使用預熱的粒料母料混配聚合物的制作方法
【專利說明】使用預熱的粒料母料混配聚合物
[0001]本發明涉及一種用于混配的方法，具體地，本發明涉及一種使用粒料母料用于混 配聚合物的方法。
[0002]粒料母料廣泛用于混配聚合物，以向聚合物引入期望的添加劑。典型的添加劑包 括著色劑（顏料）、抗氧化劑、潤滑劑、阻燃劑和給予混配的材料期望的性能的眾多其它添 加劑。粒料母料包含與載體混合的濃縮的添加劑或添加劑混合物，并且通常使用，因為當投 料到混配步驟時，比起未加工的添加劑材料（其可通常為液體或細粉末），這樣更容易處理 和更容易控制。
[0003]使用母料用于聚乙烯聚合物的方法的實例可在例如W0 2012/058200、US4369267 和TO 99/57193中發現。
[0004]粒料母料可與要在擠出機中混配的聚合物混合，或者在擠出機之前與聚合物預混 合。在擠出機中，將聚合物和母料加熱，熔融和混合。施用剪切，以確保均質混合。
[0005]現已發現通過在擠出機之前預熱母料可改進混配方法。
[0006]因此，本發明的第一方面提供了一種用于將聚合物與粒料母料混配的方法，所述 方法包括使聚合物和粒料母料通向混配擠出機，聚合物的溫度為T°C，其特征在于，在通向 擠出機之前，使用加熱流體將粒料母料加熱至T-10°C或更高的溫度。
[0007]具體地，本發明的第一方面提供了一種用于將聚合物與粒料母料混配的方法， 所述方法包括使聚合物和粒料母料通向混配擠出機，聚合物的溫度為T°C，并且其中在 T-20 °C或更低的溫度下儲存粒料母料，其特征在于，在通向擠出機之前，使用加熱流體將粒 料母料加熱至T_10°C或更高的溫度。
[0008]術語"粒料母料"指在粒料形式的載體上的一種或多種添加劑的母料。載體通常 為聚合樹脂，最通常基于待混配的聚合物來選擇。例如，當待混配的聚合物為聚乙烯時，聚 乙烯載體用于母料。（為了便于參考，即使未陳述"粒料"，本文可使用"母料"并且指"粒料 母料"）。
[0009]已發現，與要混配的聚合物（"初始聚合物"）相比，為粒料母料提供熱量以提高母 料的溫度使得隨后的熔融更容易，并且降低需要在擠出機中施用以實現混合的比能量，并 且允許實現更高的擠出機生產量。
[0010]術語"加熱流體"指用于提供熱量以加熱粒料母料的氣體或液體。合適的流體的 實例包括氣體（例如空氣）和液體（例如水）。
[0011]在一個實施方案中，通過"直接加熱"母料可實現本發明的第一方面的方法。本文 使用的"直接加熱"指在母料和加熱流體之間發生物理接觸，該加熱流體提供熱量以加熱母 料的過程。
[0012]因此，將加熱流體（例如加熱的空氣、氮氣或過熱的蒸氣）通過母料以將其加熱。 可在與聚合物混合之前對母料進行這一點，或者母料可與至少一些并優選所有的聚合物混 合，并且將熱量施加于混合物。可注意到，當在混配擠出機之前將母料與至少一些聚合物混 合時，存在于聚合物中的熱量可提高母料的溫度，但是這可導致熱能再分布，這不能降低在 擠出機中所需的隨后的熱量。
[0013] 當使用直接加熱時，優選在與聚合物混合之前直接加熱母料。
[0014] 在該實施方案中，優選加熱流體為處于粒料母料被加熱流體加熱到的溫度的氣體 (處于粒料母料被加熱時的壓力，該壓力可超過或低于大氣壓，但是優選為大氣壓）。這樣 避免需要隨后蒸發加熱流體以將其從粒料母料除去。出于該原因，通常不優選例如蒸氣的 氣體，至少在大氣壓下。在該實施方案中，最優選例如氮氣或干燥空氣的氣體。
[0015] 總的來說，在本發明中，但是尤其是當使用"直接"加熱時，優選，在進入擠出機時， 在擠出機之前已發生混合的粒料母料或粒料母料和聚合物的混合物含有低于500ppm水， 優選低于250ppm水。
[0016] 最優選，通過"間接加熱"母料，實現在本發明的第一方面中加熱母料。
[0017] 此外，在第二方面，本發明提供了一種用于將聚合物與粒料母料混配的方法，所述 方法包括將溫度為T°C的聚合物和粒料母料通向混配擠出機，其特征在于在通向擠出機之 前，通過間接熱交換加熱粒料母料。
[0018] 在該第二方面，優選母料開始時處于比要混配的聚合物（初始聚合物）更低的溫 度。
[0019] 優選，在該第二方面，在混配前聚合物的溫度為T°C，在T-20°C或更低的溫度下儲 存粒料母料，并且在通向擠出機之前，將粒料母料加熱至T-10°C或更高的溫度，即，如在第 一方面優選的。總的來說，并且作為一個實例，當初始聚合物保留來自較早的處理步驟的熱 量時，在初始聚合物和母料之間可存在溫差。相反，通常在環境溫度下儲存粒料母料，用于 合適的進料容器或倉庫。
[0020] 在本發明中，聚合物溫度為T°C。本文使用的該溫度在與母料混合之前立即測量， 或者當在擠出機之前聚合物不與母料混合時，在將聚合物進料至擠出機之前立即測量。
[0021] 優選，在低于聚合物的溫度30°C或更多（T-30°C或更低），例如低40°C或更多 (T-40°C或更低）的溫度下儲存母料。
[0022] 當母料在低于30°C，尤其是低于20°C，例如在_40°C至30°C或_40°C至20°C范圍 的溫度下儲存時，本發明（第一和第二方面）特別有用。
[0023] 聚合物溫度（T°C )可通常為至少30°C，例如至少40°C。
[0024] 聚合物可通常在20°C至70°C，例如30°C至70°C，或甚至40°C至70°C的溫度 (rc)。
[0025] 本文使用的"間接熱交換"指從一種材料（在這種情況下，加熱流體）向另一種材 料（在這種情況下，母料）傳熱的過程，兩種材料本身沒有物理接觸。通常通過物理屏障 (例如板或壁）發生傳熱，物理屏障保持材料物理分隔，但是允許在它們之間傳熱。金屬（例 如不銹鋼）適用于此。使用加熱流體（例如空氣或水）提供熱量，其在換熱器的一側上循 環，而在另一側上通過屏障向材料傳熱。
[0026] 適用于促進在固體（例如粒料母料）和加熱流體（例如空氣或水）之間間 接熱交換的換熱器為公知的。用于本發明的合適的換熱器為大體積固體換熱器，例如 CoperionWaeschle BULK-X-CHANGE?或Solex大體積換熱器。
[0027] 在本發明的方法中，使用直接或間接加熱，可在擠出機之前混合聚合物和母料，并 且加熱混合物。（在該實施方案中，母料可與所有或僅一部分通向擠出機的聚合物混合）。 在這樣的情況下，通常期望將混合物加熱至30°C至70°C的溫度并且通向擠出機，但是可使 用較高的溫度。
[0028] 然而，最優選在與聚合物混合之前加熱母料，尤其是當使用間接加熱時。具體地， 母料的體積顯著小于初始聚合物的體積，因此，對于間接加熱，需要小得多的換熱器和更小 的加熱流體流。當單獨加熱時，可通常將母料加熱至30°C至70°C的溫度，但是可使用較高 的溫度。
[0029] 還值得注意的是，一旦安裝本發明的母料加熱系統，在混配擠出機之前，可使用該 系統來預熱聚合物，即使在未將母料加入到聚合物時。
[0030] 對應將母料加熱至的溫度的上限沒有特別的限制，只是不應加熱得太高使其在混 合之前熔融。為了避免疑惑，可將母料加熱至超過溫度T°C(單獨地或在與聚合物混合之 后，在后一種情況下，也加熱聚合物本身）。（應注意到，在混合/擠出之前，還可單獨加熱 初始聚合物，但是當其已經在超過環境的溫度下時，這么做的優勢減少）。
[0031] 在本發明的第一和第二方面的特別有利的實施方案中，通過使用來自下游造粒步 驟的水實現加熱。具體地，在混配后，可在造粒系統中將混配的聚合物（包含聚合物和母料 添加劑）造粒。
[0032] 在一個實例中，如果蒸氣加熱造粒系統的模板，冷凝的蒸氣（下文中稱為"冷凝物 水"）可用作母料的熱源。
[0033] 作為一個備選，并且在一個優選的實施方案中，如果在擠出后造粒系統使用水來 冷卻和/或輸送粒料，則可使用該水。這樣的系統的實例包括水下造粒系統和水環造粒系 統。在水下造粒系統中，混配的聚合物在水下（即，模面在水下）造粒到水流中，水流不僅 冷卻粒料，而且將它們攜帶出擠出機至隨后的處理（包括脫水和干燥）。在水環系統中，模 面不在水下，但是同樣提供水以輸送和冷卻粒料。優選，造粒系統為水下造粒系統。
[0034] 總的來說，將在這樣的系統中的水隨后與冷卻的粒料分離，在粒料水冷卻器中冷 卻，隨后再循環用于再利用。該水在下文中稱為"粒料水"。為了避免疑惑，該術語僅旨在指 示來源而不是其中存在粒料。
[0035] 類似地，為了便于參考，來自下游造粒步驟的水在下文中統稱為"造粒系統水"，以 指示其衍生自下游造粒步驟，而不是指示其具體的來源。因此，上述"粒料水"和"冷凝物 水"為"造粒系統水"的兩個具體實例。
[0036] 在造粒系統水中的熱量可用于采用多種不同的方式對母料提供加熱。
[0037] 例如，并且在一個優選的實施方案中，造粒系統水本身可在換熱器中用作加熱介 質，用于通過間接加熱來加熱母料。合適的換熱器為大體積固體換熱器，例如已經描述的。
[0038] 或者，造粒系統水可與中間流體（例如空氣或水）熱交換，隨后用于加熱母料。例 如，如果造粒系統水品質不適用于大體積固體換熱器，例如由于其中的污染物，可首先熱交 換以加熱中間水流，并且將該加熱的中間水流通向大體積固體換熱器，用于間接加熱母料。
[0039] 作為又一個備選，可將造粒系統水熱交換以加熱中間空氣流，并且該加熱的中間 空氣流用于直接或間接加熱母料。
[0040] 總的來說，取造粒系統水的流并且用作熱源以加熱母料。在使用后（與母料或與 中間流體（如果使用其中的一種）熱交換），隨后將造粒系統水返回至造粒系統。同時，使 用熱交換來冷卻造粒系統水，其具有降低冷卻造粒系統水所需的負載的進一步的優點。
[0041] 在一個最優選的實施方案中，所用的造粒系統水為粒料水。在冷卻前，粒料水通常 在50-80°C的溫度下，因此理想地適用于將母料加熱至所需的溫度。
[0042] 在該實施方案中，造粒系統通常包含循環泵用于粒料水循環，優選用于加熱母料 的粒料水的流取自在粒料水冷卻器的上游，但是在粒料水循環泵的下游的位置。在使用后， 優選將其返回至循環泵的上游。這能夠利用