专利名称：聚合体处理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合体处理方法和一种聚合体处理装置，其中通过变性或分解，或通过切割交联聚合体交联点或分子链，将聚合体加工成热塑树脂或蜡状物，更具体说，涉及使用挤出机使聚合体和超临界状态下的反应试剂发生反应的聚合体处理方法和聚合体处理装置。
背景技术：
近年来，随着环境问题日益突出，废物处理成本趋于增加。再生或重复利用聚合体也为人们所期待。在这种趋势下，开发了热塑性树脂物料回收，因为热塑性树脂通过加热获得的流动性可使其再次成型。
然而，热固化树脂、交联聚合体、橡胶等由于分子为三维网状结构，即使加热也不能获得流动性，因而很难用于物料回收。因此，尽管它们做了一些热循环处理，大部分情况下还是作为垃圾堆废物等被丢弃。
人们正致力于研究可实现热固化树脂或交联聚合体物料回收的技术。例如，提出的方法包括，一种是通过变形聚合体分子的三维网状结构将其加工为热塑性树脂以实现循环利用，另一种方法是通过切割聚合体主链来制备小分子物质(蜡状物质)，将其作为添加剂重新利用。
为了能实际运用这种方法，需要一种连续处理聚合体的装置。挤出机可满足此目的。通过变形分子三维网状结构，可将稳定的热固化树脂或交联聚合体加工成热塑性树脂，此加工过程需要的温度和压力条件，可很容易通过使用挤出机得到满足。蜡状物质的这些制备条件同样也可很容易得到满足。而且，在制备热塑性树脂过程中，使用挤出机，可很容易将热固化树酯或其它试剂添加到热固化树脂或交联聚合体。
日本专利申请公开No.2001-253967(现有技术1)公开了一种将交联聚乙烯和水供给挤出机，并在挤出机中的水为超临界或半临界的条件下(例如，温度为200～1000℃，压力为2～100Mpa)、将它们挤出加工成热塑材料的方法。
日本专利申请公开No.2002-249618(现有技术2)公开了一种将交联聚合体和高温压力液体一起引入反应釜、生成反应产物，然后将此反应产物引入分离器以和高温液体分离，随后用挤出机将反应产物挤出的方法。
现有技术1中，水作为反应试剂通过化学反应将热固化树脂或交联聚合体加工为热塑材料。然而，现有技术1并未提供一种在混合反应试剂和热固化树脂后，有效分离热塑材料的方法。
现有技术2中，在混合反应试剂和热固化树脂后，使用分离浴将聚合体从气体中分离。然而，现有技术2中使用的挤出机必须有空间安置，因而生产成本增加。又如，假如生成的聚合体粘附在分离浴壁，将很难把聚合体提供给排气挤出机。
发明内容
本发明目的是提供一种聚合体处理方法，能将反应釜排放的聚合体处理产物稳定提供给排气挤出机，并能防止反应试剂突然膨胀引起的压力波动。
本发明的进一步目的是提供一种聚合体处理装置，能将反应釜排放的聚合体处理产物稳定提供给排气挤出机，并能防止反应试剂突然膨胀引起的压力波动。
根据本发明的第一方面，聚合体处理方法包括如下步骤使聚合体化合物和反应试剂在反应釜反应，生成聚合体处理产物；从反应釜排放含有反应试剂的聚合体处理产物；减压处理聚合体处理产物；将聚合体处理产物引入排气挤出机；通过连接在排气挤出机上游、体积大于或等于反应釜的分离箱，将反应试剂从聚合体处理产物分离；和将聚合体处理产物从排气挤出机中挤出。
上述聚合体处理方法可进行下面的变更(i)排气挤出机可以是双轴挤出机。
(ii)排气挤出机可含有一个安装在其出料侧的排气孔，从而除去聚合体处理产物中残留的反应试剂。
(iii)反应釜可以是连接在前一阶段聚合体物料供应挤出机上的分配型反应釜。
(iv)减压步骤可通过减压装置执行，挤压步骤可包括在使聚合体处理产物成型的同时将其挤出排气挤出机的步骤。
(v)分离步骤可包括将杂质从分离反应试剂中分离，随后存储分离的反应试剂以供循环利用。
(vi)聚合体处理方法可进一步包括如下步骤冷却挤压出的聚合体处理产物；和切割冷却的聚合体处理产物。
(vii)反应步骤可包括发生在聚合体化合物的变性、分解和交联切割反应中的任何之一。
(viii)聚合体化合物可以是交联聚合体，反应试剂可以是醇或含有醇的混合物。
(ix)聚合体可在聚合体处理方法之前，预先制成颗粒状。
根据本发明的第二方面，一种使聚合体化合物和反应试剂在反应釜中反应、生成聚合体处理产物的聚合体处理装置包括减压装置，减压处理从反应釜排出的、含有反应试剂的聚合体处理产物；排气挤出机，引入减压装置排放的聚合体处理产物，并挤压出聚合体处理产物；和排气箱，连接在排气挤出机上游、体积等于或大于反应釜，用于从聚合体处理产物中分离反应试剂。
所述聚合体处理装置可进行下面的变更(i)聚合体处理装置可进一步包括杂质分离装置，连接在排气箱上，从分离的反应试剂中分离杂质；和压力调节装置，安装在排气箱和杂质分离装置之间、以维持排气箱内部压力恒定，其中，排气箱包含安装在其外围以加热排气箱的加热装置。
(ii)加热装置可包括安装在排气箱聚合体处理产物贮存部位外围的加热器。
(iii)加热装置可包括安装在排气箱聚合体处理产物贮存部位外围的加热介质循环夹套，和供应加热介质给护套的加热介质循环单元。
(iv)杂质分离装置可包括贮存分离的反应试剂的贮存罐，贮存的反应试剂可以和聚合体化合物一起供给反应釜。
(v)聚合体处理装置可进一步包括冷却排气挤出机挤压出的聚合体处理产物的冷却装置；和切割冷却的聚合体处理产物的切割装置。
(vi)减压装置可包括一个卸料阀。
(vii)减压装置可包括一个多孔电阻器。
(viii)减压装置可包括一个多孔电阻器和/或流速调节阀。
因而，本发明中，排气挤出机以一个体积等于或大于反应釜的排气箱作为排气背。由此，反应试剂可从聚合体处理产物中稳定分离。因此，可将反应釜排出的聚合体处理产物稳定提供给排气挤出机，同时防止反应试剂突然膨胀所致的压力波动。
即使当含有大量反应试剂的树脂从聚合体物料供应挤出机排放进入排气挤出机时，由于排气箱体积很大，因而可充分降低排气挤出机内压、防止排气箱的排气口阻塞。所以，排气箱充当压力波动缓冲器。因此，随后部分的压力波动也可得到抑制，聚合体处理产物得以连续、均衡成型。
更优选的是，为防止压力过量增加所致的反应试剂分散，排气箱体积约为反应釜体积的Pv倍，其中反应釜内压是Pv[MPa]。因此，尽管假如反应釜中的气体全部流入排气箱，排气箱的压力仍可保持低于1MPa。
本发明中，“聚合体”指的是合成聚合体(如交联聚合体，塑料和橡胶)，天然聚合体(如木质素，纤维素和蛋白质)以及合成聚合体和天然聚合体的混合物。进一步讲，它可含有聚合体之外的物料作为主要成分，如粉碎机粉尘。
本发明的方法和装置在以交联聚合体为聚合体和以醇或含有醇的混合物为反应试剂的情况下，尤其有效。同时，在以高压为超临界状态，不仅需要保证足够的反应时间，而且需要抑制压力波动以便于和反应试剂反应的情况下，本发明方法和装置也很有效。
根据本发明优选的实施例将在下文参照附图予以解释，其中图1是本发明的一个优选实施例中的流程图，显示交联聚乙烯的交联切割处理装置；图2是本发明的另一个优选实施例中的流程图，显示交联聚乙烯的交联切割处理装置；图3是系统示意图，显示根据本发明的排气箱压力调节装置，该装置安装于聚合体物料供应给挤出机1的后续过程中；和图4、一个流程图，显示作为比较例1的用于交联聚乙烯的交联切割装置。
具体实施例方式
图1是在本发明的优选实施例中的一个流程图，显示用于交联聚乙烯的交联切割装置。
根据图1，通过聚合体物料供应挤出机1(圆柱体直径为33mm，L/D＝50)的料斗13添加制成颗粒状的交联聚乙烯。此外，反应所需的反应试剂乙醇经反应试剂供应泵15压缩、反应试剂加热器14加热，通过阀17从反应试剂罐18提供给聚合体物料供应挤出机1。反应试剂的供应位置优选位于使交联聚乙烯充分浓缩的聚合体物料供应挤出机1部位的下游。因此，可防止由于反应试剂的蒸发所致的反应试剂向上游泄漏。
聚合体物料供应挤出机1使用有两个螺杆的双轴挤出机来防止高温和高压反应试剂回流，以利于反应试剂的混合。在反应试剂供应泵15中，反应试剂的压缩程度须高于聚合体物料供应挤出机1的内压。在反应试剂加热器14中，优选加热反应试剂以免降低聚合体物料供应挤出机1所增加的聚合体温度。在聚合体物料供应挤出机1中，交联聚乙烯通过螺杆1a和反应试剂混合、搅拌。在此过程中，至少控制聚合体物料供应挤出机1的一部分以满足使反应试剂乙醇处于超临界状态的温度和压力条件。因此，交联聚乙烯和乙醇之间的交联切割反应可充分进行，得到优良的聚合体处理产物。在本实施例中，体积为50升的分配型反应釜100连接到聚合体物料供应挤出机1上以获得足够的反应时间。
混合物包括通过聚合体物料供应挤出机1和分配型反应釜100将交联聚乙烯塑化制得的聚合体处理产物，和以减压阀11(或排放阀)作为减压装置，接着通过贴附于减压阀11、多孔板31进行逐级减压的反应试剂乙醇，多孔板为用于树脂减压的带有多孔的电阻器体。
排气挤出机2进一步连接在后续过程中。在排气挤出机2中，聚合体处理产物作为粘稠液体通过螺杆2a沿排气挤出机2排气方向排出，其气体成分流入作为排气背的减压排气箱8中。因此，反应试剂从聚合体处理产物中分离。
排气箱8通过加热器10加热，其为电热器，用于加热排气箱以使其保持在聚合体为液态的温度下。
尽管没有显示，可以使用循环加热介质的安装于排气箱8的聚合体处理产物贮存部位的外周的加热护套，和供应加热介质给加热套的加热介质循环单元，来代替加热器10对排气箱8进行加热。
排气箱8的体积为100升，是分配型反应釜100体积的两倍。由于排气箱8的体积大于分配型反应釜100，因此即使树脂和气体不连续排放，排气箱8的内压仍可减少到分配型反应釜的1/2或更低。反应箱8内压保持在比大气压略高、比分配型反应釜低的压力下。因此，聚合体处理产物可很容易从排气箱排放。在排气箱8中，轻质气体分离到排气箱8的上部，熔融态的聚合体处理产物保留在排气箱8的底部。聚合体处理产物通过自身重量从排气挤出机底部的孔洞排出，并随后在排气挤出机2排放末端的压模3铸型。
排气挤出机2可以是单轴或双轴挤出机。在本实施例中，聚合体处理产物被模制为细丝束5，接着通过冷冻机4在接近室温下冷却并固化。丝束5通过线料切粒机6切割成球形颗粒7。排气挤出机2可装配排气孔9以将反应试剂完全移出树脂，如表2所示。
另一方面，从反应箱8中聚合体处理产物中分离的反应试剂乙醇通过罐压调节阀12减压到大气压，接着转移到杂质分离罐16。在杂质分离罐16中，反应过程中生成的混杂在反应试剂乙醇中的杂质根据沸点差异分离。乙醇回到反应试剂罐18，杂质通过风机19引入燃烧器20并在其中燃烧。
这样组合的装置在聚合体处理产物粘度过高以至于对其施力前不能流动的情况下，尤其有效。在早先提到的现有技术1和2中，其中未使用分配型反应釜100，假如使用一定大小的聚合体物料供应挤出机1，由于延长聚合体物料供应挤出机1的圆柱体时存在限制，因此必须限制单位加工时间。相比之下，当使用分配型反应釜100时，由于通过改变分配型反应釜100的大小，可自行保证必要反应时间，因此可延长单位加工时间。此装置对于需要的反应时间长于30分钟的化学反应有效，例如硅烷交联聚乙烯和乙醇之间的硅烷交联切割反应。
当熔融态聚合体处理产物和气态反应试剂间断而非连续通过减压阀11从聚合体物料供应挤出机1挤出时，气体从中吹出，由于聚合体处理产物从压缩状态膨胀，因而其中含有聚合体处理产物。甚至在此种情况下，由于排气箱8体积足够大，可充当防止压力变动的缓冲器。因此，可在树脂排出方向防止压力波动。树脂铸模得以顺利持续下去。
而且，由于聚合体处理产物通过管道系统从分配型反应釜100输送入排气挤出机2，因此不会产生现有技术2中出现的当聚合体处理产物粘附在分离浴壁上时难于将其排出，或由于聚合体处理产物粘度过高，不能连续向排气挤出机2供应聚合物处理产物等问题。因此，可减少树脂供应量的变动和连续供应聚合物处理产物。
当不使用排气箱8的时候，由于气体膨胀压力波动会增加。由于这将直接影响铸模，因而，排气挤出机2的材料供应量波动或气态反应试剂和聚合体处理产物吹出排气孔。
然而，在本实施例中，由于排气挤出机2装有大型排气箱8，因此，尽管是在高压下发生塑化反应，仍可减少供给排气挤出机2的物料量波动，混合气体可在捏合混合物的同时从树脂中完全移出。并且，由于排气浴中不采用依靠自重的滴落聚合体处理产物的方法，因而，整个装置可排放在同一平面内，装置成本减少。
图3是根据本发明的一个系统示意图，显示一个安装在聚合物材料供应挤出机1后续阶段的排气箱压力调节装置。
从图1聚合体物料供应挤出机1排放的聚合体处理产物和反应试剂的混合物通过减压阀11由聚合体物料供应挤出机1的内压减压到1到几十个大气压(atm)，接着供给排气挤出机2，气态反应试剂在排气挤出机2中与粘稠液态聚合体处理产物分离。在减压阀11的减压处理过程中，在高压下压缩的气态反应试剂成分膨胀并同时被吹出进入到排气箱8中。在此情况下，由于排气箱8的体积比吹出的气体体积足够大，压力变动可得到一定程度的抑制。接下来的装置仍然可以进一步稳定压力。
排气箱8的内压通过带有压力信号发生器的压力指示器70测量，测得的压力信号通过信号传输线72传入压力控制装置71。根据传输的压力信号，压力控制装置71通过信号传输线72将阀门开/关信号传送给压力调整阀12。压力调整装置12是空气活动型阀，根据传输的信号调整阀的开放。调整阀12的开放调节以使排气箱8的内压保持恒定。
替代地，可通过减压阀11和压力调节阀12的协作来调整压力。在此情况下，增加带有压力信号发生器的压力指示器70，可提供测量减压阀11前部和后部压力差的装置，控制前部和后部的压力恒定。通过减压阀11和压力调节阀12控制压力，其中，假如两者都只通过排气箱8的信号来控制，阀的移动将会相互干扰，因而压力维持变得不稳定。因此，优选的是，通过减压阀11前部和后部的压力差信号控制减压阀11，和通过排气箱8自身的压力信号控制压力调节阀12。
在这些装置中，排气箱8的内压总可以保持在接近恒定的水平，通过排气挤出机2的铸模装置连续、平衡进行挤出成型。
例如，在这些装置中，5小时以上连续稳定操作可在由挤出机排放容量决定的交联聚乙烯单位时间加工数量为2～100kg/h的范围内进行。
图2是另一个优选的发明实施例中的流程图，显示交联聚乙烯的交联切割处理装置。
在本实施例中，排气孔9如图1所示粘附于排气挤出机2。由此，残留在聚合体处理产物中的反应试剂可通过阀91从排气孔9逃逸入燃烧器20侧。因此，反应试剂可更完全的从聚合体处理产物中移出。
通过使用本装置，如图1中先前的实施例，5小时以上连续稳定操作可在由挤出机排放容量决定的交联聚乙烯单位时间加工数量为2～100kg/h的范围内进行。
图4是对比例1的流程图，显示交联聚乙烯的交联切割处理装置。
在操作中，同图1所示装置，制成颗粒状的热固化树脂或交联聚合体通过位于聚合体物料供应挤出机1的料斗13装填。聚合体物料供应挤出机1如图1所示。另一方面，作为交联分解反应试剂的乙醇通过阀17、反应试剂供应泵15和反应试剂加热器14从反应试剂罐18供应给聚合体物料供应挤出机1。
在聚合体物料供应挤出机1中，保持在高温和高压下的热固化树脂或交联聚合体和超临界态乙醇发生反应、塑化。在分配型反应釜100中充分反应后，塑化聚合体处理产物和反应试剂的混合物，通过减压阀11及贴附于减压阀11的多孔板31逐级减压，多孔板31为用于树脂减压的多孔电阻器体。接着，与图1中的实施例不同的是，混合物被送到反应试剂分离罐208中，其压力比大气压略高、比分配型反应釜100低。
在反应试剂分离罐208中，粘稠液态聚合体处理产物209从气态反应试剂中分离。反应试剂分离罐208通过作为电热器的加热器210加热以维持在使聚合体处理产物209为液态的温度。反应试剂分离罐208内压维持在比大气压高的水平，因此，聚合体处理产物209可很容易从反应试剂分离罐208中排放出。聚合体处理产物接着被送到排气挤出机2，通过位于排气挤出机2末端的压模3铸型。在本实施例中，聚合体处理产物被铸模成细丝束5，接着通过冷却机4在接近室温下冷却并固化。
丝束5通过线料切粒机6切割成球形颗粒7。如图2所示，排气挤出机可装有排气孔9从而将反应试剂从树脂中完全移出。
另一方面，在反应试剂分离罐208中从聚合体处理产物209分理的反应试剂乙醇可通过罐压调节阀212减压到大气压，而后转移到杂质分离罐16。在杂质分离罐16中，反应过程中产生、混在反应试剂乙醇中的杂质利用沸点的差异被分离。乙醇返回到反应试剂罐18，杂质通过吹风机19引入燃烧器20并在其中燃烧。
在使用比较例1的装置中，当树脂不连续排放时，排放的树脂粘附在反应试剂分离罐208的罐壁，此后，向排气挤出机2的树脂供应中断。因此，在比较例1中，无法长时间稳定执行连续操作。
比较例2中，在图1作为排气背的排气箱8的体积是分配型反应釜100的一半。
在使用比较例2中的装置时，当树脂不连续排放时，排放的树脂和乙醇使得排气箱8的内压变得高于分配型反应釜100内压的1/2。因而，可损坏反应箱8。当操作继续时，从排气箱8中吹出的树脂粘附在真空管道系统，从管道系统排气停止。因此，操作停止。
为清楚详尽地公开本发明，尽管本发明通过具体实施例进行了描述，但是随后的权利要求并不仅限于此，而应解释为它包括在此阐明的基础指导范围内本领域技术人员可以想到的所有变更和替换。
权利要求
1.一种聚合体处理方法，包括以下步骤使聚合体化合物和反应试剂在反应釜中反应生成聚合体处理产物；从反应釜中排放含有反应试剂的聚合体处理产物；减压处理聚合体处理产物；将聚合体处理产物引入进排气挤出机；通过连接在排气挤出机上游、体积等于或大于反应釜的排气箱将反应试剂从聚合体处理产物中分离；和从排气挤出机中挤出聚合体处理产物。
2.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中排气挤出机是双轴挤出机。
3.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中排气挤出机包括一个安装在其排放侧面以便移出聚合体处理产物中残留的反应试剂的排气孔。
4.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中反应釜是一个连接在先前阶段聚合体物料供应挤出机的分配型反应釜。
5.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中减压步骤通过一个减压装置操作，和挤出步骤包括在模制聚合体处理产物的同时从排气挤出机中挤出聚合体处理产物的步骤。
6.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中分离步骤包括从分离的反应试剂中分离出杂质，接着贮存分离的反应试剂以供循环利用的步骤。
7.根据权利要求1的聚合体处理方法，进一步包括以下步骤冷却挤出的聚合体处理产物；和切割冷却的聚合体处理产物。
8.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中反应步骤包括聚合体化合物发生的变性、分解和交联切割反应中的任何之一。
9.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中聚合体化合物是交联聚合体，和反应试剂为醇或含有醇的混合物。
10.根据权利要求1的聚合体处理方法，其中聚合体化合物在用于聚合体处理方法前预先制成颗粒状。
11.一种聚合体处理装置，用于使聚合体化合物和反应试剂在反应釜中反应生成聚合体处理产物，包括一种使由反应釜排放并含有反应试剂的聚合体处理产物减压的减压装置；一种排气挤出机，它引入减压装置排放的聚合体处理产物，并挤出聚合体处理产物；和一种连接在排气挤出机上游、体积等于或大于反应釜的排气箱，它用于从聚合体处理产物中分离反应试剂。
12.根据权利要求11的聚合体处理装置，进一步包括连接在排气箱以便从分离的反应试剂中分离出杂质的杂质分离装置；和安装在排气箱和杂质分离装置之间以便保持排气箱内压恒定的压力调节装置，其中，排气箱包括安装在排气箱外周以加热排气箱的加热装置。
13.根据权利要求12的聚合体处理装置，其中加热装置包括安装在排气箱聚合体处理产物贮存部位外周的电热器。
14.根据权利要求12的聚合体处理装置，其中加热装置包括安装在排气箱聚合体处理产物贮存部位外周、用于循环加热介质的夹套，和向夹套提供加热介质的加热介质循环单元。
15.根据权利要求12的聚合体处理装置，其中杂质分离装置包括贮存分离的反应试剂的贮存罐，贮存的反应试剂和聚合体化合物一起供应给反应釜。
16.根据权利要求11的聚合体处理装置，进一步包括冷却排气挤出机挤出的聚合体处理产物的冷却装置；和切割冷却的聚合体处理产物的切割装置。
17.根据权利要求11中的聚合体处理装置，其中减压装置包括排放阀。
18.根据权利要求11中的聚合体处理装置，其中加压装置包括多孔电阻器体。
19.根据权利要求11中的聚合体处理装置，其中减压装置包括多孔电阻器体和/或流速调节阀。
全文摘要
一种聚合体处理方法包括以下步骤使聚合体化合物和反应试剂在反应釜中反应生成聚合体处理产物；从反应釜中排放出含有反应试剂的聚合体处理产物；减压处理聚合体处理产物；将聚合体处理产物引入排气挤出机；通过连接在排气挤出机上游、体积等于或大于反应釜的排气箱从聚合体处理产物中分离反应试剂；和从排气挤出机中挤出聚合体处理产物。
文档编号C08G63/78GK1699449SQ200410080570
公开日2005年11月23日 申请日期2004年9月28日 优先权日2004年5月19日
发明者后藤敏晴, 山崎孝则 申请人:日立电线株式会社