[发明专利]用于粒化熔体材料的设备

说明书

技术领域

根据权利要求1的前序部分，尤其出于例如由相应的熔体材料制造制药产品的目的，本发明涉及一种用于将熔体材料粒化为小粒的设备，其中，熔体材料来自于例如具有活性制药成分的材料或者材料混合物，或者例如塑料熔体材料(例如，聚合物熔体材料)。

背景技术

当今，通常通过例如制粒加工和处理熔体材料。一般而言，经常将挤出机或熔体泵用在熔体材料的制粒中，到目前为止，熔体材料尤其例如塑料。这些挤出机或熔体泵将熔融的塑料原材料挤压通过穿孔板的喷嘴到冷却剂(例如，水)中。在该过程中，通过具有至少一个转动刀片的切割器装置在那里切割通过喷嘴的开口冒出的材料，以产生小粒。已知的执行水下制粒方法的相应设备是水下造粒机，例如，Automatik Plastics Machinery GmbH公司的产品名为的造粒机。

用于在作为冷却剂的空气中执行热切割粒化的系统已经上市了很长时间，原因在于它们代表了用于粒化挤出的热塑性塑料的相对容易构建的机器。在这些机器中，从穿孔板冒出的熔体细条由尽可能靠近表面旋转的刀片斩断，并且由小段细条状材料中固有的惯性形成为小粒。作为刀片旋转的结果，从周围环境或者壳体内部引入空气，空气或多或少自由并离心地引导小粒脱离切割位置。这些系统中出现的问题在于刀片的冷却效果差，刀片经过一定的时间会过热且粘结，以及易于导致这些系统的整体粘结和堵塞，尤其在实际生产条件下以高生产率生产大量小粒时。此外，以这种方式生产的小粒倾向于具有圆柱形和不规则形状(尤其在熔体材料的粘性相对高时)，而在具体的制药材料的情况下，下游应用更可能需要具有均匀尺寸的很多球形小粒。

一般而言，在使用热切割粒化方法的制粒中，(例如)熔融的聚合物基质被挤压通过终止于平直表面的一个或多个喷嘴的装置，其中由一个或多个刀片组成的切割器装置通过所述平直表面。冒出的细条由一个或多个刀片切割成小单元(所谓的“小粒”)，每个小粒开始依然是熔融的。随后，通过冷却使小粒低于聚合物基质的固化温度，从而使得它们固化并且这样做将失去熔体的固有粘性以及粘接到表面或者彼此粘接的倾向。根据现有技术，在这里将使用这些方法的方法和机器进行进一步的细分为使用水或者类似的液体作为冷却剂、称之为水下热模面粒化的方法和机器，以及称之为空气冷却热模面粒化的方法和机器，也就是说以下的方法和机器：其中切割之后的冷却最初只使用气体(优选地，空气)而排出液体介质或者利用由气体和液体微滴的混合物组成的雾状物而完成。后一组由针对处理而言处于下游的附加的冷却方法的类型来进一步区分，即，这样的方法和机器：其中水膜在切割室的壁上流动，切割室具有近乎圆柱形到截去顶端的圆锥形的形状，小粒落到水膜中并且水膜将小粒输送出切割设备。这些也被称为水环式粒化机。

然而，如果待粒化的产品与水接触是不期望的，那么使用以下粒化机：其中专门通过冷却和输运气体来冷却新切割的、依然熔融的小粒。虽然如此，对于与现有技术相应的机器，典型的是：首先，通过切割器装置的离心力径向向外加速新切割的小粒，其次，冷却处理相对缓慢地进行，并且因此小粒在被允许与表面接触之前，必须自由飞行地行进相对长的距离。因此，这种粒化机非常庞大，甚至对于小生产量来说也是如此。尺寸和与之相关的低冷却剂气体流动速率导致内部紊流出现，使得一部分小粒太快地与壳体部分和其他机器部分接触，在那里它们会粘结。此外，环境空气一般作为冷却气体吸入，其本身已经充满有灰尘和不期望的物质，对环境空气来说检测温度和水分含量特性以及去除灰尘即便不是不可能也是困难的。为了获得尽可能无故障的粒化机的操作，将期望小粒足够快速地冷却，以使得它们在开始与壳体或者切割器部分或者其他小粒接触之前，已经具有固化表面。冷却速率首先是温度差的函数，其次是气体的体积元素彼此快速交换(在本技术领域中，其也被称为紊流度)的函数。雷诺数可以用作紊流度的参数。在这种情况下，冷却效果主要取决于聚合物熔体的特性(特别地，温度、热容量、表面、导热率、颗粒尺寸和比表面)以及冷却气体自身的特性(特别地，温度、热容量、紊流度、冷却剂气体/聚合物小粒质量流量比)。这些因素中的大部分是由工艺技术确定的材料常量或参数，所以对于影响冷却效应的力度而言，仅仅存在少量可能性。在最终的分析中，必须将聚合物小粒的热含量传送给冷却剂气体。如果不考虑与壳体部分和其他机器部分的热交换，熔体材料中的热含量差等于冷却剂气体中的热含量差。

因而，对于液体和气态冷却液体(例如，水或加工空气)的馈送而言，简单地将调整冷却流体的体积流率以适应粒化设备的切割室是期望的。