[发明专利]用于纯化热塑性聚合物的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及分别根据权利要求1和10的前序部分所述的用于纯化热塑性聚合物的方法及设备。本发明还包括根据权利要求15的前序部分所述的凝聚剂和/或产生声波的媒介用于纯化热塑性聚合物的使用。

背景技术

热塑性聚合物能够被用于各种应用，例如包装工业。在此，聚合物通常与填料混合以改进多种的物料性质。例如，具体地在PET(聚对苯二甲酸乙二酯)饮料瓶中加入氧化钛颜料以实现对可见光的不通透性，因此提高了对光敏感的食物的耐久性，例如牛奶。此外，通常使用着色颜料以改变瓶子的光学外观。还经常加入添加剂以影响气态扩散。填料要在聚合物基体中尽可能精细地且有规则地分散以实现光学均匀的混合并且不会劣化物料机械性质。公知地这是通过使用母料技术和/或表面改性填料来实现的。

但是，填料在热塑性聚合物内的良好分散会导致在这些物料的公知的再循环过程中出现一些问题，因为不能够将填料从再生材料(recyclate)中充分地移除。

为了再循环，在物料已经被使用后通常将物料收集，通过机械和物理的分离方法根据物料种类被分类，随后被切割为更小的块(所谓的聚合物片)，并且被清洗。这些聚合物片在再循环过程中作为中间产物，并且通过连续挤出程序被再次转化成能够再次成形为任意的产品的聚合物微粒。

再生材料中的剩余的着色颜料会劣化其质量和再循环能力，因为仅能够用其生产出比再生材料的色调更深的产品。另一方面，很多应用要求获得无色、透明产品。为了抑止这种负面效应，在将填料从聚合物熔体分离的挤出设备和粒化设备中，通常设置有机械过滤器。

然而，被精细地分散的填料的粒子尺寸已经能够在聚合物大分子的范围内，从而通过机械过滤步骤不能或不能充分地将它们从聚合物熔体中移除。

DE 4112786 A1和JP 2007/246833A描述了从聚合物溶液中分离填料的方法，然而没有公开从聚合物熔体中分离填料。US 2010/0249253 A1涉及一种用于再循环叠层玻璃中的聚乙烯缩丁醛的方法，包括化学纯化步骤，其中聚乙烯缩丁醛呈现固相。因为这些方法要求制备聚合物溶液或化学处理所以相对复杂且低效。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用于纯化热塑性聚合物的方法及设备，其中分散在聚合物中的填料能够被有效且廉价地分离，并且能够通过机械过滤器来实现纯化。

通过根据权利要求1的方法实现了这一目的。在权利要求2至9中描述了优选实施例。

在根据权利要求1的有创造性的方法中，在过滤聚合物熔体的步骤前，将分散的填料至少部分地转化为凝聚的且可过滤的形态。通过将填料凝聚成团块，其体积增大(也就是平均粒子直径增大)。据此，与聚合物大分子的尺寸相比，能够使经凝聚的填料的粒子尺寸增加至这样的程度：通过机械的过滤步骤能够将这些填料有效地从聚合物熔体中移除。因此，能够使用用于从热塑性聚合物中分离填料的机械过滤系统。因为在过滤工艺前填料的粒子尺寸增加，所以还允许使用具有相对大的过滤器孔的过滤器。据此，因为通过过滤器孔径的增加而便于且加速了穿过过滤器的聚合物熔体的流动，所以用于纯化热塑性聚合物的方法是有效且廉价的。

优选地，通过添加凝聚剂来实现分散的填料向凝聚的且可过滤的形态的转化。能够在聚合物熔体的制备前(即，在热塑性聚合物呈现固态的时间点)就已经实现向热塑性聚合物添加这种凝聚剂。另外或作为替代，能够在热塑性聚合物已经呈现为熔体的时间点添加凝聚剂。通过添加凝聚剂，分散的填料能够被特别有效地凝聚且转化成可过滤的形态。此外，据此能够实现特别大的凝聚的粒子直径，因此能够进一步增加过滤器孔径。

尤其，通过填料与凝聚剂的化学反应实现分散的填料的凝聚。另外或作为替代，能够实现由凝聚剂引起的填料本身的化学反应，并且/或者通过凝聚剂引起的至少一个物理参数(特别是pH值)的改变实现分散的填料的凝聚。据此，分散的填料的特别有效的凝聚以及热塑性聚合物的有效的纯化成为可能。

作为替代或与此结合，通过使用声波来处理聚合物熔体能够实现分散的填料向凝聚的且可过滤的形态的转化。特别的是，为此使用超声波，优选地在60kHz和1.6GHz之间，特别优选地在20kHz和100kHz之间。通过使用声波的处理，凝聚特别有效且迅速。特别是与使用凝聚剂相结合，附加的声波的引入能够辅助并加速由凝聚剂引起的填料的凝聚过程。

本发明特别包括选自包括如下物质的群组的热塑性聚合物：聚酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酰胺以及聚碳酸酯，优选地聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯或聚乙烯、或者这些聚合物的共聚物。