JP2000355015A - 熱可塑性プラスチックを造粒するための水中造粒装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 とくに冷却水に接触時に望ましくない吸水傾
向のあるプラスチックを加工するのに適した造粒装置及
び造粒方法を提供すること。 【解決手段】 少なくとも１つの押出機１と、この押出
機１に接続されて、プラスチックを個々のストランドの
態様で押出可能な噴口１２を有する少なくとも１つの多
孔板４と、押出プラスチックストランドを多孔板４の吐
出し平面と平行な切断平面で短い断片に顆粒として寸断
可能な、少なくとも１つの電動駆動されて水平軸の周り
を回転可能なカッター工具３と、水入口１３と水・顆粒
混合物排出口５とを有し、多孔板４の吐出し側とカッタ
ー工具３とを内部に配置し、冷却水を充填され且つ冷却
水を貫流させる冷却室２とを有し、水入口１３がカッタ
ー工具３の回転軸の上方に配置されており、排出口５が
カッター工具３の回転軸の下方に配置されており、排出
口５が自由出口として構成されており、更に、顆粒を冷
却水から分離するための、排出口５に接続された分離装
置９を有し、分離装置９が排出口５の直下に配置されて
いる水中造粒装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前文に
記載された特徴を有する水中造粒装置と、請求項１０の
前文の特徴を有する熱可塑性プラスチック造粒方法とに
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば射出成形又はブロー成形によって
最終製品へと加工される熱可塑性プラスチックは、通
常、顆粒の態様で当該プラスチック加工機械に供給され
る。このような顆粒は原料プラスチックから製造され、
この原料プラスチックはしばしば例えば着色顔料又は補
強材等の添加物、添加剤と混合される。この材料を精製
するために押出機が利用され、その後段に造粒装置が設
けられている。

【０００３】このために使用される造粒装置の特定種類
は水封造粒装置と称される。可塑化熱可塑性プラスチッ
クは押出機によって、押出機出口の多数の噴口を備えた
多孔板を通して圧縮され、これらの噴口から比較的細い
個別ストランドとして吐出される。しかし、個別ストラ
ンドが比較的微細な顆粒に寸断されるように、多数の切
断刃を備えて多孔板の吐出し平面の間近を通過する回転
するカッター工具によって絶えず切断されるので、個々
のストランドはごく短い長さを達成するにすぎない。カ
ッター工具及び多孔板の周りに環状冷却室が配置されて
おり、接線方向で導入される薄い冷却水流が冷却室の実
質シリンダジャケット状の内壁に沿って案内される。こ
のような水封造粒装置は例えばドイツ公告特許公報ＤＥ
−ＡＳ１２２１７８３、ＤＥ−ＡＳ１５５４８８８によ
り公知である。カッター工具によって切断された押出プ
ラスチックストランド粒子は環状冷却室の壁に投げ飛ば
され、冷却水膜によって冷却され、冷却水によって出口
穴から排出される。

【０００４】水封造粒装置の他に、いわゆる水中造粒装
置も公知であり、これは冷却室全体が冷却水で充填され
ており且つ冷却水を貫流させる点で前者と相違してい
る。冷却室に冷却水が完全に充填されていることを常時
保証するために、通常、冷却水は下から、又はカッター
工具の駆動軸を通して、冷却室に導入される。冷却室内
で形成される顆粒を固形物・水混合物の態様で一緒に運
び去る冷却水の出口は、通常、冷却室の上部に配置され
ている。出口に続く配管が顆粒を分離装置へと輸送す
る。この分離装置内で凝固顆粒が冷却水から分離され、
引き続き乾燥させられる。

【０００５】このような水中造粒装置が例えば英国特許
公報ＧＢ２０１０２８８Ａにより公知である。この装置
は、冷却液を充填した冷却室内に多孔板を通して細いプ
ラスチックストランドを押し出す押出機を有する。冷却
液は下から供給され、再び上へと排出される。この装置
の冷却室内に、回転するカッター工具が回転軸を水平に
して配置されており、カッター工具は電動機によって駆
動される。但しこの装置はプラスチック顆粒の製造用に
予定されているのではなく、ゲルの態様で多孔板を通し
て押し出される水溶性高分子の水溶液の高速製造を生じ
るものである。この理由から冷却水出口と冷却室との間
に他の室が配置されており、強力剪断処理によって水中
でゲルの溶解を加速するためにこの室内で羽根車が回転
する。

【０００６】最後に、ドイツ特許公報ＤＥ３５４１５０
０Ｃ２にも、押出機に接続された水中造粒装置が述べら
れており、この装置はプラスチックを個々のストランド
の態様で押出可能な噴口を備えた多孔板を有する。この
造粒装置は電動駆動されて水平軸の周りを回転するナイ
フヘッドを有し、ナイフヘッドが備えている多数の切断
ナイフは押出プラスチックストランドを多孔板の吐出し
平面と平行な切断平面で短い断片に顆粒として寸断す
る。多孔板とナイフヘッドが冷却室内にあり、冷却室は
ナイフヘッドの回転軸の上方に冷却水入口を有し、回転
軸の下方には冷却水排出口を有し、この排出口を通して
冷却水は顆粒と共に排出される。その他の顆粒精製装置
はこの明細書では触れられていない。

【０００７】水中造粒装置は、例えばポリプロピレン、
ポリエチレン又はポリ塩化ビニル等の熱可塑性プラスチ
ックには十分適している。望ましくないことに比較的強
い吸水傾向のある他の素材の場合、これらの造粒装置は
従来、それ相応の品質低下を甘受することなくしては使
用できない。このような素材には例えばポリアミド、ポ
リエステルがある。それ故に、冷却水に対して敏感なこ
れらのプラスチックを造粒するには、通常、ストランド
造粒と称される別の方法が応用される。この方法は、連
続運転で比較的長いプラスチックストランドが多孔板を
通して押し出され、これらのプラスチックストランドが
自由懸垂式に、空気による短い輸送区間後に、押出機の
背後に配置される水浴に通されることを特徴としてい
る。顆粒に比べてプラスチックストランドの（体積比）
比表面積がかなり小さいので、この場合吸水は狭い限界
内に保つことができる。水浴中で個々のストランドを冷
却後、ストランドは乾燥され、次に予備乾燥され冷却さ
れて造粒装置に供給される。つまりこの造粒は熱可塑状
態で行われるのでなく、固体状態で行われる。それに続
いて、通常、再乾燥が行われる。

【０００８】このストランド造粒方法は短い冷却時間と
十分な顆粒乾燥を確かに保証するのではあるが、しかし
比較的高い整備支出と結び付いている。これは特に高性
能設備にあてはまる。なぜならば、個々の押出プラスチ
ックストランドにストランド割れが頻繁に現れることが
あるからである。更に、多孔板の外側に生じる堆積物に
よって品質問題が現れる。これは特にポリアミド配合物
にあてはまる。

【０００９】特に処理量の高い設備では、顆粒の乾燥も
問題を生じることがある。材料の温度が過度に上昇する
場合、劣化現象が現れることがあり、従って被加工プラ
スチックの損傷を生じることがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、前記欠点がな
く、冷却水に接触時に望ましくない吸水傾向のあるプラ
スチックを加工するのに特に適した造粒装置及び造粒方
法が要望されている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】装置に関してこの課題
が、本発明によれば、請求項１に明示した特徴を有する
水中造粒装置によって解決される。この装置の有利な実
施形態は従属請求項に明示されている。熱可塑性プラス
チックを造粒する本発明による方法は請求項１０に明示
した特徴の点で優れており、有利には従属請求項１１の
特徴によって更に構成可能である。

【００１２】本発明による水中造粒装置は、冷却水中
で、生成された顆粒の極端に短い滞留時間を保証するこ
とによって、公知の水中造粒装置と運転上相違する。こ
のため本発明では、水入口は造粒に利用される回転する
カッター工具の回転軸の上方に配置され、冷却水排出口
はその下方に配置されており、排出口は自由出口として
構成されており、顆粒から冷却水を分離するための分離
装置がこの排出口に直下で続いている。つまり冷却水排
出口は、冷却水と顆粒との混合物を分離装置へと輸送す
る配管に接続されているのではない。むしろ顆粒は、造
粒装置の冷却室内を上から下へと落下して貫流する冷却
水によって、冷却水中でのごく短い滞留時間後に分離装
置に直接達する。冷却水中でのこの短い滞留時間は、顆
粒の個々の粒子の十分な冷却を生じるにはまだ十分な長
さではない。むしろ、凝固してはいるがなお十分な余熱
を有する顆粒が生成される。本発明は有利な仕方でポリ
アミド、ポリエステル等の吸水傾向のあるプラスチック
の特性を利用する。これらの特性とは、それらが比較的
明確な融点を有する点、そして凝固後に粘着傾向を持た
ない点にある。こうして、融点のすぐ上の温度で押し出
されるプラスチックの温度を比較的僅かに下げることに
よって既に顆粒の十分な凝固を保証することができ、顆
粒中に凝集が生じることはない。

【００１３】望ましくは、水入口と冷却水排出口は回転
するカッター工具の回転軸を基準に相対向する。特に、
水入口と排出口は落下線上で上下に配置しておくことが
できる。

【００１４】特に有利には、その切断刃の下降時にの
み、即ち切断刃が実質的に冷却水の流動方向で移動する
間にのみ、回転軸を水平に配置したカッター工具が押出
プラスチックストランドを切断するように、プラスチッ
クを押し出す多孔板の噴口は吐出し平面に配設されてい
る。

【００１５】分離装置は例えばベルト濾過器又は振動分
離器として構成しておくことができる。しかし、顆粒か
ら冷却水の迅速な分離を保証する他の分離装置も基本的
に利用可能である。顆粒の余熱によって水の蒸発が引き
起こされるので、望ましくは分離装置の領域内に蒸気吸
引器を設けておくべきであろう。

【００１６】高性能の造粒装置を提供するために、複数
の多孔板とそれに対応した数のカッター工具を冷却室内
に設けるのが望ましい。噴口を群ごとに鏡像的に向き合
わせた２つの多孔板を並設するのが特別望ましいことが
判明した。その際、各多孔板に各１つの当該カッター工
具が割当てられており、両方のカッター工具の回転方向
は互いに逆である。２つの多孔板を備えたこのような造
粒装置の噴口は、有利には、両方の多孔板の背向し合う
外面でそれぞれ円の弓形内に配置される。コンパクトな
構造とするために、カッター工具の切断刃の描く回転軌
跡の外径よりも回転軸の距離が小さくなるように、多孔
板の距離、従って両方のカッター工具の回転軸の距離を
選択するのが望ましい。これは、両方のカッター工具の
切断刃がいわば互いに噛合って係合するように、逆回転
する切断刃が歯車式動力伝達装置におけると同様に駆動
されねばならないことを意味する。

【００１７】特にポリアミド、ポリエステル等のプラス
チックの加工に適した本発明による熱可塑性プラスチッ
ク造粒方法は、可塑化プラスチックが噴口を通して押し
出されてプラスチックストランドとされ、水浴中で冷却
され、微細顆粒へと細断されることから出発する。許容
外の吸水を防止して経済的で効率的な乾燥を保証するた
めに、本発明では、プラスチックが、噴口から吐出され
ると、冷却水を充填され且つ冷却水を貫流させる冷却室
に進入するようになっている。この冷却室内でプラスチ
ックは、なお可塑化状態において希望粒径に細断され、
その表面領域で冷却水に熱を放出することによって冷や
され、表面領域で固化が生じる。本発明によれば、切断
方向が実質的に、冷却室を貫流する冷却水の流動方向に
あるように、細断は行われる。これにより、顆粒が必要
以上に冷却室内に留まることは防止される。むしろ、既
に短時間後に、貫流する冷却水によって顆粒が運びされ
ることが確保される。更に、本発明によるプロセス遂行
では、冷却室内で形成される顆粒が細断後に直接的経路
で冷却水によって冷却室から運び出され、冷却室から進
出するのに直接続いて、なお暖状態で冷却水から分離さ
れ、固有熱によって直ちに乾燥されるようになってい
る。冷却水による過度に急激な冷却が起きることのない
ように、有利には冷却水は加温状態で冷却室に導入され
る。顆粒中に残存する固有熱が、冷却水分離後に顆粒の
十分な乾燥を生じるのになお十分であることは、これに
よって確保することができる。

【００１８】本発明は高性能な方法及び造粒装置を提供
するだけでなく、整備不要のごく省エネの運転で、吸水
に対してきわめて敏感なプラスチックの場合にプラスチ
ック顆粒の確実な製造を可能とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】図に示した実施例に基づいて以下
に本発明を詳しく説明する。

【００２０】図１に示した水中造粒装置が押出機１を有
し、この押出機内で熱可塑性プラスチック（例えばポリ
アミド又はポリエステル）の溶融体が生成される。押出
機１に接続されている多孔板４が数多くの噴口を備えて
おり、噴口は図１に詳しくは図示されていないが、しか
しこれらの噴口を通してプラスチックは個々のストラン
ドとして押出可能である。更に、例えば駆動電動機７を
介して駆動されるカッター工具３が設けられており、カ
ッター工具は水平回転軸を有する。このカッター工具３
によって押出プラスチックストランドは多孔板４の吐出
し平面に平行な切断平面で短い断片に、希望する粒径の
顆粒に、寸断することができる。多孔板４とカッター工
具３は、冷却水を充填され且つ冷却水の貫流する冷却室
２内にあり、この冷却室は水入口１３と冷却室２内で生
成される水・顆粒混合物用の排出口５とを有する。カッ
ター工具３と駆動電動機７との間に配置される駆動・調
整装置６を介してカッター工具３は多孔板４の表面に対
して正しい距離に調整することができる。水入口１３が
カッター工具３の回転軸の上方に配置されている一方、
排出口５はこの回転軸の下方で相対向させて配置されて
いる。排出口５は、例えば、形成された顆粒を継続輸送
する配管に接続されているのでなく、本発明によれば自
由出口として構成されており、図示実施例の場合ベルト
濾過器として構成される分離装置９の直接上で成端して
いる。選択されたように水入口１３と排出口５を落下線
上で上下に配置することによって、冷却室２に流れ込む
冷却水は殆ど支障なく冷却室を貫流し、切断された顆粒
を流れで連行することができる。こうして顆粒は最短経
路で分離装置９に達し、冷却水から分離される。プラス
チックを表面領域で凝固させるだけの比較的短い冷却時
間の間顆粒はなお高い含熱量を有するので、この熱は、
乾燥用エネルギーを外部から供給しなくとも顆粒になお
付着した冷却水を蒸発させるのに十分である。生成する
水蒸気は蒸気吸引器１１を介して排出される。分離装置
９の下方に、好ましくは循環式の冷却水タンク８が配置
されており、顆粒から分離された冷却水は冷却水タンク
８内に滴下することができる。分離装置９上に残存する
顆粒は図示矢印に従ってベルト濾過器の循環運動によっ
て継続輸送され、付着冷却水の蒸発後、十分に乾燥した
態様で顆粒出口１０に達する。そこから顆粒は、継続精
製のため、図示しない分級装置へと輸送し、希望する粒
径スペクトルに合わせて更に分割することができる。

【００２１】図２の略図から顆粒切断時の経過を認める
ことができる。この例は二重ヘッド付きに構成される造
粒装置、つまり２つの並置された多孔板４と２つの対応
するカッター工具３とを有する装置を示す。カッター工
具３がその切断刃１４の下降時にのみ押出プラスチック
ストランドを切断するように、両方の多孔板４の噴口１
２は吐出し平面に配設されている。矢印で示した両方の
カッター工具３の回転方向は相互に逆向きである。噴口
１２は両方の多孔板４の背向し合う外面でそれぞれ円の
弓形内に配置されている。これにより、切断は専ら個々
の切断刃１４の下降中に起きる。こうして切断運動の方
向は実質的に、冷却室２を貫流する冷却水の方向にあ
る。図２が示すように、カッター工具３の両方の回転軸
の軸距離はカッター工具の切断刃１４がそれぞれ描く回
転軌跡の外径よりも小さい。切断刃１４がそれらの逆駆
動時に相互に衝突することのないように、切断刃は互い
に噛合う歯車の場合と同様に係合している。多孔板とカ
ッター工具とのこの配置が造粒ヘッドの特別コンパクト
な構成をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による造粒装置を一部断面で示す図であ
る。

【図２】２つの多孔板と２つのカッター工具とを有する
造粒装置を上から見た略図である。

【符号の説明】

１ 押出機 ２ 冷却室 ３ カッター工具 ４ 多孔板 ５ 排出口 ６ カッター工具用駆動・調整装置 ７ 駆動電動機 ８ 冷却水タンク ９ 分離装置 １０ 顆粒出口 １１ 蒸気吸引器 １２ 噴口 １３ 冷却水入口 １４ 切断刃

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性プラスチックを造粒するための
   水中造粒装置であって、 −少なくとも１つの押出機（１）と、 −この押出機（１）に接続されて、プラスチックを個々
   のストランドの態様で押出可能な噴口（１２）を有する
   少なくとも１つの多孔板（４）と、 −押出プラスチックストランドを多孔板（４）の吐出し
   平面と平行な切断平面で短い断片に顆粒として寸断可能
   な、少なくとも１つの電動駆動されて水平軸の周りを回
   転可能なカッター工具（３）と、 −水入口（１３）と水・顆粒混合排出口（５）とを有
   し、多孔板（４）の吐出し側とカッター工具（３）とを
   内部に配置し、冷却水を充填され且つ冷却水を貫流させ
   る冷却室（２）とを有し、 −水入口（１３）がカッター工具（３）の回転軸の上方
   に配置されており、 −排出口（５）がカッター工具（３）の回転軸の下方に
   配置されており、 −排出口（５）が自由出口として構成されており、 −更に、顆粒を冷却水から分離するための、排出口
   （５）に接続された分離装置（９）を有し、 −分離装置（９）が排出口（５）の直下に配置されてい
   る水中造粒装置。
2. 【請求項２】 水入口（１３）と排出口（５）がカッタ
   ー工具（３）の回転軸を基準に相対向することを特徴と
   する、請求項１記載の造粒装置。
3. 【請求項３】 水入口（１３）と排出口（５）が落下線
   上で上下に配置されていることを特徴とする、請求項２
   記載の造粒装置。
4. 【請求項４】 カッター工具（３）が冷却水の流動方向
   でその切断刃（１４）の下降時にのみ押出プラスチック
   ストランドを切断するように、多孔板（４）の噴口（１
   ２）が吐出平面に配設されていることを特徴とする、請
   求項１〜３のいずれか１項記載の造粒装置。
5. 【請求項５】 分離装置（９）がベルト濾過器又は振動
   分離器として構成されていることを特徴とする、請求項
   １〜４のいずれか１項記載の装置。
6. 【請求項６】 分離装置（９）の領域内に蒸気吸引器
   （１１）が設けられていることを特徴とする、請求項１
   〜５のいずれか１項記載の装置。
7. 【請求項７】 噴口（１２）を群ごとに鏡像的に向き合
   わせた２つの多孔板（４）と、多孔板（４）に割当てら
   れて互いに逆回転方向に駆動可能な２つのカッター工具
   （３）が、冷却室（２）内に並設されていることを特徴
   とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の造粒装置。
8. 【請求項８】 噴口（１２）が、両方の多孔板（４）の
   背向し合う外面でそれぞれ円の弓形内に配置されている
   ことを特徴とする、請求項７記載の造粒装置。
9. 【請求項９】 両方のカッター工具（３）の回転軸の相
   互距離が、カッター工具（３）の切断刃（１４）の描く
   回転軌跡の外径よりも小さいことを特徴とする、請求項
   ７又は８記載の造粒装置。
10. 【請求項１０】 吸水傾向のある熱可塑性プラスチッ
    ク、特にポリアミド又はポリエステルを造粒する方法で
    あって、 −プラスチックが、噴口から吐出されると、冷却水を充
    填され且つ冷却水を貫流させる冷却室に進入し、 −なお可塑化状態において冷却室内で希望粒径に細断さ
    れることによって、可塑化プラスチックが噴口を通して
    押出されてプラスチックストランドとされ、水浴中で冷
    却され、微粒顆粒へと細断され、 −細断時に切断方向が実質的に、冷却室を貫流する冷却
    水の流動方向にあり、 −冷却室内で形成される顆粒が細断後に直接的経路で冷
    却水によって冷却室から運び出され、 −冷却室から進出するのに直接続いて、なお暖状態で冷
    却水から分離され、 −その固有熱によって乾燥されることを特徴とする造粒
    方法。
11. 【請求項１１】 冷却水が加温状態で冷却室に送られる
    ことを特徴とする、請求項１０記載の方法。