环族、芳族和侧链取
代部分，包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和芳基，并且可以相同或 不同。在此所述的R包括但不限于脂族、脂环族、芳族部分。更优选地，
聚酰胺包括聚己二酰丁二胺或尼龙4,6、聚己二酰己二胺或尼龙6，6、聚癸 二酰己二胺或尼龙6，10、聚(己二胺-共-十二垸二酸)或尼龙6，12、聚己内酰 胺或尼龙6、聚庚内酰胺或尼龙7、聚十一内酰胺或尼龙ll和聚十二内酰 胺或尼龙12。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚碳酸酯具有结构通式 [(00)0R,0]x[(C二0)0R20]y，在此所述的R,和R2包括脂族、脂环族、芳 族和侧链取代部分，包括但不限于卤素、硝基官能团、垸基和芳基，并且 可以相同或不同。更优选地，聚碳酸酯包括双酚和取代双酚的碳酸酯，其 中双酚具有结构式HOPhC(CH3)2PHOH或HOPhC(CH3)(CH2CH3)PhOH， 其中Ph表示苯环，并且取代基包括但不限于烷基、环烷基、芳基、卤素 和硝基官能团。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的聚氨酯具有结构通式 [(CO)OR,N(H,R)]x[(C二0)OR2N(H,R)y，并且在此所述的R,和112包括脂族、 脂环族、芳族和侧链取代部分，包括但不限于卤素、硝基官能团、烷基和 芳基，并且可以相同或不同。在此所述的R包括但不限于脂族、脂环族和 芳族部分。更优选地，聚氨酯包括聚醚聚氨酯和/或聚酯聚氨酯共聚物，包 括亚甲基双(苯基异氰酸酯)。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的以前没有公开另外的聚酯和共 聚物，聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物可以由至 少一种二醇组成，所述二醇包括乙二醇、1，2-丙二醇、1,3-丙二醇、1，3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,3-己二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、 1,10-癸二醇、1,12-十二烷二醇，2-丁基-1，3-丙二醇、2,2-二甲基-1,3-丙 二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-异丁基-l,3-丙二醇、2-甲基-1,4-戊二醇、3-甲基-2,4-戊二醇、3-甲基-l,5-戊二醇、2，2,4-三甲基-1,3-戊二 醇、2-乙基-l,3-己二醇、2,2,4-三甲基-1,6-己二醇、1,2-环己二醇、1，4-环己 二醇、1，2-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇、二甘醇、 三甘醇、聚乙二醇、 一縮二丙二醇，二縮三丙二醇、聚丙二醇、聚1,4-丁 二醇、儿茶酚、对苯二酚、异山梨醇、1,4-双(羟甲基)-苯、1,4-双(羟基乙氧基)苯、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷及其同分异构体。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的其它的聚酯和共聚物、聚酰胺和 共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物可以由至少一种内酯或羟
基酸组成，所述内酯或羟基酸包括丁内酯、己内酯、乳酸、羟基乙酸、2-羟基乙氧基乙酸、3-羟基丙氧基-乙酸和3-羟基丁酸。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的再其它的聚酯和共聚物、聚酰胺 和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种二酸
组成，所述二酸包括邻苯二甲酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸，萘-2,6-二甲酸 和同分异构体，芪二甲酸，1，3-环己烷二甲酸，二苯二甲酸，琥珀酸，戊二 酸，己二酸，壬二酸，癸二酸，富马酸，庚二酸，十一垸二酸，十八垸二酸 和环己烷二乙酸。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的再其它的聚酯和共聚物、聚酰胺 和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种二酯 组成，所述二酯包括邻苯二甲酸二甲基或二乙基酯、间苯二甲酸二甲基或 二乙基酯、对苯二甲酸二甲基或二乙基酯、萘-2,6-二甲酸二甲酯以及同分 异构体。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的其它的聚酰胺和共聚物、聚酯和 共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种二胺组 成，所述二胺包括1,3-丙二胺、1，4-丁二胺、1,5-戊二胺、1，6-己二胺、1，8-辛二胺、1、 10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、1，16-十六垸二胺、苯二胺、4,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯基甲烷、2,2'-1,5-戊二胺、2,2,4-三甲基-1， 5-戊二胺和2，2, 4-三甲基-1, 6-己二胺。
作为符合本发明结晶聚合物的要求的再另外的聚酰胺和共聚物、聚酯 和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物还可以由至少一种内酰 胺或氨基酸组成，所述内酰胺或氨基酸包括丙内酰胺、吡咯烷酮、己内酰 胺、庚内酰胺、辛内酰胺、壬内酰胺、癸内酰胺、十一内酰胺和十二内酰 胺。
而且，作为符合本发明结晶聚合物的要求的其它的聚氨酯和共聚物、 聚酯和共聚物、聚酰胺和共聚物以及聚碳酸酯和共聚物可以由至少一种异 氰酸酯组成，所述异氰酸酯包括4,4' -二苯基甲烷二异氰酸酯和同分异构
体、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、亚乙基 二异氰酸酯、4,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)和同分异构体、亚二甲苯基二 异氰酸酯和同分异构体，四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯、1,5-萘-二异氰酸
酯、1，4-环己基二异氰酸酯，二苯基甲垸-3,3'-二甲氧基-4，4'-二异氰酸酯、 1，6-己烷二异氰酸酯、1,6-二异氰酸根合-2,2,4,4-四甲基己垸、1,3-双(异氰 酸根合甲基)环己烷和1,10-癸垸二异氰酸酯。
在图1中示意性显示了与本发明关联使用的水下造粒系统。水下造粒 系统整体用附图标记IO表示，并且包括具有切割机毂和刀片14的水下造 粒机12比如Gala水下造粒机，所述切割机毂和刀片14露出在与水箱16 和模板18分开的图中。
在水下造粒系统10中，使用聚合物桶或加料斗160(参见图6)，典型 地将要加工的聚合物从上面供给到挤出机155并且经历剪切和加热以使聚 合物熔融。将聚酯和聚酰胺典型地从约20(TC至约30(TC挤出。将热熔胶 配剂典型地从约IO(TC至约20(TC挤出。将聚碳酸酯典型地从约225"C至约 35(TC挤出，并且将聚氨酯典型地从约175°C至约30(TC挤出。将聚合物 熔体供给到过滤网更换器20(参见图l)中以除去任何固体颗粒或杂质。通 过提供平稳且可控的流速的齿轮泵22，将熔体继续供给至聚合物导流阀 24以及模板18的模孔中。挤出穿过模孔而形成的聚合物熔体的线材进入 水箱16中，并且通过使切割机毂和刀片14旋转将其切割，以形成需要的 粒料或颗粒。在此所述的这种方法本质上是示例的，并且如本领域技术人 员容易理解的和/或如根据现有技术另外定义的，获得需要的聚合物流的其 它构造包含在本发明的范围中。
现有技术显示了对有利于降低挤出物的热或氧化降解的挤出方法的 多种修改和添加。在这些改变之中，包括真空除去副产物和过量的单体、 水解还原、控制催化解聚、聚合催化剂的抑制、端基保护、分子量提高、 聚合物链延长和使用惰性气体吹扫。
水通过管26进入水箱16，并且迅速移除由模面这样形成的粒料，形 成粒料和水的浆液。如本领域技术人员所理解的，循环通过在本发明中包 含的造粒机水箱的处理水在此不受限制，并且在需要时可以含有添加剂、 共溶剂和加工助剂以促进造粒，防止聚集和/或保持输送流体。这样形成的
粒料水浆液通过管28离开水箱，并且通过浆液管线30输送给干燥器32。 根据本发明，将空气在点70注入到系统浆液管线30中，所述点70 优选邻接水箱16的出口，并且靠近浆液管线30的开始处。这种用于空气 注入的优选位置70通过增加输送速度并且促进将水吸入到浆液中而促进 粒料的输送，从而允许粒料和颗粒保持足够的潜热以实现需要的结晶。使 用在生产设施时通常可获得的常规压縮空气管线，例如使用空气压缩机， 方便并且经济地将高速度空气在点70注入到浆液管线30中。可以使用根 据本发明的包括但不限于氮气的其它惰性气体，以上述高速度输送粒料。 这种高速度空气或惰性气体流是使用这样产生的压缩气体而实现的使用 标准球阀将压力调节为至少8巴，从而产生进入浆液管线30的流量为至 少IOO米V小时的压缩气体，所述浆液管线30为标准管直径，优选1.5英 寸的管直径。
对于本领域技术人员，流量和管直径可以根据处理量体积、需要的结 晶度水平以及粒料和颗粒的尺寸而变化。高速度空气或惰性气体有效地接 触粒料水浆液，从而通过吸入产生水蒸气，并且将粒料分散在整个浆液管 线中，从而以提高的速度，优选以从水箱16至干燥器出口 34为小于1 秒的速度使这些粒料传递到干燥器32中。高速吸入产生粒料在空气/气体 混合物中的混合物，在气态混合物中的空气可以接近98- 99体积％。
图5显示了一种用于将空气注入浆液管线中的优选配置。水/粒料浆液 离开造粒机水箱102进入浆液管线106 (图勺，通过观察窗112，经过角 弯管114，在此有从阀120注入的压縮空气，通过倾斜的浆液管线116， 并且经过扩大的弯管118，通过干燥器入口 IIO并且进入干燥器108。优 选进入角弯管114的空气注入与浆液管线116的轴成直线，从而得到空气 注入对粒料/水浆液的作用最大，导致混合物的持续吸入。
在需要时，根据造粒机102的高度相对于至干燥器108的入口 110的 高度的变化，在浆液管线116的垂直轴和所述浆液管线116的纵轴之间形 成的角度可以在0°变化至90°以上。这种高度差可能归因于干燥器108相 对于造粒机102的物理定位或者可能是干燥器和造粒机的尺寸差的结果。 优选的角度范围是30°至60°,其中更优选的角度是45°。到千燥器入口 110 的扩大弯管118促进高速吸入的粒料/水浆液从引入浆液的管线116转移到
干燥器110的入口，并且降低进入到干燥器108中的粒料浆液的速度。
如图5中所示，装置的优选位置允许在约1秒内将粒料从造粒机102 输送到干燥器108的出口，这样使得在粒料内部的热损耗降至最低。这通 过将第二阀门装置或更优选的第二球阀150嵌入在空气注入口 120之后得 到进一步优化。这种附加的球阀允许更好地调节粒料在浆液管线116中的 停留时间，并且减少可能在浆液管线中发生的任何振动。第二球阀可以使 注入到室中的空气的附加增压，并且改善水从粒料/水浆液的吸入。随着粒 料和颗粒的尺寸降低，这变得特别重要。
将粒料喷射通过干燥器108的出口126，并且优选导向振动装置，如 在图2a和2b中示意性说明的振动式输送机84。由振动式输送机84的振 动作用产生的搅动可以使热量在与其它粒料和振动式输送机的组件接触 时的粒料之间转移。这样促进了温度的更加均匀，并且导致这些粒料和颗 粒的结晶度提高和更均匀。搅动缓和了由于提高粒料温度造成的粒料彼此 之间和/或与振动式输送机的组件的粘附趋势。
粒料和颗粒在振动式输送机上的停留时间对获得需要的结晶度是有 贡献的。粒料越大，预期停留时间越长。停留时间通常为约20秒至约120 秒或更长，优选30秒至60秒，并且更优选约40秒，以使粒料结晶至需 要的程度，并且使粒料冷却用于处理。与对更小的粒料所预期的相比，更 大的粒料将在内部保留更多的热量，并且结晶更快。相反，粒料尺寸越大， 将粒料冷却用于处理目的所需的停留时间越长。用于最终包装的粒料所需 的温度通常低于进一步加工所需的温度。通常观察到低于粒料的结晶温度 Tc的温度对于另外的加工是足够的，而低于玻璃化转变温度Tg的温度对 于包装是适合的。如以冷却模式测量的通过差示扫描量热法获得的值是在 此确定的温度的良好指标。
还可以使用其它冷却方法或除振动式输送机以外的方法，以使离开干 燥器的粒料具有足够的时间结晶以及随后冷却用于处理。例如，用于本发 明的备选路线是由Gala销售的粒料结晶系统(PCS)。在图6和7中说明了 GalaPCS。 Gala PCS通过使粒料和水浆液经过进入阀201 ，进入团块捕集 器202，经过槽式进入阀205，并且进入到装备有如图7中以206表示的 搅动器的槽中，从而提供另外的结晶和冷却。在通过水填充阀204的最初
水填充后，将粒料/水浆液交替引入到三个独立的槽中，从而允许在搅动的 情况下用于冷却并且结晶的额外时间以防止粒料或颗粒的聚集。在产品文 献中描述了实际过程的细节，并且为说明性目的，在此包含简单的论述。
冷却的粒料浆液通过排泄阀207离开适当的槽，并且通过运行泵209，经 过输送管210输送，如在上面的图1详述，通过干燥器入口 33到达干燥 器32。
作为备选，可以将Gala PCS依次连接在干燥器108之后或在振动式 输送机84之后，从而可以获得粒料的附加结晶。如上所公开的，在本发 明的范围内包含含有处理添加剂和共溶剂的水。水或含水溶液的温度可以 在一、二或所有三个槽中得到控制，并且在每一个槽中可以相同或不同以 赋予更大的结晶度。随着结晶度增加，结晶温度提高，并且可以提高加工 温度以实现更大的结晶度。如在过去已经证明，增加的结晶度使大多数聚 合物的性能得到提高，并且可以根据在这些需要性能上的所必需的增益来 优化条件。
在需要时，可以将来自干燥器108或振动式输送机84的粒料和颗粒 进行包装或储存。还可以将它们转移至在此称为"SSP"并且在现有技术中 广泛得到详述的固态縮聚或固态聚合。将搅动与优选为氮气的惰性气体的 并流或逆流在高温下一起使用是SSP方法的通常部分。这种方法需要如通 过本发明提供的提高的结晶以避免粒料和颗粒在SSP方法的固有操作所 需的温度下的聚集。由SSP方法产生的增加的分子量允许获得透明的无定 形聚合物。在现有技术中充分公开了用途和应用。描述对SSP适合的用于 在此包含的各种聚合物的加工条件在本发明的范围之外。
尽管对于诸多结晶聚合物具体描述了本发明，但是根据本发明可以加 工目前己知或将来发现的其它这类结晶聚合物。因此，虽然不意在将本发 明限制为任何具体的结晶聚合物或结晶聚合物类，但是本发明意在包括所 有结晶聚合物。
权利要求
1.一种使用包含水下造粒机和干燥器的装置将结晶聚合物加工为粒料的方法，所述方法包括通过在所述水下造粒机中的切割用模板挤出结晶聚合物的线材；将所述聚合物线材在所述造粒机的切割室中切割成粒料；将来自所述切割室的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送到所述干燥器中；和将高速气体注入到所述水和粒料的浆液中，以生成水蒸汽雾并且提高所述粒料进出所述干燥器的速度，其中所述粒料在离开所述干燥器时保留足够的内热以使所述粒料结晶。
2. 如权利要求1所述的方法，其中处理离开所述干燥器的所述粒料 以避免聚集。
3. 如权利要求2所述的方法，其中搅动离开所述干燥器的所述粒料 以避免聚集并且由所述保留的内热实现需要的结晶度。
4. 如权利要求1所述的方法，其中所述粒料在超过约135°C、优选超 过约145°C的平均温度离开所述干燥器。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述粒料的结晶等于或大于30%， 优选等于或大于35。/。，并且最优选等于或大于40。/。。
6. 如权利要求1所述的方法，其中将来自所述造粒机的所述粒料输 送到所述干燥器中的所述步骤包括以与垂线成介于30°和60°之间、优 选约45。的角度向上输送所述浆液。
7. 如权利要求1所述的方法，其中所述增压气体是空气。
8. 如权利要求1所述的方法，其中将所述气体基本上与所述水和粒 料的浆液的流动方向成一直线注入。
9. 如权利要求1所述的方法，其中将所述高速气体在约8巴的压力 下以至少约100mS/小时的流速注入。
10. 如权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽雾具有的气体组分为约 98体积％。
11.权利要求1所述的方法，其中注入到所述浆液中的所述气体将从 所述造粒机至所述干燥器的出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级。
12. 权利要求1所述的方法，其中在通过所述装置的同时，所述粒料 只利用从挤出保留的所述内热并且在没有任何第二加热步骤的情况下进 行结晶。
13. —种用于将结晶聚合物加工为粒料的方法，所述方法包括 将结晶聚合物挤出成线材； 将所述挤出的线材在水蒸汽中切割成粒料； 将在所述水蒸汽中的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送； 将惰性气体以高速注入到所述粒料和水的浆液中，使得所述粒料保留足够热量，以在不使用外热的情况下，用于所述聚合物的结晶；和将所述粒料干燥并且搅动，以由所述保留的热量实现需要的结晶度。
14. 权利要求13所述的方法，其中所述需要的结晶度等于或大于 30%,优选等于或大于35。/。，并且最优选等于或大于40%。
15. 权利要求13所述的方法，其中注入到所述浆液中的所述气体将 从在所述切割步骤的造粒机至千燥器出口的粒料流速提高至小于约1秒的 等级。
16. 权利要求13所述的方法，其中所述聚合物选自聚酯和共聚物、 聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物中。
17. —种使用具有水下造粒机和离心干燥器的装置将结晶聚合物加 工为结晶粒料的方法，所述方法包括将结晶聚合物线材在所述水下造粒机中切割成粒料；将来自所述造粒机的所述粒料以水和粒料的浆液形式输送；和将高速惰性气体引入到所述水和粒料的浆液中，以提高所述粒料通过位于所述气体引入的下游的所述离心干燥器的速度，离开所述干燥器的所述粒料具有足够的内热，以用于所述粒料的结晶。
18. 权利要求17所述的方法，其中引入到所述浆液中的所述气体将 从所述造粒机至所述干燥器的出口的粒料流速提高至小于约1秒的等级。
19. 权利要求17所述的方法，其中所述引入高速气体的步骤包括将 所述气体在约8巴的压力下以至少约100mS/小时的流速注入。
20. 权利要求17所述的方法，其中所述注入的气体产生气体组分为 约98体积％的水蒸汽雾。
21. 权利要求17所述的方法，其中在通过所述装置的同时，所述粒 料只利用从挤出保留的所述内热并且在没有任何第二加热步骤的情况下 进行结晶。
22. 权利要求17所述的方法，其中所述聚合物选自聚酯和共聚物、 聚酰胺和共聚物、聚碳酸酯和共聚物以及聚氨酯和共聚物中。
23. 如权利要求17所述的方法，其中处理离开所述干燥器的所述粒 料以避免聚集。
24. 如权利要求23所述的方法，其中搅动离开所述干燥器的所述粒 料，以避免聚集并且由所述保留的内热获得需要的结晶度。
25. —种用于将结晶聚合物加工成粒料的装置，所述装置包括 水下造粒机，其将从所述造粒机挤出的结晶聚合物的线材切割成粒料；将水引入到所述造粒机中的管系；浆液管线，其输送水和粒料的桨液 从所述造粒机中出来，并且到达用于干燥所述粒料的干燥器中；和注入器， 其将粒料速度加速剂引入到所述水和粒料的浆液中，以提高所述粒料通过 所述加工装置的速度，其中离开所述干燥器的所述粒料具有弓I发所述粒料 结晶的足够的内热。
26. 如权利要求25所述的装置，其中所述粒料速度加速剂是以约100 至约175mS/小时的流速移动的惰性气体。
27. 如权利要求25所述的装置，还包含搅动装置，所述搅动装置用 于接收离开所述干燥器的所述粒料，以避免聚集并且达到所述粒料的所需 结晶度。
28. 如权利要求25所述的装置，其中所述装置还包含一个或多个绝 热容器，所述绝热容器用于接收来自所述干燥器的所述粒料以达到所述粒 料的所需结晶。
29. 如权利要求25所述的装置，其中所述浆液管线的一部分通常是 垂直的，并且另一部分是以与垂线成介于30°和60°之间、优选约45°的角度向上倾斜的。
30. 如权利要求25所述的装置，其中所述浆液管线包含弯管和直线 部分，并且所述气体注入器在所述弯管基本上与所述直线部分的纵轴成一 直线处引入所述惰性气体。
31. 如权利要求25所述的装置，其中所述浆液管线包含在进入所述离心干燥器之前的直径扩大的出口端。
32. 如权利要求25所述的装置，其中所述浆液管线包含通常与所述 造粒机垂直的部分；通常与所述通常垂直的部分倾斜的直线部分；和扩大 部分，其在所述通常倾斜的直线部分的外端，从而降低所述粒料进入所述 干燥器的浆液速度。
全文摘要
一种用于结晶聚合物的水下造粒以及随后干燥，使得聚合物粒料在不使用随后加热的情况下进行结晶的方法和装置。将高速空气或其它惰性气体以约100至约175m³/小时或更大的流速注入到水和粒料的浆液管线中，并且进入到靠近造粒机出口的干燥器中。这种高速空气移动使水形成蒸汽雾，并且显著增加所述粒料进出所述干燥器的速度，使得所述聚合物粒料在具有足以使在所述粒料内部产生自结晶的潜热的情况下离开所述干燥器。在所述浆液管线中在气体注入之后的阀门装置还调节所述粒料的停留时间，并且在所述干燥器之后的振动式输送机帮助所述粒料获得需要的结晶度水平并且避免聚集。
文档编号B29B9/06GK101184593SQ200680018022
公开日2008年5月21日 申请日期2006年5月24日 优先权日2005年5月26日
发明者罗伯特·G·曼恩, 罗杰·B·怀特, 迈克尔·艾罗 申请人:卡拉工业公司