专利名称：制备聚合物颗粒的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种制备聚合物颗粒的设备和制备聚合物颗粒的方法，所述设备包括由聚合物熔体连续制备聚合物丝股(polymer strand)的装置和切割所得聚合物丝股的切割装置，所述方法包括如下步骤由聚合物熔体连续地制备聚合物丝股和将所得的聚合物丝股切割成聚合物颗粒。
背景技术：
聚合物颗粒通常通过连续螺杆捏合和挤出方法制备，其中，通过提供热能和/或施加机械剪切力使固体聚合物产品转化为熔体，以及在切割过程中所得的聚合物丝股被切割成聚合物颗粒。一般而言，造粒方法可以分为两个子类。
第一子类，在聚合物丝股从螺杆捏合和挤出设备中出来后立即在熔体状态下进行切割过程。特别是，可以提及水下造粒，其描述在，例如，DE 20300009UUUS 6, 217, 802B I、WO 01/94088A2 或 DE 69621101T2 中。第二子类，所述切割过程可以在聚合物丝股已经冷却并固化之后进行，S卩，所述造粒过程为所谓的固体物质造粒，其中，已经冷却的固体聚合物丝股被切粒机切割成颗粒，所谓的小丸(pellet)。在根据现有技术的固体物质造粒方法中，输送的丝股通常在同一点被及时切断，这是由冷却区域，即，挤出机与切粒机之间的距离确定的。特别是对于PET颗粒的制备，常规的设备包括后续的结晶单元(其是串联运行的)，在该结晶单元中，起初以无定形形式存在的颗粒在切割步骤后进一步被缓慢地冷却，从而使颗粒中的聚合物材料可以结晶。获得聚合物颗粒的切割步骤是在尽可能高的温度下进行的，这使得颗粒中残留的热量用于后续的结晶步骤。然而，如果聚合物丝股的冷却速率不足，因为聚合物丝股的温度在切割过程进行时还不够低，所以会存在颗粒相互粘附并团聚的问题。通常地，粘性的团聚颗粒不能被进一步处理，也就是说，必须视为废品。此外，所述设备可能被堵塞，导致造粒过程的中止以进行清洗。为了避免上述缺点，基于安全的原因，在常规方法中通常在切割步骤前以大于实际需要的程度将需要冷却的聚合物丝股的温度进一步被降低。该安全预防措施是必要的，特别是对于聚合物的性能变化，即，所述聚合物丝股的材料组合物的不均匀性，因为这种不均匀性与玻璃化转变温度Tg的变化相关。同样地，这也需要冷却区域的延长和/或冷却温度进一步降低，从而根据现有技术的冷却过程与高能量输入有关。特别是，如果设备包括后续的结晶单元，以及如果在切割步骤中所述聚合物丝股的温度太低，还可能出现在颗粒中的聚合物材料在没有额外提供热能的情况下更加难于结晶或不可能结晶，从而基于能源的观点而言，所述常规的设备有待改进。
发明内容
本发明的目的是提供制备聚合物颗粒的设备和方法，与常规的设备和方法相比，所述设备和方法提供了甚至在不均匀的材料性能的情况下也能防止聚合物颗粒的凝集和团聚的可能性，同时，提供有效和价廉的工序(procedure)。为了实现上述目的，本发明提供了下述设备和方法I、制备聚合物颗粒￠)的设备，其包括由聚合物熔体(2)连续制备聚合物丝股(4)的装置(8)和切割所得的聚合物丝股(4)的切割装置(10)，其特征在于，所述切割装置相对于制备所述聚合物丝股(4)的装置(8)以距离可变的方式进行设置。2、根据项目I所述的设备，其特征在于，所述设备为具有下游固体丝股造粒机的螺杆捏合和挤出设备。3、根据项目I或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括冷却所述聚合物丝股(4)的装置(12)，优选为水冷却浴，所述装置(12)至少部分地设置在制备聚合物丝股的装置(8)和切割装置(10)之间，所述冷却聚合物丝股(4)的装置(12)非必须地包括冷却单 元(14)。4、根据项目I 3中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括传感器(16)，优选非接触性光学温度传感器，用于测定在所述切割装置(10)正前方的聚合物丝股(4)的温度。5、根据项目4所述的设备，其特征在于，所述切割装置(10)和所述传感器(16)被配置成一个单元，该单元相对于制备所述聚合物丝股(4)的装置(8)在轴向上能够移动。6、根据项目4或5所述的设备，其特征在于，所述设备包括控制单元(18)，通过该控制单元(18)调节所述冷却聚合物丝股(4)的装置(12)和/或所述切割装置(10)的位置。7、根据项目I 6中任一项所述的设备，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物，优选为聚酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酰胺或聚碳酸酯，特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯，或这些聚合物的共聚物。8、制备聚合物颗粒(6)的方法，其包括如下步骤由聚合物熔体(2)连续制备聚合物丝股(4)，和将所得的聚合物丝股(4)切割成聚合物颗粒(6)，其特征在于，通过改变切割装置(10)相对于制备聚合物丝股(4)的装置(8)的距离能够可变地调节聚合物丝股(4)制备和切割步骤之间的时间。9、根据项目8所述的方法，其特征在于，所述方法为具有下游固体物质造粒的螺杆捏合和挤出方法。10、根据项目8或9所述的方法，其特征在于，所述方法包括冷却聚合物丝股(4)的步骤，优选通过水冷却，所述冷却步骤至少部分地在制备聚合物丝股(4)的步骤和切割步骤之间进行。11、根据项目8 10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括测量马上要进入切割步骤的聚合物丝股(4)的温度的步骤，优选通过非接触性光学温度测量法测量。12、根据项目11所述的方法，其特征在于所述方法包括控制步骤，其中，通过移动所述切割装置(10)调节冷却所述聚合物丝股(4)的装置(12)的冷却温度和/或在制备所述聚合物丝股(4)的装置(8)与所述切割装置(10)之间的距离，其中，将马上要进入切割步骤的聚合物丝股(4)的温度用作控制变量。13、根据项目8 12中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物，优选为聚酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酰胺或聚碳酸酯，特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯，或这些聚合物的共聚物。14、根据项目12或13所述的方法，其特征在于，以如下方式调节冷却聚合物丝股
(4)的装置(12)的冷却温度和/或在制备聚合物丝股(4)的装置(8)与所述切割装置(10)之间的距离使马上要进入切割步骤的聚合物丝股(4)的与时间相关的温度变化在50°C以下的范围内，优选在30°C以下的范围内，特别优选在10°C以下的范围内。根据本发明，通过根据项目I所述的设备实现了所述目的，其中，所述切割设备相对于制备聚合物丝股的装置以距离可变的方式进行设置。该距离的变化优选在轴向上进行。 所述切割装置的这种相对移动允许选择性地调节切割装置与制备聚合物丝股的装置之间的距离。这使得可以最优选切割步骤中的时间，因此，使得切割步骤中的聚合物丝股的温度最优化，从而以最小的空间要求实现所述设备，因此，更经济有效。此外，这允许针对聚合物材料的不均匀性，即，随时间变化的聚合物丝股的材料性能，进行目标反应(targeted reaction)。如果所述聚合物丝股的冷却性能随时间而变化,则通过相对于制备聚合物丝股的装置移动切割装置来选择性地变化切割时间，即，可以使切割步骤进行时聚合物丝股的温度最佳，从而确保颗粒的一贯的高质量并防止聚合物颗粒团聚/粘附在一起。在一个优选的实施方式中，所述设备为具有下游固体丝股造粒机的螺杆捏合和挤出设备，其允许有效且价廉地制备聚合物颗粒。特别地，优选所述设备包括冷却聚合物丝股的装置。该装置优选为具有冷却设备的水冷却浴，其至少被部分地设置在制备聚合物丝股的装置与切割装置之间，从而使热液体聚合物丝股从挤出设备中出来之后至少部分地位于冷却装置中。优选地，在所述聚合物丝股位于冷却聚合物丝股的装置中时进行切割聚合物丝股的步骤。这样的实施方式使得聚合物丝股特别有效地冷却，导致提高所述设备的效率。在另一优选的实施方式中，所述设备包括位于切割装置正前面的用于测定聚合物丝股温度的传感器。术语“切割装置正前面”是根据所述设备的结构而变化的，然而优选表示传感器与切割装置的距离为IOcm以下，特别优选为2cm以下。可以自由选择所述传感器的类型，即，所述聚合物丝股的温度测定的类型。然而，特别优选的为非接触型光学温度传感器。此外，优选所述设备包括控制单元，其与传感器连接并调节冷却聚合物丝股的装置和/或调节所述切割装置的位置。这使得可以特别最优化地造粒，因为传感器检测将要进入切割步骤的聚合物丝股的温度，从而使得可以特别有目的地移动(targeted movement)所述切割装置，即，使所述切粒机相对于制备所述聚合物丝股的装置的位置最优化。此外，使用温度作为测量变量以及控制变量使得切割装置可以有目的地移动和/或可以调节冷却聚合丝股的装置的温度，这导致所述设备的实施方式特别有效。特别优选地，所述切割装置和传感器被设置在一个单元中，并能够一起移动，其确保了温度测定的位置和切割步骤之间的距离总是保持一致。根据本发明，通过根据项目8所述的方法可以进一步达到上述目的，其中，在制备 聚合物丝股与切割步骤之间的时间可以通过改变切割装置相对于制备聚合物丝股的装置的距离而可变地调节。所述距离变化优选是在轴向上进行的。
所述方法这样的实施方式允许有目的地改变和最优化在制备聚合物丝股的装置和切割装置之间的相对距离，从而与常规的方法相比，所述方法可以低成本地实施并具有一贯的高质量的聚合物颗粒。此外，这允许针对聚合物材料的不均匀性进行目标反应(targeted reaction),从而确保了颗粒的一致的高质量，因为防止了聚合物颗粒团聚/粘附在一起。特别地，优选所述方法为具有 下游固体物质造粒的螺杆捏合和挤出方法，其允许有效且低成本地实施该方法。在一个优选的实施方式中，所述方法额外地包含冷却聚合物丝股的步骤，其中，所述冷却步骤至少部分地在制备聚合物丝股的步骤与切割步骤之间进行。特别地，优选所述冷却步骤是在通过冷却单元冷却的水冷却浴中进行的。因此，所述方法可以特别有效地实施。另一优选的实施方式的特征在于，所述方法包括测定(优选通过非接触型光学温度测量方法)马上要进入切割步骤的聚合物丝股的温度的步骤。这种类型的温度测量方法允许改变从制备聚合物丝股的装置中出来的聚合物丝股至切割装置之间的时间，因此，可以使切割步骤的位置最佳化。特别地，优选根据本发明的方法包括控制步骤，其中通过移动切割装置调节冷却聚合物丝股的装置的冷却温度和/或在制备聚合物丝股的装置和切割装置之间的距离，其中，使用马上要进入切割步骤的聚合物丝股的温度作为控制变量。这样的控制允许进一步优化该方法，这确保了工序经济有效，以及同时确保了聚合物颗粒的一贯的高质量。特别地，优选以如下方式调节冷却聚合物丝股的装置的冷却温度和/或在制备聚合物丝股的装置与切割装置之间的距离使得马上要进入切割步骤的聚合物丝股的与时间相关的温度变化在50°C以下，优选在30°C以下，特别优选在10°C以下的范围内。这允许有目的地补偿聚合物的材料组合物中的不均匀性，涉及聚合物丝股的不同粘度和不同玻璃化转变温度，从而可以进一步提高所述方法的质量。特别优选地，所述聚合物为热塑性聚合物，优选为聚酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酰胺或聚碳酸酯，特别优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯或聚乙烯，或这些聚合物的共聚物。
通过示于附图中的示意性实施方式和对比实施例，将更加详细地解释本发明及其优点。在附图中图I为显示根据本发明设备的示意性剖视图；图2为显示根据本发明的设备的优选实施方式的示意性剖视图。
具体实施例方式图I示意性地显示出根据本发明的设备，其包括由位于装置8中的聚合物熔体2连续制备聚合物丝股4的装置8。所述聚合物丝股4连续地在移动方向24上挤出。在所述切割装置10的位置上，通过切割聚合物丝股4制备聚合物颗粒6。所述切割装置10在轴向上是可移动的，即，相对于聚合物丝股4的移动方向24的两个方向上，沿着移动方向20是可移动的。制备聚合物丝股4的装置8与切割装置10之间的距离22可以通过移动切割装置10改变。图2表示所述设备的一个优选实施方式，其进一步包括具有冷却单元14的水冷却浴12作为用于冷却聚合物丝股4的装置。此外，在所述设备的这个实施方式中，所述切割装置10包括传感器16，其与切割装置10 —起形成一个单元。所述传感器16被设置成在所述切割装置10将聚合物丝股4切割成聚合物颗粒6的聚合物丝股4的位置的正前方测量聚合物丝股4的温度。由切割装置10和传感器16形成的单元在轴向(平行于聚合物丝股4的移动方向24)上可共同地移动。图2的设备进一步包括控制单元18，其中，传感器16、切割装置10和冷却单元14与所述控制单元相连接。通过传感器16连续或间歇测量的聚合物丝股4的温度用作控制和调节切割装置10和/或冷却所述聚合物丝股4的装置12 ( S卩，特别是冷却单元14)的控
制变量。特别地，的切割装置10沿运行长度(travellength) 20的位置是可调节的，因此聚合物丝股4被切割的位置是也可调节的。此外或作为替换方式，冷却聚合丝股4的装置的温度可以通过冷却单元14调节。在图I的设备中可以如下实施根据本发明的方法在制备聚合物丝股4的装置8中，由位于所述装置8中的聚合物熔体2连续地制备聚合物丝股4。所述聚合物丝股4在移动方向24上连续地移动。这是通过整合在切割装置10中的拉制设备(drawing device)(未示出)实现的。可以从现有技术中了解相应的实施方式。在热液态聚合物丝股4从制备聚合物丝股4的装置8中挤出后，使其冷却，在冷却区域22的下游将其用切割装置10切割成聚合物颗粒6。通过移动切割装置10，调节相对于制备聚合物丝股4的装置8的距离从而得到优选的最小运行长度22。在根据图2的优选的实施方式中，所述方法进一步包括在通过冷却单元14冷却的水冷却浴12中冷却聚合物丝股4的步骤。所述冷却步骤在制备聚合物丝股4的步骤和切割步骤之间进行。所述方法进一步包括通过使用传感器16的非接触型光学温度测量法测量马上要进入切割步骤的聚合物丝股4的温度的步骤。连续地或间歇地记录测量的温度值，并在调节步骤中使用该温度值，其中，马上要进入切割步骤的聚合物丝股的温度被用作控制变量。移动切割装置10来调节相对于制备聚合物丝股4的装置8的距离，从而得到优选的最小运行长度22。此外或者可替换地，通过冷却单元14来调节冷却聚合物丝股4的装 置12的冷却温度。
权利要求
1.制备聚合物颗粒出)的设备，其包括由聚合物熔体(2)连续制备聚合物丝股(4)的装置(8)和切割所得的聚合物丝股(4)的切割装置(10)，其特征在于，所述切割装置(10)相对于制备所述聚合物丝股(4)的装置(8)以距离可变的方式进行设置。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述设备为具有下游固体丝股造粒机的螺杆捏合和挤出设备。
3.根据权利要求I或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括冷却所述聚合物丝股(4)的装置(12)，优选为水冷却浴，所述装置(12)至少部分地设置在制备聚合物丝股的装置(8)和切割装置(10)之间，所述冷却聚合物丝股(4)的装置(12)非必须地包括冷却单元(14)ο
4.根据权利要求I 3中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括传感器(16)，优选非接触性光学温度传感器，用于测定在所述切割装置(10)正前方的聚合物丝股(4)的温度。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述切割装置(10)和所述传感器(16)被配置成ー个单元，该单元相对于制备所述聚合物丝股(4)的装置(8)在轴向上能够移动。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述设备包括控制单元(18)，通过该控制单元(18)调节所述冷却聚合物丝股(4)的装置(12)和/或所述切割装置(10)的位置。
7.根据权利要求I 6中任一项所述的设备，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物，优选为聚酯、聚苯こ烯、聚烯烃、聚酰胺或聚碳酸酯，特别优选为聚对苯ニ甲酸こニ醇酷、聚丙烯或聚こ烯，或这些聚合物的共聚物。
8.制备聚合物颗粒￠)的方法，其包括如下步骤由聚合物熔体(2)连续制备聚合物丝股(4)，和将所得的聚合物丝股(4)切割成聚合物颗粒(6)，其特征在于，通过改变切割装置(10)相对于制备聚合物丝股(4)的装置(8)的距离能够可变地调节聚合物丝股(4)制备和切割步骤之间的时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法为具有下游固体物质造粒的螺杆捏合和挤出方法。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法包括冷却聚合物丝股(4)的步骤，优选通过水冷却，所述冷却步骤至少部分地在制备聚合物丝股(4)的步骤和切割步骤之间进行。
11.根据权利要求8 10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括测量马上要进入切割步骤的聚合物丝股(4)的温度的步骤，优选通过非接触性光学温度測量法測量。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述方法包括控制步骤，其中，通过移动所述切割装置(10)调节冷却所述聚合物丝股(4)的装置(12)的冷却温度和/或在制备所述聚合物丝股(4)的装置(8)与所述切割装置(10)之间的距离，其中，将马上要进入切割步骤的聚合物丝股(4)的温度用作控制变量。
13.根据权利要求8 12中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物，优选为聚酯、聚苯こ烯、聚烯烃、聚酰胺或聚碳酸酯，特别优选为聚对苯ニ甲酸こニ醇酷、聚丙烯或聚こ烯，或这些聚合物的共聚物。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在干，以如下方式调节冷却聚合物丝股(4)的装置(12)的冷却温度和/或在制备聚合物丝股(4)的装置(8)与所述切割装置(10)之间的距离使马上要进入切割步骤的聚合物丝股(4)的与时间相关的温度变化在50°C以下的范围内，优选在30°C以下的范围内，特别优选在10°C以下的范围内
全文摘要
本发明涉及制备聚合物颗粒的设备，其包括由聚合物熔体连续制备聚合物丝股的装置和切割所得的聚合物丝股的装置，其特征在于，所述切割装置相对于制备聚合物丝股的装置以距离可变的方式进行设置。本发明还涉及一种制备聚合物颗粒的方法，其包括如下步骤由聚合物熔体连续制备聚合物丝股，和将所得的聚合物丝股切割成聚合物颗粒，其特征在于，通过改变切割装置相对于制备聚合物丝股的装置的距离能够可变地调节聚合物丝股的制备和切割步骤之间的时间。
文档编号B29B9/06GK102632564SQ20121003313
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月13日 优先权日2011年2月11日
发明者克劳斯·瓦斯穆特, 埃克哈德·阿德里安, 约翰内斯·普赖斯 申请人:克朗斯股份公司