用于聚合材料的干燥和固态缩聚的设备和方法与流程

本发明一般可用于聚合材料的处理领域，并且特别地涉及一种用于对颗粒形式的聚合材料进行干燥和固态缩聚的设备。

本发明进一步涉及一种用于干燥和固态缩聚上述聚合材料的处理方法。

背景技术：

已知用于模制塑料材料的某些原始和/或回收的聚合材料需要在合适的设备中进行处理，以进行干燥、升级和可能的结晶。

特别地，为此目的选择的材料是通过缩聚反应获得的聚合物，并且通常选自包括缩聚物的组，诸如：聚酰胺、弹性聚酯和pet，并且下文中使用的术语“升级”意在表示通过在固态中发生的重复缩聚反应来形成较大聚合链的工艺，以提高聚合物的分子量并且由此增加材料的固有粘度。

处理设备通常使用多个处理工作站，其中热空气流流过聚合材料，以促进将其加热至预定温度。

处理设备的第一个缺点在于，用于热处理聚合物的热空气引起氧化反应，而氧化反应改变材料的结构或美学特征。

此外，使用沿着产品进给管线级联的多个不同的热力站来加热材料，并且这最终增加了设备的复杂性和整体尺寸。

为了至少部分地消除上述缺点，已经开发了许多设备，用于通过施加通常处于射频(rf)频带的电磁场来热处理聚合物。

这些设备特别地适合于处理通过缩合而聚合的材料，其中通过调整电磁场的电气参数(特别是频率和/或功率)或者通过调整场的施加时间来控制温度。

通过rf电磁场的聚合物的热处理具有去除材料中自然包含的水以提高其分子量并且提供高强度、高粘度的聚合物的效果。

us6316518公开了一种用于聚合物(例如聚酯、聚酰胺和聚氨酯)的热处理的设备，包括用于待处理的聚合材料的进给管道和两个沿着进给管道的处理站。

每个站都包括用于发射预定功率的射频电磁场的施加器，其适配用于将聚合材料加热至190℃到205℃的范围的温度。

特别地，由电极产生的电磁场具有约40mhz的频率，并且其施加时间为每千克被处理的材料约30分钟。

此外，该设备包括用于将氮气吹入处理站的装置，以便去除材料聚合反应期间形成的水分。

该布置的第一个缺点在于，由施加器产生的电磁场不均匀并且不能确保通过管道的聚合材料的最佳加热。

这一缺点阻碍干燥和固态缩聚过程，由此发现被处理的聚合材料具有非常低的分子量。

进一步的缺点在于，由于电磁磁通线相对于管道内的材料进给是横向的，所以材料的流速应非常低，以便确保被进给于其中的聚合材料的处理，这可以通过减小管道的直径来获得。

这一缺点会进一步增加热处理聚合材料所需的总时间。

此外，由于所使用的电磁场的特定构造，该设备具有非常低的热效率和非常高的总体消耗。

技术问题

鉴于现有技术，通过本发明解决的技术问题在于，提供通过缩聚作用获得的颗粒形式的聚合材料的热处理，以便在非常短的时间内，以高热效率促进其均匀的干燥和固态缩聚。

技术实现要素：

本发明的一般目的在于通过消除现有技术的缺点，解决上文中讨论的技术问题。

特别的目的在于，提供一种用于干燥和固态缩聚颗粒形式的聚合材料的设备，该设备是高效率的且比较有成本效益的。

本发明的另一特别目的在于，提供一种如上所述的设备，其可以确保聚合材料的均匀的热处理。

本发明的进一步的目的在于，提供一种用于干燥和固态缩聚聚合材料的设备，其确保高的热效率。

本发明的另一目的在于，提供一种如上所述的设备，其具有简单的结构且能够轻松管理。

本发明的另外一个目的在于，提供一种干燥和固态缩聚聚合材料的方法，其具有非常短的总处理时间。

下文中更好地解释的这些和其它目的通过一种如在权利要求1中限定的、用于干燥和固态缩聚通过缩聚作用获得的颗粒形式的聚合材料的设备来实现，该设备包括用于待处理的材料的进给管道、用于将惰性气体吹入管道的装置和用于发射处于射频频带的交变电磁场的多个辐射装置。

辐射装置包括在相应处理站处沿着管道且在管道外部布置的多个施加器，每个施加器都包括一对相对的辐射元件，所述辐射元件用于在管道中产生射频电磁场，其中场力线至少部分地平行于材料的进给方向。

在进一步的方面中，本发明涉及一种如在权利要求11中限定的、干燥和固态缩聚此类聚合材料的方法。

本发明的有利的实施方式会在从属权利要求中限定。

附图说明

在读到根据本发明的用于干燥和固态缩聚颗粒形式的聚合材料的设备和方法的优选的、非排他性的实施方式的详细描述时，本发明的进一步的特征和优点会更明显，其中借助于附图，该实施方式被描述为非限制性实例，图中示出：

图1是根据第一实施方式的、本发明的用于干燥和固态缩聚固体聚合材料的设备的示意性立体图；

图2是图2的第一细节的侧面剖视图；

图3是根据第二实施方式的、用于干燥和固态缩聚聚合材料的设备的示意性立体图；

图4是根据第三实施方式的、用于干燥和固态缩聚聚合材料的设备的示意性立体图；

图5至图7是设备在其三种实施方式中的侧面剖视图，其包括已经产生的电磁场的磁通线；

图8是根据本发明的、干燥和固态缩聚固体聚合材料的方法的框图。

具体实施方式

参考上文中提及的附图，示出了一种用于干燥和固态缩聚含水分的聚合材料m的设备，并且该设备一般用数字1标记。

能够用设备1处理的材料属于可通过缩合聚合而聚合的聚合物的组，诸如聚酰胺和聚酯。

特别地，如下在表i中所示，在干燥时表现出高度降低的固有水分以及在固态缩聚时表现出显著提高的粘度的聚合物是通过开环缩聚作用获得的聚酰胺6、通过二羧酸的酯的缩聚作用获得的弹性聚酯和软链段(诸如ptmg、pet以及其它类似的聚合物)。

待处理的聚合材料m可以进一步地为颗粒形式，这会增加用于热处理的交换表面。

在本发明的优选实施方式中，设备1包括进给管道2，其用于在预定纵向方向l上进给待处理材料m并且定位于入口站和出口站之间(未示出)。

有利地，如图1所示，管道2可以包括由介电材料制成的壁3，并且可以在基本上竖直的方向l上延伸，以便于材料m的自然重力进给。

可选地，可以提供装置4用于强制进给材料m，该装置定位于管道2中并且选自包括螺旋推运器或者阿基米德螺线(archimedeanscrew)(未示出)或者如图3和图4所示的带式运输机5的组。

此外，管道2可以具有20mm到60mm的范围内，优选是约40mm的内径，从而担负得起4到11kg/h范围内的聚合材料的进料流量。

根据本发明的未示出的进一步实施方式，管道2可以包括位于其中的、在纵向方向上布置的多个基本上径向的翼，以引起聚合材料m在进给过程中的混合。

方便地，可以在入口站处提供装载装置(未示出)，用于引入聚合材料m，该装置可以包括具有连通入口站的排放通道水平的加料斗以及用于控制材料进入管道的流速的装置。

也可以提供鼓风机装置6，用于将惰性气体吹入管道2，以便于去除在干燥时已经从聚合材料m中逸出的水分。

惰性气体可以选自包括氩气和氮气的组，并且管道2、装载站和卸载站都必须明显与外部环境隔离，用于保持其中的受控气氛。

因此，在材料m被进给至管道2中时，从中去除的水分将不会被再引入聚合物中并且缩合过程的反应动力将是不可逆的。

设备1进一步包括沿着管道2设置的至少一个处理区域7以及用于发射处于射频频带的交变电磁场的辐射装置8，用于热处理聚合材料m，使得其可以被干燥和缩聚，如图1至图4中最佳所示。

电磁场可以具有5mhz到50mhz范围内，优选地处于25mhz到29mhz，更优选地约27.12mhz的固定频率。

除了给予聚合材料m的有效干燥和固态缩聚之外，与使用不同电磁场(例如处于微波波段内)的设备相比这些频率值提供更高的安全性。

辐射装置8包括多个施加器9，其对应于管道2外的处理区域7定位且定位于纵向上的偏置位置中，并且连接至功率在10kv/m到20kv/m范围内的电磁波发生器10的端子。

此外，发生器10的尺寸应该能够产生可调振幅的交流电，从而获得这种电磁场值。

根据本发明的独特方面，施加器包括相对的辐射元件11、11’的对，其适配用于在管道2中产生交变电磁场，其中场力线f至少部分地平行于材料m的进给方向l并且沿着管道2限定具有相反极性的磁偶极子，如图5至图7中最佳所示。

因此，这样产生的电磁场利用均匀的温度分布能够均匀地处理沿着管道2进给的聚合材料m，从而在非常短的时间内显著地降低材料的固有水分并且提高材料的粘度。

在本发明的第一实施方式中，如图2所示，辐射元件11由传导材料制的环12构成，这些环基本上垂直于管道2的轴线l延伸。

特别地，环12被划分成与发生器10的其中一个端子14平行连接的环12的第一系列13和连接至发生器10的另一端子16的环12的第二系列15。

每个系列13、15的环12都沿着管道2的纵向范围交替地布置，以形成具有相反极性的辐射元件的相应对11、11’。

在本发明的第二实施方式中，如图3所示并且优选地与作为进给装置的带式运输机5组合使用，辐射元件11由两个系列17、18的杆19构成，这些杆由导电材料制成并且横向于管道2延伸。

这两个系列17、18放置在管道2的横向相对侧20、21上，并且分别连接至发生器10的第一端子14和第二端子16，使得辐射元件的对11、11’交替地布置在直径方向上和纵向上的偏置位置。

在本发明的第三实施方式中，如图4所示，辐射元件11由杆19的纵向上的偏置对22构成，这些杆由传导材料制成并且横向于管道2放置在沿直径方向上的相对位置。

在该实施方式中，杆19包括彼此平行地连接到发生器10的端子14的第一系列的对22和彼此平行地连接至发生器10的另一端子16的第二系列的对22’。

此外，具有相反极性的杆19的对22、22’是交替的且位于纵向上的偏置位置，以限定具有相反极性的辐射元件11、11’的对。

在进一步的方面，如图8所示，本发明提供了一种干燥和固态缩聚通过缩聚作用获得的颗粒形式的聚合材料m的方法，该方法使用之前提及的设备1，并且包括：步骤a)提供预定量的待处理的聚合材料m以及步骤b)将聚合材料m引入管道2。

这些步骤之后是：步骤c)沿着管道2，将聚合材料m进给至处理区域7，步骤d)致动发生器10并使用辐射元件11产生射频电磁场，以对材料m进行热处理，以及最后是步骤e)将惰性气体吹入管道2，以与电磁场组合地促进聚合材料m的固态缩聚。

辐射元件11被设计成在管道2中产生交变电磁场，其中场力线f至少部分地平行于材料m的进给方向l，并且在每个辐射元件11和与之相邻的辐射元件11’之间具有极性相反的磁偶极子。

处理区域7被保持在使材料m被加热至温度范围为120℃到180℃的温度，而进料流量被调整为，在材料m的平均流速在4到11kg/h的范围内的情况下，使材料在管道2内保持30s到7分钟的时间范围。

下表示出聚合材料m的处理条件和每个样品获得的干燥和固态缩聚结果。

应注意的是，对于被处理的所有样品，设备都可以确保固有水分的显著降低，同时限制材料的最终温度。

应进一步注意的是，对于在管道内吹氮气的样品a3和c3，观察到粘度的明显提高，这表明已发生固态缩聚。

上述公开表明，本发明的设备和方法达到了预期目的并且特别地满足了给予聚合材料的快速且有效的固化的要求。

在随附的权利要求中公开的发明构思内，本发明的设备和方法可能有许多变化或变型。其所有细节都可以由其它技术上等效的部分替代，并且材料可以根据不同的需要而变化，而不脱离本发明的范围。

虽然已经特别地参考所附的附图描述了设备和方法，但是在本公开和权利要求中提及的数字仅仅用于更好地理解本发明，而并非意在以任何方式限制要求保护的范围。

工业实用性

本发明可以在工业上得到应用，因为它可以在聚合物的加工和回收工厂中以工业规模生产。