CN104129009B - 用于生产均一颗粒的聚酰胺铸造 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于提供均一的聚酰胺颗粒的方法和装置。在一个实施例中，生产聚酰胺聚合物的均一颗粒的方法可包括以下步骤：以实质与聚酰胺聚合物的产量成比例的切割速度来切割挤出的聚酰胺聚合物条状物，以实现聚合物颗粒的均一性；以及调节一个或多个工艺参数来保持聚酰胺颗粒的均一性。

Description

用于生产均一颗粒的聚酰胺铸造

技术领域

本发明涉及生产聚酰胺聚合物的均一颗粒的方法以及用于制造均一的聚酰胺颗粒的装置。

背景技术

在重复酰胺单元之间具有至少85％的脂族键的特定种类脂肪族聚酰胺描述为尼龙聚酰胺。已知这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、酰基卤、半酯和二酯）衍生而来，通常与伯胺或仲胺反应。更具体地，由单体（如二羧酸和二胺）来形成脂族聚酰胺聚合物，已知是由伯二胺或仲二胺（连接到每个氮上至少具有一个氢的二胺）与二羧酸或可形成酰胺的二元羧酸的衍生物的反应来完成的。反应流程的例子如下所示：

HOOC-R-COOH+H₂N-R'-NH₂

-[NH-R'-NH-CO-R-CO]-_n-+nH₂O

其中R和R'表示二价烃基，而n表示重复单元的数量和水分子的数量。

由各自的基团（R和R’）中碳原子的数量来命名从每个二酸和二胺的一个分子中衍生的聚合物的“结构单元”。因此，由六亚甲基-1,6-二胺和己二酸的聚酰胺是“尼龙6,6”（聚己二酰己二胺）。

成纤聚酰胺可以通过在缩聚反应条件下（一般为180℃至300℃）加热基本上等摩尔量的二胺和二羧酸或加热可形成酰胺的二元羧酸衍生物的来制备。该产品具有纤维形成性质，其中可以实现足够高的分子量。

一个给定的聚酰胺的特性可以在相当大的范围内变化，并且可能取决于分子量。在某种程度上，该聚酰胺特性受其末端基团的性质的影响，而这又取决于过量使用了何种反应物，二胺或二羧酸。

成纤聚酰胺的两个特征涉及其高熔点和低溶解度。由较简单类型的胺和酸所衍生而来的成纤聚酰胺几乎总是不透明的固体，所述不透明的固体可在一个相当确定的温度下熔化或变成透明的。低于其熔点的形纤聚酰胺，当用X射线检测时，一般呈现尖锐的X-射线晶体粉末衍射图、大块状态的晶体结构的明确证据。这些聚酰胺的密度通常在1.0和1.2之间，更具体地，尼龙6,6的密度目前被认为是1.14克/厘米³。

同其他缩聚产物一样，聚酰胺一般包括非常近似的结构的独立单元。这些独立单元的平均大小、聚合物的平均分子量在一定的限制范围内受到刻意控制。聚合反应越进一步进行，平均分子量（和特性粘度）就会越高。

如果完全等摩尔量使用反应物，在可使得挥发性产物逸出的条件下，长时间持续聚合和加热，并且能够获得非常高的分子量的聚酰胺。然而，如果过量使用任一反应物，则聚合进行到某一点，然后基本上停止。聚合停止的时间点可能取决于过量使用的二胺或二元酸（或衍生物）的量。

一种制备聚酰胺的简便的方法包括：通过在液体中混合约化学等量的二胺和二羧酸来制备盐，所述液体可选择为对产物盐的不良溶剂。如果需要，随后可通过从合适的溶剂结晶来纯化从液体中分离的盐。这些二胺-二羧酸盐是结晶状的，并有确定的熔点。它们可溶于水，并可以方便地从某些醇及醇-水混合物来结晶。

从二胺-二羧酸盐制备成纤聚酰胺可以以许多方式来进行。在没有溶剂或稀释剂存在的条件下，并在允许去除反应中生成的水的条件下，可将该盐加热至反应温度（180℃至300℃）。在使用它来制造细丝及其它形状的物体前，可能需要将聚酰胺置于减压条件下，例如，相当于50至300毫米汞柱（67至400毫巴）的绝对压力下。这可以在使聚合物固化前，通过排空制备聚酰胺的反应釜来很方便的完成。

在一般情况下，在上述聚酰胺形成过程中必须要求不添加催化剂。然而，众所周知某些含磷的材料（例如金属膦酸盐和磷酸盐）起到一定程度的催化作用。使用添加的催化剂有时给制备高分子量的材料赋予了额外的优点。

大多数线性缩聚物、聚酰胺的商业化制备通常涉及加热单体起始材料，以引发渐进的聚合物的缩合。这个过程通常在几个阶段进行，包括通过去除挥发物来中间形成低分子量、低粘度的聚合物液体。在各种真空度和停留时间和温度下处理该低分子量、低粘度的聚合物液体以使聚合物能达到所需的最终的分子量和粘度。

尽管所期望的最终的分子量和粘度一般都可以实现，但在铸造期间获得一致的聚合材料的均一性可能会出现问题。因此，发现和利用多种技术来制造具有改善的均一性的聚合材料，是本领域中的进步。

发明内容

本发明涉及用于生产均一聚酰胺颗粒的方法和装置。在一个实施方式中，用于生产聚酰胺聚合物的均一颗粒的方法可包括以下步骤：以实质上与聚酰胺聚合物的产量成比例的切割速度来切割挤出的聚酰胺聚合物的条状物，以实现聚合物颗粒的均一性；以及调整一个或多个工艺参数以保持聚酰胺颗粒的均一性。更具体地，所述方法包括响应于可替代的第二工艺参数的改变来调整第一工艺参数以保持均一性，所述第一工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组，所述第二参数选自由由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组。均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内。在另一个实施例中，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少99%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的5%以内。

在另一个实施例中，一种用于制造均一聚酰胺颗粒的装置可包括高压处理容器、切割器和过程控制器。所述高压处理容器可包括挤出阀门和压力控制器（如进口阀门、排出阀门、加热组件或除了在高压釜中用于调节压力的挤出阀门的任何其他装置）。所述切割器可配置成切割从高压处理容器挤出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺颗粒。所述过程控制器可包括用于控制压力控制器的压力控制模块、用于控制切割速度的切割速度模块和用于控制挤出阀门的挤出阀门模块。所述装置可构造成以一定的产量通过挤出阀门挤出聚酰胺聚合物的条状物，并以一定的切割速度切割所述条状物来成批次地制造制造均一的聚酰胺颗粒。再次，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内。在另一个实施例中，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少99%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的5%以内。

附图说明

以下结合非限制性的附图来更好地理解本发明，其中：

图1A为根据本发明的实施例可使用的高压处理容器的截面图；

图1B为根据本发明的实施例可使用的高压处理容器的截面图；

图2为其中根据本发明的实施例可使用的本发明的装置的系统的示意图。

图3为根据本发明的一个实施方式的聚酰胺的样品铸造的图。

图4为对于通过根据本发明的实施例的公开的方法来制造的聚酰胺聚合物的目标切片重量的切片重量和产量比时间的图。

图5为对于通过根据本发明的实施例的公开的方法来制造的聚酰胺的目标切片重量的标准化切割速度/阀输出和AC压力比时间的图。

图6为对于通过根据本发明的实施例的公开的方法来制造的聚酰胺的目标切片重量的切片重量和产量比时间的图。

图7为对于通过根据本发明的实施例的公开的方法来制造的聚酰胺聚合物的目标切片重量的标准化切割速度/阀输出和AC压力比时间的图。

图8为对于通过根据本发明的实施例的对比方法来制造的聚酰胺聚合物的颗粒重量和产量比时间的图。

需要注意的是，上述图仅仅是本发明的实施方式的示例性的表示，通过所述图对本发明的范围不构成任何限定。

具体实施方式

尽管下文的详细描述包含了很多出于阐明本发明的目的的细节，但是本领域的技术人员会理解下文细节的很多变化和修改在本发明所公开的实施方式的范围中。

因此，下文的实施方式不失一般性地说明了本发明，并且不对本发明带来限制。在更详细地描述本发明之前，应当理解本发明不限于所描述的特定的实施方式，这是由于该实施方式可以变化。还应当理解，这里所使用的术语仅是出于描述特定实施方式的目的，并不旨在限定，这是由于本发明的范围仅由所附的权利要求来限定。除非另有规定，这里所使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所述领域的本领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

如在本说明书和所附的权利要求中所使用的单数形式“一个”和“该一个”包括复数对象，除非上下文另有明确的其他规定。因此，例如“聚酰胺”包括多种聚酰胺。

在本公开中，“包含”、“含有”和“具有”等可具有根据美国专利法赋予它们的意义并且可意味着“包括”等，并且通常被解释为开放式的术语。术语“由…组成”是封闭式的术语，并且根据美国专利法的意义仅包括特别列出的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等。当将“基本由…组成”或“基本组成了”等用于本发明所包含的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等时，其涉及与这里的公开类似的元件，但是其可包括额外的结构基团、组成组分、方法步骤等。但是，与这里所公开的相应的装置、化合物、方法等相比而言，这些额外的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等不会实质上影响装置、化合物、方法等的基础特征和新颖性特征。在更细节中，当将“基本由…组成”或“基本组成了”等用于本发明所包含的装置、方法、组分、部件、结构、步骤等时，其具有根据美国专利法所赋予的意义并且这些术语是开放性的，只要记载的基本或新颖性特征不被大于所记载的内容改变，其允许大于所记载的内容存在，但是除现有技术的实施方式除外。。当使用开放式术语，如“包含”或“包括”时，应理解的是，如清楚地声明的一样，也直接支持了用语“基本由…组成”以及用语“由…组成”。

术语“可聚合组合物”或“可聚合溶液”指的是在根据本发明的实施例的搅拌高压釜内添加的组分，其在特定的温度和压力曲线下高压釜内处理时，形成可被挤出或者被收割而用于进一步的使用的聚酰胺聚合物。

术语“聚酰胺盐”是指包括在可聚合组合物（与其他添加物一起）中的盐，所述可聚合组合物提供了用于形成聚酰胺聚合物的基础可聚合材料。如果例如聚酰胺聚合物为尼龙6,6，则盐可由己二酸和己二胺来制备。其他的添加物也可存在于聚酰胺溶液中，或者在反应容器之前引入，或引入到反应容器中。例如，通常将二氧化钛直接引入到容器中，然而在将可聚合组合物引入到容器之前，引入其他添加物，例如催化剂、荧光增白剂、消泡剂等，尽管不要求这种顺序或甚至这些添加物的存在。

术语“周期”涉及主要由容器内的压力曲线限定的批量聚合处理的阶段。第一周期（周期1）发生在批次处理的开始，这时压力正从相对低压升到相对高压。第二周期（周期2）发生在将相对高压保持一段时间。第三周期（周期3）随着相对高压降低到相对低压时发生。第四周期（周期4）随着将相对低压保持一段时间而发生。第五周期（周周期5）随着将制备的聚合物从容器内挤出而发生。本发明使用的术语“第四周期”、“周期4”和“铸造前周期”可相互替换。

词组，例如“适合于提供”、“足以导致”或“足以产生”等在合成方法的上下文中涉及与时间、温度、溶剂、反应剂浓度等相关的反应条件，可改变反应条件以提供反应产物的有用的数量或反应产物的产量，这是在本领域的实验人员的普通技能的范围内的。没有必要地是，所需要的反应产物为仅是反应产物或者起始材料被完全消耗，所提供的所需要的反应产物可被分离或否则进一步使用。

应当理解的是，这里可将比例、浓度、量或其他数据以一个范围的形式来表述。应理解的是，使用这种范围形式是为了方便和简洁。并且因此，应当以灵活的方式来解释以不但包括如范围的端点明确说明的数据参数，并且如果每个数值和子范围包括“大约‘X’到大约‘Y’”，则也包括所有的单个数据参数或包含在所述范围内的子范围。为了说明，“约0.1%到约5%”的浓度范围应被解释为，不但包括清楚地说明的约0.1重量%到约5重量%的浓度，也包括在所说明的范围内的单个的浓度（例如1%、2%、3%和4%）以及子范围（例如0.5%、1.1%、2.2%、3.3%和4.4%）。在一个实施方式中，术语“约”可包括根据数据参数的有效数字的传统舍入。此外，词组“约‘X’到‘Y’”包括“约‘X’到约‘Y’”。

这里所使用的术语“约”，当涉及数据参数或范围时，其允许在一定数值或范围中的一定程度的变化，例如在所表述的数值或所表述的范围的端点的10%以内或在另一方面在5%以内变化。

另外，在以罗列或马库什基团的方式描述本发明的特征或方面的地方，本领域的技术人员会理解的是，因此也根据马库什基团的要素的任何单个要素或子基团而描述了本发明。例如，如果X被描述为选自由溴、氯和碘组成的组，则如同单独罗列一样，完全描述了X为溴的权利要求和X为溴和氯的权利要求。例如，在本发明的特征或方面根据这种罗列而描述的地方，本领域的技术人员会理解的是，因此也根据马库什基团的要素的任何单个要素或子基团的任意结合而描述了本公开。因此，如果X被描述为选自由溴、氯和碘组成的组，并Y被描述为选自由甲基、乙基和丙基组成的组，则完全描述并支持了X为溴并且Y为甲基的权利要求。

如这里所使用，所有的组分含量以重量百分比的形式给出，除非另有声明。当涉及组分溶液时，百分比指的是包括溶剂（例如水）的组分的重量百分比，除非另有说明。

如这里所使用，所有的聚合物的分子量（Mw）是重均分子量，除非另有说明。

在阅读本公开时，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，这里所描述和说明的每一个单独的实施方式具有独立的部件和特征，这些独立的部件和特征易于与其他几种实施方式的任何特征分离或结合而不背离本发明的范围或精神。任何所描述的方法可以所描述的情况的顺序来实施或以逻辑上可行的任何其他的顺序来实施。

通常，生产聚酰胺聚合物的均一颗粒的方法可包括以下步骤：以实质上与聚酰胺聚合物的产量成比例的切割速度来切割挤出的聚酰胺聚合物的条状物，以实现聚合物颗粒的均一性；以及调整一个或多个工艺参数以保持聚酰胺颗粒的均一性。具体地，所述方法可包括响应于可替代的的第二工艺参数的改变来调整第一工艺参数以保持均一性，所述第一工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组，所述第二工艺参数选自由由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组。均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量与所述平均质量的差异为10%以内。在另一个实施例中，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少99%的个体颗粒的个体质量与所述平均质量的差异为5%以内。

同样地，一种用于制造均一聚酰胺颗粒的装置可包括高压处理容器、切割器和过程控制器。所述高压处理容器可包括压力控制器和挤出阀门。所述切割器可配置成切割从高压处理容器挤出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺颗粒。所述过程控制器可包括用于控制压力控制器的压力控制模块、用于控制切割速度的切割速度模块和用于控制挤出阀门的挤出阀门模块。所述装置可构造成通过以一定的产量通过挤出阀门挤出聚酰胺聚合物的条状物，并以一定的切割速度切割所述条状物来制造一批均一的聚酰胺颗粒。再次，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内。在另一个实施例中，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少99%的个体颗粒的个体质量与所述平均质量的差异5%以内。需要注意的是，当讨论本发明的装置和方法时，这些讨论的每一个都可被考虑应用于每个实施例中，不论其是否在该实施例的上下文中明确地被讨论过。因此，例如，在讨论关于所述装置的聚酰胺聚合物时，这些讨论也可用于方法中，反之亦然。

现在返回到本发明的装置和方法，一般情况下，可在包含聚酰胺的聚合系统中使用本发明制造方法、铸造方法、装置等。在一个实施方式中，聚酰胺聚合物可包括，基本由尼龙6,6构成，或由尼龙6,6构成。尼龙6,6可以是纯聚合物，或者也可通过任意数量的添加剂而被改性，所述添加剂包括荧光增白剂、染料等。一般地，在本发明中涉及的制造方法可包括连续的方法和批次的方法，除非另有说明。这些方法通常在反应容器中进行，例如高压釜。在一个实施方式中，制造方法可为批次法。没有特别的限定，如本发明所述，该批次法通常为5周期法。

具体地参考尼龙6,6，根据本发明的实施例的典型的批次生产规模可为约1000Kg至约3000Kg，且可在批次生产期间，在高压釜中循环约100至120分钟。也可使用在上述范围以外批次生产规模和时间，这取决于设备和聚合物的选择，或在相关技术领域的技术人员的知识范围内的其他考虑因素。一般情况下，聚酰胺的尼龙的可作为盐加入。在一个实施方式中，尼龙可以是尼龙6,6盐，且可以约50重量%至95重量%的范围内的量存在于聚酰胺中。

在本发明的聚酰胺的聚合中可使用多种工艺参数，包括温度和压力。在一个实施方式中，温度可在约190℃至约290℃的范围内，且某些周期期间的自发压力或其他压力可在约250磅每平方英寸绝对值（psia）至约300磅每平方英寸绝对值（psia）的范围内。另外，在另一个实施方式中，在某些周期期间，可在小于10torrg的压力的真空条件下进行加热。在一些实施例中，当在真空周期时，不进一步加热聚合物。通常，如本领域的技术人员在考虑本发明后会理解的，当聚合物温度足够时，可开始真空过程。在一些实施例中，可使用的最低压力可低至约150torra，例如约200mbara。

一般情况下，用于生产聚酰胺颗粒的本发明的方法可通过高压釜和挤出/切割过程来实现。在一个实施方式中，所述方法可通过浓缩浆料或从提供至高压处理容器的聚酰胺盐（例如尼龙6,6盐）的水溶液来制备的聚酰胺溶液开始。任选地，可稀释所述浆料并通过蒸发步骤来变得更加浓缩。在一个实施方式中，可根据现有技术已知的方法，从单体己二胺和己二酸的水溶液来制备浆料。在另一个具体的实施方式中，当尼龙6,6单体水溶液是己内酰胺水溶液的形式时，所述浆料可含有少量的尼龙6单体。在一个实施例中，高压处理容器可随后被加热至约230℃（或其他功能温度）使得内部自发压力上升。可任选地将消光剂、二氧化钛（TiO₂）注入高压釜和作为水性分散体的单体混合物中。

聚酰胺溶液或稠化浆料混合物可随后在高压釜中加热至约245℃（或某些其他功能温度）。当在该温度时，高压釜的压力可降低至大气压，并通过以已知方式使用真空来进一步降低压力，以形成聚酰胺组合物。在该温度和/或压力下保持含有聚酰胺组合物的所述高压釜约30分钟。例如接着该步骤，进一步在高压釜中将聚酰胺聚合物组合物加热至约285℃，并且将干燥氮气引入高压处理容器，并通过引入干燥氮气至约4至约5bar的绝对压力来加压所述高压釜。

本发明所述的聚酰胺聚合物也可使用催化剂来制备。在一个实施方式中，聚酰胺中可存在10ppm（重量）至1000ppm（重量）范围内的量的催化剂。另一方面，催化剂可以10ppm（重量）至100ppm（重量）范围内的量存在。没有限定，催化剂可包括磷酸、亚磷酸、连二磷酸、芳基膦酸、芳基次膦酸、这些化合物的盐以及其混合物。在一个实施方式中，催化剂为次磷酸钠、次磷酸锰、苯基亚磷酸钠、苯基磷酸钠、苯基亚磷酸钾、苯基磷酸钾、二苯基亚磷酸己二胺盐、甲苯基亚磷酸钾或其混合物。一方面，催化剂可以是次磷酸钠。

可通过添加荧光增白剂来改善根据本发明的实施方式公开的聚酰胺和聚酰胺组合物的外观白度。这些聚酰胺可表现永久的白度改进，并且可通过如热定型的操作来保持该白度改进。在一个实施方式中，聚酰胺中可存在0.01重量%至1重量%的范围内的量的荧光增白剂。一方面，荧光增白剂可为二氧化钛。

此外，可使用抗氧化稳定剂、抗菌添加剂等来制备这些聚酰胺聚合物。另外，可使用消泡添加剂来制备聚酰胺聚合物。在一个实施方式中，聚酰胺中可存在1ppm（重量）至500ppm（重量）的范围内的量的消泡添加剂。

根据本发明的实施方式公开的聚酰胺聚合物是天生酸性可染的，但是也可通过在聚合物中共聚阳离子染料来改性这些聚合物或共聚物，而将其转化成碱性染色形态。这些改性使得组合物特别接受用碱性染料的染色。

现在转到图1A和1B，其显示了两个示例性的搅拌高压釜的横截面示意图。这些图不必要按比例绘制，且没有显示搅拌高压釜中通常存在的每个和所有细节，而是选择选择性地显示了与本发明特别相关的特征的示意性表示。因此，在本实施例中，在各自的图中，搅拌高压釜10可包括高压处理容器20和搅拌器或螺旋22。尽管显示了搅拌器和螺旋，但其不是必要的。所述容器包括容器壁24，其通常为电镀容器壁，并且设置所述容器壁和/或其他结构以支撑一个或多个类型的加热组件26a和26b。在本实施例中，26a显示了外部夹套加热组件，26b显示了内部加热组件。需要注意的是，图1A中的加热组件置于相对靠近搅拌器处，这比较典型；而图1B中的加热组件置于更靠近容器壁处，这对于非搅拌型高压釜来说更典型。但是，如所述，加热元件的位置可通本领域技术人员在考虑本发明后来确定。在另一个实施例中，在两个位置都可存在加热元件，即靠近容器壁和靠近搅拌器。

外部夹套加热组件26a可用于升高容器中含有的可聚合组分或聚合物的温度，而内部加热组件26b尤其可用于阻止聚合物变得附着于容器壁和/或搅拌器的内表面。如图1A所示，除了显示了内部加热组件，还存在一对更新棒（refresherbars），其与中心搅拌器或螺旋22一起工作以更新聚合物。搅拌器工作以将聚合物沿着中心部分向上移动，且当搅拌熔化的聚合物时，使用所述一对更新棒通过从侧壁表面移除聚合物来更新熔化的聚合物。这种设置可改善系统中的传热，并且可以降低由搅拌器引起的涡流的高度。

需要注意的是，尽管在截面图上示意性地显示了内部加热组件26b，但需要理解的是可使用任何形状或结构的内部加热组件。还需要注意的是所述加热组件可被构造或设置成可携带现有技术中的任何流体（包括气体和/或液体），用于为高压釜提供热量。还显示了进口阀门28和高压釜通风孔30，并且所述进口阀门28和高压釜通风孔30可作为压力控制器来一起使用或单独使用（与加热组件26a和26b一起，其也可控制压力）。未显示加压装置或压力源，但是可理解的是当要外加压力时可存在所述加压装置或压力源。或者，正如本领域可理解的，可通过添加热量来增加压力，而通过排空来降低压力。进一步地，高压处理容器的底部为阀门开口32。本图没有显示挤出阀门，但这是高压釜中制备的聚合物被挤出以用于进一步加工的位置。还需要注意的是，如本领域技术人员可以理解的，不管这些进口、阀门、通风孔等的描述和显示的位置，与所显示的相比，可不一样地使用这些或其他的端口，用于使用者设计的任何目的。

需要注意的是，提供该在高压釜中形成聚酰胺聚合物的示例性的高压处理容器和方法仅用于示例性的目的，正如可使用任意数量的其他的工艺过程、高压釜和添加剂来生产聚酰胺聚合物。不论聚合物如何在高压釜中制备，总体上描述的在该方法中的这一点是本发明的主要目的，即铸造来自聚合容器的聚合物。

如本发明所述，本发明提供了通过切割挤出的聚酰胺聚合物并调整多种工艺参数来形成聚酰胺聚合物的均一颗粒的装置和方法。尤其是，本发明的方法允许响应于上述的另外的一种工艺参数的改变来调节第一工艺参数，所述第一工艺参数包括切割速度、挤出阀门开度和容器压力。另外，一方面，可响应于第三工艺参数来调整两个工艺参数。在一个实施方式中，尽管可调节任何工艺参数或两个工艺参数，被调节的工艺参数可以是或者可以包括容器压力。另一方面，被调节的工艺参数可以是或可以包括挤出阀门开度。另一方面，被调节的工艺参数可以是或可以包括切割速度。

现在转到图2，用于制造均一聚酰胺颗粒的装置可包括容器20，如类似于图1A和/或图1B所示的高压釜，所述容器20包括压力控制器（其可以是进口管线/阀门28、排出管线/阀门30和/或加热组件26的形式）。需要注意的是，尽管显示了外部夹套的加热组件，但可以替换为或增加内部加热组件。还显示了用于将聚合物通过模具板或其他挤出结构挤出的挤出阀门34。所述装置还可包括切割器36，所述切割器配置成具有适合切割均一的聚酰胺颗粒的切割速度。例如，所述切割器可以是回转切割器，其配置成当被挤出的聚合物通过它时非常快地切割。所述装置还可包括过程控制器60，其可包括压力控制模块70、切割速度模块80和挤出阀门模块90。所述装置还可包括板38、浆料搜集设备40、浆料管道42和干燥器/旋转器44。

在关于所述装置的过程控制器60的进一步详细说明中，可使用多种模块70、80、90来自动地实施自动化装置的一般功能或工艺步骤。例如，可通过压力控制单元70来控制进口阀门28、高压釜通风口30和加热组件26，以允许压力的调节。可通过切割速度模块80来控制切割器36。可通过挤出阀门模块90来控制挤出阀门34。可存在的其他模块（未显示），包括但不限于搅拌器模块、干燥器模块、加热组件模块等。所述模块可同时工作，来以导致均一的聚酰胺颗粒的方式提供自动化系统。

图3阐述了说明实施例的图，在实施例中，这些模块同时工作实现了根据本发明的实施例的卓越的均一性。具体地，图3说明了根据本发明的实施方式的装置的工艺参数的铸造图。具体地，该图提供了在铸造期间作为时间的函数的通过单次批次铸造方法的高压釜压力、来自高压釜的聚酰胺聚合物的产量、线性化的挤出阀图，以及切割速度。如图所示，调节多种工艺参数来在高的切割速度下提供基本恒定的产量，并由此提供保持颗粒均一性的同时还保持高生产速率的自动化方法。

在图3的图表中还需要注意改变了切割速率，且切割速率与产量基本成比例，即当产量上升或下降（如图表所示），切割速度同样分别地上升和下降。由于术语“基本上”涉及产量和切割速度成比例或相对匹配，其可定义为任何匹配度，在该匹配度下，均一的一批颗粒的平均质量，是所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内。通过基本匹配切割速度对产量的相对移动，可保持均一性。结果，压力控制器和挤出阀门的使用保持了产量在合理的范围，以用于实现有效的切剖面。例如，在通过适合的压力和线性阀门开度来提供的高产量的有效率的系统中，可将切割速度与产量进行相对匹配。应注意当产量上升时，切割速度也上升。

返回到图2，如本发明所述，容器20的压力可以是自发的，或者可从外部压力源来生成。另外，可使用热量、压力源（未显示）和/或通风孔30来调节压力。挤出阀门34一般控制开度，聚酰胺聚合物自所述开口被挤出。在一些方面，挤出阀门开度可被称为挤出阀门的线性开度。这里使用的“线性”指的是相当于所述阀门的开口（即开启区域）比通过开口挤出的材料的百分比的数学变换。例如，50%的“线性”开度指的是指自100%（100%指的是完全打开阀门时的最大容量）的总量中从开口挤出50%的材料，即使阀门开度（即开启区域）可能不是总的可得开度的50%。需要注意的是，当阀门没有设定接近100%打开时，存在远远更多的聚酰胺聚合物的产量的控制。当阀门接近70%或80%开度时，对产量的控制显著降低。例如，将阀门的开度从40%改变至50%对产量具有相对显著的效果，而将阀门从80%开到90%对产量具有很小的效果。因此，理想的是保持阀门尽可能在约30%至70%开度的范围内，并且更典型地在聚合物铸造过程期间保持在35%至60%的范围内。为了完成这个目标，可改变压力和/或切割速度来保持阀门开度在理想的范围内。尽管描述了这些，但这些并不是严格要求的。这只是提供了一种机制，以保持关于挤压阀的开度的最大的灵活性。

返回至工艺参数的多种调节，可响应于其他工艺参数的变化进行所述多种工艺参数的调节，需要注意工艺参数的调节可依次或同时进行（或在重叠的时间内依次进行）。在一个实施方式中，可响应于第三工艺参数的变化来调节一个以上的工艺参数。为了提供实施例来说明为什么这些工艺参数可从改变中获益，需要注意一旦从高压处理容器中开始挤出过程，通常其中含有的聚酰胺聚合物还没有完全结束其聚合过程。因此，聚酰胺聚合物在挤出过程期间会继续进一步稠化。已经发现，在这种条件下不能通过单独增加压力来简单地保持产量以及更重要的颗粒均一性。同样地，仅仅进一步打开挤出阀门34也不会总是充分地弥补稠化的聚合物。此外，即使通过一起控制这些参数中的两个，如果不是基于产量的变化来调整切割速度，聚酰胺颗粒的均一性也会受到损害。

关于所述调节，本发明的方法允许对产量的更有效的调节，并且结合切割速度与产量的匹配来提供以前没有实现过的均一性。具体地，存在两个影响实际产量的变量：i）挤出阀门开度，开度的提高导致产量的提高，以及ii）高压釜压力，高压釜压力的提高也导致产量的提高。挤出阀门开度适用于快速校正所测量的产量。但是，使用全部范围的开度来保持恒定产量通常是非常受限的。此外，当在铸造期间降低高压釜压力时，在高压釜中可能发生聚合物的显著的气泡。这使得高压釜压力不适合作为控制产量的主要手段。为了克服这两个变量的限制，使用阀门输出来控制产量。然后，每次阀门开度在限定的目标输出以上时，就进一步增加高压釜的压力。使用多个变量来控制产量比传统技术要远远更有效率。进一步地，本发明的实施方式允许切割速度与产量匹配以提供之前没有实现的颗粒均一性。

因此，本发明的装置和方法包括使用变化的压力、变化的阀门开度以及变化的切割速度来控制产率，并因此控制颗粒均一性，以有效的手段来实现均一的颗粒。因此，在一个具体的实施例中，示例性的产量可在2至10吨每小时或5至9吨每小时的范围内，或更特别地，6至8吨每小时。在挤出期间的示例性的压力可在0至12巴、1至10巴，或5至10巴的范围内。示例性的阀门开度水平可在30%至70%的范围内，或45%至65%的范围内。使用螺旋切割器或其他类似的旋转切割器的示例性的切割速度在100至2000RPM的范围内、400至1800RPM，或600至1500RPM的范围内。通常，在铸造期间，将这些工艺参数保持在这些范围内，并且通过在这些范围内调整所述参数，可实现聚酰胺颗粒的均一性。尽管陈述了上述这些，也可使用在这些范围以外的工艺参数，只要可保持如本发明所述的颗粒均一性。

可至少部分地通过挤出阀门34开度来控制产量，可由切割器36控制切割速度，并且可由一个或多个压力控制器26、28、30来控制压力来控制产量。尽管可调节超过一个工艺参数来维持聚酰胺颗粒的均一性，在一个具体的实施方式中，压力和/或切割速度可允许在线性开度为30%至70%、35至65%或40%至60%的范围内操作挤出阀门。另外，为了提供理想的效率，在一个实施方式中，在大系统中，产量可至少为5吨/小时，或至少7吨/小时，且调节工艺参数可维持目标产量在10质量%以内的范围内变化。

过程控制器60一般通过计算机、其他计算设备或其他网络设备来与切割器36和容器网络连接。本发明的装置可以是使用多种模块的自动装置。在一个实施方式中，响应于切割速度或挤出阀门34的开度的改变，压力控制模块70可调整压力控制器26、28、30。一方面，响应于切割速度和挤出阀门的开度的改变，压力控制模块可调整压力控制器。在另一个实施方式中，响应于压力或挤出阀门的开度的改变，切割速度模块80可调整切割器36的切割速度。一方面，响应于压力和挤出阀门的开度的改变，切割速度模块可调整切割速度。在另一个实施方式中，响应于切割速度或压力的改变，挤出阀门模块可调整挤出阀门。一方面，响应于切割速度和压力的改变，挤出阀门模块可调整挤出阀门。同样地，本发明的模块可经过程控制器同时工作，在铸造期间，以足以提供一致且均一的聚酰胺颗粒的方式来调节工艺参数。

作为进一步的说明，为了有助于确定用于工艺参数（例如压力、阀门开度，和切割速度）的合适水平的活动，可基于任何数量的技术来预测产量，所述技术包括使用光学评估、使用重量和/或体积评估（在容器中和/或挤出以后）、基于有关被挤出的聚合物周围的铸造水的能量传输的评估等评估。具体参考能量传输技术，这种铸造方法可包括使用铸造产量预测或用于在聚酰胺颗粒的生产中调节工艺参数的动态值分布。例如，评估铸造产量可包括测量铸造水的温度和流速，如此计算热传输并随后与铸造产量关联。

作为进一步的说明，为了更具体地强调其实施的独立性，本说明书中描述的一些功能单元被称为“模块”。例如“模块”可以是作为硬件电路来实施，所述硬件电路包括定制的超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI）电路或栅极阵列、例如逻辑芯片的现货供应的半导体、晶体管或其他离散的元件。模块还可以在可编程的硬件设备上来实施，所述可编程的硬件设备例如现场可编程栅极阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等。模块还可在用于通过多种类型的处理器来执行的软件中实施。可执行代码的识别的模块例如可包括一个或多个计算机指令块，其可被作为对象、程序或功能来组织。然而，识别的模块的可执行代码不需要物理上在一起，但可包括存储在不同位置的不同指令，所述不同位置包括模块，并且当逻辑连接在一起时，实现上述用于模块的目的。

事实上，可执行代码的模块可以是单个指令或很多指令，且甚至可是分布于几个不同代码片段上，不同程序间以及跨越几个内存设备。类似地，在模块中可在此识别和说明所述操作数据，并且可以任何合适的形式来体现操作数据，以及用合适类型的数据结构来组织所述操作数据。可以单个数据集合来收集操作数据，或者可在不同的位置分布操作数据，所述不同的位置包括不同存储设备。所述模块可以是消极的或积极的，包括可操作以执行所需功能的介质。

实施例

实施例1-聚酰胺颗粒#1

在生产能力为1200kg的尼龙6,6每周期的市售高压釜中充入己二酸和己二胺的水溶液。将温度从150℃升至280℃，且按照循环处理来实施聚合。如图4所示，控制产量和切割速度来提供均一的切片质量。目标切片质量为23mgr/颗粒。显著地，图4的图显示了切片重量的最大偏差为相对于目标切片重量小于约0.5mgr，得到了整个运行过程期间的约97.8%的均一性。如图5所示，通过控制切割速度、阀门输出和高压釜（autoclave，AC）压力来实现该均一性。

实施例2-聚酰胺颗粒#2

在生产能力为1200kg的尼龙6,6每周期的市售高压釜中充入己二酸和己二胺的水溶液。将温度从150℃升至280℃，且按照循环处理来实施聚合。如图5所示，控制产量和切割速度来提供均一的切片质量。目标切片质量为28mgr/颗粒。显著地，图6的图显示了切片重量的最大偏差为相对于目标切片重量小于约0.75mgr，得到了整个运行过程期间的约97.3%的均一性。如图5所示，通过控制切割速度、阀门输出和高压釜（autoclave，AC）压力来实现该均一性。

实施例3-非均一的聚酰胺颗粒

通过充入己二酸和己二胺的水溶液来准备高压釜。将温度从150℃升至280℃，且按照循环处理来实施聚合。如图8所示，与本发明相反，使用静态切割速度、压力和阀门输出来处理颗粒，得到了切片质量作为铸造时间的函数的正玄曲线。显著地，当目标切片质量是23mgr/颗粒时，最大的偏差超过5mg，导致小于78%的均一性。

尽管已经以对于结构特征和/或操作特定的语言描述了本发明的主题，但是应理解的是，由所附的权利要求书限定的主题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动作被公开为实施权利要求的示例性形式。可进行多个改进和替代性的设置而不偏离所描述的技术的精神和范围。

Claims (34)

1.一种生产聚酰胺聚合物的均一的颗粒的方法，包括：

以实质与聚酰胺聚合物的产量成比例的切割速度来切割挤出的聚酰胺聚合物条状物，以实现聚合物颗粒的均一性；以及

响应于可替代的第二工艺参数的改变来调整第一工艺参数以保持聚酰胺颗粒的均一性，所述第一工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组，所述第二工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组；

其中，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分地通过挤出阀门开度来控制所述产量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整为响应于第三工艺参数，所述第三工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括响应于与第二工艺参数的改变来调节第三工艺参数，所述第三工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在重叠的时间范围内进行所述第一工艺参数和所述第三工艺参数的调整。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加压所述容器以使得挤出阀门以30%至70%的线性开度来操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述线性开度为45%至65%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产量为至少5吨/小时的速率，并且挤出阀门开度或容器压力的调整保持了所述产量按以平均重量计不超过10%来变化。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产量为2至10吨/小时的速率。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工艺参数为容器压力，响应于切割速度或挤出阀门开度的一个或两个的改变来调节所述容器压力。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在0至12巴的范围内调节所述容器压力。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在5至10巴的范围内调节所述容器压力。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工艺参数为挤出阀门开度，响应于容器压力或切割速度的一个或两个的改变来调节所述挤出阀门开度。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工艺参数为切割速度，响应于容器压力或挤出阀门开度的一个或两个的改变来调节所述切割速度。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使用旋转切割器在100至2000RPM的范围内调节所述切割速度。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算热传导模型并随后与铸造产量关联，且所述切割速度遵循使用所述热传导模型的计算出的产率。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在批次挤出过程期间，随着聚酰胺聚合物的相对粘度随时间增加，保持所述均一性。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚酰胺聚合物为尼龙6,6。

19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少99%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的5%以内。

20.一种用于制造均一的聚酰胺颗粒的装置，包括：

高压处理容器，包括：

压力控制器，以及

挤出阀门；

切割器，适用于切割从高压处理容器挤出的聚酰胺聚合物以形成聚酰胺颗粒；以及

过程控制器，包括：

压力控制模块，用于控制压力控制器，

切割速度模块，用于控制切割速度；以及

挤出阀门模块，用于控制挤出阀门，

其中，配置所述装置来通过以一定产率经挤出阀门挤出聚酰胺聚合物的条状物，并将所述条状物以一定切割速度进行切割而制造批量的均一的聚酰胺颗粒，其中，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少95%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的10%以内；

计算热传导模型并随后与铸造产量关联，且所述切割速度模块遵循使用热传导模型计算出的产率；

聚酰胺颗粒的均一性的保持通过响应于可替代的第二工艺参数的改变来调整第一工艺参数，所述第一工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组，所述第二工艺参数选自由切割速度、挤出阀门开度以及容器压力构成的群组。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述容器为非搅拌高压釜。

22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述容器为搅拌高压釜。

23.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述过程控制器通过计算机来网络连接于所述切割器和所述容器。

24.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，响应于切割速度的变化或挤出阀门的开度的变化，所述压力控制模块调制调整所述压力控制器。

25.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，响应于切割速度的变化和挤出阀门的开度的变化，所述压力控制模块调整所述压力控制器。

26.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述压力控制器包括一个或多个排出阀门、进口阀门或加热组件。

27.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一工艺参数为切割速度，响应于压力的变化或挤出阀门的开度的变化，所述切割速度模块调整所述切割速度。

28.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一工艺参数为切割速度，响应于压力的变化和挤出阀门的开度的变化，所述切割速度模块调整所述切割速度。

29.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一工艺参数为挤出阀门的开度，响应于切割速度或压力的变化，所述挤出阀门模块调整所述挤出阀门的开度。

30.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一工艺参数为挤出阀门的开度，响应于切割速度和压力的变化，所述挤出阀门模块调整所述挤出阀门的开度。

31.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述过程控制器保持30%至70%的挤出阀门的线性开度。

32.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述聚酰胺聚合物为尼龙6,6。

33.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，均一性是测量一批颗粒的平均质量，所述一批颗粒具有至少99%的个体颗粒的个体质量为所述平均质量的5%以内。

34.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述装置适用于在切割期间或在切割之前，使用冷铸造水淬冷所述聚酰胺聚合物。