[发明专利]制备高质量固定活性介质块料的方法和挤出机

说明书

本申请公开了制备高质量固定活性介质块料的方法和挤出机，其中用于制备活性介质和PVDF聚合物粘结剂的块料的挤出机包括挤出筒，所述挤出筒包括螺纹化加热区和未螺纹化成型区，所述未螺纹化成型区包括冷却区段，加热区比成型区长，在未螺纹化成型区中，挤出筒的内直径“D”从D₁增加至D₂，D₁至D₂的直径变化在0.2％至1.0％之间，加热区长度和成型区长度的比率为20:1至5:4；用于挤出活性介质和PVDF聚合物粘结剂的块料的方法包括如下步骤：提供含有PVDF聚合物的PVDF聚合物粘结剂和活性介质，将PVDF聚合物粘结剂和活性介质进料至上述挤出机，并且将所得到的PVDF聚合物粘结剂和活性介质掺混物挤出，以形成固定介质块料。本发明在制造包含PVDF聚合物粘结剂的块料时不会堵塞挤出筒。

技术领域

本发明涉及一种使用活性剂(例如活性炭)和作为粘结剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)制备活性介质块料的方法和挤出机。

背景技术

固定活性介质块(也称为块料或碳块料或整块料)已很好地用作水过滤应用中的过滤器，以从饮用中去除氯、味道(taste)、气味(odors)和其它悬浮或溶解的污染物，例如微生物和重金属。块料也可以用于其它应用，例如废水过滤，化学反应的催化剂，电池和超级电容器的电极，液体和气体的运输、储存、分离、清洁等……

块料通常由如下材料制成：活性介质颗粒或纤维，例如活性炭，石墨，分子筛，金属及其衍生物，杀菌剂，重金属去除剂等。这些块料还包含可在活性介质颗粒之间实现相互连结的一种或多种粘结剂，例如聚合物粘结剂。聚合物粘结剂几乎可以由任意热塑性材料组成，包括：聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯等；乙烯类聚合物，例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯等；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等；聚酰胺等。在这些材料中，聚乙烯和聚酯在市场上使用最广泛。

有两种主要的方式来制备块料(block)。一种是通过烧结/压模，另一种是通过连续挤出技术。挤出通常被认为是更经济的生产块料的方式。

阿科玛公司(Arkema)已将其系列PVDF聚合物粘结剂引入块料工业中，并显示出许多优点，例如，降低粘结剂加载量、改进对活性介质颗粒(特别是对细颗粒)的附着力。在水过滤应用中，PVDF聚合物粘结剂在去除污染物(如氯和重金属)方面也提供了改进的性能。PVDF聚合物粘结剂还带来其它块料应用中的性能改进，例如，气体运输、储存、分离和清洁。

本发明的块料包含PVDF聚合物粘结剂。PVDF聚合物粘结剂包括单一PVDF聚合物、两种或更多种PVDF聚合物的掺混物、PVDF聚合物与其它聚合物(例如，聚乙烯、聚酯和聚酰胺)的掺混物。

当将一种或多种PVDF聚合物粘结剂纳入块料组合物中时，其通常不允许在用于由聚乙烯和聚酯粘结剂制成的传统块料的方法和设备中直接替换。因此，对于最终使用者而言，将PVDF聚合物粘结剂应用到其产品中具有挑战性，对于使用挤出技术制造块料而言尤为如此。

本发明涉及有创造性的挤出机以解决制造包含活性介质颗粒(例如，活性炭和PVDF聚合物粘结剂)、改进挤出方法简易性和产率以及块料质量和性能时的挤出问题。

在使用PVDF聚合物粘结剂的块料挤出期间遇到的常规问题包括：1)粘结剂不完全固化、和2)当块料闭锁(lock up)在料筒内时挤出筒堵塞。

块料的不完全固化通常是由于PVDF聚合物粘结剂的熔融温度通常高于PE和聚酯粘结剂的熔融温度，且范围为110℃至180℃。我们所说的固化是指活性介质颗粒通过粘结剂粘结。使用PVDF聚合物制备的块料通常需要挤出机加热区中的温度较高和/或停留时间较长。这产生了部分固化的块料，例如，当使用具有未螺纹化短加热区的挤出机类型时，如WO1992017327A2所述。