JP5334977B2 - ベント式押出し機における駆動装置の配置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、ポリマ材料をガス抜きするためのベント式押出し機（Entgasungsextruder）であって、少なくとも１つの駆動装置と、少なくとも１つの押出し機シリンダと、回転可能に駆動される、該押出し機シリンダ内に支承された回転式の少なくとも１つの押出し機スクリュと、少なくとも１つの第１の材料装入部と、少なくとも１つの押出し物取出し部と、少なくとも１つのガス抜きゾーンと、少なくとも１つのガス流出部とが設けられている形式のものに関する。

重合プロセスにおいて、重合はしばしば溶剤中で実施される。この場合、溶剤は第１にはモノマ溶液自体であり、または不活性溶剤であってもよい。用語を簡単にするために、「溶剤」という概念は、「モノマ」をも包含するものとする。ポリマを得るためには、残留モノマまたは溶剤が、たとえば蒸発によって分離除去されなければならない。このようなガス抜きは通常、ベント式押出し機において行われる。

従来技術
公知のベント式押出し機は通常、ガス抜きしたい材料流が押出し機スクリュの駆動装置側で供給され、ガス抜きされた押出し物がスクリュ先端部に向かって搬送されるように形成されている。この場合、押出し機内での増圧後に、材料装入部の下流側において材料の放圧が行われる。この放圧時には、ガス抜きが、大気圧において、または真空の補助下に行われる。

冒頭で述べた形式の単軸スクリュ型のベント式押出し機は、たとえば欧州特許出願公開第０４９０３５９号明細書に記載されている。同欧州特許出願公開明細書に記載されたベント式押出し機は、押出し機シリンダを形成する押出し機ハウジングと、押出し機シリンダ内に回転可能に支承された押出し機スクリュとを有している。流入ホッパとして形成された材料装入部は、汎用されているように、駆動装置側で押出し機ハウジングに設けられている。ガス抜きは、材料装入部の下流側で行われる。押出し機スクリュは、ガス抜きゾーンにおいて、著しく減じられた螺条数を有しているので、自体公知の形式で、押出し物膨張のための付加的なスペースが提供されている。ガス抜きゾーンの背後でかつ押出し物取出し部の直前で、押出し機スクリュは、高められた螺条数の範囲を有している。この範囲は、流出開口の範囲で圧力上昇を生ぜしめる。

上記欧州特許出願公開第０４９０３５９号明細書に記載の押出し機は、食品用包装物を製造する目的でポリスチロールをガス抜きするために働く。食品用包装物は、残留モノマのための特定の限界値を上回ってはならない。この押出し機に装入された材料は比較的に高粘稠性である。

しかし、この公知の押出し機は、重合プロセスで使用するためにはあまり適していない。既に冒頭で述べたように、重合は、しばしば溶剤中で実施される。押出し機に供給された材料は低粘稠性であるので、分離除去されたモノマおよび／または溶剤に対する、スクリュ駆動装置のシールが相応して設計されていなければならない。このためには、手間をかけて構成された滑りリングパッキンが存在している。ガス抜き中に軸シール部とポリマシロップの供給箇所との間の範囲に到達したポリマは、当該ポリマがスクリュコアに付着すると、この範囲から緩慢にしか引き離されない。スクリュ駆動装置のシール部と材料装入部との間の範囲におけるポリマの長い滞留時間は、高い温度においてポリマの分解を招く。ポリマ主流に再び流入した、分解されたポリマ残分は、製品の品質を損なってしまう。

変速機に対するシールの問題を解決するためには、滑りリングパッキンの他に、変速機の手前の空間を不活性ガスで掃気することも提案されている。このような実施形態は、たとえば、特願２００３−３４８３００号公報に記載されている。しかし、この解決手段の提案には、大きなモノマ流および／または大きな溶剤流の場合に、高い不活性ガス流が必要となるという欠点がある。これによって、この実施形態は、高い運転コストおよび高い投資コストを招く。なぜならば、不活性ガスが、モノマガスおよび／または溶剤ガス中で、これらのガスの凝縮時の熱伝達を減少させるからである。これによって、大きな熱交換面が必要とされる。

モノマおよび／または溶剤蒸気に対して変速機をシールするための別の手段は、ガス抜き部と変速機との間の範囲への溶融液戻し案内である。このような実施形態は、ドイツ連邦共和国特許第４０１７７２４号明細書に記載されている。ガス抜きされたポリマ流の部分流が、押出し機シリンダの外部または押出し機シリンダ内で押出し機の大きな長さにわたって、駆動装置とガス抜き開口との間の範囲へ案内されて、そこでスクリュに供給される。スクリュは、この範囲においてこの部分流を再び下流側へ搬送する。これによって、駆動装置は、溶融液によって、低粘稠性の蒸気から分離される。この実施形態において不都合となるのは、ガス抜きされた部分流が、かなり長い区間にわたって、押出し機の他方の端部へ案内されることである。一度ガス抜きされた製品は、次いで再び押出スペース全体を通って、取出し部へと戻し案内される。ポリマのこのような多重負荷はたいてい、かなり長い熱負荷による製品の視覚的な性質の悪化を招く。

課題
したがって、本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式のベント式押出し機を改良して、上記欠点が改善されているような押出し機を提供することである。

解決手段
上記課題を解決するために、本発明の構成では、ポリマ材料をガス抜きするためのベント式押出し機であって、少なくとも１つの駆動装置と、少なくとも１つの押出し機シリンダと、回転可能に駆動される、該押出し機シリンダ内に支承された少なくとも１つの押出し機スクリュと、少なくとも１つの第１の材料装入部と、少なくとも１つの押出し物取出し部と、少なくとも１つのガス抜きゾーンと、少なくとも１つのガス流出部とが設けられている形式のものにおいて、駆動装置が、押出し機スクリュの、ポリマの搬送方向に関して下流側に設置された端部の範囲に設けられているようにした。

この構成は、モノマおよび溶剤に比べて高い粘度を有するポリマ材料に対してのみ駆動装置をシールすることが可能になるという利点を有している。さらに、駆動装置のシール部は、使用された溶剤に対して耐性を有していなくても済むようになる。

さらに本発明を要約すれば、次のように云うことができる。すなわち、本発明によれば、押出し機スクリュの駆動装置が、ポリマ材料しか存在しない範囲に設けられているので、シール部の、相応して一層単純な構成が可能になる。したがって、本発明は、押出し機の、ポリマが既に十分にガス抜きされている箇所では、押出し機内の引きずり流により増圧が最大になると予想されるにもかかわらず、駆動装置の位置をこの箇所へと置き換えるための手段を呈示するものである。

特に有利な変化形では、押出し機スクリュが、この押出し機スクリュの下流側に設置された端部において駆動されている。この場合、押出し物取出し部が、押出し機の長手方向軸線に関して半径方向および／または接線方向に設けられていると有利である。

押出し物取出し部が、駆動装置の上流側に配置されており、ただしガス抜きしたいポリマシロップの調量箇所の下流側に配置されていると、同じく有利である。

ベント式押出し機の有利な１変化形では、押出し機スクリュが、互いに逆向きの搬送方向を有する螺条プロファイルの少なくとも２つの範囲を有している。これにより、押出し機スクリュの、駆動装置に隣接する範囲には、戻し搬送ねじ山（Rueckfoerdergewinde）が設けられている。この戻し搬送ねじ山は、押出し機の駆動装置側におけるシールを保証する。この戻し搬送ねじ山は、溶融液の戻し案内を生ぜしめ、かつ押出し物取出し部の下流側の押出し機シリンダの範囲における材料停滞を阻止する。

押出し物取出し部は、押出し機スクリュの、下流側へ向かう搬送方向を有する範囲の、第１の材料装入部よりも下流側に設置された端部に設けられていると有利である。これによって、主搬送流も、溶融液戻し案内流も押出し物取出し部に到達する。

互いに逆向きの切込みおよび搬送方向を有する両スクリュプロファイルの間の範囲には、堰止めリングおよび／またはスクリュコアの直径変化部が設けられている。

本発明によるベント式押出し機の変化形では、押出し機シリンダへの第２の材料装入部が、下流側に設置された端部の範囲に設けられている。この箇所では、既にガス抜きされたポリマが押出し機に装入されると有利であり、これによって、この箇所に導入された溶融液は、押出し物取出し部と駆動装置との間の、押出し機スクリュの下流側の端部を、主流に対して向流の形のポリマで連続的に洗浄する。これによって、押出し機スクリュのこの区分におけるポリマ堆積物が信頼性よく回避される。このようなポリマ堆積物は、突発的に剥離した場合に、押出し物取出し部に存在する主材料流の変色をもたらす。

押出し機スクリュの、この範囲には、スクリュおよび／または押出し機シリンダの別個の冷却部および／または加熱部が設けられていてよく、これによって、この範囲における溶融液の粘度に有利な影響を与えることができる。たとえば、押出し機スクリュのこの範囲が、軸方向で、閉じられた蒸気通路により貫通されていてよい。この蒸気通路は、蒸発可能な液体の部分充填物を有している。当然ではあるが、押出し機スクリュの、逆方向の螺条ピッチを有する範囲には、別の蒸気通路が設けられていてよい。押出し機スクリュが冷却する範囲では、蒸気通路内における蒸気の凝縮により、自由になった凝縮熱に基づいて加熱が生ぜしめられる。それに対して、高すぎる温度に基づいた蒸発は冷却を生ぜしめる。

スクリュの、逆方向の螺条ピッチの範囲にも、軸方向の孔を介して外部から冷却媒体および／または加熱媒体を供給することができる。この冷却媒体および／または加熱媒体はスクリュを内側から貫流する。

本発明によるベント式押出し機の特に有利な１変化形では、押出し機シリンダへの第２の材料装入部が、押出し物取出し部の下流側、つまりポリマの搬送方向で見て押出し物取出し部の背後で、この押出し機シリンダに接続されている。この第２の材料装入箇所は、有利にはガス抜きされた溶融液を、押出し物取出し部の範囲で分岐された部分流および／または押出し物取出し部の上流側で押出し機シリンダから分岐された部分流により受け取る。このようにして、ガス抜きされたポリマ流の一部が、押出し機の一箇所で分岐されて、溶融液戻し案内の範囲で再び装入される。別の可能性は、第２の材料装入箇所に、第２の押出し機からポリマを供給することである。

これに対して択一的には、たとえば並行した重合プロセスから、ガス抜きされたポリマを分岐して、当該押出し機の相応する箇所に装入することも可能である。

第２の材料装入流の大きさは、装入管路の直径および／または装入横断面および／または分岐横断面の適当な選択により調節することができる。択一的には、第２の材料装入流の大きさを、弁および／またはポンプおよび／または別の作動機構および／または第２の押出し機により調節することも可能である。

押出し機のガス流出部は、種々異なる箇所に設けられていてよく、たとえば、蒸発させたい成分を、ポリマの搬送方向で上方に向かって、または側方に導出することができる。その場合には、ガス流出部は、材料装入部の下流側に設けられることになる。択一的には、ガス抜き時に生じるガスの一部を、第１の材料装入部の上流側で導出させることもできる。その場合には、このガス流出部は、第１の材料装入部の上流側に設けられることになる。このことは、特に本発明による押出し機の構成と関連して、特に有利であるとみなされる。

以下に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳しく説明する。

ベント式押出し機に接続された凝縮室を有するベント式押出し機を、駆動装置を省いて部分的に示した断面図である。 本発明によるベント式押出し機を、変速機およびモータと共に、ただし接続された凝縮室を省いて示した概略図である。

図１には、符号「１」で示したベント式押出し機の一部のみが図示されている。ベント式押出し機１は、押出し機シリンダ２と、この押出し機シリンダ２内に回転可能に支承された押出し機スクリュ３とを有している。この押出し機スクリュ３は、駆動装置４によって、中間接続した変速機５を介して回転させられる。駆動装置４としては、たとえば電気モータが設けられていてよい。

上述したように、駆動装置４と変速機５とは、図１には図示されていないが、図面で見て右側に位置している。ポリマ／モノマ混合物は、分岐した供給管路６を介して、押出し機シリンダ２の、直径方向で互いに向かい合って位置する少なくとも２つの箇所で、装入弁７を介して押出し機シリンダ２に供給される。

本発明によるベント式押出し機１は、いわゆる単軸スクリュ型押出し機として形成されている。しかし、ベント式押出し機１は、２軸スクリュ押出し機として形成されていてもよい。

押出し機シリンダ２は、装入弁７の範囲において横断面拡張されている。すなわち、押出し機シリンダ２の内径は、装入弁７の範囲外における押出し機シリンダ２の標準の内径よりも、約１．０１〜３倍だけ大きく形成されている。装入弁７の範囲外において、押出し機シリンダ２の内径は、押出し機スクリュ３のスクリュ螺条の外径にほぼ相当している（場合によっては存在する公差を考慮して）。押出し機シリンダ２の大内径の範囲は、ガス抜きゾーンを規定している。モノマ／ポリマ混合物および／または溶剤／ポリマ混合物は、供給管路６を介して、加圧および加熱下に押出し機シリンダ２内に装入される。ガス抜きゾーン９では、著しい減圧が行われるので、モノマおよび／または溶剤はポリマから脱気することができる。さらに、この範囲では、材料の流速が減じられる。ポリマは図面で右側へ向かって、駆動装置の方向に搬送される。これに関連して使用される用語「下流側」および「上流側」は、常にポリマの搬送方向を基準としている。

ガス抜きゾーン９で生じたガスもしくはガス抜きゾーン９で生じた蒸気は、図中で見て左側へ向かって、つまり装入弁７の上流側に搬送される。

押出し機シリンダ２の、上流側に設置された端部１０は、端面側で開いていて、凝縮室１１に開口している。この凝縮室１１内には、ガス抜きゾーン９で生じたガスが、過熱された蒸気として流入する。

符号「１２」で液体の噴霧部が示されている。この噴霧部１２を介して、凝縮室１１内のガスおよび／または蒸気は冷却され、かつ凝縮される。使用される液体は、有利にはポリマと混合可能であるので、場合によっては存在するポリマ連行物が液体中に溶解される。択一的にまたは付加的に、凝縮のための別の手段、たとえば熱交換器および／または凝縮器を使用することができる。

図２に図示されているように、駆動装置４は、装入弁７の下流側に配置されている。すなわち、ポリマは、押出し機先端部／スクリュ先端部から駆動装置側の方向へ搬送される。

図２からさらに判るように、本発明によるベント式押出し機１の、供給箇所６よりも下流側に位置する端部は、接線方向もしくは半径方向の押出し物取出し部１３を有している。

図１から判るように、押出し機スクリュは軸方向で、閉じられた蒸気通路１５によって貫通されている。この蒸気通路１５は、蒸発可能な液体の部分充填物を有している。溶剤またはモノマの蒸発は、押出し機の調量範囲において、ポリマの著しい冷却を招く。蒸発可能な液体は、たとえば水または不活性の蒸発可能な液体、たとえば高沸点油（Siedeoel）であってよい。蒸気通路１５内の液体が凝縮すると、この蒸気通路１５を用いて、著しく冷却されたポリマを短い区間に沿って再び加熱することができる。蒸気通路１５は、装入範囲における押出し機シリンダ２の加熱および押出し機スクリュ３の摩擦熱と共に、シロップの装入範囲における（部分）ガス抜きされた溶融液のための付加的な熱源を成している。これによって、このような構成により、押出し機における通過量を最大限に増大させることができる。押出し物取出し部１３の範囲では、押出し機スクリュ３内部での蒸気が、溶融液もしくは押出し物を冷却する。

過剰摩擦熱を導出することができる。このことは製品に穏やかに作用する。

本発明によるベント式押出し機１では、駆動装置４および変速機５が、ベント式押出し機１の、ポリマの搬送方向で下流側に設置された端部、つまり第１の材料装入部６とは反対の側の端部に設けられている。

押出し機スクリュ３は、第１のねじ山区分１７を有しており、この第１のねじ山区分１７では、押出し機シリンダ２内で第１の材料装入部６から押出し物取出し部１３へ向かう方向に溶融液の搬送が生ぜしめられるように螺条プロファイルが向けられている。

ベント式押出し機１の押出し物取出し部１３は、押出し機スクリュ３の長手方向軸線に関して半径方向または接線方向に向けられているので、ポリマは変速機５および駆動装置４の上流側で取り出される。

押出し機スクリュ３は、さらに第２のねじ山区分１８を有している。この第２のねじ山区分１８では、第１のねじ山区分１７の搬送方向とは逆方向の戻し搬送が得られるように螺条プロファイルが向けられている。したがって、第２のねじ山区分１８はポリマの主搬送流に対する押出し機の駆動装置側におけるシールのために働く。

符号「１９」によって、ポリマの主搬送流から分岐された搬送流が示されている。この搬送流１９は、バイパス１４と第２の材料装入部２０とを介して、押出し機シリンダ２の第２のねじ山区分１８の範囲に装入される。バイパス１４は、押出し機シリンダ２の外部または内部に延びていてよい。主搬送流から分岐されたポリマを介して、押出し機スクリュ３の第２のねじ山区分１８の範囲では、新しいポリマを用いた不断の逆洗（Rueckspuelung）が生ぜしめられる。この範囲では、ポリマが変速機５の方向から押出し物取出し部１３の方向へ搬送される。したがって、この範囲では、押出し物取出し部１３の下流側にポリマ残留物が停滞し得なくなる。

図面から判るように、押出し物取出し部１３はほぼ、第１のねじ山区分１７の、下流側に設置された端部の範囲に配置されている。

本発明によるベント式押出し機は、公知の形式で加熱されると有利である。このベント式押出し機は、使用状態では、図面に示したように横置きの形式で延びている。

１ ベント式押出し機
２ 押出し機シリンダ
３ 押出し機スクリュ
４ 駆動装置
５ 変速機
６ 供給管路
７ 装入弁
８ 凝縮物流出部
９ ガス抜きゾーン
１０ ベント式押出し機の、上流側に設置された端部
１１ 凝縮室
１２ 噴霧器
１３ 押出し物取出し部
１４ バイパス
１５ 蒸気通路
１６ ガス流出部
１７ 第１のねじ山区分
１８ 第２のねじ山区分
１９ 分岐されたポリマ流
２０ 第２の材料装入部

Claims (21)

1. ポリマ材料をガス抜きするためのベント式押出し機（１）であって、少なくとも１つの駆動装置と、少なくとも１つの押出し機シリンダ（２）と、回転可能に駆動される、該押出し機シリンダ（２）内に支承された少なくとも１つの押出し機スクリュ（３）と、少なくとも１つの第１の材料装入部（６）と、少なくとも１つの押出し物取出し部（１３）と、少なくとも１つのガス抜きゾーン（９）と、少なくとも１つのガス流出部（１６）とが設けられている形式のものにおいて、
   前記駆動装置が、前記押出し機スクリュ（３）の、ポリマの搬送方向に関して下流側に設置された端部の範囲に設けられており、
   ガス抜き時に発生するガスの少なくとも一部のためのガス流出部（１６）が、第１の材料装入部（６）の上流側に設けられており、
   第２の材料装入部（２０）が、押出し機の、下流側に設置された端部の範囲に設けられている、
   ことを特徴とする、ポリマ材料をガス抜きするためのベント式押出し機。
2. 当該押出し機（１）の構成に基づき、駆動装置は、ポリマ材料しか存在しない範囲に配置されている、請求項１記載のベント式押出し機。
3. 前記押出し機スクリュ（３）が、該押出し機スクリュ（３）の、下流側に設置された端部において駆動されている、請求項１記載のベント式押出し機。
4. 前記押出し物取出し部（１３）が、押出し機の長手方向軸線に関して半径方向および／または接線方向に設けられている、請求項１記載のベント式押出し機。
5. 前記押出し物取出し部（１３）が、押出し機の長手方向軸線に関して半径方向および／または接線方向に設けられている、請求項３記載のベント式押出し機。
6. 前記押出し物取出し部（１３）が、前記駆動装置の上流側に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のベント式押出し機。
7. 前記押出し機スクリュ（３）が、互いに逆向きの搬送方向を有する螺条プロファイルの少なくとも２つの範囲を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のベント式押出し機。
8. 戻し搬送ねじ山（１８）が設けられていて、該戻し搬送ねじ山（１８）は、押出し機の駆動装置側におけるシールを保証する、請求項７記載のベント式押出し機。
9. 前記押出し物取出し部（１３）が、下流側へ向かう搬送方向を有するねじ山区分（１７）の、材料装入部（６）よりも下流側に位置する端部に設けられている、請求項１から５までのいずれか1項記載のベント式押出し機。
10. ガス抜きされたポリマ流の一部が、押出し機の一箇所で分岐されて、第２の材料装入部（２０）で再び装入される、請求項８記載のベント式押出し機。
11. 押出し機への第２の材料装入部（２０）が、押出し物取出し部（１３）の下流側に位置しており、該材料装入部（２０）が、押出し物取出し部（１３）の範囲で分岐された部分流および／または押出し機シリンダ（２）内で押出し物取出し部（１３）の上流側で分岐された部分流および／または押出し物取出し管路から分岐された部分流によって、ガス抜きされた溶融液を受け取る、請求項１０記載のベント式押出し機。
12. 第２の材料装入部（２０）に、第２の押出し機によって材料が供給される、請求項１記載のベント式押出し機。
13. 第２の材料装入部（２０）が、ガス抜きされた溶融液を受け取る、請求項１記載のベント式押出し機。
14. 前記第２の材料装入部（２０）の材料流の大きさが、調節可能である、請求項１項記載のベント式押出し機。
15. 第２の材料装入部（２０）の材料流の大きさは、装入管路の直径および／または装入横断面および／または分岐横断面の適当な選択により調節可能であるか、弁および／またはポンプおよび／または別の作動機構および／または第２の押出し機により調節可能である、請求項１２記載のベント式押出し機。
16. モノマ／ポリマ混合物および／または溶剤／ポリマ混合物は、第１の材料装入部（６）の装入弁（７）を介して、加圧および加熱下に押出し機シリンダ（２）内に装入され、かつ
    ガス抜きゾーン（９）では、減圧が行われるので、モノマおよび／または溶剤がポリマから脱気により取り除かれ得る、請求項１から５までのいずれか1項記載のベント式押出し機。
17. ガス抜きゾーン（９）で生じたガスもしくはガス抜きゾーン（９）で生じた蒸気は、装入弁（７）の上流側に搬送される、請求項１６記載のベント式押出し機。
18. ガス抜きゾーン（９）を形成するために、押出し機シリンダ（２）は、装入弁（７）の範囲において横断面拡張されている、請求項１６記載のベント式押出し機。
19. ガス抜きゾーン（９）を形成するために、押出し機シリンダ（２）は、押出し機シリンダ（２）の内径が、装入弁（７）の範囲外における押出し機シリンダ（２）の標準の内径よりも、約１．０１〜３倍だけ大きく形成されているように、装入弁（７）の範囲において横断面拡張されている、請求項１８記載のベント式押出し機。
20. 互いに逆向きの切込みおよび搬送方向を有する少なくとも２つの螺条プロファイルの間の範囲に、堰止めリングおよび／またはスクリュコアの直径変化部が設けられている、請求項７記載のベント式押出し機。
21. モノマ／ポリマ混合物および／または溶剤／ポリマ混合物をガス抜きする、請求項１から２０までのいずれか1項記載のベント式押出し機の使用。

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