[发明专利]用于将流体制剂注射到熔融聚合材料的装置和方法

说明书

用于在高压下将液体制剂注射到熔融聚合物中的注射装置，包括容纳环境温度和压力下的液体制剂的贮存器，其被布置为向第一渐进式空腔泵(pep)4的泵体26淹没式进料。第一pep 4由电机6驱动并且被布置为将液体制剂精确地计量到第二pep 8中，该第二pep 8在第一pep下游，并且被布置为将液体制剂的压力增加200巴或更多。泵8的下游是输送阀14，其被布置为控制液体制剂经由出口17传送进入存在于挤出机77中的加压熔融聚合物流75中。

本发明涉及聚合材料，并且特别地但不仅仅涉及，比如在聚酯纤维生产中将添加剂并入聚合材料(例如聚酯)中。

已知通过浴法染色或纺丝染色将添加剂(例如着色剂、稳定剂、消光剂、防静电剂、光学增亮剂、加工助剂等)并入到纤维后期生产中。然而，不利的是，这需要大量的液体添加剂制剂以使添加剂渗透到纤维中；该过程可能是耗时的；并且在渗透过程后必须干燥纤维。此外，纺丝染色过程使用大量的水资源，且已涉及到环境问题，包括水道污染。

还已知使用含有添加剂的母料来将添加剂引入聚合物中。例如，可以将母料的粒料和聚合物的粒料经由挤出机的进料口引入挤出机中，并将两种组分一起熔融处理。然而，不利的是，清洁挤出机是耗时的，因为需要在例如颜色变化之间清洁挤出机的整个长度；并且固体粒状母料的投料和可处理性可能是具有挑战性的。另外，使用母料制成的材料(例如纺成纤维)的一些性质可能受到不利影响。

并入添加剂的优选方法是将液体制剂并入聚合物熔体中。该制剂适合地包括媒介剂，在注射到熔体之前将添加剂分散于该媒介剂中。

已知使用齿轮泵将液体制剂注射到聚合物熔体中。例如，US7278776公开了一种用于将液体染料注射到聚合物熔体中的装置和方法。用于注射染料的装置包括用于容纳液体染料的罐，其中该罐连接到气体压力源以便产生作用于罐中的染料的气垫，使得在恒压下将染料输送到进料泵的入口。进料泵(其为齿轮泵)连接到罐与计量泵的入口之间的染料进料线，该计量泵也是齿轮泵。计量泵具有经由染料进料线连接到罐的入口以及用于连接到熔体运载部件的出口，其中计量泵被配置成将测量的量的染料从罐添加到熔体运载部件(例如挤出机)中的聚合物熔体。

WO2014/207472公开了用于将流体制剂注射到熔融聚合材料中的装置，该装置也使用齿轮泵。

不利的是，发现当泵送包括比如二氧化钛的磨料颗粒的液体制剂时，齿轮泵易于发生高度磨损。一般来说，磨损的齿轮泵不能成本有效地被维修(例如，对磨损的部件进行表面重磨是昂贵的)，因此在它磨损到其操作变得不令人满意的程度之后它可能被更换。可以通过将这样的磨料颗粒在并入液体制剂之前研磨至非常小的粒度来在一定程度上解决齿轮泵的磨损问题。然而，这是耗时且昂贵的；并且一些颜料(比如旨在赋予金属效果或珠光效果的那些颜料)必须维持相对较大的粒度。另外，实践中已发现使用齿轮泵难以实现令人满意的长期性能，特别是当需要在高压下将精确计量的液体制剂注射到熔融聚合材料时。其一个原因是由于齿轮泵依赖于非常紧密的公差来实现金属部件之间的机械密封并因此产生压力。但是，如果公差扩大到可以接受较大的颜料颗粒，则粘度非常低的材料不能充分加压。此外，当出口和入口之间存在压力差时，齿轮泵的动作允许一定量的液体“滑移”回齿轮上。虽然可以适应少量的“滑移”，但其将不利地剪切液体并将导致局部加热。剪切加热降低大多数添加剂制剂的粘度，并导致“滑移”水平进一步增加，这意味着必须采取措施以对抗泵内积聚的热量(例如空气冷却或液体冷却)。“滑移”水平的增加造成齿轮泵的加速磨损，这意味着对于相同排量体积需要泵更多次旋转，并且微粒不利地被迫使通过间隙返回。此外，当经受与齿轮泵的动作相关的机械压力时，一些固体成分可能团聚成块或被压成更大的团，当包括这样的块的液体制剂被注射到聚合物熔体中时引起问题。

本发明的目的是解决上述问题。

根据本发明的第一方面，提供了用于将流体制剂注射到熔融聚合材料中的装置，该装置包括连续布置在装置的出口上游的流体路径中的第一渐进式空腔泵(pcp)和第二pcp。