Spôsob a zariadenie na výrobu čiastočne kryštalického polymérneho materiálu

Číslo patentu: E 15704

Dátum: 27.12.2010

Autori: Hackl Manfred, Feichtinger Klaus, Weis Gerald, Rössler-czermak Andreas

Je ešte 7 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Vynález sa týka spôsobu výroby čiastočne kryštalického polymérneho materiálu podľa predvýznakovej časti nároku 1 ako aj zariadenia na uskutočnenie spôsobu podľa predvýznakovej časti nároku 6.0002 Spôsoby kryštalizácle polymérov sú známe v početných variantoch a používajú sa predovšetkým na uľahčenie skladovania, transportu, úpravy alebo ďalšieho spracovania polymérov,ako aj na ovplyvnenie vlastností týchto polymérov.0003 Pri kryštalizácii termoplastických polymérov dochádza k parciálnemu usporiadaniu molekulových reťazcov v polyméri. vychádzajúc z kryštalizačných zárodkov ukladajú sa molekulové reťazce vo forme zriasenia na seba navzájom, vytvárajú najskôr lamelovú štruktúru a vďalšom postupe vytvárajú nadradené štruktúry, ako napríklad sférolity.0004 Kryštalizácia je závislá od rôznych parametrov, ako napríklad teploty pri kryštalizácii,molekulovej hmotnosti polyméru. typu polyméru, ale aj od vlhkosti, rozpúšťadiel, tlaku a prípadných plnív v polyméri.0005 Kryštalizácia prípadne stupeň kryštalizácie má podstatný vplyv na optické, mechanické,termické a chemické vlastnosti polyméru. Predovšetkým je podstatnou potrebou znlžít sklon k Iepeniu amorfných polymérov zväčša prítomných v granulátoch prostredníctvom zvýšenia stupňa kryštalizácie. Týmto spôsobom je možné predovšetkým podstatne zjednodušiť spracovanie, transport a skladovanie granulátov.0006 Na zníženie Iepivosti termoplastických polymérov, napriklad polyetyléntereftalátu (PET), v procese kryštalizácie sú zo stavu techniky známe početné spôsoby.0007 Tak US 3,746,688 opisuje viachodinové sušenie amorfných granulátov predradené pred spôsob kryštallzácie. US 3,014,011 opisuje redukciu Iepivosti predradeným spracovaním granulátu s napučiavacím prostriedkom. US 5,919,872 opisuje použitie poťahovacich prostriedkov na zníženie sklonu k lepivosti. V EP 1 203 040 alebo v US 3,544,525 sú granuláty udržiavané a temperované na určitej teplote nižšej ako teplota topenia.0008 JP 2007 023153 A opisuje spôsob kryštalizácie polyesterov, v ktorom sa k amorfnému polyesteru pridá malý podiel kryštalického polyesterového granulátu.0009 Okrem toho je zo stavu techniky známe primiešat k amorfnému surovému granulátu vykazujúcemu sklon k zlepeniu, ktorý je prítomný v kryštalizačnom reaktore, 0010 určitý podiel už čiastočne kryštalického granulátu, aby sa takto získala sypkost častíc v kryštalizačnom reaktore. Toto sa dosiahne tým, že sa nelepivé čiastočne kryštalické granuláty vsunú medzi amorfné granuláty acelkovo zostane granulát aj pri zvýšenej teplote kusový a nezíepený dokopy.0011 Všetky tieto vyššie uvedené spôsoby majú ale čiastočne nevýhody, predovšetkým nie je vždy výhodné použiť poťahovacie prostriedky, napučiavacíe prostriedky a podobne alebo predradená predbežná úprava surového materiálu vedie k predĺženiu celkového procesu a zvýšeným nákladom. 0012 Predovšetkým je aj spätné primiešania čiastočne kryštalického materiálu k amorfnému surovému granulátu veľmi kritický proces, pretože pri spätnom primiešaní priamo v kryštalizačnom reaktore 7 ako je to v stave techniky v súčasnosti bežné - nie je zaistené a možné docieliť žiadne dostatočné premiešanie a prinajmenšom v čiastkových oblastiach reaktora môže dochádzať k zlepeným zhlukom z amorfných granulátov.0013 Týmto je úlohou predloženého vynálezu ďalšie vyvinutie spôsobu vyššie uvedeného typu tak,aby sa dosiahlo dobré premiešanie prevažne amorfných granulátov s čiastočne kryštalickými granulátmi bez toho, aby sa granuláty vzájomne zlepili.0014 Ďalej je úlohou vynálezu vytvorenie zariadenia na uskutočnenie tohto spôsobu.0015 Pre spôsob bola úloha vyriešená význakovými znakmi nároku 1. Pritom je navrhované, aby bol oddelený čiastočne kryštalický polymérny materiál pred jeho spätným primiešaním do kryštalizačného reaktora privedený k neupravenému a prevažne amorfnému surovému polymérnemu materiálu so sklonom k zlepeniu a s nim premiešaný a až potom sa zmes premiestni do kryštalizačného reaktora. 0016 Tento postup je výhodný vtom, že už pred kryštalizačným reaktorom sa môže uskutočniť intenzívne premiešanie aje možné zamedziť možnému zlepeniu už vštádiu pred kryštalizačným reaktorom. Vytvorenie zlepených zhlukov v kryštalizačnom reaktore sa pri tomto vylúči, pretože do kryštalizačného reaktora sa dostane už zmes, ktorá nevykazuje sklon k zlepeniu. Týmto spôsobom sa permanentne zaručí získanie sypkosti a kryštalízáciu je možné viesť efektívne a homogénne.0017 Okrem toho sa týmto spôsobom zníži potrebné množstvo spätne primiešavaného čiastočne kryštalického polyméru, pretože tento pôsobí účinnejšie. Vdôsledku menšieho pomeru spätného primiešania sa následne skracuje nevyhnutný čas zotrvania v reaktore, a tým aj veľkost a energetickáspotreba potrebných kryštalizačných zariadení.0018 Pri zariadení vyššie uvedeného typu je úloha vyriešená tým, že prenosová dráha ústi do plniaceho hrdla.0019 Tým, že je zaistené, že sa primiešanie neuskutočñuje priamo do kryštalizačného reaktora, ale sa uskutočňuje predradené predbežné premiešanie vplniacom hrdle, sa vyššie uvedené výhody dosiahnu jednoduchým spôsobom.0020 Pridávacie hrdlo ústi do kryštalizačného zásobníka nad hladinou materiálu. odovzdávacie dráha sa pripája na kryštalizačný zásobník v oblasti pod hladinou materiálu.0021 Pod pojmom amorfný surový granulát sa nerozumie len výlučne prípadne na 100 amorfný granulát bez akéhokoľvek kryštalizačného podielu, ale granulát, ktorý by odborník klasíñkoval ako prevažne amorfný prípadne ako príliš amorfný na splnenie cieľových požiadaviek.0022 Následne závislé nároky opisujú výhodné ďalšie rozvíjania a uskutočnenia spôsobu a zariadenia0023 Podľa výhodného ďalšieho rozvíjania spôsobu je navrhované, aby sa zlúčenie azmíešanie oddeleného čiastočne kryštalického polymérneho materiálu so surovým polymérnym materiálom uskutočňovalo v oblasti mimo kryštalizačného reaktora, predovšetkým v plniacom hrdle. Týmto spôsobom sa dosiahne efektívne premiešanie a účinne sa redukuje nebezpečenstvo zlepenia.0024 Podľa ďalšieho vedenia spôsobu je výhodné, ak čiastočne kryštalický polymérny materiál vynášaný z kryštalizačného reaktora, predovšetkým prostredníctvom vertikalneho závitovkového prepravníka, je privádzaný do výšky nad kryštalizačným reaktorom a oddelený čiastočne kryštalický polymérny materiál následne pôsobením gravitačnej sily kÍže, predovšetkým po materiálovom sklznom žľabe, do oblasti pridávania za účelom jeho spätného primiešania. Týmto spôsobom je možné potenciálnu energiu granulátu pôsobením gravitačnej sily ľahko premeniť na kinetickú energiu a granulát jednoduchým spôsobom získa určitú rýchlosť prúdenia, ktorá je následne výhodná pre dobré vzájomne zmiešanie.0025 V tejto súvislosti je výhodné, ak sa tak oddelený čiastočne kryštalický polymérny materiál, ako aj surový polymérny materiál v mieste a v čase ich vzájomného stretu zakaždým s určitou rýchlosťou prúdenia nachádzajú v pohybe tečenia, pričom smery prúdenia obidvoch materiálových prúdov sa vzájomne stretávajú pod ostrým uhlom s, výhodne v rozsahu medzi 20 ° a 55 °, výhodnejšie od 30 ° do 40 °. Keď sú obidva materiálové prúdy v pohybe, znižuje sa nebezpečenstvo, že sa častice zlepia a dalej sa pohybová energia častíc využije na dobré premiešanie.0026 Výhodné je vdalšom postupe, ak sa dbá na to, aby tak oddelený čiastočne kryštalický polymérny materiál, ako aj surový polymérny materiál boli permanentne av každom úseku spôsobu udržiavaná v kusoch a sypké. Toto uľahčuje manipuláciu a spracovanie granulátov.0027 Podľa výhodného vedenia spôsobu sa uskutočňuje ohrev polyméru v kryštalizačnom reaktore bez prísunu externej ohrevnej energie pripadne bez dodatočných ohrevných prostriedkov. Teplo potrebné na úspešnú a rýchlu kryštalizáciu výhodnejšie pochádza výlučne z vnútornej energie granulátov a/alebo vzniká pri exotermickej kryštalizácii.0028 Výhodné uskutočnenie zariadenia vzniká vtedy, ak je navrhované, aby prenosová dráha obsahovala dopravné zariadenie, výhodne vertikálny závitovkový prepravnik, ktorý je výhodne pripojený priamo na kryštalizačný reaktor, prostredníctvom ktorého je možné prepravovat čiastočne kryštalický, polymérny materiál vystupujúci z kryštalizačného reaktora do výšky nad kryštalizačným reaktorom. V ďalšom postupe je výhodné, ak prenosová dráha vykazuje materiálový sklzný žľab,výhodne vytvorený ako rúra, ktorý vychádzajúc z hornej oblasti dopravného zariadenia ústi šikmo do plniaceho hrdla, pričom materiálový sklzný žľab výhodne vykazuje priememý uhol sklonu B k horizontále v rozsahu od 15 ° do 50 °, výhodne od 20 ° do 30 °. Týmto môže spätne primiešavaný materiál kĺzať z určitej výškovej úrovne pôsobením gravitačnej sily smerom nadol a byť bez dodatočného dopravného zariadenia primiešavaný so zvýšenou rýchlosťou k surovemu polyméru. Na zamedzenie upchania a na zaistenie určitej minimálne rýchlosti je pre materiálový sklzný žľab výhodný spomenutý uhol sklonu ji.0029 Tým, že je plniace hrdlo umiestnené vhornej okrajovej oblasti kryštalizačného reaktora a/alebo, predovšetkým je naklonené smerom nadol pod uhlom ô medzi 25 ° a 60 °, výhodne od 30 ° do 40 °, vzhľadom na horizontálu, čím sa môže polymémy materiál zošmyknút do kryštalizačného reaäora, získa aj prevažne amorfný surový granulát určitú rýchlosť a zošmykne sa do kryštalizačného rea ora.0030 Mimoriadne výhodné uskutočnenie je dané vtedy, ak materiálový sklzný žľab vykazuje horný úsek blízky k dopravnému zariadeniu a najspodnejšiu koncovú oblast prípadne zalomený úsek blízke k plniacemu hrdlu. pričom zalomený úsek je smerom k plniacemu hrdlu pristavený pod zalomenim prípadne je ohnutý nadol, pričom medzi horným úsekom materiálového sklzného žlabu a zalomenýmúsekom je uhol a výhodne medzi 60 ° a 140 °, zvlášť výhodnejšie medzi 90 ° a 100 °. Zalomený úsek pôsobí ako odrážacl plech. čiastočne kryštalické polyméry dopadajú so zvýšenou rýchlosťou na protilahlú stenu zalomeného úseku a sú týmto vzájomne zvírené. Týmto spôsobom dochádza k lepšiemu rozdeleniu a k variácii smerov pohybu a rýchlostí jednotlivých častíc a zamedzi sa vrstveniu obidvoch materiálových prúdov v plniacom hrdle.0031 Na zamedzenie eventuálneho upchávania je výhodné, ak sa predpokladá, že stredová os plniaceho hrdla zviera so stredovou osou zalomeného úseku ostrý uhol s, výhodne v rozsahu medzi 20 ° a 55 °, výhodnejšie od 30 ° do 40 °. Materiálové prúdy sa tak vzájomne stretajú pod v podstate podobnými smerovými vektonni, pričom ale napriek tomu v hrdle nedochádza k vrstveniu.0032 Podľa výhodnej formy uskutočnenia je stredová os zalomeného úseku orientovaná takmer vertikálne, predovšetkým pod uhlom r vzhladom na vertikálu, od 0 ° do 45 °, výhodne medzi 15 ° a 25 °. Odrazené granuláty padajú týmto spôsobom takmer voľným pádom smerom nadol do plniaceho hrdla. 0033 Výhodné zariadenie je potom prítomné vtedy, ked stredová os zalomeného úseku a stredová os plniaceho hrdla deñnujú pripadne vytvárajú rovinu, ktorá rozderuje kryštalizaćný reaktor na dva v podstate rovnako veľké čiastkové priestory, a dopravné zariadenie prípadne stredová os vertikálneho závitovkového prepravníka leží v tejto rovine.0034 Alternatívne môže byt realizované, že horný úsek materiálového sklzného žľabu je vzhľadom na rovinu orientovaný pod uhlom y, výhodne medzi 10 ° a 30 ° a/alebo dopravné zariadenie pripadne stredová os vertikálneho závitovkového prepravnlka ležl mimo roviny. Prostredníctvom priestorovo úsporného mimostredového usporiadania vertikálneho prepravníka a vytvorenia materiálového sklzného žľabu so zalomením (pri pohľade zhora) môže byť spätne primiešavaným časticiam daný ďalší impulz.0035 Na dosiahnutie dobrého premiešania je výhodne možné, aby sa šírka materiálového sklzného žľabu pred zalomeným úsekom zväčšila a eventuálne sa zmenil tvar jeho prierezu.0036 Na dobré premiešanie a rovnomemé privádzanie už predmiešaných granulátov je výhodne navrhované, aby sa plniace hrdlo v svojej koncovej oblasti blízkej ku kryštalizačnému reaktoru vejárovo rozširovalo. Týmto sa môže granulát v kryštalizačnom reaktore lepšie rozdeliť.0037 Vtejto súvislosti je výhodné, ak je zaistené, že na spodnej klznej ploche plniaceho hrdla je vyhotovený určitý počet priamych prehlbených žliabkov. Surový polymérny materiál, ktorý vstupuje cez plniaci otvor a aj čiastočne kryštalický materiál privádzaný zhora sa tak šmýkajú vtýchto žliabkoch a sú tak rovnomerne rozdeľované po celej šírke plniaceho hrdla, čím sa uskutočňuje dobré premiešanie a do kryštalizačného reaktora vstupuje širší a relativne tenký a príslušne ľahko homogénne primiešateIný a premiešateľný materiálový prúd.0038 Potom je tiež nekritické, ked materiál tečie do žliabkov, ak plniace hrdlo je naklonené priečne k pozdĺžnemu smeru, napríklad v dôsledku nepresného namontovania. V inom prípade by sa materiál zbieral na jednej strane hrdla, nedostatočne by sa premiešal a do kryštalizačného reaktora by sa dostával ako hrubý, ťažko spracovatelný materiálový prúd.0039 Výhodne sa výšky prípadne hĺbky a/alebo šírky žliabkov po prúde prípadne v smere tečenia zväčšujú, čím sa uskutoční dodatočné vyrovnanie a homogenizácia materiálu.0040 Podľa výhodného uskutočnenia je navrhované, aby bol vo vertikálnom závitovkovom prepravniku ďalší výpustný otvor na odoberanie, pričom výpustný otvor leží hlbšie alebo maximálne v rovnakej výške ako otvor, na ktorý je napojený materiálový sklzný žľab.0041 Vtejto súvislosti je výhodné, ak je použité riadiace zariadenie, pomocou ktorého je možné nastaviť príslušný podiel čiastočne kryštalického polymérneho materiálu, ktorý má byť oddelený do materiálového sklzného žľabu a/alebo príslušný podiel čiastočne kryštalického polymérneho materiálu,ktorý sa odoberá cez výpustný otvor. Týmto sa môže ľahko a efektívne vykonávať riadenie pomeru spätného primiešavania. Alternatívne je možné čiastočne kryštalický materiál oddeliť aj cez osobitné odvádzanie priamo z kryštalizačného reaktora.0042 Na dopravné zariadenie prípadne výpustný otvor môže byť v ďalšom postupe pripojený zásobník na zachytávanie a skladovanie a/alebo zásobník na ďalšie spracovanie čiastočne kryštalického polymérneho materiálu, napríklad SSP-zásobník. Pripojenieje výhodne realizované cez závitovkový prepravník, prostredníctvom ktorého je možné regulovať množstvo odvádzaného čiastočne kryštalického granulátu.0043 Podla výhodnej formy uskutočnenia je navrhované, aby bola pred kryštalizačným reaktorom prípadne pred plniacim hrdlom umiestnená centrifúga na odlúčenie povrchovej vlhkosti a eventuálneho prachového podielu, prostredníctvom ktorej sa privádza surový polymérny materiál pri zvýšenej rýchlosti, výhodne tangenciálne do plniaceho hrdla. Amorfné surové granuláty vstupujúce do plniaceho hrdla si týmto spôsobom udržia rýchlostný impulz udelený centrifúgou. Táto sa v ďalšom postupe používa na primiešanie a dobré premiešanie.0044 Ďalšie výhody a uskutočnenia vynálezu vyplývajú z opisu a priložených obrázkov. 0045 Vynález je schematicky zobrazený na základe príkladov uskutočnenia na obrázkoch a bude ďalej exemplárne opisaný s odvolaním na obrázky.Obrázok 1 zobrazuje zariadenie podľa vynálezu v pohľade zboku.Obrázok 2 zobrazuje zariadenie podľa obrázku 1 spredu.Obrázok 5 zobrazuje šikmý pohľad zhora.Obrázok 6 a a 6 b zobrazujú oblast výhodného plniaceho hrdla v detailnom pohľade.Obrázok 7 a, b a c zobrazujú detaily výhodného plniaceho hrdla.0046 Na obrázku 1 je zobrazená exemplárna, zvlášť výhodná forma uskutočnenia zariadenia podľa vynálezu v pohľade zboku. Vľavo dole sa nachádza kryštalizačný reaktor 1. ktorý je bežným spôsobom realizovaný vo forme cylíndrického zásobníka s horizontálnym dnom a vertikálnymi bočnými stenami. Vo vnútri kryštalizačného reaktora 1 sa nachádza zmiešavacie a miešacie zariadenie 2. V predloženom prípade je toto umiestnené na dvoch nad sebou ležiacich úrovniach. Zmiešavacie a miešacie zariadenie 2 zahŕňa rotujúce Iopatky prípadne tyče, ktoré sa zakaždým otáčajú v horizontálne rovine paralelnej s dnom a sú umiestnené na spoločnej vertikálnej hnacej tyčí. Tieto slúžia na zaistenie permanentného pohybu polymérneho materiálu nachádzajúceho sa v kryštalizačnom reaktore 1, jeho premiešavaniu a udržaniu v kusovom tečenia schopnom stave.0047 Kryštalizačný reaktor 1 eventuálne disponuje prostriedkom na ohrev a/alebo chladenie polymérneho materiálu. Ohrev sa pritom uskutočňuje zvonku cez plášťové vyhrievanie alebo zvnútra cez vyhrievané zmiešavacie a miešacie nástroje 2. V princípe ale granuláty vykazujú ešte dostatočnú vnútornú energiu a teplo, takže nie je potrebné žiadne dodatočné vyhrievanie. Okrem toho je proces kryštalizácie exotermický, čím dokonca môže byť potrebné chladenie na zamedzenie čiastočnému taveniu granulátov.0048 Teplota granulátov musí byt na účely efektívnej kryštalizácie permanentne vyššia ako je teplota skleného prechodu a nižšia ako je teplota topenia. Pre PET je optimálna rýchlosť kryštalizácie pri teplote cca. 174 °C.0049 V ľavej hornej okrajovej oblasti kryštalizačného reaktora 1 je umiestnené plniace hrdlo 4, cez ktoré sa privádza materiál do kryštalizačného reaktora 1. Pridávacie hrdlo 4 je v prevádzke nad úrovňou materiálu pohybujúcich sa častíc. Pridávacie hrdlo 4 je naklonené smerom nadol šikmo pod uhlom ô približne 30 až 40 °, čím môže polymérny materiál samočinne skĺznuť do kryštalizačného reaktora 1.0050 Pred plniacim hrdlom 4 sa nachádza centrifúga 12. V centrifúga 12 sa spracováva čerstvo vytvorený surový granulát za účelom odlúčenia jeho povrchovej vlhkosti a eventuálne prachového podielu. Surový polymérny materiál sa privádza do centrifúgy 12 zospodu, ačastice sú zvírené smerom nahor, pričom získajú určité pohybové impulzy a rýchlosti. Cez plniaci otvor 14, ktorý spája najhornejšiu oblasť centrifúgy 12 so začiatkom plniaceho hrdla, sú do plniaceho hrdla 4 privádzané ešte amorfné surové polymérne častice.0051 V najspodnejšej oblasti kryštalizačného reaktora 1 je vo výške spodného zmiešavacieho a miešacíeho nástroja 2 umiestnený výpustný otvor 15, cez ktorý je možné z kryštalizačného reaktora 1 odoberať spracovaný a už čiastočne kryštalický polymérny materiál. výpustný otvor 15 je v prevádzke pod materiálovou úrovňou pohybujúcich sa častíc. Na tento výpustný otvor 15 je pripojený začiatok prenosovej dráhy 3, 5, cez ktorú je možné čast čiastočne kryštalického polymérneho materiálu spätne privádzat do kryštalizačného reaktora 1.0052 Prenosová dráha 3, 5 obsahuje dopravné zariadenie 3 priamo pripojené na kryštalizačný reaktor 1 vo forme vertikálneho závitovkového prepravníka 3. Tento vertikálny závitovkový prepravník 3 rotuje s rýchlosťou otáčania približne 100 až 150 otáčok za minútu a prepravuje tak aj v čiastočne naplnenom stave čiastočne kryštalický polymérny materiál vystupujúci z kryštalizačného reaktora 1 nad výškovú úroveň nad kryštalizačným reaktorom 1, v predloženom prípade na približne dvojnásobok výšky kryštalizačného reaktora 1.0053 V najhomejšej oblasti vertikálneho závitovkového prepravníka 3 je vytvorený otvor 11, cez ktorý sa privádza materiál do rúrového uzatvoreného materiálového sklzného žlabu 5. Materiálový sklzný žľab 5 je šikmo naklonený s priemerným uhlom sklonu 3 vzhľadom na horizontálu od približne 30 ° do 40 °. Materiálový sklzný žľab 5 neústi do plniaceho hrdla 4 priamo, ale za vytvorenia určitého uhla. Týmto spôsobom sa vytvorí okruh spätného primiešavania, cez ktorý sa čiastočne kryštalický,nelepivý granulát primiešava k Iepivým amorfným surovým granulátom.

MPK / Značky

MPK: C08G 63/88, B01J 19/20

Značky: zariadenie, polymérneho, spôsob, materiálů, čiastočne, výrobu, krystalického

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/15-e15704-sposob-a-zariadenie-na-vyrobu-ciastocne-krystalickeho-polymerneho-materialu.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob a zariadenie na výrobu čiastočne kryštalického polymérneho materiálu</a>

Podobne patenty