专利名称：净化热塑性聚合物的设备和方法
技术领域：
本发明涉及净化热塑性聚合物的设备，该设备包括用于生成和输送聚合物熔体的部件，该部件包括第一加热单元和过滤部件；本发明还涉及净化热塑性聚合物的方法，该方法包括通过过滤部件过滤聚合物熔体的步骤；本发明特别地涉及待再循环使用的由热塑性聚合物制成的包装材料的净化。
背景技术：
应对化石原材料稀缺的背景，其中大部分是由基于石油的聚合物制成的包装材料当今越来越多地被再循环使用。其中热塑性聚合物的例子有，聚脂、聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺或者聚碳酸酯，特别是PET或者PET的共聚物。在再循环处理中，包装材料在使用后被广泛地收集，通过机械和物理分离方法根据材料的类型进行分类，然后被切成所谓的聚合物片的小片，然后清洗。这些聚合物片为中间产品，它们随后通过连续的挤出和粒化处理再转变成聚合物球状颗粒，这些聚合物球状颗粒可以再次转化成任意期望的产品，例如包装材料。然而，生成的聚合物片通常是已污染的，例如它们含有异物，这些异物通常在挤出和粒化处理中被分离以提升产出的聚合物球状颗粒的质量，使得该聚合物球状颗粒能够被用作各种高质量产品的原材料。异物可以理解为特别地包含由尺寸范围在几个mm到几个μ m的、不能通过在先的机械和物理净化处理分离的颗粒构成的杂质。在PET瓶的片的情况下，这些颗粒主要包括诸如沙子、石块、玻璃、金属、木材、橡胶、陶瓷等固体物质。传统地，在挤出处理中，通过使熔体通过位于挤出设备内且能够保留(retaining) 颗粒的过滤器，将这些颗粒从聚合物熔体中机械地过滤出去。在这一处理中，随着挤出设备的操作的进行会有过滤器被阻塞/堵塞的问题出现，导致聚合物熔体的流动速率减小。这会引起过滤器的上游的内建压力以及过滤器的下游的压力损失，导致高达150bar的背压。反过来，这样意味着过滤器不可再操作，需要对过滤器进行回洗、清洁或者更换。引起过滤器的阻塞或堵塞的一个因素在于聚合物熔体的非均勻一致性，聚合物熔体可能含有具有较高熔点的组分，使得聚合物熔体的温度低以至这些组分会作为固态的聚合物块体沉积在过滤部件上。从现有技术已知，通过升高挤出设备的温度使得沉积在过滤器上的聚合物组分返回到熔体当中能够获得净化效果。进一步地，熔体在高温时具有较低的粘度并能够更好地被过滤。然而，这意味着穿过整个挤出机区域的聚合物熔体的温度也同时升高的缺点，在诸如PET等温度敏感的聚合物中导致不希望的降解(degradation)反应，从而劣化产出的聚合物球状颗粒的质量。现有技术中公开的设备和方法通常具有以下缺点，用于将异物从聚合物熔体分离出来的过滤器很快地被堵塞或阻塞，所以其必须频繁地被更换。进一步地，从现有技术中已知的系统不允许在不削弱产出的聚合物产品的质量的前提下在正在进行的操作过程中对过滤器进行清洁，即，在根据现有技术的方法中，特别是在非均勻的聚合物反应物的情况下，需要频繁的维护。DE 199 12 433 Al示出了一种用于过滤熔融塑料的过滤设备，所述设备包括热交换器。DE 11 51 927 B公开了一种在排出点具有滤网的螺旋式注射机，该滤网是可加热的。 EP 0 960 716 Al示出了一种用于挤出机的过滤热塑性熔体的设备。WO 2008/153691 Al 公开了一种使用压力传感器的挤出系统。JP 5 069 470 A和JP 11 156 920 A示出了用于生产挤出膜的方法，所述方法使
用过滤器。
发明内容
所以，本发明的目的在于提供一种净化热塑性聚合物的设备和方法，其中异物能够被有效地分离而不需要过多的维护，并且其中即使使用非均勻的聚合物反应物，产出的聚合物产品的质量也不会降低。这些目的通过根据本发明的其中过滤部件包括第二加热单元的普通设备得以实现。通过设置独立的第二加热单元，可以直接并且以目标化的方式加热过滤部件到高于聚合物熔体的温度的温度，其中聚合物材料在过滤部件上的沉积以及过滤部件的阻塞被有效地阻止了。进一步地，独立的第二加热单元允许快速地加热过滤部件，从而已经沉积的聚合物材料能够快速地并且有效地返回到熔体当中。这样使得过滤部件不会被阻塞。由于这一事实，同传统设备相比，根据本发明的设备的维护成本非常低。由于根据本发明的结构，温度升高仅仅以局域限制的方式发生在过滤部件的区域内，所以输入给聚合物熔体的对于解除对过滤部件的阻塞是必需的总能量能够被最小化。 所以，能够避免过度加热聚合物熔体，并且从而能够防止或者能够显著地减少聚合物链分解。因此，能够保证产出高质量的聚合物产品。这对于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的情况特别重要，因为PET熔体温度升高达 300°C到350°C较长的时间段(这对解除对过滤部件的阻塞是必需的)会导致诸如减少链的长度等不希望的降解反应，而这又会产生不希望的固有粘度的降低并生成乙醛(AA)，所以降低产出的聚合物循环物(recyclate)的质量。优选地，过滤部件包括一个或者多个颗粒过滤器，其网格尺寸在ΙΟΟμπι到 1000 μ m的范围，优选地在200 μ m到500 μ m的范围。由于这样的构造，存在于聚合物中的异物能够有效地过滤出去。可选地或者与这些颗粒过滤器组合地，根据本发明的过滤部件包括一个或者多个微滤网，其网格尺寸小于颗粒过滤器的网格尺寸，优选地在10 μ m到100 μ m的范围，特别优选地在20 μ m到50 μ m的范围。由于存在这样的微滤网，即使小尺寸的杂质也能够从聚合物熔体中分离出去。在该设备的一个优选实施例中，包括多个颗粒过滤器和/或微滤网，优选地为4个以上，特别优选地为8个以上。它们以各过滤器的网格尺寸的大小沿聚合物熔体的流动方向相继减少的方式配置。由于存在这样的配置，能够达到特别有效的过滤效果，其中，由于异物颗粒根据它们的尺寸分别地通过使用不同的过滤器或者微滤网逐步分离这一事实，所以在过滤部件由被过滤的颗粒阻塞之前的时间段能够进一步延长到最大值。优选地，各颗粒过滤器和/或各微滤网包括独立的加热单元。这使得通过目标化地仅仅升高单个的颗粒过滤器和/或微滤网的温度能够对存在于过滤部件中各颗粒过滤器和/或微滤网进行特别有效的清洁处理。在另一个优选实施例中，生成和输送聚合物熔体的部件包括至少一个用于确定聚合物熔体的熔体压力和/或温度的传感器。相对于聚合物熔体的流动方向，该传感器能够配置在过滤部件的上游和/或下游。另外，在这一实施例中，该设备优选地包括控制单元， 该控制单元通过使用由传感器确定的数据来控制第二加热单元。这使得第二加热单元能够以特别的有效的方式被操作，从而用于清洁过滤部件所需的温度输入能够进一步被减小， 所以有助于额外提高聚合物产品的质量。进一步地，由此可以使离开过滤器的聚合物熔体的温度与聚合物的熔点有关，以使得不会削弱随后的冷却和结晶过程。根据本发明，上述目的通过如下方法能够进一步达到一种净化热塑性聚合物的方法，所述方法包括通过过滤部件过滤聚合物熔体的步骤，其中所述过滤部件至少暂时地被加热到高于所述聚合物熔体的温度的温度。其中过滤部件至少被部分地加热到高于聚合物熔体自身的温度的温度。由于这一方法，即使在聚合物反应物不均勻时，也能有效地并且低维护成本地从聚合物熔体中过滤异物，同时确保聚合物产品的高质量。在本发明的优选实施例中，聚合物熔体的温度和过滤部件的温度之间的差在 IlO0C到40°C的范围，优选地在90°C到50°C的范围。由于温度差的这种设置，能够对过滤部件进行有效地清洁而不削弱产出的聚合物产品的质量，因为输入到聚合物熔体的额外的能量是非常小的。进一步地，聚合物熔体的温度优选地在250°C到300°C的范围，更加优选地在 270°C到290°C的范围，并且过滤部件被加热到在300°C到360°C的范围的温度，更加优选地被加热到在320°C到350°C的范围的温度。这些温度在再循环PET片时是特别优选的，因为不然的话，会出现不可忽略的PET劣化的风险，导致产出的PET循环物的固有粘度的减小以
及乙醛值的升高。在另一优选构造中，过滤步骤之前的聚合物熔体的熔体压力小于150bar，优选地小于12^ar，最优选地小于lOObar。由此，保证了过滤部件的耐久性以及聚合物熔体的产出速率处于一个可接受的范围，确保了特别有效以及低维护成本的操作过程。根据本发明，过滤部件通过独立的第二加热单元被加热到高于聚合物熔体的温度的温度。虽然如此，由于这一第二加热单元，聚合物熔体上的热负载足够低以至于不会导致聚合物熔体质量的任何显著的劣化。可选地，也可以对过滤部件进行加热处理使其仅仅在有限的时间段内达到高于聚合物熔体的温度的温度，优选地间歇地达到高于聚合物熔体的温度的温度。特别优选地，将过滤部件加热到高于聚合物熔体的温度的温度后，保持过滤部件的温度高于聚合物熔体的温度的时间段少于30min，更加优选地少于lOmin，最优选地少于aiiin。进一步地，加热时间间隔将持续多于1个小时是方便的，优选地多于5个小时，最优选地多于10个小时。由于这一非连续的程序的配置，用于清洁过滤部件所需的输入到聚合物熔体的温度能够进一步减小，由此获得具有特别好的质量的产出的聚合物产品。优选地，该方法进一步包括控制过滤部件的温度和/或加热时间和/或加热时间间隔的步骤，控制参数为从下面的参数组中选择的至少一个该参数组由过滤步骤之前的聚合物熔体的温度，过滤步骤之后的聚合物熔体的温度，过滤步骤之前的聚合物熔体的熔体压力以及过滤步骤之后的聚合物熔体的熔体压力组成。由于这一控制步骤，特别地在过滤部件出口处的温度能够按照与聚合物熔点之间确定的关系被控制，这样不会削弱随后的冷却和结晶处理。进一步地，在非过滤侧，即，在过滤部件的上游侧能够观察到由过滤部件的增大的阻塞引起的增大的压力。通过测量过滤部件上游和/或下游的熔体压力以及通过使用该测量值作为通过第二加热元件对过滤部件的温度进行设置的控制参数，危险区以上的温度(即，非均勻性发生的温度)能够以目标化的方式被设置。这一控制仅受到允许熔体达到的可容许的最高温度的限制，所述最高温度优选地通过平行的温度测量确定。可选地或者额外地通过以上提及的控制参数进行测量/控制，在处理过程中控制过滤部件的温度是特别优选的，控制参数为从下面的参数组中选择的至少一个该参数组由聚合物反应物的熔化温度和/或玻璃化转变温度，聚合物反应物的固有粘度，聚合物产品的熔化温度和/或玻璃化转变温度，聚合物产品的固有粘度组成。通过采用这些控制参数进行这样的控制，根据本发明的额外的精细调整是可能的，以在聚合物熔体质量方面进一步优化所述方法。
将基于附图更具体地解释本发明及其优点，图中示出了 图1根据本发明的设备的示意性剖视图，图2过滤部件的优选实施例的放大剖视图，图3颗粒过滤器或者微滤网的优选实施例，图4颗粒过滤器或者微滤网的更优选的实施例，图5包括控制装置的设备的优选实施例的示意图。
具体实施例方式图1示意性地示出了用于净化热塑性聚合物的设备，其包括用于生成和输送聚合熔体4的部件8，聚合物熔体4容纳在部件8中。部件8包括用于加热沿箭头2的方向流过的聚合物熔体4的第一加热单元10。进一步地，根据本发明，在部件8内包含有包括独立的第二加热单元18的过滤部件12，借助于第二加热单元18，过滤器的温度能够独立于聚合物熔体的温度地设置。图2示出了过滤部件12的优选实施例。在这一构造中，过滤部件包括颗粒过滤器 16和微滤网18，颗粒过滤器16和微滤网18按照聚合物熔体先经过颗粒过滤器16然后经过微滤网18的方式配置。进一步地，颗粒过滤器16和微滤网18分别具有独立的加热单元 20和22，用于独立地设置颗粒过滤器16和微滤网18的温度。颗粒过滤器和微滤网的构造可以自由地选择，特别地优选为根据图3和图4的栅格状过滤器和穿孔的不锈钢板。过滤部件12在用于生成和输送聚合熔体4的部件中的位置可以自由地选择，但是参照聚合物熔体的排出方向，在后端的位置是优选的，从而保证了聚合物熔体足够加热到需要的温度。用于生成和输送聚合物熔体4的部件8的筒状构造是特别优选的，例如单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机的形式。
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图5示出了设备的一个优选实施例，该设备包括用于确定过滤部件12的上游的熔体压力的传感器M ；用于确定过滤部件12的下游的熔体压力的传感器沈；用于确定过滤部件12的上游的聚合物熔体4的温度的传感器观；以及用于确定过滤部件12的下游的聚合物熔体4的温度的传感器30。术语“上游/下游”是指聚合物熔体4的流动方向，即， 从聚合物反应物的输入点2朝向聚合物产品的排出点6。传感器M、26J8和30与控制单元32相联，控制单元32控制第二加热单元18的温度。另外，可以控制第一加热单元10。借助于根据图1的设备，根据本发明的方法能够如下地进行例如聚合物片形式的聚合物反应物被沿箭头2的方向引入到用于生成和输送聚合物熔体4的部件8中，然后被输送到聚合物产品的排出点6。借助于第一加热单元10，弓丨入的聚合物反应物的温度升高，导致形成聚合物熔体4。后者然后通过过滤部件12过滤从其中分离出异物。过滤部件12至少暂时地被加热到高于聚合物熔体4的温度。过滤部件 12的温度可以在整个处理期间高于聚合物熔体4的温度。可选地，仅仅在有限的时间段内并且优选间歇地，将过滤部件12加热到高于聚合物熔体4的温度也是可以的。通过加热过滤部件12，防止了聚合物熔体4的组分在过滤部件12中的沉积，已经沉积在过滤部件12上的聚合物组分会再次返回到熔体中。由于直接在过滤部件12的位置处的直接的和目标化的额外温度输入，所以能够减少聚合物熔体4的不希望的温度升高， 使得不会发生不希望的聚合物产品6的降解，从而确保了高质量的产品。根据图2，在本方法的一个优选实施例中，过滤部件12包括颗粒过滤器16和独立的微滤网18，关于聚合物熔体4的流动方向微滤网18配置在下游。颗粒过滤器16和微滤网18分别具有独立的加热单元20和22，借助于加热单元20和22，颗粒过滤器16的温度和微滤网18的温度能够被彼此独立地设置，二者的温度能够被设置成彼此相同或不同。在一个优选的构造中，微滤网18的温度高于颗粒过滤器16的温度，这是因为，由于微滤网18 的网格尺寸更小这一事实，所以滤网被阻塞的风险要高于具有较大网格尺寸的颗粒过滤器 16。由于这一优选配置，用于清洁过滤部件12的所需能量输入能够进一步减小，从而能够额外地提高聚合物产品6的质量。在特别优选的操作过程中，加热过滤部件12到高于聚合物熔体4的温度的温度仅仅在有限的时间段内进行，即，不连续地进行。在过滤部件12的温度不高于聚合物熔体4 的温度的期间，过滤部件12的温度优选地设置为聚合物熔体4的温度以避免聚合物熔体4 被过滤部件12冷却。通过仅仅在有限的时间段内加热过滤部件12到高于聚合物熔体4的温度的温度，能够进一步地减小所需的温度输入，即，聚合物材料上的热负载。进一步地，过滤部件12的加热优选地间歇地进行，使得如果存在由聚合物熔体的高分子组分阻塞过滤部件12的风险，这些组分能够在预期的时间内被消除。根据以上限定的框架条件，加热过滤部件12的持续时间以及时间间隔是可选择的。特别地，如图5所表示的，根据本方法的一个特别优选的实施例，提供了控制过滤部件12的温度和/或加热时间和/或加热时间间隔的步骤。在这一步骤中，一个或者多个控制参数，例如过滤步骤之前的聚合物熔体4的温度，过滤步骤之后的聚合物熔体4的温度，过滤步骤之前的聚合物熔体4的熔体压力，以及过滤步骤之后的聚合物熔体4的熔体压力通过传感器对、26、观和30被测量。这些测量值代表控制单元32中进行处理的控制参数，从而过滤部件12的温度能够通过第二加热单元18控制。可选地或者额外地，聚合物熔体4的温度也能够通过第一加热单元10控制。归因于这一控制机制，由于过滤器单元12 的温度能够被直接地、快速地以及以目标为导向的方式设置，所以特别有效的操作过程是可能的。
权利要求
1.一种净化热塑性聚合物的设备，所述设备包括用于生成和输送聚合物熔体(4)的部件(8)，所述部件(8)包括第一加热单元(10)和过滤部件(12)，其特征在于，所述过滤部件 (12)包括第二加热单元(18)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述过滤部件(1 包括一个或者多个颗粒过滤器(16)，所述颗粒过滤器的网格尺寸在100 μ m到1000 μ m的范围，优选地在200 μ m 到500 μ m的范围。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述过滤部件(1 包括一个或者多个微滤网(18)，所述微滤网的网格尺寸在10 μ m到100 μ m的范围，优选地在20 μ m到50 μ m 的范围。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述颗粒过滤器(16)和/或所述微滤网(18)，以各过滤器的网格尺寸的大小沿所述聚合物熔体的流动方向相继减小的方式配置。
5.根据权利要求2至4所述的设备，其特征在于，各所述颗粒过滤器(16)和/或各所述微滤网(18)包括独立的加热单元00，22)。
6.根据权利要求1或3所述的设备，其特征在于，所述用于生成和输送聚合物熔体的部件(8)包括至少一个用于确定所述聚合物熔体的熔体压力和/或温度的传感器 04，沈，28，30)，所述传感器配置在所述过滤部件(1 的所述聚合物熔体的流动方向上的上游和/或下游，所述用于生成和输送聚合物熔体的部件(8)还包括控制单元 (32)。
7.—种净化热塑性聚合物的方法，所述方法包括通过过滤部件(1 过滤聚合物熔体 (4)的步骤，其特征在于，所述过滤部件(1 至少暂时地被加热到高于所述聚合物熔体的温度的温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述聚合物熔体(4)的温度与所述过滤部件(12)的温度的差在110°C到40°C的范围，优选地在90°C到50°C的范围。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述聚合物熔体(4)的温度在250°C 至|J 300°C的范围，优选地在270°C到290°C的范围，并且所述过滤部件(12)被加热到在 300°C到360°C范围的温度，优选地被加热到在320°C到350°C范围的温度。
10.根据权利要求7至9所述的方法，其特征在于，过滤步骤之前的聚合物熔体(4)的熔体压力小于150bar，优选地小于12^ar，特别优选地小于lOObar。
11.根据权利要求7至10所述的方法，其特征在于，加热所述过滤部件(1 到高于所述聚合物熔体的温度的温度是持续进行的，或者可选地仅仅持续有限的时间段地进行，优选间歇地进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述过滤部件(1 加热到高于所述聚合物熔体(4)的温度的温度后，保持所述过滤部件(1 的温度高于所述聚合物熔体的温度的时间段少于30min，优选地少于lOmin，特别优选地少于aiiin。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，加热时间间隔持续多于1个小时， 优选地多于5个小时，特别优选地多于10个小时。
14.根据权利要求7至13所述的方法，其特征在于，所述方法包括控制所述过滤部件 (12)的温度和/或加热时间和/或加热时间间隔的步骤，控制参数为从下面的参数组中选择的至少一个该参数组由过滤步骤之前的聚合物熔体的温度，过滤步骤之后的聚合物熔体(4)的温度，过滤步骤之前的聚合物熔体(4)的熔体压力以及过滤步骤之后的聚合物熔体(4)的熔体压力组成。
15.根据权利要求7至14所述的方法，其特征在于，在处理过程中控制所述过滤部件 (12)的温度，控制参数为从下面参数组中选择的至少一个该参数组由聚合物反应物O) 的熔化温度和/或玻璃化转变温度，聚合物反应物( 的固有粘度，聚合物产品(6)的熔化温度和/或玻璃化转变温度，和聚合物产品(6)的固有粘度组成。
全文摘要
本发明涉及净化热塑性聚合物的设备和方法，所述设备包括用于生成和输送聚合物熔体的部件，所述部件包括第一加热单元和过滤部件，其特征在于，所述过滤部件包括第二加热单元。进一步地，本发明涉及一种净化热塑性聚合物的方法，所述方法包括通过过滤部件过滤聚合物熔体的步骤，其特征在于，所述过滤部件至少暂时地被加热到高于聚合物熔体的温度的温度。
文档编号B29C47/92GK102452160SQ201110329948
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者乔戈·扎卡赖亚斯, 克劳斯·K·瓦斯穆特, 托马斯·弗里德兰德, 斯蒂芬·迈尔 申请人:克朗斯股份公司