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CN104608274A - 用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法和装置 - Google Patents

用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法和装置 Download PDF

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CN104608274A CN201410601576.3A CN201410601576A CN104608274A CN 104608274 A CN104608274 A CN 104608274A CN 201410601576 A CN201410601576 A CN 201410601576A CN 104608274 A CN104608274 A CN 104608274A
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Abstract

本发明涉及用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法和装置。在用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体(PAT)的方法和装置中，提供第一聚合物熔体(P1)和第二聚合物熔体(P2)。借助于螺旋式机器(8)，将至少一种添加剂(A)与第一聚合物熔体混合以获得包含添加剂的聚合物熔体(PA)。另外，借助于混合装置(41)将至少一种发泡剂(T)与第二聚合物熔体混合以获得包含发泡剂的聚合物熔体(PT)。包含发泡剂的聚合物熔体被添加到在螺旋式机器(8)中提供的包含添加剂的聚合物熔体(PA)中。借助于螺旋式机器(8)将包含发泡剂的聚合物熔体(PT)与包含添加剂的聚合物熔体(PA)混合以获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体(PAT)。

Description

用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体、特别是聚苯乙烯熔体的方法和装置。
背景技术
从WO 2009/052 898 A1已知用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法。聚合物熔体通过聚合反应器提供并供给到螺旋式机器中。在第一步骤中，在螺旋式机器中将至少一种添加剂并且然后将至少一种发泡剂混入/掺合进聚合物熔体。为此，螺旋式机器具有添加剂进料口和设置在添加剂进料口下游的发泡剂进料口，用于分别混入至少一种添加剂和至少一种发泡剂，发泡剂进料口和添加剂进料口各自与相应的混合区相关联。包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体然后被造粒以形成可膨胀的或膨胀的聚合物颗粒。当混入至少一种添加剂和至少一种发泡剂时，机械能被引入聚合物熔体。这样引入的能量需要借助于螺旋式机器在复杂的过程中从聚合物熔体去除，以确保聚合物熔体的温度保持低于至少一种添加剂的临界分解温度。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，该方法提供了一种生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的简单方式。
根据本发明，该目的通过一种用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法实现，该方法包括以下步骤：提供第一聚合物熔体和第二聚合物熔体；借助于螺旋式机器将至少一种添加剂与第一聚合物熔体混合以获得包含添加剂的聚合物熔体；将至少一种发泡剂与第二聚合物熔体混合以获得包含发泡剂的聚合物熔体；将包含发泡剂的聚合物熔体添加到在螺旋式机器中提供的包含添加剂的聚合物熔体中；和借助于螺旋式机器将包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合以获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体。为了生成包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体，借助于螺旋式机器将至少一种添加剂混入第一聚合物熔体，从而在螺旋式机器中提供包含添加剂的聚合物熔体。至少一种发泡剂在螺旋式机器外部被混入第二聚合物熔体，特别是借助于混合装置，从而在螺旋式机器外部提供包含发泡剂的聚合物熔体。聚合物熔体特别是由相同的聚合物材料组成，尤其由聚苯乙烯组成。包含发泡剂的聚合物熔体然后被添加到在螺旋式机器中提供的包含添加剂的聚合物熔体中。包含发泡剂的聚合物熔体和包含添加剂的聚合物熔体然后借助于螺旋式机器混合，以获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体。在从螺旋式机器排出后,包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体优选地被造粒。
在根据本发明的方法中，混入至少一种添加剂与混入至少一种发泡剂分开进行，由此允许更加容易地调节和监控包含添加剂的聚合物熔体或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度。可以在不必监控至少一种添加剂的临界分解温度的情况下将至少一种发泡剂混入第二聚合物熔体。混入至少一种发泡剂导致第二聚合物熔体的温度和粘性降低，允许容易地将包含发泡剂的聚合物熔体混入包含添加剂的聚合物熔体。较低的粘性尤其减小了掺和所需的机械能输入，由此允许更加容易地将包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度保持在临界分解温度之下。
包含发泡剂的聚合物熔体在被添加到包含添加剂的聚合物熔体中之前优选地被冷却。包含发泡剂的聚合物熔体能够吸收尤其借助于熔体冷却器引入的较高冷却能力/冷量。如果需要的话，借助于在螺旋式机器中进行的冷却过程调节包含添加剂的聚合物熔体或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度。由于包含发泡剂的聚合物熔体在被添加到包含添加剂的聚合物熔体中之前优选被冷却，因此在螺旋式机器中需要较少冷却。
合适的聚合物或聚合物熔体是例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和这些聚合物的混合物。其它合适的聚合物包括基于可再生资源的聚合物，如聚交酯，以及可生物降解的聚合物，例如醋酸纤维素。适于混合到聚合物熔体中的添加剂是例如阻燃剂、细胞调节剂、石墨、炭黑、滑石和/或着色剂。用于混合到聚合物熔体中的合适的发泡剂是烃类例如戊烷(特别是正戊烷或异戊烷)、醇类、二氧化碳、氮或这些化合物的混合物。
根据所选择的聚合物和至少一种发泡剂的类型，依照造粒方法可以生产可膨胀的或已膨胀的聚合物颗粒。可膨胀的聚合物颗粒优选借助于水下造粒方法生产，而已膨胀的聚合物颗粒优选借助于水环造粒方法生产。根据本发明的连续方法允许以高聚合物产量生产可膨胀的和/或已经膨胀的聚合物颗粒。第二聚合物熔体优选借助于聚合反应器提供并且借助于熔体泵供给到混合装置，在该混合装置中第二聚合物熔体与至少一种发泡剂混合。根据本发明的方法还可以进一步改进以具有权利要求10至15所述的特征。
一种方法——其中包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体具有聚合物重量比(比例，配比)aS，第一聚合物熔体的聚合物重量比a1使得a1<0.4·aS，特别是a1<0.3·aS，并且特别是a1<0.2·aS——提供了一种生产聚合物熔体的简单方式。第一聚合物熔体具有第一聚合物重量比a1。相应地，第二聚合物熔体具有第二聚合物重量比a2。当添加聚合物重量比a1和a2时，获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的聚合物重量比aS，其中a1+a2＝aS。比值a2/a1因此为a2/a1>3/2，特别是a2/a1>7/3，并且特别是a2/a1>4。因此，至少一种添加剂以小得多的重量比a1混入，而至少一种发泡剂以较大的重量比a2混入。重量比aS定义了没有至少一种添加剂和没有至少一种发泡剂的整个聚合物熔体。由于至少一种添加剂以较小的重量比例a1混入，比较容易地保持包含添加剂的聚合物熔体的温度低于临界分解温度，特别是需要较小量的冷却。由于较低的粘性，当混入包含发泡剂的聚合物熔体时的机械能输入很低，使得在混入期间仅需要较小量的冷却来保持包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度低于临界分解温度。
一种方法——其中在添加至少一种添加剂(A)之前，第一聚合物熔体具有温度T1，温度T1是使得T1<185℃，特别是T1<175℃，并且特别是T1<165℃——提供了混入至少一种添加剂的简单方式。第一聚合物熔体特别在添加至少一种添加剂之前被冷却。第一聚合物熔体可根据不同的方法提供。在第一方法中，螺旋式机器被装载聚合物颗粒，聚合物颗粒在混入至少一种添加剂之前在熔化区熔化。第一聚合物熔体特别是借助于冷却单元在熔化区冷却。在第二方法中，第一聚合物熔体被从聚合反应器取出并借助于熔体泵输送通过熔体冷却器以便冷却。经冷却的第一聚合物熔体然后被供给到螺旋式机器，在螺旋式机器中其被输送到第一混合区，在该混合区将至少一种添加剂混入第一聚合物熔体中。在第三方法中，所提供的包含发泡剂的聚合物熔体被分成第一部分流和第二部分流。第一部分流借助于设置在第一混合区上游的熔体泵被供给到螺旋式机器，在第一混合区混入至少一种添加剂。在螺旋式机器中，第一部分流优选通过后通风(back venting)被脱去挥发份，允许混入的至少一种发泡剂逸出，从而提供的第一聚合物熔体没有发泡剂。第一聚合物熔体的温度优选通过温度传感器测量和通过控制装置监控。
一种方法——其中在借助于螺旋式机器混入至少一种添加剂之前，形成第一聚合物熔体的第一积聚区——提供了混入至少一种添加剂的简单方式。为了形成第一积聚区，至少一个处理元件轴设置有至少一个积聚部件。该至少一个积聚部件构造成使得其输送方向与螺旋式机器的输送方向相反。这导致第一聚合物熔体在第一积聚区积聚，从而形成熔体密封。所述熔体密封阻止包含添加剂的聚合物熔体的挥发性成分沿上游方向流动。熔体密封特别提供了使包含添加剂的聚合物熔体脱挥发份的简单方式，因为在一通风口的上游形成的第一积聚区确保挥发性成分经由该通风口逸出。至少一种添加剂尤其是选自包括阻燃剂、细胞调节剂、石墨、炭黑、滑石和/或着色剂的组。该至少一种添加剂的临界分解温度TK是使得TK≥240℃，特别是TK≥210℃，并且特别是TK≥180℃。
一种方法——其中在混入至少一种添加剂期间，包含添加剂的聚合物熔体脱去挥发分——提供了一种混入至少一种添加剂的简单方式。在混入期间从包含添加剂的聚合物熔体逸出的挥发性成分经由通风口排出。该通风口优选形成在用于供给至少一种添加剂的进料口的上游。
一种方法——其中在添加包含发泡剂的聚合物熔体之前，包含添加剂的聚合物熔体具有温度T2，温度T2是使得T2<195℃，特别是T2<185℃，并且特别是T2<175℃——提供了一种生产聚合物熔体的简单方式。在混入至少一种添加剂期间，包含添加剂的聚合物熔体的温度不超过临界分解温度。如果需要的话，包含添加剂的聚合物熔体在混入期间冷却，由此防止由在混入期间引入的机械能导致的不期望的温度升高。为了冷却，螺旋式机器特别是在混合区中设置有冷却单元。包含添加剂的聚合物熔体的温度优选通过温度传感器测量和通过控制装置监控。
一种方法——其中在混入至少一种添加剂之后并在添加包含发泡剂的聚合物熔体之前，借助于螺旋式机器形成包含添加剂的聚合物熔体的第二积聚区——提供了将包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合的简单方式。为了防止易挥发的至少一种发泡剂从包含发泡剂的或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体逸出，在螺旋式机器中、在用于包含发泡剂的聚合物熔体的入口的上游形成包含添加剂的聚合物熔体的第二积聚区。为了形成第二积聚区，至少一个处理元件轴具有至少一个积聚部件。该至少一个积聚部件具有与螺旋式机器的输送方向相反的输送方向。这导致包含添加剂的聚合物熔体积聚，致使在第二积聚区中形成熔体密封。该熔体密封确保在包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合期间逸出的发泡剂的量向上游流动，从而经由通风口和/或进料口从螺旋式机器排出。
一种方法——其中当被供给进螺旋式机器中时，包含发泡剂的聚合物熔体具有温度T3，所述温度T3是使得T3<180℃，特别是T3<170℃，并且特别是T3<160℃——提供了将包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合的简单方式。当包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合时，机械能借助于螺旋式机器被引入，这导致温度升高。包含发泡剂的聚合物熔体的温度确保尽管存在该温度升高，包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度也不超过混合区的临界分解温度。在第二混合区，螺旋式机器特别是设置有冷却单元。如果需要的话，冷却单元允许包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体被冷却，从而由机械能输入导致的温度升高保持低于临界分解温度。
一种方法——其中包含发泡剂的聚合物熔体在被供给到螺旋式机器之前特别是借助于熔体冷却器被冷却——提供了生产聚合物熔体的简单方式。冷却包含发泡剂的聚合物熔体确保了当包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合时临界分解温度TK不会被超过。借助于螺旋式机器混合导致机械能被引入包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体，这导致温度升高。冷却包含发泡剂的聚合物熔体确保尽管存在该温度升高，在混合期间和之后包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度不会超过临界分解温度。熔体冷却器允许将较高的冷却能力引入包含发泡剂的聚合物熔体。
在用于将包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体混合的第二混合区中，螺旋式机器特别设置有冷却单元。如果需要的话，冷却单元确保混入期间引入的机械能的至少一部分再次从包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体去除。包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度优选在第二混合区中借助于温度传感器测量和通过控制装置监控。
本发明的另一个目的是提供一种装置，该装置允许以简单方式生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体。
该目的通过用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的装置实现，该装置包括：螺旋式机器，该螺旋式机器包括壳体；在壳体中形成的至少一个壳体孔；布置在壳体孔中的至少一个处理元件轴；通向至少一个壳体孔以用于提供第一聚合物熔体的第一进料口；用于供给至少一种添加剂的第二进料口，该第二进料口相对于输送方向设置在第一进料口的下游并且通向至少一个壳体孔；用于混合至少一种添加剂和第一聚合物熔体以获得包含添加剂的聚合物熔体的第一混合区；用于供给包含发泡剂的聚合物熔体的第三进料口，该第三进料口相对于输送方向设置在第一混合区的下游并且通向至少一个壳体孔；用于混合包含发泡剂的聚合物熔体和包含添加剂的聚合物熔体以获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的第二混合区；以及混合装置，该混合装置通向第三进料口，用于通过将至少一种发泡剂混入第二聚合物熔体来提供包含发泡剂的聚合物熔体。根据本发明的装置的优点对应于上面描述的根据本发明的方法的优点。因此，根据本发明的装置可尤其进一步改进以具有根据本发明的特征。
混合装置经由第三进料口通向螺旋式机器，使得所提供的包含发泡剂的聚合物熔体在第二混合区与包含添加剂的聚合物熔体混合以形成包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体。经由第一进料口提供第一聚合物熔体。根据第一方法，这通过经由第一进料口将聚合物颗粒供给到螺旋式机器实现，聚合物颗粒在熔化区中熔化从而获得第一聚合物熔体。在第二方法中，第一聚合物熔体经由第一进料口提供并通过螺旋式机器输送至第一混合区。第一聚合物熔体例如从聚合反应器取得并借助于熔体泵被输送到第一进料口。优选地，熔体冷却器、特别是静态熔体冷却器设置在熔体泵和第一进料口之间，其允许第一聚合物熔体被冷却。在第三方法中，借助于混合装置提供的包含发泡剂的聚合物熔体被分成第一部分流和第二部分流。借助于熔体泵，第一部分流经由第一进料口被输送进螺旋式机器，该流在螺旋式机器中在通风区脱去挥发分，换句话说，从该流除去至少一种发泡剂。通过使包含发泡剂的聚合物熔体脱挥发分来提供第一聚合物熔体。
经由第二进料口，至少一种添加剂输送进螺旋式机器并且在设置于第二进料口下游的第一混合区中与第一聚合物熔体混合。至少一种添加剂优选借助于供料装置添加。供料装置特别是构造为供料螺旋式机器,尤其是双轴侧卸式装载机。
螺旋式机器优选地构造为同向旋转紧密啮合的多轴螺旋式机器，特别是双轴螺旋式机器。螺旋式机器特别具有至少一个冷却单元以用于冷却第一聚合物熔体和/或包含添加剂的聚合物熔体和/或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体。优选地，螺旋式机器具有至少一个温度传感器以用于测量第一聚合物熔体和/或包含添加剂的聚合物熔体和/或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度。该至少一个温度传感器特别是布置在第一混合区和/或第二混合区。螺旋式机器还具有控制装置，其特别用于监控第一聚合物熔体和/或包含添加剂的聚合物熔体和/或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的温度。
优选地，在螺旋式机器的下游设置有用于冷却包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的熔体冷却器以及用于对冷却的包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体进行造粒的造粒机。另外，优选地在螺旋式机器的下游设置有至少一个熔体泵。该至少一个熔体泵设置在螺旋式机器和熔体冷却器之间和/或在熔体冷却器和造粒机之间。
一种装置——其中至少一个处理元件轴在第二进料口的上游具有用于形成第一聚合物熔体的第一积聚区的至少一个第一积聚部件——提供了混入至少一种添加剂的简单方式。该至少一个第一积聚部件的输送方向与螺旋式机器的输送方向相反。这导致第一聚合物熔体在第一积聚区积聚，从而第一聚合物熔体形成熔体密封。该熔体密封阻止已经从包含添加剂的聚合物熔体逸出的挥发性成分沿上游方向朝第一进料口流动。优选地，螺旋式机器在该至少一个第一积聚部件的下游具有通风口，以允许挥发性成分逸出。
一种装置——其中所述至少一个处理元件轴在第二进料口和第三进料口之间具有用于形成包含添加剂的聚合物熔体的第二积聚区的至少一个第二积聚部件——提供了混合包含发泡剂的聚合物熔体与包含添加剂的聚合物熔体的简单方式。该至少一个第二积聚部件的输送方向与螺旋式机器的输送方向相反。这导致包含添加剂的聚合物熔体在第二积聚区积聚，从而所述聚合物熔体在第三进料口的上游、换句话说在第二进料口和第三进料口之间形成熔体密封。这阻止已经从包含发泡剂的聚合物熔体逸出的发泡剂沿上游方向流动，在该上游方向其可能经由通风口和/或进料口从螺旋式机器逸出。
一种装置——其中在至少一个第一积聚部件和至少一个第二积聚部件之间的壳体中形成有通风口，该通风口特别设置在第二进料口的上游——提供了混入至少一种添加剂的简单方式。在混入至少一种添加剂期间从包含添加剂的聚合物熔体逸出的挥发性成分能够容易地经由通风口逸出。通风特别是借助于后通风过程执行。通风口因此特别设置在第二进料口的上游。
一种装置——其中混合装置包括特别构造为静态熔体冷却器的熔体冷却器；用于将第二聚合物熔体供应到熔体冷却器的聚合物供给管线；和用于供应至少一种发泡剂的发泡剂供给管线，发泡剂供给管线特别通向熔体冷却器——提供了生产包含发泡剂的聚合物熔体的简单方式。第二聚合物熔体经由聚合物供给管线被输送到熔体冷却器。为此，装置优选地具有设置在聚合反应器和熔体冷却器之间以便将第二聚合物熔体从聚合反应器输送进熔体冷却器的熔体泵。发泡剂供给管线用于将至少一种发泡剂供给到第二聚合物熔体。为此，发泡剂供给管线通向聚合物供给管线和/或通向熔体冷却器。熔体冷却器优选构造为静态熔体冷却器并且包括其中设置有静态混合本体的冷却器壳体。为了冷却包含发泡剂的聚合物熔体，冷却器壳体设置有冷却部件。混合装置提供了生产经冷却的包含发泡剂的聚合物熔体的简单方式。熔体冷却器允许将较高的冷量引入包含发泡剂的聚合物熔体。
一种装置——其中用于提供第二聚合物熔体的聚合反应器设置在混合装置的上游，熔体泵特别是布置在聚合反应器和混合装置之间——提供了生产第二聚合物熔体的简单方式。第二聚合物熔体从聚合反应器供给到混合装置。为了供给第二聚合物熔体，熔体泵特别是设置在聚合反应器和混合装置之间以允许在高的熔体压力下将第二聚合物熔体供给到混合装置。这确保了第二聚合物熔体与至少一种发泡剂的充分混合。
附图说明
本发明的其它特征、优点和细节将从随后的数个实施例的描述中显见。在附图中：
图1示出根据第一实施例的用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的装置的示意图；
图2示出螺旋式机器沿图1中的剖面线II-II的剖视图；
图3示出根据第二实施例的用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的装置的示意图；和
图4示出根据第三实施例的用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的装置的示意图。
具体实施方式
下面将参照图1和图2说明本发明的第一示例性实施例。图1示出用于生产聚合物颗粒PG的设备1。设备1包括用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT的装置2，熔体泵4、静态熔体冷却器5、另一熔体泵6和造粒机7沿输送方向3布置在装置2的下游。
装置2包括双轴螺旋式机器8。螺旋式机器8具有壳体9，在壳体9中形成有两个交叠的壳体孔10、10’，当在截面图中观察时它们呈水平数字8的形状。在壳体孔10、10’中，两个处理元件轴11、11’以与相关的旋转轴线12、12’同轴的方式布置。处理元件轴11、11’沿相同的方向旋转并以紧密啮合的方式构造。处理元件轴11、11’借助于电驱动马达13经由安装在壳体9上的减速和分配齿轮箱14被驱动。处理元件轴11、11’具有轴24、24’，轴24、24’设有前后(一个在另一个之后)成对布置的数个处理元件。下文将详细说明这些处理元件。
沿输送方向3观察，螺旋式机器8具有前后布置的入口区15、熔化区16、第一积聚区17、第一混合区18、第二积聚区19、第二混合区20和排放区21。
在入口区15，第一进料口22形成在壳体9中，该进料口22允许经由漏斗状的材料入口23供给聚合物颗粒P。在入口区15，螺旋部件25以非旋转方式设置在轴24、24’上，螺旋部件25沿熔化区16的方向输送聚合物颗粒P。
在熔化区16，轴24、24’设置有使聚合物颗粒P熔化所需的非旋转捏合和/或螺旋部件26。在熔化过程中，在熔化区16的末端生成第一聚合物熔体P1。为了测量第一聚合物熔体P1的温度T1，在熔化区16中的壳体9中设置有第一温度传感器27。螺旋式机器8在熔化区16中还具有第一冷却单元28，冷却单元28构造成壳体9中的冷却通道。
第一积聚区17由非旋转地布置在轴24、24’上的第一积聚部件29形成。第一积聚部件29具有与输送方向3相反的输送方向。这导致第一聚合物熔体P1以形成熔体密封的方式积聚。第一积聚部件29尤其构造为具有与螺旋部件25的螺棱(pitch)相对的螺棱的螺旋部件。
在第一混合区18，在壳体9中形成有第二进料口30，经由该进料口能够将至少一种添加剂A供给进壳体9中。该至少一种添加剂A借助于供料装置供给。供料装置31构造成螺旋式机器。供料装置31优选为双轴侧卸式装载机。这种类型的供料装置31的设计是已知的。供料装置31经由第二进料口30通向壳体孔10、10’内。供料装置31沿供料方向58输送该至少一种添加剂A。轴24、24’在混合区18设置有非旋转捏合和/或螺旋部件32以将该至少一种添加剂A与第一聚合物熔体P1混合。当该至少一种添加剂A被混入/掺合入第一聚合物熔体P1时，获得包含添加剂的聚合物熔体PA。壳体9在混合区18设置有通风口33，其允许在混入期间从包含添加剂的聚合物熔体PA逸出的挥发性成分被排出。包含添加剂的聚合物熔体PA在后通风过程中脱(去)挥发分。为此，通风口33布置在积聚区17或积聚部件29与第二进料口30之间。第二温度传感器34设置在第一混合区18中的壳体9中以便测量包含添加剂的聚合物熔体PA的温度T2。螺旋式机器8在第一混合区18还具有第二冷却单元35。第二冷却单元35以设置在壳体9中的冷却通道的形式构造。
在第二积聚区19，第二积聚部件36非旋转地设置在轴24、24’上。与第一积聚部件29相对应，第二积聚部件36具有与输送方向3相反的输送方向。这导致包含添加剂的聚合物熔体PA积聚，从而在第二积聚区19形成熔体密封。
在第二混合区20，第三进料口37形成在壳体9中，通过该进料口能够将包含发泡剂的聚合物熔体PT供给到壳体9中。第三进料口37在第二混合区20的上游端通入壳体孔10、10’。在第二混合区20，轴24、24’设置有非旋转捏合和/或螺旋部件38。借助于捏合和/或螺旋部件38，包含添加剂的聚合物熔体PA在第二混合区20与包含发泡剂的聚合物熔体PT混合。第三温度传感器40设置在供给管线39中以测量包含发泡剂的聚合物熔体PT的温度T3。供给管线39使混合装置41与第三进料口37连接。第四温度传感器42设置在第二混合区20的壳体中以测量包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT的温度T4。螺旋式机器8在第二混合区20还具有第三冷却单元43。第三冷却单元43以设置在壳体9中的冷却通道的形式构造。
在排放区21，螺旋式机器8具有包括排出口45的喷口板44。排出口45允许从螺旋式机器8排出包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT。
混合装置41用于将至少一种发泡剂T与第二聚合物熔体P2混合。为此，混合装置41具有包括冷却器壳体47的静态熔体冷却器46，在冷却器壳体47中设置有静态混合本体48。冷却器壳体47设置有冷却部件49以便冷却包含发泡剂的聚合物熔体PT。发泡剂供给管线50在熔体冷却器46的上游端通入熔体冷却器46，以用于供给至少一种发泡剂T。另外，聚合物供给管线51在上游端通入熔体冷却器46。该聚合物供给管线用于供给第二聚合物熔体P2。
为了提供第二聚合物熔体P2，装置2具有经由熔体泵53连接到混合装置41的聚合反应器52。
装置2——严格地说是螺旋式机器8——与熔体泵4和静态熔体冷却器5连接以便使包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT成小球形(即造粒)。与熔体冷却器46相对应，静态熔体冷却器5具有包括静态混合本体55和冷却部件56的冷却器壳体54。经冷却的包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT可借助于熔体泵6被输送到造粒机7。造粒机7例如构造为水下造粒机或水环造粒机。造粒机7用于制造可膨胀的或已经膨胀的聚合物颗粒PG。
控制装置57设置用于控制设备1或装置2。控制装置57尤其与螺旋式机器8和相关的温度传感器27、34和42以及混合装置41和温度传感器40信号连接。
设备1、严格地说装置2的功能如下：
第一聚合物熔体P1通过螺旋式机器8提供，而第二聚合物熔体P2通过聚合反应器52提供。聚合物熔体P1和P2尤其是包含聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚交酯、乙酸纤维素或这些聚合物的混合物的熔体。聚合物熔体P1和P2由相同的聚合物制成或由不同的聚合物制成。
为了提供第一聚合物熔体P1，例如借助于传统的计量装置经由第一进料口22将不可膨胀的或已经膨胀的聚合物颗粒P供给到螺旋式机器8中。借助于螺旋式机器8，聚合物颗粒P从入口区15被输送到熔化区16，在熔化区熔化以形成第一聚合物熔体P1。第一聚合物熔体P1的温度T1借助于温度传感器27测量并通过控制装置57监控。如果聚合物熔体P1的温度T1由于熔化过程中由螺旋式机器8引入的机械能而达到不希望的过大的值，则控制装置57致动冷却单元28。冷却单元28将聚合物熔体P1的温度T1限制至一预定值。第一聚合物熔体P1在熔化区16的下游端处、即在添加至少一种添加剂A之前的温度T1为T1<185℃，特别是T1<175℃，并且特别是T1<165℃。聚合物熔体P1在熔化区16的下游端处的熔体压力、严格地说绝对熔体压力p1为p1>5bar，特别是p1>10bar，并且特别是p1>15bar。
在第一积聚区17，第一聚合物熔体P1借助于第一积聚部件29积聚，使得形成熔体密封。被输送进第一混合区18的第一聚合物熔体P1在该处与至少一种添加剂A混合以便获得包含添加剂的聚合物熔体PA。为此，借助于供料装置31经由第二进料口30将该至少一种添加剂A输送到壳体孔10、10’中。该至少一种添加剂A借助于捏合和/或螺旋部件32混入第一聚合物熔体P1。在混入/掺和过程中从包含添加剂的聚合物熔体PA逸出的挥发性成分能够经由后通风口33从第一混合区18逸出。在混入过程中借助于温度传感器34测量包含添加剂的聚合物熔体PA的温度T2。如果需要，控制装置57根据测得的温度T2致动第二冷却单元35。结果，温度T2被限制到一预定值。包含添加剂的聚合物熔体PA的温度T2为T2<195℃，特别是T2<185℃，并且特别是T2<175℃。包含添加剂的聚合物熔体PA在第一混合区18的下游端处的熔体压力或绝对熔体压力p2特别是p2>5bar，特别是p2>10bar，并且特别是p2>15bar。所述至少一种添加剂A特别选自：阻燃剂、细胞调节剂，石墨，炭黑，滑石和着色剂以及加工助剂。第一积聚区17确保挥发性成分不继续沿上游方向流动而是经由通风口33逸出。
包含添加剂的聚合物熔体PA在第二积聚区19借助于第二积聚部件36积聚，使得形成熔体密封。当包含添加剂的聚合物熔体PA与包含发泡剂的聚合物熔体PT混合时，熔体密封阻止挥发性的发泡剂T通过螺旋式机器8沿上游方向流动，在该上游方向其可能经由第二进料口30或通风口33以不期望的方式逸出。
为了提供包含发泡剂的聚合物熔体PT，借助于熔体泵53将第二聚合物熔体P2经由聚合物供给管线51从聚合反应器52输送到混合装置41。当离开聚合反应器52时，第二聚合物熔体P2的温度至多/最高为300℃，特别是最高280℃，并且特别是最高260℃。第二聚合物熔体P2在熔体冷却器46中与至少一种发泡剂T混合。为此，经由发泡剂供给管线50在其下游端将至少一种发泡剂T供给到熔体冷却器46。静态混合本体48将第二聚合物熔体P2与该至少一种发泡剂T混合，同时包含发泡剂的聚合物熔体PT借助于冷却部件49冷却。在从熔体冷却器46排出后，借助于温度传感器40测量聚合物熔体PT的温度T3。控制装置57根据测得的温度T3致动冷却部件49，使得温度T3呈现为预定值。就在供给到螺旋式机器8之前或者在供给到螺旋式机器8期间，温度T3为T3<180℃，特别是T3<170℃，并且特别是T3<160℃。在供应包含发泡剂的聚合物熔体PT期间的熔体压力或绝对熔体压力p3为p3>1bar，特别是p3>3bar，并且特别是p3>5bar。
所述至少一种发泡剂T选自包括烃例如正戊烷和异戊烷、二氧化碳、氮以及它们的混合物的组。该至少一种发泡剂T以液态和/或气态形式添加。添加该至少一种发泡剂T降低了第二聚合物熔体P2的粘性和温度，这有助于该至少一种发泡剂T在混合装置41中的混入。
包含发泡剂的聚合物熔体PT在第二混合区20的上游端处经由第三进料口37被供给进壳体孔10、10’。借助于捏合和/或螺旋部件38，包含添加剂的聚合物熔体PA与包含发泡剂的聚合物熔体PT混合。在第二积聚区19形成的熔体密封防止在混合过程中从包含发泡剂的聚合物熔体PT逸出的挥发性发泡剂T沿其可能逸出的上游方向流动。借助于温度传感器42测量包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT的温度T4。如果需要，控制装置57根据测得的温度T4致动第三冷却单元43。冷却单元43移除了在混合过程中被引入包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT的机械能的至少一部分，从而第二混合区20中的温度T4被限制到一预定值。温度T4特别是使得T4<240℃，特别是T4<210℃，并且特别是T4<180℃。包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT在第二混合区20的下游端处的熔体压力、严格地说绝对熔体压力p4为p4>25bar，特别是p4>30bar，并且特别是p4>35bar。
聚合物熔体PAT经由排出口45从螺旋式机器8排出。在从螺旋式机器8排出后，聚合物熔体PAT借助于熔体泵4在70至300bar的压力下被输送进静态熔体冷却器5。在熔体冷却器5中，聚合物熔体PAT被冷却，使得在熔体冷却器5的下游经冷却的聚合物熔体PAT的温度低于190℃，尤其是低于180℃，并且尤其是低于170℃。该冷却过程导致聚合物熔体PAT的粘性再次增加，换句话说，由于添加至少一种发泡剂T引起的粘性减小至少部分地被补偿。在从熔体冷却器5排出后，经冷却的聚合物熔体PAT借助于熔体泵6在70至300bar的压力下被输送到造粒机7，其在造粒机7中以通常的方式造粒，从而从聚合物熔体PAT获得聚合物颗粒PG。根据所选择的聚合物熔体P1和P2以及至少一种发泡剂T的类型，取决于造粒方法，可以制造可膨胀的以及膨胀的聚合物颗粒PG。可膨胀的聚合物颗粒PG优选以水下造粒工艺制造，而膨胀的聚合物颗粒PG优选以水环造粒工艺制造。
包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT具有聚合物重量比aS。聚合物重量比aS包括第一聚合物熔体P1的第一聚合物重量比a1和第二聚合物熔体P2的第二聚合物重量比a2，其中aS＝a1+a2。第一聚合物熔体P1的第一聚合物重量比a1为使得a1<0.4·aS，特别是a1<0.3·aS，并且特别是a1<0.2·aS。比值a2/a1因此为a2/a1>3/2，特别是a2/a1>7/3，并且特别是a2/a1>4。因此，第一聚合物熔体P1输送比具有相关的聚合物重量比a2的第二聚合物熔体P2小的聚合物重量比a1。连续地将至少一种添加剂A与第一聚合物熔体P1混合并将由此获得的包含添加剂的聚合物熔体PA与包含发泡剂的聚合物熔体PT混合有助于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT。熔体冷却器46可以构造成具有较小的尺寸，因为仅聚合物重量比a2流经熔体冷却器46。
根据本发明的装置2和根据本发明的方法确保在制造期间包含添加剂的聚合物熔体PA和包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT不超过至少一种添加剂A的临界分解温度TK。所述至少一种添加剂的临界温度TK特别是使得TK≥180℃，特别是TK≥210℃，并且特别是TK≥240℃。根据本发明的装置2还确保高产量。
下面参照图3描述本发明的第二示例性实施例。与第一示例性实施例不同，借助于聚合反应器59提供第一聚合物熔体P1。借助于熔体泵60，第一聚合物熔体P1在70至300bar的压力下被输送到熔体冷却器61中。熔体冷却器61为静态熔体冷却器，因此具有对应于熔体冷却器5和46的包括静态混合本体63的冷却器壳体62。冷却部件64设置用于冷却第一聚合物熔体P1。熔体冷却器61经由聚合物供给管线65通向第一进料口22。由于熔体的供应，可省略熔化过程，因此入口区15延伸至第一积聚区17。温度传感器27和冷却装置28设置在入口区15。替代地，温度传感器27也可设置在聚合物供给管线65中。如果通过熔体冷却器61提供的冷却是足够的，也可省略冷却装置28。离开聚合反应器59后，第一聚合物熔体P1的温度为至多300℃，特别是至多280℃，并且特别是至多260℃。为了冷却，第一聚合物熔体P1借助于熔体泵60在70至300bar的压力下被输送进熔体冷却器61。已经从熔体冷却器61排出后，第一聚合物熔体P1具有温度T1。在熔体冷却器61的下游，熔体压力p1为使得p1>1bar，特别是p1>3bar，并且特别是p1>5bar。替代地，第一聚合物熔体P1和第二聚合物熔体P2也可以从公共聚合反应器52获得。在这种情况下，可使用公共熔体泵60或53分别将第一聚合物熔体P1供给到熔体冷却器61和将第二聚合物熔体P2供给到熔体冷却器46。设备1和装置2的其它结构性和功能性细节在前述实施例的描述中阐述。
下面将参照图4描述本发明的第三示例性实施例。与前面的实施例不同，装置2具有用于将包含发泡剂的聚合物熔体PT供给到第一进料口22的供给管线66，该供给借助于设置在供给管线66中的熔体泵67完成。供给管线66从熔体冷却器46或供给管线37延伸到其通向的第一进料口22。由于熔体的供应，可以省略熔化过程和熔化区，因此入口区15延伸至第一积聚区17。为了提供第一聚合物熔体P1，在壳体9的入口区15中形成有通风口68。由于包含发泡剂的聚合物熔体PT中的至少一种发泡剂T是挥发性的，其从包含发泡剂的聚合物熔体PT逸出并经由通风口68排出。该排气过程优选为后通风过程。通风口68因此在第一进料口22的上游在壳体9中形成。在入口区15的下游端，至少一种发泡剂T已经完全逸出，从而提供第一聚合物熔体P1。当通过熔体冷却器46提供的冷却是足够的时，也可省略冷却单元28。包含发泡剂的聚合物熔体PT因此被分成两股部分流。第一股较小的部分流经由第一进料口22输送并且在螺旋式机器8中脱挥发分以便获得第一聚合物熔体P1。与前面的实施例相对应，第二部分流经由第三进料口37被输送进螺旋式机器8，在螺旋式机器8中与包含添加剂的聚合物熔体PA混合。脱挥发分的另一效果是熔体温度下降，使得第一聚合物熔体P1具有温度T1。设备1和装置2的其它结构性和功能性细节在前述实施例的描述中阐述。
根据本发明的装置2和根据本发明的方法在一阶段设计(one-stagedesign)中构造。由于一阶段设计，仅需要一个螺旋式机器8混入至少一种添加剂A和至少一种发泡剂T。由于在将包含添加剂的聚合物熔体PA与包含发泡剂的聚合物熔体PT混合之前单独地将至少一种添加剂A和至少一种发泡剂分别混入聚合物熔体P1和P2中，因此能够以简单和灵活的方式生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT，同时确保高产量。包含添加剂的聚合物熔体PA或包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体PAT不超过至少一种添加剂A的分解温度TK。根据本发明的装置2和根据本发明的方法的另一优点在于，优化了生产聚合物熔体PAT所需的机械能输入，由此允许优化所需的冷却过程以及防止超过临界分解温度TK。

Claims (19)

1.一种用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的方法，该方法包括以下步骤：
-提供第一聚合物熔体(P1)和第二聚合物熔体(P2)；
-借助于螺旋式机器(8)将至少一种添加剂(A)与第一聚合物熔体(P1)混合以获得包含添加剂的聚合物熔体(PA)；
-将至少一种发泡剂(T)与第二聚合物熔体(P2)混合以获得包含发泡剂的聚合物熔体(PT)；
-将包含发泡剂的聚合物熔体(PT)添加到在螺旋式机器(8)中提供的包含添加剂的聚合物熔体(PA)中；和
-借助于螺旋式机器(8)将包含发泡剂的聚合物熔体(PT)与包含添加剂的聚合物熔体(PA)混合以获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体(PAT)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体(PAT)具有聚合物重量比aS，第一聚合物熔体(P1)的聚合物重量比a1是使得a1<0.4·aS。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在添加至少一种添加剂(A)之前，第一聚合物熔体(P1)具有温度T1，所述温度T1是使得T1<185℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在借助于螺旋式机器(8)混入至少一种添加剂(A)之前，形成第一聚合物熔体(P1)的第一积聚区(17)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在混入至少一种添加剂(A)期间，包含添加剂的聚合物熔体(PA)被脱去挥发分。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在添加包含发泡剂的聚合物熔体(PT)之前，包含添加剂的聚合物熔体(PA)具有温度T2，所述温度T2是使得T2<195℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在混入至少一种添加剂(A)之后并在添加包含发泡剂的聚合物熔体(PT)之前，借助于螺旋式机器(8)形成包含添加剂的聚合物熔体(PA)的第二积聚区(19)。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当被供给进螺旋式机器(8)中时，包含发泡剂的聚合物熔体(PT)具有温度T3，所述温度T3是使得T3<180℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含发泡剂的聚合物熔体(PT)在被供给进螺旋式机器(8)之前被冷却。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包含发泡剂的聚合物熔体(PT)借助于熔体冷却器(46)被冷却。
11.一种用于生产包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体的装置，该装置包括：
-螺旋式机器(8)，所述螺旋式机器(8)包括：
--壳体(9)；
--形成在壳体(9)中的至少一个壳体孔(10，10’)；
--设置在壳体孔(10，10’)中的至少一个处理元件轴(11，11’)；
--第一进料口(22)，其通向所述至少一个壳体孔(22)以用于提供第一聚合物熔体(P1)；
--用于供给至少一种添加剂(A)的第二进料口(30)，所述第二进料口(30)相对于输送方向(3)设置在第一进料口(22)的下游并且通向所述至少一个壳体孔(10，10’)；
--第一混合区(18)，其用于将至少一种添加剂(A)与第一聚合物熔体(P1)混合以获得包含添加剂的聚合物熔体(PA)；
--用于供给包含发泡剂的聚合物熔体(PT)的第三进料口(37)，所述第三进料口(37)相对于输送方向(3)设置在第一混合区(18)的下游并且通向所述至少一个壳体孔(10，10)；
--第二混合区(20)，其用于将包含发泡剂的聚合物熔体(PT)与包含添加剂的聚合物熔体(PA)混合以获得包含添加剂和发泡剂的聚合物熔体(PAT)；和
-通向第三进料口(37)的混合装置(41)，所述混合装置(41)用于通过将至少一种发泡剂(T)混入第二聚合物熔体(P2)来提供包含发泡剂的聚合物熔体(PT)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理元件轴(11，11’)在第二进料口(30)的上游具有用于形成第一聚合物熔体(P1)的第一积聚区(17)的至少一个第一积聚部件(29)。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理元件轴(11，11’)在第二进料口(22)和第三进料口(30)之间具有用于形成包含添加剂的聚合物熔体(PA)的第二积聚区(19)的至少一个第二积聚部件(36)。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述至少一个第一积聚部件(29)和所述至少一个第二积聚部件(36)之间的壳体(9)中形成有通风口(33)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述通风口(33)设置在第二进料口(30)的上游。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述混合装置(41)包括：
-熔体冷却器(46)；
-用于将第二聚合物熔体(P2)供应到熔体冷却器(46)的聚合物供给管线(51)；和
-用于供应至少一种发泡剂(T)的发泡剂供给管线(50)。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，熔体冷却器(46)构造成发泡剂供给管线(50)通向其中的静态熔体冷却器。
18.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在混合装置(41)的上游设置有用于提供第二聚合物熔体(P2)的聚合反应器(52)。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，在聚合反应器(52)和混合装置(41)之间设置有熔体泵(53)。
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