[发明专利]热塑性聚酯和共聚酯造粒的方法和设备

说明书

本发明涉及热塑性聚酯和共聚酯前体产品液滴法加工工艺及所需设备。按照本工艺方法，前体是指熔融液状的单体、齐聚物，单体/乙二酯混合物，或者部分经缩聚与熔融后的前体熔融液，经滴液后的前体导入气相介质中。

美国文献US4436782揭示了聚对苯二甲酸乙二醇酯(称为PET)的造粒并将其进一步加工成粒状物的方法。该法中在260-280℃温度下形成的粘度值为0.08-0.15(或特性粘度)的液态齐聚物，被强制通过喷嘴，以形成液滴，液滴下落经过惰性气氛冷却区，进入水浴，使液滴固化，形成非晶态的颗粒。该文献也揭示了可以使用滚筒或传送带代替水浴，收集液滴，使它们冷却成非晶态的颗粒后固化。

该方法的缺点是经低缩聚的聚酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯在所提供的液体即水中，或在所提供的传送带上固化时，会形成非晶态的前体颗粒，之后，它们还必须通过一道即耗能又耗资的工序进一步加工，直到转化成晶态前体。由于这些非晶态前体转化成晶态前体和更高分子量的聚合物时要经历一个粘性阶段，所以为了防止粒状物在结晶和进一步缩聚过程中粘结起来，粒状物的进一步加工和缩聚只能在造价昂贵的流化床炉内进行。

美国专利№5540868揭示了以非晶态聚酯粒制备晶态粒状物的不同造粒方法。为此目的，必须将非晶态聚酯前体加热至70℃温度以上，以引发结晶过程。但是，非晶态聚酯的缺点是它的表面在70℃以上就发粘。为了防止非晶态聚酯在70℃以上的结晶温度下粘结或结块，前体必须是粒状物，而且能在随后的流化床反应器内相应的热气流作用下保持运动，直至在延续数小时之久的工艺过程中，至少表面充分结晶，避免前体粘结起来。

非晶态聚酯是透明的，而聚酯或共聚酯前体的结晶相是纯白色的，很易识别。为了解决非晶态聚合物的发粘缺点，前体结晶过程通常与进一步强化缩聚过程结合起来完成，该过程通常在200-230℃的流化床反应器内进行。为此目的，反应器以这样的方式运行，首先，为了避免发粘，在约150℃的最佳结晶温度下结晶数小时，然后，颗粒或粒状物在200-230℃温度再缩聚数小时，形成更长的链。

上述同一文献(US5540868)还揭示了也可以使热粒状物打落到冷表面上，或反之使冷非晶态粒状物打落到热表面上，进行热冲击，从而引起粒料结晶。该类冲击结晶的缺点是极其难以重复，因为热板的温度随粒料在板上停留的时间而在300-800℃之间变化使用旋转式热板时，其操作的温度范围是30-200℃。该温度范围也随粒料在旋转热板上的停留时间而变。在这类粒料结晶方法中，除不要解决纯热学问题外，还必须解决很多机械难题。

如权利要求1和14的基本权限所述，本发明的任务是提供能使热塑性聚酯和共聚酯前体生成液滴的方法和设备。它可克服现有技术中的缺陷，缩短常规的造粒过程，并以已常见的加工步骤和设备为基础，生产出至少表面结晶的、其形式是单体、齐聚物、单体/乙二醇混合物或部分缩聚物的滴液而成的前体。

此项任务的完成，具有对相关技术提出独立的权利要求的特征。本发明中有利的技术延伸(Weiter-ausbildung)，请见附带性权利要求。

为此目的，根据本发明，将前体导入气相介质，在形成液滴的前体进入气相介质后，后者加快了前者的结晶过程，通过使已成液滴的前体在100℃以上和其熔点以下的温度中停留一定时间，可很快使前体处于结晶态，直至前体表面处的液滴全部结晶。

该方法的优点是，由于采用气相介质，滴状前体可在100℃以上和其熔点以下的温度中保持有限时间，结果由于100℃以上的高表面温度，生成了形状有缺陷的晶核，随着近表面晶核的液滴散发的熔融热增大，使表面在一定的时间内结晶，从而使滴状物料经过下落区之后，就能够以带预结晶并无粘性表面的粒状物加以收集，不会粘起来，因此能够将其直接加工成高分子量的缩聚物。由此，在流化床反应器内进行的常规的长时间准备过程，就可得以有利地免除，即跳过了如上所述的非晶态粒料必须首先经历数小时的发粘阶段。

在实施本技术中，首选的气相介质是空气。对于有些类型的单体、齐聚物或部分缩聚的前体，由于空气中含有氧，而氧又有助于形成晶核。但是在液滴形成期间，对于许多缩聚物及其单体，必须用低氧气氛。因为，尤其是低粘度PET，在结晶期间会发生氧化损害。因此，在本发明方法的一个优选实施方案中，保证了低氧气氛，使该类损害不会发生。