用于制造均一聚酰胺顆粒的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了用于制造均一聚酰胺顆粒的裝置，包括高壓處理容器、切割器和過程控制器。所述容器可包括壓力控制器和擠出閥門。所述切割器設置在擠出閥門的下游，且配置成切割來自高壓處理容器擠出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺顆粒。所述過程控制器可包括與壓力控制器連接的壓力控制模塊，用于控制壓力控制器；與切割器連接的切割速度模塊，用于控制切割速度；以及與擠出閥門連接的擠出閥門模塊，用于控制擠出閥門。所述裝置構造成以一定產率經擠出閥門擠出聚酰胺聚合物的條狀物，并將所述條狀物以一定切割速度進行切割而制造批量的均一的聚酰胺聚合物。
【專利說明】用于制造均一聚酰胺顆粒的裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及生產聚酰胺聚合物的均一顆粒的裝置。

【背景技術】
[0002]在重復酰胺單元之間具有至少85%的脂族鍵的特定種類脂肪族聚酰胺描述為尼龍聚酰胺。已知這些脂族聚酰胺是自二元羧酸和其它可形成酰胺的二元羧酸的衍生物(如酸酐、酰胺、?；u、半酯和二酯)衍生而來，通常與伯胺或仲胺反應。更具體地，由單體(如二羧酸和二胺)來形成脂族聚酰胺聚合物，已知是由伯二胺或仲二胺(連接到每個氮上至少具有一個氫的二胺)與二羧酸或可形成酰胺的二元羧酸的衍生物的反應來完成的。反應流程的例子如下所示:
[0003]
HOOC-R-COOH + H2N-Rt-NH2 ^
[0004]- [NH-R' -NH-C0-R-C0] -η-+ηΗ20
[0005]其中R和R’表示二價烴基，而η表示重復單元的數量和水分子的數量。
[0006]由各自的基團(R和R’ )中碳原子的數量來命名從每個二酸和二胺的一個分子中衍生的聚合物的“結構單元”。因此，由六亞甲基-1，6-二胺和己二酸的聚酰胺是“尼龍6，6”
(聚己二酰己二胺)。
[0007]成纖聚酰胺可以通過在縮聚反應條件下(一般為180°C至300°C)加熱基本上等摩爾量的二胺和二羧酸或加熱可形成酰胺的二元羧酸衍生物的來制備。該產品具有纖維形成性質，其中可以實現足夠高的分子量。
[0008]一個給定的聚酰胺的特性可以在相當大的范圍內變化，并且可能取決于分子量。在某種程度上，該聚酰胺特性受其末端基團的性質的影響，而這又取決于過量使用了何種反應物，二胺或二羧酸。
[0009]成纖聚酰胺的兩個特征涉及其高熔點和低溶解度。由較簡單類型的胺和酸所衍生而來的成纖聚酰胺幾乎總是不透明的固體，所述不透明的固體可在一個相當確定的溫度下熔化或變成透明的。低于其熔點的形纖聚酰胺，當用X射線檢測時，一般呈現尖銳的X-射線晶體粉末衍射圖、大塊狀態(tài)的晶體結構的明確證據。這些聚酰胺的密度通常在1.0和1.2之間，更具體地，尼龍6，6的密度目前被認為是1.14克/厘米3。
[0010]同其他縮聚產物一樣，聚酰胺一般包括非常近似的結構的獨立單元。這些獨立單元的平均大小、聚合物的平均分子量在一定的限制范圍內受到刻意控制。聚合反應越進一步進行，平均分子量(和特性粘度)就會越高。
[0011]如果完全等摩爾量使用反應物，在可使得揮發(fā)性產物逸出的條件下，長時間持續(xù)聚合和加熱，并且能夠獲得非常高的分子量的聚酰胺。然而，如果過量使用任一反應物，則聚合進行到某一點，然后基本上停止。聚合停止的時間點可能取決于過量使用的二胺或二元酸(或衍生物)的量。
[0012]一種制備聚酰胺的簡便的方法包括:通過在液體中混合約化學等量的二胺和二羧酸來制備鹽，所述液體可選擇為對產物鹽的不良溶劑。如果需要，隨后可通過從合適的溶劑結晶來純化從液體中分離的鹽。這些二胺-二羧酸鹽是結晶狀的，并有確定的熔點。它們可溶于水，并可以方便地從某些醇及醇-水混合物來結晶。
[0013]從二胺-二羧酸鹽制備成纖聚酰胺可以以許多方式來進行。在沒有溶劑或稀釋劑存在的條件下，并在允許去除反應中生成的水的條件下，可將該鹽加熱至反應溫度(180°C至300°C )。在使用它來制造細絲及其它形狀的物體前，可能需要將聚酰胺置于減壓條件下，例如，相當于50至300毫米汞柱(67至400毫巴)的絕對壓力下。這可以在使聚合物固化前，通過排空制備聚酰胺的反應釜來很方便的完成。
[0014]在一般情況下，在上述聚酰胺形成過程中必須要求不添加催化劑。然而，眾所周知某些含磷的材料(例如金屬膦酸鹽和磷酸鹽)起到一定程度的催化作用。使用添加的催化劑有時給制備高分子量的材料賦予了額外的優(yōu)點。
[0015]大多數線性縮聚物、聚酰胺的商業(yè)化制備通常涉及加熱單體起始材料，以引發(fā)漸進的聚合物的縮合。這個過程通常在幾個階段進行，包括通過去除揮發(fā)物來中間形成低分子量、低粘度的聚合物液體。在各種真空度和停留時間和溫度下處理該低分子量、低粘度的聚合物液體以使聚合物能達到所需的最終的分子量和粘度。
[0016]盡管所期望的最終的分子量和粘度一般都可以實現，但在鑄造期間獲得一致的聚合材料的均一性可能會出現問題。因此，發(fā)現和利用多種技術來制造具有改善的均一性的聚合材料，是本領域中的進步。
實用新型內容
[0017]本實用新型涉及用于生產均一聚酰胺顆粒的裝置。在一個實施方式中，用于生產聚酰胺聚合物的均一顆粒的裝置可包括高壓處理容器、切割器和過程控制器。所述高壓處理容器可包括擠出閥門和壓力控制器(如進口閥門、排出閥門、加熱組件或除了在高壓釜中用于調節(jié)壓力的擠出閥門的任何其他裝置)。所述切割器可配置成切割從高壓處理容器擠出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺顆粒。所述過程控制器可包括用于控制壓力控制器的壓力控制模塊、用于控制切割速度的切割速度模塊和用于控制擠出閥門的擠出閥門模塊。所述裝置可構造成以一定的產量通過擠出閥門擠出聚酰胺聚合物的條狀物，并以一定的切割速度切割所述條狀物來成批次地制造制造均一的聚酰胺顆粒。再次，均一性是測量一批顆粒的平均質量，所述一批顆粒具有至少95%的個體顆粒的個體質量為所述平均質量的10%以內。在另一個實施例中，均一性是測量一批顆粒的平均質量，所述一批顆粒具有至少99%的個體顆粒的個體質量為所述平均質量的5%以內。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下結合非限制性的附圖來更好地理解本實用新型，其中:
[0019]圖1A為根據本實用新型的實施例可使用的高壓處理容器的截面圖；
[0020]圖1B為根據本實用新型的實施例可使用的高壓處理容器的截面圖；
[0021]圖2為其中根據本實用新型的實施例可使用的本實用新型的裝置的系統的示意圖。
[0022]圖3為根據本實用新型的一個實施方式的聚酰胺的樣品鑄造的圖。
[0023]圖4為對于通過根據本實用新型的實施例的公開的方法來制造的聚酰胺聚合物的目標切片重量的切片重量和產量比時間的圖。
[0024]圖5為對于通過根據本實用新型的實施例的公開的方法來制造的聚酰胺的目標切片重量的標準化切割速度/閥輸出和AC壓力比時間的圖。
[0025]圖6為對于通過根據本實用新型的實施例的公開的方法來制造的聚酰胺的目標切片重量的切片重量和產量比時間的圖。
[0026]圖7為對于通過根據本實用新型的實施例的公開的方法來制造的聚酰胺聚合物的目標切片重量的標準化切割速度/閥輸出和AC壓力比時間的圖。
[0027]圖8為對于通過根據本實用新型的實施例的對比方法來制造的聚酰胺聚合物的顆粒重量和產量比時間的圖。
[0028]需要注意的是，上述圖僅僅是本實用新型的實施方式的示例性的表示，通過所述圖對本實用新型的范圍不構成任何限定。

【具體實施方式】
[0029]盡管下文的詳細描述包含了很多出于闡明本實用新型的目的的細節(jié)，但是本領域的技術人員會理解下文細節(jié)的很多變化和修改在本實用新型所公開的實施方式的范圍中。
[0030]因此，下文的實施方式不失一般性地說明了本實用新型，并且不對本實用新型帶來限制。在更詳細地描述本實用新型之前，應當理解本實用新型不限于所描述的特定的實施方式，這是由于該實施方式可以變化。還應當理解，這里所使用的術語僅是出于描述特定實施方式的目的，并不旨在限定，這是由于本實用新型的范圍僅由所附的權利要求來限定。除非另有規(guī)定，這里所使用的所有技術術語和科學術語具有與本實用新型所述領域的本領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。
[0031]如在本說明書和所附的權利要求中所使用的單數形式“一個”和“該一個”包括復數對象，除非上下文另有明確的其他規(guī)定。因此，例如“聚酰胺”包括多種聚酰胺。
[0032]在本公開中，“包含”、“含有”和“具有”等可具有根據美國專利法賦予它們的意義并且可意味著“包括”等，并且通常被解釋為開放式的術語。術語“由…組成”是封閉式的術語，并且根據美國專利法的意義僅包括特別列出的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等。當將“基本由…組成”或“基本組成了”等用于本實用新型所包含的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等時，其涉及與這里的公開類似的元件，但是其可包括額外的結構基團、組成組分、方法步驟等。但是，與這里所公開的相應的裝置、化合物、方法等相比而言，這些額外的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等不會實質上影響裝置、化合物、方法等的基礎特征和新穎性特征。在更細節(jié)中，當將“基本由…組成”或“基本組成了 ”等用于本實用新型所包含的裝置、方法、組分、部件、結構、步驟等時，其具有根據美國專利法所賦予的意義并且這些術語是開放性的，只要記載的基本或新穎性特征不被大于所記載的內容改變，其允許大于所記載的內容存在。當使用開放式術語，如“包含”或“包括”時，應理解地是，如清楚地聲明的一樣，也直接支持了用語“基本由…組成”以及用語“由…組成”。
[0033]術語“可聚合組合物”或“可聚合溶液”指的是在根據本實用新型的實施例的攪拌高壓釜內添加的組分，其在特定的溫度和壓力曲線下高壓釜內處理時，形成可被擠出或者被收割而用于進一步的使用的聚酰胺聚合物。
[0034]術語“聚酰胺鹽”是指包括在可聚合組合物(與其他添加物一起)中的鹽，所述可聚合組合物提供了用于形成聚酰胺聚合物的基礎可聚合材料。如果例如聚酰胺聚合物為尼龍6，6，則鹽可由己二酸和己二胺來制備。其他的添加物也可存在于聚酰胺溶液中，或者在反應容器之前引入，或引入到反應容器中。例如，通常將二氧化鈦直接引入到容器中，然而在將可聚合組合物引入到容器之前，引入其他添加物，例如催化劑、熒光增白劑、消泡劑等，盡管不要求這種順序或甚至這些添加物的存在。
[0035]術語“周期”涉及主要由容器內的壓力曲線限定的批量聚合處理的階段。第一周期(周期I)發(fā)生在批次處理的開始，這時壓力正從相對低壓升到相對高壓。第二周期(周期2)發(fā)生在將相對高壓保持一段時間。第三周期(周期3)隨著相對高壓降低到相對低壓時發(fā)生。第四周期(周期4)隨著將相對低壓保持一段時間而發(fā)生。第五周期(周周期5)隨著將制備的聚合物從容器內擠出而發(fā)生。本實用新型使用的術語“第四周期”、“周期4”和“鑄造前周期”可相互替換。
[0036]詞組，例如“適合于提供”、“足以導致”或“足以產生”等在合成技術的上下文中涉及與時間、溫度、溶劑、反應劑濃度等相關的反應條件，可改變反應條件以提供反應產物的有用的數量或反應產物的產量，這是在本領域的實驗人員的普通技能的范圍內的。沒有必要地是，所需要的反應產物為僅是反應產物或者起始材料被完全消耗，所提供的所需要的反應產物可被分離或否則進一步使用。
[0037]應當理解的是，這里可將比例、濃度、量或其他數據以一個范圍的形式來表述。應理解的是，使用這種范圍形式是為了方便和簡潔。并且因此，應當以靈活的方式來解釋以不但包括如范圍的端點明確說明的數據參數，并且如果每個數值和子范圍包括“大約‘X’到大約‘Y’”，則也包括所有的單個數據參數或包含在所述范圍內的子范圍。為了說明，“約0.1%到約5%”的濃度范圍應被解釋為，不但包括清楚地說明的約0.1重量％到約5重量％的濃度，也包括在所說明的范圍內的單個的濃度(例如1%、2%、3%和4%)以及子范圍(例如0.5%、
1.1%、2.2%、3.3%和4.4%)。在一個實施方式中，術語“約”可包括根據數據參數的有效數字的傳統舍入。此外，詞組“約‘X’到‘Y’”包括“約‘X’到約‘Y’”。
[0038]這里所使用的術語“約”，當涉及數據參數或范圍時，其允許在一定數值或范圍中的一定程度的變化，例如在所表述的數值或所表述的范圍的端點的10%以內或在另一方面在5%以內變化。
[0039]另外，在以羅列或馬庫什基團的方式描述本實用新型的特征或方面的地方，本領域的技術人員會理解的是，因此也根據馬庫什基團的要素的任何單個要素或子基團而描述了本實用新型。例如，如果X被描述為選自由溴、氯和碘組成的組，則如同單獨羅列一樣，完全描述了 X為溴的權利要求和X為溴和氯的權利要求。例如，在本實用新型的特征或方面根據這種羅列而描述的地方，本領域的技術人員會理解的是，因此也根據馬庫什基團的要素的任何單個要素或子基團的任意結合而描述了本公開。因此，如果X被描述為選自由溴、氯和碘組成的組，并Y被描述為選自由甲基、乙基和丙基組成的組，則完全描述并支持了 X為溴并且Y為甲基的權利要求。
[0040]如這里所使用，所有的組分含量以重量百分比的形式給出，除非另有聲明。當涉及組分溶液時，百分比指的是包括溶劑(例如水)的組分的重量百分比，除非另有說明。
[0041]如這里所使用，所有的聚合物的分子量(Mw)是重均分子量，除非另有說明。
[0042]在閱讀本公開時，對于本領域的技術人員來說顯而易見的是，這里所描述和說明的每一個單獨的實施方式具有獨立的部件和特征，這些獨立的部件和特征易于與其他幾種實施方式的任何特征分離或結合而不背離本實用新型的范圍或精神。
[0043]通常，用于制造均一聚酰胺顆粒的裝置可包括高壓處理容器、切割器和過程控制器。所述高壓處理容器可包括壓力控制器和擠出閥門。所述切割器可在擠出閥門的下游，且可配置成切割從高壓處理容器擠出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺顆粒。所述過程控制器可包括與壓力控制器連接的用于控制壓力控制器的壓力控制模塊、與切割器連接的用于控制切割速度的切割速度模塊和與擠出閥門連接的用于控制擠出閥門的擠出閥門模塊。所述裝置可構造成通過以一定的產量通過擠出閥門擠出聚酰胺聚合物的條狀物，并以一定的切割速度切割所述條狀物來制造一批均一的聚酰胺顆粒。再次，均一性是測量一批顆粒的平均質量，所述一批顆粒具有至少95%的個體顆粒的個體質量與所述平均質量的差異為10%以內。在另一個實施例中，均一性是測量一批顆粒的平均質量，所述一批顆粒具有至少99%的個體顆粒的個體質量與所述平均質量的差異為5%以內。
[0044]在另一個實施例中，用于生產聚酰胺聚合物的均一顆粒的裝置可包括切割工具，用于以實質與聚酰胺的產量成比例的切割速度來切割擠出的聚酰胺的條狀物以實現聚合物顆粒的均一性；以及調整工具，用于調整一個或多個工藝參數以保持聚酰胺顆粒的均一性。更具體的，所述裝置可包括調整工具，用于響應于可替換的第二工藝參數的改變來調整第一工藝參數以保持聚酰胺顆粒的均一性，所述第一工藝參數選自由切割速度、擠出閥門開度以及容器壓力構成的群組，所述第二參數選自由由切割速度、擠出閥門開度以及容器壓力構成的群組。均一性是測量一批顆粒的平均質量，所述一批顆粒具有至少95%的個體顆粒的個體質量為所述平均質量的10%以內。在另一個實施例中，均一性是測量一批顆粒的平均質量，所述一批顆粒具有至少99%的個體顆粒的個體質量為所述平均質量的5%以內。
[0045]需要注意的是，當討論本實用新型的裝置和方法時，這些討論的每一個都可被考慮應用于每個實施例中，不論其是否在該實施例的上下文中明確地被討論過。因此，例如，在討論關于所述裝置的聚酰胺聚合物時，這些討論也可用于可替換的裝置中，反之亦然。
[0046]現在返回到本實用新型的裝置，一般情況下，可在包含聚酰胺的聚合系統中使用本實用新型制造方法、鑄造方法、裝置等。在一個實施方式中，聚酰胺聚合物可包括，基本由尼龍6，6構成，或由尼龍6，6構成。尼龍6，6可以是純聚合物，或者也可通過任意數量的添加劑而被改性，所述添加劑包括熒光增白劑、染料等。一般地，在本實用新型中涉及的制造方法可包括連續(xù)的方法和批次的方法，除非另有說明。這些方法通常在反應容器中進行，例如高壓釜。在一個實施方式中，制造方法可為批次法。沒有特別的限定，如本實用新型所述，該批次法通常為5周期法。
[0047]具體地參考尼龍6，6，根據本實用新型的實施例的典型的批次生產規(guī)?？蔀榧s100Kg至約3000Kg，且可在批次生產期間，在高壓釜中循環(huán)約100至120分鐘。也可使用在上述范圍以外批次生產規(guī)模和時間，這取決于設備和聚合物的選擇，或在相關【技術領域】的技術人員的知識范圍內的其他考慮因素。一般情況下，聚酰胺的尼龍的可作為鹽加入。在一個實施方式中，尼龍可以是尼龍6，6鹽，且可以約50重量％至95重量％的范圍內的量存在于聚酰胺中。
[0048]在本實用新型的聚酰胺的聚合中可使用多種工藝參數，包括溫度和壓力。在一個實施方式中，溫度可在約190°C至約290°C的范圍內，且某些周期期間的自發(fā)壓力或其他壓力可在約250磅每平方英寸絕對值(psia)至約300磅每平方英寸絕對值(psia)的范圍內。另外，在另一個實施方式中，在某些周期期間，可在小于1torrg的壓力的真空條件下進行加熱。在一些實施例中，當在真空周期時，不進一步加熱聚合物。通常，如本領域的技術人員在考慮本實用新型后會理解的，當聚合物溫度足夠時，可開始真空過程。在一些實施例中，可使用的最低壓力可低至約150torra,例如約200mbara。
[0049]一般情況下，用于生產聚酰胺顆粒的本實用新型的方法可通過高壓釜和擠出/切割過程來實現。在一個實施方式中，所述方法可通過濃縮漿料或從提供至高壓處理容器的聚酰胺鹽(例如尼龍6，6鹽)的水溶液來制備的聚酰胺溶液開始。任選地，可稀釋所述漿料并通過蒸發(fā)步驟來變得更加濃縮。在一個實施方式中，可根據現有技術已知的方法，從單體己二胺和己二酸的水溶液來制備漿料。在另一個具體的實施方式中，當尼龍6，6單體水溶液是己內酰胺水溶液的形式時，所述漿料可含有少量的尼龍6單體。在一個實施例中，高壓處理容器可隨后被加熱至約230°C (或其他功能溫度)使得內部自發(fā)壓力上升?？扇芜x地將消光劑、二氧化鈦(T12)注入高壓釜和作為水性分散體的單體混合物中。
[0050]聚酰胺溶液或稠化漿料混合物可隨后在高壓釜中加熱至約245°C (或某些其他功能溫度)。當在該溫度時，高壓釜的壓力可降低至大氣壓，并通過以已知方式使用真空來進一步降低壓力，以形成聚酰胺組合物。在該溫度和/或壓力下保持含有聚酰胺組合物的所述高壓釜約30分鐘。例如接著該步驟，進一步在高壓釜中將聚酰胺聚合物組合物加熱至約2850C，并且將干燥氮氣引入高壓處理容器，并通過引入干燥氮氣至約4至約5bar的絕對壓力來加壓所述高壓釜。
[0051]本實用新型所述的聚酰胺聚合物也可使用催化劑來制備。在一個實施方式中，聚酰胺中可存在1ppm (重量)至100ppm (重量)范圍內的量的催化劑。另一方面,催化劑可以1ppm (重量)至10ppm (重量)范圍內的量存在。沒有限定，催化劑可包括磷酸、亞磷酸、連二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、這些化合物的鹽以及其混合物。在一個實施方式中，催化劑為次磷酸鈉、次磷酸錳、苯基亞磷酸鈉、苯基磷酸鈉、苯基亞磷酸鉀、苯基磷酸鉀、二苯基亞磷酸己二胺鹽、甲苯基亞磷酸鉀或其混合物。一方面，催化劑可以是次磷酸鈉。
[0052]可通過添加熒光增白劑來改善根據本實用新型的實施方式公開的聚酰胺和聚酰胺組合物的外觀白度。這些聚酰胺可表現永久的白度改進，并且可通過如熱定型的操作來保持該白度改進。在一個實施方式中，聚酰胺中可存在0.01重量％至I重量％的范圍內的量的熒光增白劑。一方面，熒光增白劑可為二氧化鈦。
[0053]此外，可使用抗氧化穩(wěn)定劑、抗菌添加劑等來制備這些聚酰胺聚合物。另外，可使用消泡添加劑來制備聚酰胺聚合物。在一個實施方式中，聚酰胺中可存在Ippm (重量)至500ppm (重量)的范圍內的量的消泡添加劑。
[0054]根據本實用新型的實施方式公開的聚酰胺聚合物是天生酸性可染的，但是也可通過在聚合物中共聚陽離子染料來改性這些聚合物或共聚物，而將其轉化成堿性染色形態(tài)。這些改性使得組合物特別接受用堿性染料的染色。
[0055]現在轉到圖1A和1B，其顯示了兩個示例性的攪拌高壓釜的橫截面示意圖。這些圖不必要按比例繪制，且沒有顯示攪拌高壓釜中通常存在的每個和所有細節(jié)，而是選擇選擇性地顯示了與本實用新型特別相關的特征的示意性表示。因此，在本實施例中，在各自的圖中，攪拌高壓釜10可包括高壓處理容器20和攪拌器或螺旋22。盡管顯示了攪拌器和螺旋，但其不是必要的。所述容器包括容器壁24，其通常為電鍍容器壁，并且設置所述容器壁和/或其他結構以支撐一個或多個類型的加熱組件26a和26b。在本實施例中，26a顯示了外部夾套加熱組件，26b顯示了內部加熱組件。需要注意的是，圖1A中的加熱組件置于相對靠近攪拌器處，這比較典型；而圖1B中的加熱組件置于更靠近容器壁處，這對于非攪拌型高壓釜來說更典型。但是，如所述，加熱元件的位置可通本領域技術人員在考慮本實用新型后來確定。在另一個實施例中，在兩個位置都可存在加熱元件，即靠近容器壁和靠近攪拌器。
[0056]外部夾套加熱組件26a可用于升高容器中含有的可聚合組分或聚合物的溫度，而內部加熱組件26b尤其可用于阻止聚合物變得附著于容器壁和/或攪拌器的內表面。如圖1A所示，除了顯示了內部加熱組件,還存在一對更新棒(refresher bars),其與中心攪拌器或螺旋22—起工作以更新聚合物。攪拌器工作以將聚合物沿著中心部分向上移動，且當攪拌熔化的聚合物時，使用所述一對更新棒通過從側壁表面移除聚合物來更新熔化的聚合物。這種設置可改善系統中的傳熱，并且可以降低由攪拌器引起的渦流的高度。
[0057]需要注意的是，盡管在截面圖上示意性地顯示了內部加熱組件26b，但需要理解的是可使用任何形狀或結構的內部加熱組件。還需要注意的是所述加熱組件可被構造或設置成可攜帶現有技術中的任何流體(包括氣體和/或液體)，用于為高壓釜提供熱量。還顯示了進口閥門28和高壓釜通風孔30，并且所述進口閥門28和高壓釜通風孔30可作為壓力控制器來一起使用或單獨使用(與加熱組件26a和26b —起，其也可控制壓力)。未顯示加壓裝置或壓力源，但是可理解的是當要外加壓力時可存在所述加壓裝置或壓力源?；蛘?，正如本領域可理解的，可通過添加熱量來增加壓力，而通過排空來降低壓力。進一步地，高壓處理容器的底部為閥門開口 32。本圖沒有顯示擠出閥門，但這是高壓釜中制備的聚合物被擠出以用于進一步加工的位置。還需要注意的是，如本領域技術人員可以理解的，不管這些進口、閥門、通風孔等的描述和顯示的位置，與所顯示的相比，可不一樣地使用這些或其他的端口，用于使用者設計的任何目的。
[0058]需要注意的是，提供該在高壓釜中形成聚酰胺聚合物的示例性的高壓處理容器僅用于示例性的目的，正如可使用任意數量的其他的工藝過程、高壓釜和添加劑來生產聚酰胺聚合物。不論聚合物如何在高壓釜中制備，總體上描述的在該方法中的這一點是本實用新型的主要目的，即鑄造來自聚合容器的聚合物。
[0059]如本實用新型所述，本實用新型提供了通過切割擠出的聚酰胺聚合物并調整多種工藝參數來形成聚酰胺聚合物的均一顆粒的裝置和方法。尤其是，本實用新型的裝置允許響應于上述的另外的一種工藝參數的改變來調節(jié)第一工藝參數，所述第一工藝參數包括切割速度、擠出閥門開度和容器壓力。另外，一方面，可響應于第三工藝參數來調整兩個工藝參數。在一個實施方式中，盡管可調節(jié)任何工藝參數或兩個工藝參數，被調節(jié)的工藝參數可以是或者可以包括容器壓力。另一方面，被調節(jié)的工藝參數可以是或可以包括擠出閥門開度。另一方面，被調節(jié)的工藝參數可以是或可以包括切割速度。
[0060]現在轉到圖2，用于制造均一聚酰胺顆粒的裝置可包括容器20，如類似于圖1A和/或圖1B所示的高壓釜，所述容器20包括壓力控制器(其可以是進口管線/閥門28、排出管線/閥門30和/或加熱組件26的形式)。需要注意的是，盡管顯示了外部夾套的加熱組件，但可以替換為或增加內部加熱組件。還顯示了用于將聚合物通過模具板或其他擠出結構擠出的擠出閥門34。所述裝置還可包括切割器36，所述切割器配置成具有適合切割均一的聚酰胺顆粒的切割速度。例如，所述切割器可以是回轉切割器，其配置成當被擠出的聚合物通過它時非常快地切割。所述裝置還可包括過程控制器60，其可包括壓力控制模塊70、切割速度模塊80和擠出閥門模塊90。所述裝置還可包括板38、漿料搜集設備40、漿料管道42和干燥器/旋轉器44。
[0061]在關于所述裝置的過程控制器60的進一步詳細說明中，可使用多種模塊70、80、90來自動地實施自動化裝置的一般功能或工藝步驟。例如，可通過壓力控制單元70來控制進口閥門28、高壓釜通風口 30和加熱組件26，以允許壓力的調節(jié)?？赏ㄟ^切割速度模塊80來控制切割器36?？赏ㄟ^擠出閥門模塊90來控制擠出閥門34?？纱嬖诘钠渌K(未顯示)，包括但不限于攪拌器模塊、干燥器模塊、加熱組件模塊等。所述模塊可同時工作，來以導致均一的聚酰胺顆粒的方式提供自動化系統。
[0062]圖3闡述了說明實施例的圖，在實施例中，這些模塊同時工作實現了根據本實用新型的實施例的卓越的均一性。具體地，圖3說明了根據本實用新型的實施方式的裝置的工藝參數的鑄造圖。具體地，該圖提供了在鑄造期間作為時間的函數的通過單次批次鑄造方法的高壓釜壓力、來自高壓釜的聚酰胺聚合物的產量、線性化的擠出閥圖，以及切割速度。如圖所示，調節(jié)多種工藝參數來在高的切割速度下提供基本恒定的產量，并由此提供保持顆粒均一性的同時還保持高生產速率的自動化方法。
[0063]在圖3的圖表中還需要注意改變了切割速率，且切割速率與產量基本成比例，即當產量上升或下降(如圖表所示)，切割速度同樣分別地上升和下降。由于術語“基本上”涉及產量和切割速度成比例或相對匹配，其可定義為任何匹配度，在該匹配度下，均一的一批顆粒的平均質量，是所述一批顆粒具有至少95%的個體顆粒的個體質量為所述平均質量的10%以內。通過基本匹配切割速度對產量的相對移動，可保持均一性。結果，壓力控制器和擠出閥門的使用保持了產量在合理的范圍，以用于實現有效的切剖面。例如，在通過適合的壓力和線性閥門開度來提供的高產量的有效率的系統中，可將切割速度與產量進行相對匹配。應注意當產量上升時，切割速度也上升。
[0064]返回到圖2，如本實用新型所述，容器20的壓力可以是自發(fā)的，或者可從外部壓力源來生成。另外，可使用熱量、壓力源(未顯示)和/或通風孔30來調節(jié)壓力。擠出閥門34一般控制開度，聚酰胺聚合物自所述開口被擠出。在一些方面，擠出閥門開度可被稱為擠出閥門的線性開度。這里使用的“線性”指的是相當于所述閥門的開口(即開啟區(qū)域)比通過開口擠出的材料的百分比的數學變換。例如，50%的“線性”開度指的是指自100% (100%指的是完全打開閥門時的最大容量)的總量中從開口擠出50%的材料，即使閥門開度(即開啟區(qū)域)可能不是總的可得開度的50%。需要注意的是，當閥門沒有設定接近100%打開時，存在遠遠更多的聚酰胺聚合物的產量的控制。當閥門接近70%或80%開度時，對產量的控制顯著降低。例如，將閥門的開度從40%改變至50%對產量具有相對顯著的效果，而將閥門從80%開到90%對產量具有很小的效果。因此，理想的是保持閥門盡可能在約30%至70%開度的范圍內，并且更典型地在聚合物鑄造過程期間保持在35%至60%的范圍內。為了完成這個目標，可改變壓力和/或切割速度來保持閥門開度在理想的范圍內。盡管描述了這些，但這些并不是嚴格要求的。這只是提供了一種機制，以保持關于擠壓閥的開度的最大的靈活性。
[0065]返回至工藝參數的多種調節(jié)，可響應于其他工藝參數的變化進行所述多種工藝參數的調節(jié)，需要注意工藝參數的調節(jié)可依次或同時進行(或在重疊的時間內依次進行)。在一個實施方式中，可響應于第三工藝參數的變化來調節(jié)一個以上的工藝參數。為了提供實施例來說明為什么這些工藝參數可從改變中獲益，需要注意一旦從高壓處理容器中開始擠出過程，通常其中含有的聚酰胺聚合物還沒有完全結束其聚合過程。因此，聚酰胺聚合物在擠出過程期間會繼續(xù)進一步稠化。已經發(fā)現，在這種條件下不能通過單獨增加壓力來簡單地保持產量以及更重要的顆粒均一性。同樣地，僅僅進一步打開擠出閥門34也不會總是充分地彌補稠化的聚合物。此外，即使通過一起控制這些參數中的兩個，如果不是基于產量的變化來調整切割速度，聚酰胺顆粒的均一性也會受到損害。
[0066]關于所述調節(jié)，本實用新型的裝置允許對產量的更有效的調節(jié)，并且結合切割速度與產量的匹配來提供以前沒有實現過的均一性。具體地，存在兩個影響實際產量的變量:i )擠出閥門開度，開度的提高導致產量的提高，以及ii )高壓釜壓力，高壓釜壓力的提高也導致產量的提高。擠出閥門開度適用于快速校正所測量的產量。但是，使用全部范圍的開度來保持恒定產量通常是非常受限的。此外，當在鑄造期間降低高壓釜壓力時，在高壓釜中可能發(fā)生聚合物的顯著的氣泡。這使得高壓釜壓力不適合作為控制產量的主要手段。為了克服這兩個變量的限制，使用閥門輸出來控制產量。然后，每次閥門開度在限定的目標輸出以上時，就進一步增加高壓釜的壓力。使用多個變量來控制產量比傳統技術要遠遠更有效率。進一步地，本實用新型的實施方式允許切割速度與產量匹配以提供之前沒有實現的顆粒均一性。
[0067]因此，本實用新型的裝置包括使用變化的壓力、變化的閥門開度以及變化的切割速度來控制產率，并因此控制顆粒均一性，以有效的手段來實現均一的顆粒。因此，在一個具體的實施例中，示例性的產量可在2至10噸每小時或5至9噸每小時的范圍內，或更特別地，6至8噸每小時。在擠出期間的示例性的壓力可在O至12巴、I至10巴，或5至10巴的范圍內。示例性的閥門開度水平可在30%至70%的范圍內，或45%至65%的范圍內。使用螺旋切割器或其他類似的旋轉切割器的示例性的切割速度在100至2000RPM的范圍內、400至1800RPM，或600至1500RPM的范圍內。通常，在鑄造期間，將這些工藝參數保持在這些范圍內，并且通過在這些范圍內調整所述參數，可實現聚酰胺顆粒的均一性。盡管陳述了上述這些，也可使用在這些范圍以外的工藝參數，只要可保持如本實用新型所述的顆粒均一性。
[0068]可至少部分地通過擠出閥門34開度來控制產量，可由切割器36控制切割速度，并且可由一個或多個壓力控制器26、28、30來控制壓力來控制產量。盡管可調節(jié)超過一個工藝參數來維持聚酰胺顆粒的均一性，在一個具體的實施方式中，壓力和/或切割速度可允許在線性開度為30%至70%、35至65%或40%至60%的范圍內操作擠出閥門。另外，為了提供理想的效率，在一個實施方式中，在大系統中，產量可至少為5噸/小時，或至少7噸/小時，且調節(jié)工藝參數可維持目標產量在10質量％以內的范圍內變化。
[0069]過程控制器60 —般通過計算機、其他計算設備或其他網絡設備來與切割器36和容器網絡連接。本實用新型的裝置可以是使用多種模塊的自動裝置。在一個實施方式中，響應于切割速度或擠出閥門34的開度的改變，壓力控制模塊70可調整壓力控制器26、28、30。一方面，響應于切割速度和擠出閥門的開度的改變，壓力控制模塊可調整壓力控制器。在另一個實施方式中，響應于壓力或擠出閥門的開度的改變，切割速度模塊80可調整切割器36的切割速度。一方面，響應于壓力和擠出閥門的開度的改變，切割速度模塊可調整切割速度。在另一個實施方式中，響應于切割速度或壓力的改變，擠出閥門模塊可調整擠出閥門。一方面，響應于切割速度和壓力的改變，擠出閥門模塊可調整擠出閥門。同樣地，本實用新型的模塊可經過程控制器同時工作，在鑄造期間，以足以提供一致且均一的聚酰胺顆粒的方式來調節(jié)工藝參數。
[0070]作為進一步的說明，為了有助于確定用于工藝參數(例如壓力、閥門開度，和切割速度)的合適水平的活動，可基于任何數量的技術來預測產量，所述技術包括使用光學評估、使用重量和/或體積評估(在容器中和/或擠出以后)、基于有關被擠出的聚合物周圍的鑄造水的能量傳輸的評估等評估。具體參考能量傳輸技術，這種鑄造方法可包括使用鑄造產量預測或用于在聚酰胺顆粒的生產中調節(jié)工藝參數的動態(tài)值分布。例如，評估鑄造產量可包括測量鑄造水的溫度和流速，如此計算熱傳輸并隨后與鑄造產量關聯。
[0071]作為進一步的說明，為了更具體地強調其實施的獨立性，本說明書中描述的一些功能單元被稱為“模塊”。例如“模塊”可以是作為硬件電路來實施，所述硬件電路包括定制的超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrat1n, VLSI)電路或柵極陣列、例如邏輯芯片的現貨供應的半導體、晶體管或其他離散的元件。模塊還可以在可編程的硬件設備上來實施，所述可編程的硬件設備例如現場可編程柵極陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯器件等。模塊還可在用于通過多種類型的處理器來執(zhí)行的軟件中實施?？蓤?zhí)行代碼的識別的模塊例如可包括一個或多個計算機指令塊，其可被作為對象、程序或功能來組織。然而，識別的模塊的可執(zhí)行代碼不需要物理上在一起，但可包括存儲在不同位置的不同指令，所述不同位置包括模塊，并且當邏輯連接在一起時，實現上述用于模塊的目的。
[0072]事實上，可執(zhí)行代碼的模塊可以是單個指令或很多指令，且甚至可是分布于幾個不同代碼片段上，不同程序間以及跨越幾個內存設備。類似地，在模塊中可在此識別和說明所述操作數據，并且可以任何合適的形式來體現操作數據，以及用合適類型的數據結構來組織所述操作數據?？梢詥蝹€數據集合來收集操作數據，或者可在不同的位置分布操作數據，所述不同的位置包括不同存儲設備。所述模塊可以是消極的或積極的，包括可操作以執(zhí)行所需功能的介質。
[0073]實施例
[0074]實施例1-聚酰胺顆粒#1
[0075]在生產能力為1200kg的尼龍6，6每周期的市售高壓爸中充入己二酸和己二胺的水溶液。將溫度從150°C升至280°C，且按照循環(huán)處理來實施聚合。如圖4所示，控制產量和切割速度來提供均一的切片質量。目標切片質量為23mg/顆粒。顯著地，圖4的圖顯示了切片重量的最大偏差為相對于目標切片重量小于約0.5mgr，得到了整個運行過程期間的約97.8%的均一性。如圖5所示，通過控制切割速度、閥門輸出和高壓釜(autoclave，AC)壓力來實現該均一性。
[0076]實施例2-聚酰胺顆粒#2
[0077]在生產能力為1200kg的尼龍6，6每周期的市售高壓爸中充入己二酸和己二胺的水溶液。將溫度從150°C升至280°C，且按照循環(huán)處理來實施聚合。如圖5所示，控制產量和切割速度來提供均一的切片質量。目標切片質量為28mg/顆粒。顯著地，圖6的圖顯示了切片重量的最大偏差為相對于目標切片重量小于約0.75mgr，得到了整個運行過程期間的約97.3%的均一性。如圖5所示，通過控制切割速度、閥門輸出和高壓釜(autoclave，AC)壓力來實現該均一性。
[0078]實施例3-非均一的聚酰胺顆粒
[0079]通過充入己二酸和己二胺的水溶液來準備高壓釜。將溫度從150°C升至280°C，且按照循環(huán)處理來實施聚合。如圖8所示，與本實用新型相反，使用靜態(tài)切割速度、壓力和閥門輸出來處理顆粒，得到了切片質量作為鑄造時間的函數的正玄曲線。顯著地，當目標切片質量是23mgr/顆粒時，最大的偏差超過5mg，導致小于78%的均一性。
[0080]盡管已經以對于結構特征和/或操作特定的語言描述了本實用新型的主題，但是應理解的是，由所附的權利要求書限定的主題不一定限于上文所描述的特定的特征和操作。而是上文描述的特定的特征和動作被公開為實施權利要求的示例性形式?？蛇M行多個改進和替代性的設置而不偏離所描述的技術的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種用于制造均一的聚酰胺顆粒的裝置，包括: 高壓處理容器，包括: 壓力控制器，以及 擠出閥門； 設置在擠出閥門下游的切割器，適用于切割從高壓處理容器擠出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺顆粒；以及過程控制器，包括: 與壓力控制器連接的壓力控制模塊，用于控制壓力控制器， 與切割器連接的切割速度模塊，用于控制切割速度；以及 與擠出閥門連接的擠出閥門模塊，用于控制擠出閥門， 其中，配置所述裝置來通過以一定產率經擠出閥門擠出聚酰胺聚合物的條狀物，并將所述條狀物以一定切割速度進行切割而制造批量的均一的聚酰胺顆粒。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述容器為非攪拌高壓釜。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述容器為攪拌高壓釜。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述過程控制器通過計算機來網絡連接于所述切割器和所述容器。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壓力控制器包括一個或多個排出閥門、進口閥門或加熱組件。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述過程控制器保持30%至70%的擠出閥門的線性開度。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述聚酰胺聚合物為尼龍6，6。
【文檔編號】B29B9/06GK203973820SQ201420172559
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權日:2013年5月1日
【發(fā)明者】利恩·曼斯特, 唐納德·J·福斯特, 康納利斯·M·馮克, 羅伯特·W·麥克奈爾 申請人:英威達科技公司