专利名称：聚合物原料的造粒方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物原料，例如热熔粘合剂聚合物原料的造粒方法和设备。
背景技术：
基于烯烃的聚合物由于它们是化学惰性的，具有低密度和低成本而广泛地用于各 种应用。应用包括粘合剂、膜、纤维、模塑部件和它们的组合。虽然这些聚合物在室温下是 固体，但是它们通常作为熔体制备和加工。这些材料的制造方法中的最后步骤是将聚合物 熔体转化成容易处理的颗粒(granule)。颗粒(粒料是一种类型)是有利的，因为它们可以 容易地包装、运输、称量/分批、和再加工。近几年来，两种不同类别的成粒技术已经发展起来，低粘度熔体(例如粘度小于 100cP)的成粒技术和高粘度熔体(例如粘度大于100，OOOcP)的成粒技术。低粘度熔体的 成粒通常特征在于(1)将低粘度熔体施加到冷却表面上，(2)将该熔体冷却成固体，和(3) 回收为薄片、锭剂、坯块、颗粒或其它适合的形式的固体。然而，通常，对于低粘度熔体，完全 跳过成粒步骤，并在可运输熔体的罐中包装熔体。高粘度熔体的成粒通常包括(1)经由模 头将高粘度熔体挤出和(2)将所得的线材冷却并切成粒料。虽然已经开发了低粘度和高粘度熔体的成粒技术，但是中等粘度的材料，例如热 熔粘合剂(HMA)的成粒技术还存在真空。一般而言，具有中等粘度的熔体具有比高粘度熔 体更低的熔体强度。这种更低熔体强度转化为不能容易地采用传统造粒技术切割的聚合物 熔体，因为这种聚合物熔体几乎没有至没有轮廓或形态。因此，当用具有中等粘度的聚合物 熔体尝试这些传统的成粒技术时，通常导致聚合物包覆切割机组件。此外，不管如何形成颗粒，HMA的粘性是影响HMA成粒的因素。如果颗粒的表面发 粘，则这可能导致颗粒附聚。附聚的颗粒则比自由流动、非附聚的颗粒更难以再熔融来用于 后续应用。常规方法已经尝试解决与将HMA造粒有关的一些问题，例如切割机包覆和颗粒附 聚，然而，这些及其它问题仍存在。例如，与HMA造粒有关的另一种问题是当将聚合物熔体 冷却时，通常开始发生结晶并且聚合物熔体可能损失均勻性，因为熔体中的聚合物组分分 散并从溶液中沉降。另外，当正被造粒的材料显示宽熔程，多熔程，低温熔程，中等粘度，慢导热性并 因此不太能迅速冷却以便加工，当冷却时经历相分离的倾向，延迟结晶，表面发粘和/或从 混合和共混阶段到挤出和造粒阶段的极端温度变化时，造粒也可能是困难的，因为所有这 些品质可能导致差的粒料形成和差的粒料几何结构。因此，仍需要将具有中等粘度的聚合物熔体和/或显示延迟结晶的聚合物熔体造 粒的方法和设备。具体来说，具有将HMA组合物造粒的方法将是合乎需要的。
发明内容
发明概述
提供了将聚合物原料造粒的方法，该方法由以下步骤构成将聚合物原料引入挤 出机，将仍在挤出机中的熔融聚合物原料冷却以提高该聚合物原料的粘度，和经由造粒模 头将该经冷却的聚合物原料挤出。例如，将在190°C下具有大约10cP-大约75，OOOcP或100cP_大约35，000的粘度
的聚合物原料造粒的方法，包括以下步骤将熔融聚合物原料引入挤出机，将仍在挤出机中 的聚合物原料冷却到造粒温度以将该聚合物原料的粘度提高到大于5000cP，和经由造粒模 头将该经冷却的聚合物原料挤出。造粒温度可以是(a)足够接近，但是大于仍在挤出机中 的聚合物原料的环球法软化点以致该挤出机提高该聚合物熔体的分散均勻性，(b)小于聚 合物原料的环球法软化点，(c)小于聚合物原料的环球法软化点，但是大于仍在挤出机中的 聚合物原料的结晶温度，(d)足够接近，但是大于仍在挤出机中的聚合物原料的结晶温度以 致该挤出机提高该聚合物熔体的分散均勻性，或(e)等于或低于聚合物原料的结晶温度。 在一个实施方案中，挤出机在模头面产生至少250psi的压力以推动经冷却的聚合物原料 穿过造粒模头。还提供了聚合物原料的造粒设备，该设备由具有入口和出口的熔体冷却器；具有 入口、料筒和出口的挤出机，其中该挤出机入口与该熔体冷却器出口附接；适合于从该挤出 机的料筒除热的除热装置；和与该挤出机的出口附接的造粒模头，例如水下造粒装置构成； 其中该聚合物原料流过该挤出机料筒并且该除热装置从该聚合物原料除热以将该聚合物 原料的粘度提高。在另一个实施方案中，聚合物原料的造粒设备包括具有入口和出口的熔体冷却 器；具有入口、料筒和出口的挤出机，其中该挤出机入口与该熔体冷却器出口附接；适合于 从该挤出机的料筒除热的除热装置；和与该挤出机的出口附接的水下造粒模头；其中该聚 合物原料流过该挤出机料筒并且该除热装置从该聚合物原料除热以将该聚合物原料的粘 度提高到至少5，OOOcP。附图简述
图1是聚合物原料的造粒设备的示意图，该造粒设备由熔体冷却器、水下造粒机 和干燥装置构成。图2是聚合物原料的造粒设备的示意图，该造粒设备由熔体冷却器、冷却挤出机、 水下造粒机和干燥装置构成。图3是聚合物原料的造粒设备的示意图，该造粒设备由挤出机、水下造粒机和干 燥装置构成。实施方案的详细描述提供了将聚合物原料造粒的方法和设备。该方法由以下步骤构成将聚合物原料 引入挤出机，将仍在挤出机中的熔融聚合物原料冷却以提高该聚合物原料的粘度，和经由 造粒模头将该经冷却的聚合物原料挤出。将聚合物原料冷却到造粒温度，该造粒温度可以 (a)足够接近，但是大于仍在挤出机中的聚合物原料的环球法软化点以致该挤出机提高该 聚合物熔体的分散均勻性，(b)小于该聚合物原料的环球法软化点，(c)小于聚合物原料 的环球法软化点，但是大于仍在挤出机中的聚合物原料的结晶温度，(d)足够接近，但是大 于仍在挤出机中的聚合物原料的结晶温度以致该挤出机提高该聚合物熔体的分散均勻性， 或(e)等于或低于聚合物原料的结晶温度。在一个实施方案中，挤出机在模头面产生至少250psi的压力以推动经冷却的聚合物原料穿过造粒模头。 本文描述的方法和设备可用于将不容易造粒的聚合物原料，尤其是具有中等粘度 的那些聚合物原料，显示延迟结晶的聚合物，显示宽熔程、具有多熔程或具有低温熔程的聚 合物造粒。该方法和设备还尤其适合于将显示以下特征的聚合物原料造粒(a)当冷却时， 显示明显的粘度提高和经历结垢或相分离，(b)慢导热性并因此不太能迅速地冷却以便加 工，(d)表面发粘，或(d)从混合和共混阶段到挤出和造粒阶段的高温度变化。这些所谓的 难以加工品质中的每一种导致常规造粒工艺中的差的粒料形成和差的粒料几何结构。有利 地，通过本文描述的方法和设备降低这些品质的不合需要的影响。
具体来说，提供了可用于将HMA聚合物原料造粒的方法和设备，其中将该HMA聚合 物原料冷却到使得粘度提升到可将该HMA聚合物原料容易造粒的程度的温度，始终混合该 聚合物原料以提高该聚合物原料的分散均勻性。本文描述了各个特定的实施方案，版本和实施例，其中包括为了理解所请求保护 的本发明所采用的示例性实施方案和定义。虽然以下详细描述给出了特定的优选实施方 案，但是本领域技术人员应领会这些实施方案仅是示例性的，并且本发明可以按其它方式 实践。为了确定侵权行为，本发明的范围指所附权利要求中的任何一个或多个，其中包括它 们的等同物，和与所列出的那些等同的要素或限制。对"本发明"的任何引用可以是指由 权利要求限定的本发明的一个或多个，但不一定是全部。聚合物原料聚合物原料由包括C2-C4(l烯烃和其共混物的聚合物构成。优选地，烯烃是丙烯的 均聚或共聚物。在一个实施方案中，聚合物原料包含至少一种丙烯组分。在一个优选的实 施方案中，聚合物包含至少50衬％丙烯，优选至少60衬％丙烯，或者至少70wt%丙烯，或者 至少80衬％丙烯，基于聚合物的总重量。在本发明的还有的另一个实施方案中，聚合物原料基本上不含苯乙烯。在一个 实施方案中，聚合物原料具有5衬％或更少苯乙烯，或优选3wt%或更少苯乙烯，或更优选 lwt %或更少苯乙烯，基于聚合物的总重量。在本发明的一个优选的实施方案中，聚合物原料是熔融的。熔融聚合物原料是呈 能够被挤出的形态的聚合物原料。熔融聚合物原料可以呈熔体形态，半固体形态，基本上液 体形态，或液体形态。当以间歇加工或连续流动加工释放时，熔融原料可以靠重力或在压力 下合适地流动。优选地，聚合物原料在挤出之前呈熔融形态，并且不使用挤出机将聚合物原 料熔融。在一个优选的实施方案中，聚合物原料是在冷却时易于经历相分离的聚合物原 料。优选地，聚合物原料由两种或更多种组分构成，它们中一种或多种当聚合物冷却时经历 结晶。当组分结晶时，聚合物熔体可能损失均勻性，因为熔体中的聚合物组分分散并从溶液 沉降，而形成相分离。在一个实施方案中，聚合物原料包含当聚合物原料冷却时结晶的全同 立构聚丙烯组分。当将聚合物原料冷却时，结晶的全同立构聚丙烯组分可以在熔体冷却器 (换热器)的表面上形成高度粘性层，而妨碍进一步传热。在一些实施方案中，聚合物原料在冷却期间，和造粒同时，或在造粒之后，例如在 储存期间显示延迟结晶。更具体地说，当聚合物原料冷却时，结晶开始形成。然而，不希望 受理论限制，据信将聚合物原料冷却的速率影响结晶速率以致越快将聚合物原料冷却，则将花费越长时间完全结晶。这种所谓的延迟结晶现象可以在整个聚合物原料中，在整个聚 合物粒料中看到，或作为仅聚合物原料或粒料的区域中的分级结晶看到。例如，各粒料的外 部可以比粒料内部更迅速地冷却，从而导致每个粒料的表面上的分级结晶。在一个优选的 实施方案中，在水下造粒机或在熔体冷却器中非常迅速地将聚合物原料冷却，即骤冷冷却 (quench cooling)。在这些实施方案中，更容易地观察到分级结晶，例如在聚合物原料的沿 着熔体冷却器的壁的外部处。因此，聚合物原料的整体可以不按相同速率冷却。所提供的 方法和设备降低将此种难以造粒的材料利用和造粒的不利影响。在一个实施方案中，当聚合物原料接近聚合物原料的结晶温度时，聚合物原料显 示明显的粘度变化。在本发明的一个实施方案中，聚合物原料具有可测量的熔点和根据ASTM D6493测 量的环球法软化点。在一个优选的实施方案中，聚合物原料的环球法软化点大于聚合物原 料的通过ASTM E 794-06测量的结晶点。优选地，环球法软化点是结晶温度以上10°C或更 高，或更优选是结晶温度以上20°C或更高。在本发明的另一个实施方案中，聚合物原料包含无定形聚合物。聚合物原料可以 具有至少50 %，或者至少60 %，或者至少70 %，甚至或者50-99 %的无定形内容物。使用差 示扫描量热法根据ASTM E794-06的测量测定无定形内容物的百分率。在本发明的又一个实施方案中，聚合物原料包含具有50 %或更低，或者40 %或更 低，或者30 %或更低，或者20 %或更低，甚至或者10 % -30 %的结晶度的聚合物。使用差示 扫描量热法根据ASTM E794-06的测量测定百分率结晶内容物。在另一个实施方案中，聚合 物原料包含具有5% -60%，或者10% -50%的百分率结晶度的聚合物。在本发明的一个实施方案中，聚合物原料具有100 J/g或更低，优选90 J/g或更低， 或70J/g或更低，或60J/g或更低，或50J/g或更低，或40J/g或更低，或30J/g或更低，或 20J/g或更低且大于0，或大于lj/g，或大于10J/g或10-50J/g的熔化热(A H)。根据ASTM E 794-06测量熔化热。在本发明的一个实施方案中，聚合物原料在190°C下具有小于大约100，OOOcP的 粘度(也称为布鲁克菲尔德粘度或熔体粘度)，但是一些组合物可以更高。优选地，聚合 物原料具有在190°C下小于大约50，OOOcP,或小于大约35，OOOcP,或在190°C下30，OOOcP 或更低；或在190°C下25，OOOcP或更低；或在190°C下20，OOOcP或更低；或在190°C下 15，OOOcP或更低；或在190 °C下10，OOOcP或更低；或在190 °C下8，OOOcP或更低；或在 190°CT 6，OOOcP或更低；或在190°CT 5, OOOcP或更低；或在190°C下4，OOOcP或更低；或 在190°C下3，OOOcP或更低；或在190°C下2，OOOcP或更低；或在190°C下1，OOOcP或更低的 通过ASTM D 3236在190°C下测量的粘度。在另一个实施方案中，聚合物原料具有在190°C 下大约lOOcP到在190°C下大约35，OOOcP的粘度。在本发明的另一个实施方案中，聚合物 原料在聚合物原料的工艺条件下具有小于35，OOOcP ；或20，OOOcP或更低；或15，OOOcP或 更低；或10，OOOcP或更低；或5，OOOcP或更低；或3，OOOcP或更低；或2，OOOcP或更低；或 1，OOOcP或更低；或900cP或更低；或800cP或更低；或700cP或更低；或600cP或更低； 500cP 或更低；或者 100cP-35, OOOcP,或 500cP_20，OOOcP 或 800cP_15，OOOcP 的粘度。优选 地，这些粘度是聚合物原料在进入熔体冷却器或冷却挤出机之前的粘度。在本发明的一个实施方案中，聚合物原料的至少一种组分具有小于70，000或更低，或者大约60，000或更低，或者大约50，000或更低，或者大约40，000或更低的重均分子 量(Mw)。或者，聚合物原料的至少一种组分具有大约10，000-大约70，000的Mw。通过使 用装配有示差折光率检测器(DRI)、在线小角度光散射(LALLS)检测器和粘度计(VIS)的 Waters 150尺寸排阻色谱仪(SEC)测量分子量。在本发明的另一个实施方案中，聚合物原料基本上不含发泡剂。基本上不含发泡 剂经限定是指聚合物原料很大程度上不含，但不是完全不含发泡剂。在一些实施方案中，少 量的发泡剂由于标准生产方法而可以存在于聚合物原料内。在一个实施方案中，“基本上 不含发泡剂"是指不含有意添加的发泡剂，在另一个实施方案中，它是指不含任何发泡剂。 发泡剂通常是化学发泡剂或物理发泡剂。通常，化学发泡剂经历引起气体，例如氮气、二氧 化碳或一氧化碳释放的某种形式的化学变化(例如，在预定温度/压力下与聚合物材料的 化学反应)。通常，在压力下将物理发泡剂溶解在聚合物材料中，然后当移除压力时，该物 理发泡剂体积膨胀。发泡剂可以包括卤代烃、烃、大气气体和它们的组合。发泡剂的非限制 性实例包括二氯二氟甲烷(CFC-12)；三氯一氟甲烷(CFC-11) ;C2-C6烷烃例如乙烷、丙烷、丁 烷、异丁烷、戊烷、异戊烷和己烷；二氧化碳；氩气和氮气。在另一个实施方案中，聚合物原料基本上不含气体。基本上不含气体经限定是指 聚合物原料很大程度上不含，但不是完全不含气体。在一些实施方案中，少量的气体由于标 准生产方法而可以存在于聚合物原料内。在一个实施方案中，“基本上不含气体"是指不 含有意添加的气体，在另一个实施方案中，它是指不含任何气体。气体包括，但不限于，发泡 剂、二氧化碳(C02)和氮气(N2)。在本发明的一个优选的实施方案中，聚合物原料包括热熔粘合剂(HMA)。优选 地，HMA是聚烯烃粘合剂。待用于本发明的聚烯烃粘合剂组合物可以是，例如，美国专利号 7，223,822 B1、美国专利申请公开号2004/0127614 A1、美国专利申请公开号2004/0138392 A1、美国专利申请公开号 2004/0220320 AU2004/0220336 A1 和 2004/0249046A1 中公开的 聚烯烃粘合剂组合物，所有引入本文供参考。制备烯烃组合物的常规方法和设备在美国专 利号 4，054，632、5，041，251、5，403，528、6，238，732B1、6, 894，109 B1，EP
发明者D·A·坎贝尔, D·R·约翰斯拉德, J·L·赖默斯, P·S·伯恩, R·艾伯哈里 申请人:埃克森美孚化学专利公司