專利名稱：用于純化熱塑性聚合物的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及分別根據權利要求1和10的前序部分所述的用于純化熱塑性聚合物的方法及設備。本發明還包括根據權利要求15的前序部分所述的凝聚劑和/或產生聲波的媒介用于純化熱塑性聚合物的使用。
背景技術：
熱塑性聚合物能夠被用于各種應用，例如包裝工業。在此，聚合物通常與填料混合以改進多種的物料性質。例如，具體地在PET(聚對苯二甲酸乙二酯)飲料瓶中加入氧化鈦顏料以實現對可見光的不通透性，因此提高了對光敏感的食物的耐久性，例如牛奶。此外， 通常使用著色顏料以改變瓶子的光學外觀。還經常加入添加劑以影響氣態擴散。填料要在聚合物基體中盡可能精細地且有規則地分散以實現光學均勻的混合并且不會劣化物料機械性質。公知地這是通過使用母料技術和/或表面改性填料來實現的。但是，填料在熱塑性聚合物內的良好分散會導致在這些物料的公知的再循環過程中出現一些問題，因為不能夠將填料從再生材料(recyclate)中充分地移除。為了再循環，在物料已經被使用后通常將物料收集，通過機械和物理的分離方法根據物料種類被分類，隨后被切割為更小的塊(所謂的聚合物片)，并且被清洗。這些聚合物片在再循環過程中作為中間產物，并且通過連續擠出程序被再次轉化成能夠再次成形為任意的產品的聚合物微粒。再生材料中的剩余的著色顏料會劣化其質量和再循環能力，因為僅能夠用其生產出比再生材料的色調更深的產品。另一方面，很多應用要求獲得無色、透明產品。為了抑止這種負面效應，在將填料從聚合物熔體分離的擠出設備和粒化設備中，通常設置有機械過
1 ' O然而，被精細地分散的填料的粒子尺寸已經能夠在聚合物大分子的范圍內，從而通過機械過濾步驟不能或不能充分地將它們從聚合物熔體中移除。DE 4112786 Al和JP 2007/246833A描述了從聚合物溶液中分離填料的方法，然而沒有公開從聚合物熔體中分離填料。US 2010/0249253 Al涉及一種用于再循環疊層玻璃中的聚乙烯縮丁醛的方法，包括化學純化步驟，其中聚乙烯縮丁醛呈現固相。因為這些方法要求制備聚合物溶液或化學處理所以相對復雜且低效。

發明內容
因此本發明的目的是提供一種用于純化熱塑性聚合物的方法及設備，其中分散在聚合物中的填料能夠被有效且廉價地分離，并且能夠通過機械過濾器來實現純化。通過根據權利要求1的方法實現了這一目的。在權利要求2至9中描述了優選實施例。在根據權利要求1的有創造性的方法中，在過濾聚合物熔體的步驟前，將分散的填料至少部分地轉化為凝聚的且可過濾的形態。通過將填料凝聚成團塊，其體積增大(也就是平均粒子直徑增大)。據此，與聚合物大分子的尺寸相比，能夠使經凝聚的填料的粒子尺寸增加至這樣的程度通過機械的過濾步驟能夠將這些填料有效地從聚合物熔體中移除。因此，能夠使用用于從熱塑性聚合物中分離填料的機械過濾系統。因為在過濾工藝前填料的粒子尺寸增加，所以還允許使用具有相對大的過濾器孔的過濾器。據此，因為通過過濾器孔徑的增加而便于且加速了穿過過濾器的聚合物熔體的流動，所以用于純化熱塑性聚合物的方法是有效且廉價的。優選地，通過添加凝聚劑來實現分散的填料向凝聚的且可過濾的形態的轉化。能夠在聚合物熔體的制備前(即，在熱塑性聚合物呈現固態的時間點)就已經實現向熱塑性聚合物添加這種凝聚劑。另外或作為替代，能夠在熱塑性聚合物已經呈現為熔體的時間點添加凝聚劑。通過添加凝聚劑，分散的填料能夠被特別有效地凝聚且轉化成可過濾的形態。 此外，據此能夠實現特別大的凝聚的粒子直徑，因此能夠進一步增加過濾器孔徑。尤其，通過填料與凝聚劑的化學反應實現分散的填料的凝聚。另外或作為替代，能夠實現由凝聚劑引起的填料本身的化學反應，并且/或者通過凝聚劑引起的至少一個物理參數(特別是PH值)的改變實現分散的填料的凝聚。據此，分散的填料的特別有效的凝聚以及熱塑性聚合物的有效的純化成為可能。作為替代或與此結合，通過使用聲波來處理聚合物熔體能夠實現分散的填料向凝聚的且可過濾的形態的轉化。特別的是，為此使用超聲波，優選地在60kHz和1.6GHz之間， 特別優選地在20kHz和IOOkHz之間。通過使用聲波的處理，凝聚特別有效且迅速。特別是與使用凝聚劑相結合，附加的聲波的引入能夠輔助并加速由凝聚劑引起的填料的凝聚過程。本發明特別包括選自包括如下物質的群組的熱塑性聚合物聚酯、聚苯乙烯、聚烯烴、聚酰胺以及聚碳酸酯，優選地聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚乙烯、或者這些聚合物的共聚物。存在于聚合物中的所有混入物均被認為是填料。尤其包括有機和/或無機填料， 選自包括如下物質的群組著色劑(例如顏料，特別是二氧化鈦)、光穩定劑、增強劑(特別是纖維，例如玻璃纖維或聚合物纖維)、阻燃劑、除氧劑或防結塊劑。此外，包括已經用在聚合物生產中的催化劑，例如用于生產聚酯(例如PET)的銻催化劑。將這些填料從再循環的熱塑性聚合物中的定量分離提高了再生材料的質量以及再處理能力。依據于填料的種類，它們尤其以分子分散的形態或粒子形態存在于聚合物基體內。在此，尤其是分子直徑或平均粒子直徑小于1 μ m，優選地小于0. 1 μ m，特別優選地小于 0. 05 μ m0據此，確保了良好的填料的分散，從而能夠實現產品中所需的物料性質。在凝聚后，所凝聚的填料以粒子的形態存在于聚合物熔體內，其中平均粒子尺寸尤其大于5 μ m，優選地大于10 μ m，特別優選地大于100 μ m。據此，通過機械過濾器能夠將所凝聚的填料迅速且有效地從聚合物熔體中分離。另外優選地，通過凝聚將填料的平均粒子直徑至少增加5倍，優選為10倍，特別優選為100倍。通過這樣的設計，由于能夠調節所凝聚的粒子的尺寸或分散的填料對所凝聚的填料的比例從而能夠實現特別有效的分離或方法步驟，因此通過過濾步驟能夠實現特別有效的熱塑性聚合物的純化。根據權利要求10的設備還實現了上述目的。權利要求11至14中描述了優選實施例。根據權利要求10的有創造性的設備包括用于產生聲波(特別是超聲波)的構件。 據此，聲波被施加到設備中的聚合物熔體，而引起分散在聚合物熔體中的填料的有效且迅速的凝聚。由于轉化至凝聚的形態，所以通過機械的過濾系統能夠將填料從聚合物中分離。 還允許使用具有相對大的過濾器孔的過濾器。據此，因為通過過濾器孔徑的增加而便于且加速了穿過過濾器的聚合物熔體的流動，所以設備中的熱塑性聚合物的純化是有效的且廉價的。尤其地，設備中用于制備聚合物熔體的構件是用于連續地產生并傳輸聚合物熔體的螺桿式捏合擠出設備，其中用于產生聲波的構件布置為對螺桿式捏合擠出設備中的聚合物熔體施加聲波，并且用于產生聲波的構件相對于過濾構件布置為位于聚合物熔體的傳輸方向的上游。通過設備的這種實施例，能夠向聚合物有效地施以聲波，允許了分散的填料的迅速且有效的凝聚。尤其地，用于產生聲波的構件是超聲波裝置，其具有16kHz和1. 6GHz之間的頻率， 特別優選地在20kHz和IOOkHz之間。通過這種頻率的聲波的應用，分散的填料能夠在聚合物熔體中特別迅速且有效地凝聚。優選地，設備包括用于凝聚劑的供給構件，供給構件相對于過濾構件并且也優選地相對于用于產生聲波的構件布置為位于聚合物熔體的傳輸方向的上游。通過由供給構件添加凝聚劑以及隨后向聚合物熔體施加聲波的結合，使分散的填料的凝聚特別有效且迅速。在另一個優選實施例中，設備的過濾構件包括一個或幾個微孔塞網，其篩眼尺寸在IOym至IOOym的范圍內，優選地在20 μ m至50 μ m的范圍內；以及/或者一個或幾個粒子過濾器，其篩眼尺寸在100 μ m至1000 μ m的范圍內，優選地在200 μ m至500 μ m的范圍內。據此，能夠將所凝聚的填料有效地分離，而無需過濾構件對純化熱塑性聚合物的有效程序過程的妥協。本發明還包括凝聚劑和/或產生聲波的構件用于純化熱塑性聚合物的使用，所述熱塑性聚合物包括至少一種分散的填料，其中凝聚劑和/或產生聲波的構件的使用的特征在于，將分散的填料至少部分地轉化為凝聚的形態并隨后濾出。


以下通過參考圖1中所示的實施例將進一步描述本發明及其優勢。圖1示出了用以實現根據本發明的方法的根據本發明的設備的剖視示意圖。
具體實施例方式根據圖1，設備1包括用于添加熱塑性聚合物4的入口設備3以及用于制備聚合物熔體6的構件2，在此設備1為螺桿式捏合擠出設備。設備1還包括傳輸設備5，其用于在朝著出口單元8的方向上傳輸聚合物熔體6 ；供給構件16，其用于添加凝聚劑18 ；用于產生聲波14的構件12 ；以及過濾構件10。入口設備3、供給構件16、聲波14區域、過濾構件 10、以及出口單元8在關于聚合物熔體6的流動方向的下游方向上依次地布置在構件2內或構件2處。
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通過根據圖1的設備，能夠如下實現根據本發明的方法熱塑性聚合物4(在此為具有瓶子物料的不同的著色顏料(重量濃度為0. 1%)的 PET片)經由入口設備3被引入到設備1。著色顏料具有大約為25nm至0. 1 μ m的平均粒子直徑。在傳輸構件5上，固體聚合物4在構件2內通過機械剪切力和經由加熱單元(未示出)提供的熱能被加熱至大約^KTC,被轉化成聚合物熔體6并在朝著出口單元8的方向上被傳輸。隨后，通過供給構件16將凝聚劑18引入到流動著的聚合物熔體6中，使得在聚合物熔體6中的分散的填料開始凝聚。本領域中已知用于凝聚著色顏料的適合的凝聚劑并且在此不做詳細說明。隨后，經由構件12被引入到構件2的頻率為45kHz的超聲波14被施加到聚合物熔體6和所引入的凝聚劑18上。據此，進一步強化或加速了填料凝聚的形成， 從而在聚合物熔體20中形成了具有大約500 μ m的平均粒子直徑的凝聚的填料粒子。隨后它們經由過濾構件10從聚合物熔體20中濾出，在此過濾構件10是孔徑為250 μ m的公知的粒子過濾器。純化后的聚合物熔體9從出口設備8排出并且幾乎不再包含著色顏料(濃度小于lppm)。依據粒化，可選地在進一步的處理步驟(例如提高固有粘度)以后，純化后的聚合物物料能夠被再次處理為無色透明的PET瓶子。上述填料的平均粒子尺寸是指在固相聚合物基體中的填料或填料凝聚物的粒子直徑的平均值。在此借助于透射電子顯微鏡(TEM)經由光學分析來判定粒子直徑的平均值。經由熱分析來判定在PET片中的和純化后的聚合物物料中的填料的濃度。
權利要求
1.一種純化熱塑性聚合物的方法，所述熱塑性聚合物(4)包括至少一種分散的填料，所述方法包括由所述熱塑性聚合物(4)制備聚合物熔體(6)的步驟(a)，以及過濾所述聚合物熔體(6)的步驟(b)，其特征在于，在所述步驟(b)前將所述分散的填料至少部分地轉化為凝聚的且可過濾的形態。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過將凝聚劑(18)添加至所述熱塑性聚合物(4)和/或聚合物熔體(6)來實現所述分散的填料向凝聚的且可過濾的形態的轉化。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，通過所述填料與所述凝聚劑(18)的化學反應和/或通過由所述凝聚劑(18)引起的所述填料本身的化學反應來實現所述分散的填料的凝聚，并且/或者通過由所述凝聚劑(18)引起的至少一個物理參數的改變來實現所述分散的填料的凝聚，所述物理參數特別為PH值。
4.根據權利要求1至3所述的方法，其特征在于，通過由聲波處理所述聚合物熔體(6) 來實現所述分散的填料向凝聚的且可過濾的形態的轉化，所述聲波優選地為在16kHz和 1. 6GHz之間的超聲波，特別優選地為20kHz和IOOkHz之間的超聲波。
5.根據權利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述熱塑性聚合物選自包括如下物質的群組聚酯、聚苯乙烯、聚烯烴、聚酰胺或者聚碳酸酯，優選地聚對苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚乙烯、或者這些聚合物的共聚物。
6.根據權利要求1至5所述的方法，其特征在于，所述填料為有機和/或無機填料，選自包括如下物質的群組著色劑，例如顏料，特別是二氧化鈦；光穩定劑；增強劑，特別是纖維，例如玻璃纖維或聚合物纖維；阻燃劑；用于制備所述熱塑性聚合物的催化劑；除氧劑； 或者防結塊劑。
7.根據權利要求1至6所述的方法，其特征在于，所述分散的填料呈現分子分散的形態或粒子形態，其中平均粒子直徑小于ι μ m,優選地小于0. 1 μ m，特別優選地小于0. 05 μ m。
8.根據權利要求1至7所述的方法，其特征在于，凝聚的且可過濾的所述填料呈現粒子形態，其中平均粒子直徑大于5 μ m，優選地大于10 μ m，特別優選地大于100 μ m。
9.根據權利要求1至8所述的方法，其特征在于，通過凝聚使所述填料的平均粒子直徑至少增加5倍，優選為10倍，特別優選為100倍。
10.一種用于純化熱塑性聚合物(4)的設備(1)，所述熱塑性聚合物(4)包括至少一種分散的填料，所述設備(1)包括用于由所述熱塑性聚合物(4)制備聚合物熔體(6)的構件 (2)以及過濾構件(10)，其特征在于所述設備(1)還包括用于產生聲波(14)優選為超聲波的構件(12)。
11.根據權利要求10所述的設備(1)，其特征在于，所述用于由所述熱塑性聚合物(4) 制備聚合物熔體(6)的構件O)為螺桿式捏合擠出設備，用于連續地產生并傳輸所述聚合物熔體(6)；所述用于產生聲波(14)的構件(1 被布置為對所述螺桿式捏合擠出設備中的所述聚合物熔體(6)施加所述聲波(14)，并且所述用于產生聲波(14)的構件(12)相對于所述過濾構件(10)布置為位于所述聚合物熔體(6)的傳輸方向的上游。
12.根據權利要求10或11所述的設備(1)，其特征在于，所述用于產生聲波(14)的構件(12)是頻率為16kHz和1. 6GHz之間的超聲波裝置，特別優選地是頻率為20kHz和IOOkHz 之間的超聲波裝置。
13.根據權利要求10至12所述的設備(1)，其特征在于，所述設備(1)包括用于凝聚劑(18)的供給構件(16)，所述供給構件(16)相對于所述過濾構件(10)并且也優選地相對于所述用于產生聲波(14)的構件(12)布置為位于所述聚合物熔體的傳輸方向的上游。
14.根據權利要求10至13所述的設備(1)，其特征在于，所述過濾構件(10)包括一個或幾個微孔篩網，其篩眼尺寸在10 μ m至100 μ m的范圍內，優選地在20 μ m至50 μ m的范圍內，并且/或者包括一個或幾個粒子過濾器，其篩眼尺寸在100 μ m至1000 μ m的范圍內， 優選地在200 μ m至500 μ m的范圍內。
15.凝聚劑(18)和/或產生聲波(14)的構件(12)用于純化熱塑性聚合物(4)的使用， 所述熱塑性聚合物(4)包括至少一種分散的填料，其特征在于，通過使用所述凝聚劑(18) 和/或所述產生聲波(14)的構件(12)，將所述分散的填料至少部分地轉化為凝聚的形態并且隨后濾出。
全文摘要
本發明涉及一種用于純化熱塑性聚合物的方法，所述熱塑性聚合物包括至少一種分散的填料，所述方法包括由所述熱塑性聚合物制備聚合物熔體的步驟(a)，以及過濾所述聚合物熔體的步驟(b)，其特征在于，在所述步驟(b)前將所述分散的填料至少部分地轉化為凝聚的且可過濾的形態。本發明還涉及一種用于純化熱塑性聚合物的設備，所述設備包括用于由所述熱塑性聚合物制備聚合物熔體的構件以及過濾構件，其特征在于所述設備還包括用于產生聲波優選為超聲波的構件。
文檔編號C08J11/06GK102558602SQ201110343250
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月25日 優先權日2010年10月26日
發明者托馬斯·弗里德倫德爾 申請人:克朗斯股份公司