專利名稱：制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種制造可環(huán)境降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了減小污染問題，近年來，用于塑料行業(yè)的可環(huán)境降解的塑料的發(fā)展是熱門話題。這是由于常規(guī)塑料在處理之后無法在自然中輕易地分解，而最終造成嚴重的塑料廢物污染的事實?，F(xiàn)今，許多聲稱可以降解的塑料產(chǎn)品已經(jīng)在市場上銷售。其通常被分為兩類 植物基材料(plant base materials)禾口石油基材料(petroleum base materials.)。對于植物基材料(如，玉米、纖維素等)，與石油基材料(如，聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE))相比，它們的機械性能和耐久性顯然是比較差的。可選擇的是，將具有氧化特性的可降解添加物與載體塑料樹脂混合，以形成可降解母料，隨后擠出以形成塑料袋。因為少量這些可降解添加物(在ppm級別)就能足夠好的形成母料，因此，相對于僅僅將可降解添加物導入塑料樹脂用于處理(如，噴射和吹制)以形成可降解產(chǎn)品而言，生產(chǎn)可降解母料是很重要的。因此，生成母料所需的適當?shù)奶砑游锖康木葘τ谒芰袭a(chǎn)品的可降解性具有重要影響。目前，由于較低的成本和高的機械性能，一些可降解材料可在本地市場上獲得并且被接受。但是，用于生產(chǎn)這樣的可降解材料的技術(shù)并非容易的任務，尤其是對于油形式的可降解添加物(油形式被聲稱比粉末形式更有作用且更有效)。主要問題在于這些石油基材料和油基可降解添加物的相是非同質(zhì)的(inhomogeneous in phase)，在母料制造過程中會產(chǎn)生混合問題(如，非均勻分布或非一致)。最終，其將導致具有不可控質(zhì)量的可降解母料。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，以便于使用油基可降解添加物生產(chǎn)可環(huán)境降解的母料。本實用新型采用的技術(shù)解決方案是一種制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樹脂混合器、氣控式擠出機及造粒機，其中，該系統(tǒng)還包括失重式進料機，該失重式進料機的出口端連接至擠出機的機室，油基可降解添加物通過該失重式進料機的出口端添加至擠出機內(nèi)，與熔融形式的樹脂混合物混合。如上所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其中，所述擠出機為平行同向雙螺桿型擠出機，所述雙螺桿擠出機包括前后相接的料斗、輸送機構(gòu)及螺桿擠壓機構(gòu)， 所述樹脂混合器設于該擠出機的料斗前，所述料斗內(nèi)設有攪拌器，所述造粒機設于螺桿擠壓機構(gòu)末端的模具后方。如上所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其中，所述失重式進料機包括給料器及噴槍出口，且該給料器與噴槍出口間連接有控制油基可降解添加物的添加量的齒輪泵，所述噴槍出口連接至螺桿擠壓機構(gòu)的機室。如上所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其中，所述螺桿擠壓機構(gòu)上設有兩個接口，其中第一接口與用于控制擠出機室的工作壓力的真空泵或高氣體壓力生
3成器相連接，第二接口與所述失重式進料器的噴槍出口相連接。如上所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其中，所述樹脂混合器是具有多層葉片的雙螺桿混合器。如上所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其中，所述塑料樹脂包括 LDPE, PP和EVA中的一種或任意組合。本實用新型的特點和優(yōu)點是本實用新型的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，是利用失重式進料機添加油基可降解添加物來均勻地混合塑料樹脂，以實現(xiàn)用于塑料樹脂的可降解母料的目的，并實現(xiàn)可控的降解性。本實用新型例如可采用中國專利 No. 200420016218. 8中所描述的氣控式雙螺桿擠出機，此處以引用的方式并入該專利，將其與失重式進料器一起使用，以在擠出過程中在可控氣壓和操作溫度下精確地噴射添加物， 來生產(chǎn)可降解母料。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，將本實用新型具有失重式進料器的可氣控 (controllableatmosphere)的雙螺桿擠出機應用于工業(yè)生產(chǎn)可降解母料，其能夠提高精度和均勻性，且能夠提高生產(chǎn)率，并實現(xiàn)非同質(zhì)材料的混合(mix materials inhomogeneously) 0

圖1為本實用新型中采用的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型中采用的失重式進料器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
發(fā)明原理非同質(zhì)材料的混合(Mixing of materials inhomogeneously)是一個很難的問題，因為其將直接影響均一性和穩(wěn)定性。對于具有油基添加物的PP和PE母料的生產(chǎn)，混合物通常非均勻地分布。而且，用于母料生產(chǎn)的高溫(例如，200°C )將使油質(zhì)物質(zhì)分解，而造成最終非準確的濃度。因此，本實用新型優(yōu)選使用氣控式的雙螺桿混合系統(tǒng)。本實用新型提出的制備系統(tǒng)裝配有加壓擠出機室和失重式進料器，以提高均勻混合兩種不同相材料的精度。本實用新型首先提出一種生產(chǎn)可環(huán)境降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樹脂混合器、可氣控(control atmospheric)的雙螺桿擠出機、失重式進料機及造粒機，該失重式進料機的出口端連接至擠出機的機室，以便將油基可降解添加物與熔融形式的塑料樹脂均勻混合，生產(chǎn)出塑料樹脂的可降解母料。如圖1所示，其為本實用新型的一具體實施例中采用的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，擠出機為平行同向雙螺桿型擠出機，該雙螺桿擠出機包括前后相接的料斗4、輸送機構(gòu)(例如輸送螺旋、貯料器幻及螺桿擠壓機構(gòu)3，該擠出機的料斗4前設有樹脂混合器(圖中未示出)，較佳地，該樹脂混合器是具有多層葉片的雙螺桿混合器，料斗4底部攪拌筒41內(nèi)設有攪拌器(圖中未示出)，該攪拌器也可為雙螺桿結(jié)構(gòu)，造粒機設于螺桿擠壓機構(gòu)3末端的模具(圖中未示出)后方。本實用新型的該系統(tǒng)中，擠出機的機室上設有第一接口 1，用于連接真空泵或高氣壓生成器，以便根據(jù)實際工作需要對該擠出機機室內(nèi)抽真空，排出物料反應過程中的水分及雜質(zhì)，或者，通過該第一接口 1向擠出機的機室內(nèi)注入高壓氣體，如當雙螺桿擠出機室的工作壓力大于Iatm的大氣壓力時，將使用氮氣、氬氣或氮氣和氬氣的混合物用作保護氣體，以減少機室內(nèi)的添加物被氧化而導致的變質(zhì)。本實用新型的最突出的特點在于，該擠出機的機室上還設有第一接口 2，且該第一接口 2連接有失重式進料機，請參照圖2所示，其為本實用新型的一具體實施例中采用的失重式進料機的結(jié)構(gòu)示意圖，該失重式進料機30包括給料器31、流量控制機構(gòu)及噴槍出口 37，具體地，如圖2所示，該流量控制機構(gòu)為一齒輪泵35，且該齒輪泵35與給料器31間還連接有一開關閥33，齒輪泵35的另一端與噴槍出口 37連接，而該噴槍出口 37接設于擠出機機室的第二接口 2。給料器31裝設有稱重傳感器(圖2中其下方設有電子天平3 、稱重控制儀、電氣控制箱等(圖中未示出)，從而可以通過該失重式進料機30、電子控制系統(tǒng)來控制雙螺桿擠出機內(nèi)的添加物份量。本實用新型中采用氣控式同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。樹脂在放置到料斗4前，先通過頻率控制在0. 1至50rpm范圍的雙螺桿樹脂混合器進行預混處理。經(jīng)過預混后的樹脂在料斗4內(nèi)再次被該攪拌器混合，并被輸送螺旋傳送到擠出方向，然后落至貯存器5和雙螺桿而被熔融。在同向旋轉(zhuǎn)方向上設置的雙螺桿被預加熱至高達270°C的環(huán)境溫度范圍中的特定溫度。整個螺桿可以包括7個具有不同溫度的工作區(qū)，具體結(jié)構(gòu)及設置可參考現(xiàn)有技術(shù)， 此處不再詳述。失重式進料器的噴槍出口 9連接到擠出機機室的第二接口 2。放置在電子天平32 上的圓筒狀給料器31填充有0-10升范圍內(nèi)的油基可降解添加物。然后，添加物被推送到齒輪泵35，并由對應于雙螺桿擠出機機室的噴槍出口 37噴出，之后添加物重量的準確度下降至士0. Img的水平。齒輪泵用于將油基可降解添加物控制在合適的量。添加物被噴出到螺桿后與熔融樹脂混合，在該過程中，由與第一接口 1連接的真空泵或高氣體壓力生成器將壓力控制在0. 04-13MPa范圍內(nèi)。在擠出機機室的末端，通過模具擠出熔融的可降解母料， 并且該熔融可降解母料通過用于冷卻的水浴器來引導，隨后進行?；１緦嵱眯滦瓦€提出一種可降解母料的制備方法，其是利用失重式進料器向載體樹脂混合物噴射油基可降解添加物來生產(chǎn)所述可降解母料。具體地，該可降解母料的制備方法可以包括預混處理將塑料樹脂(載體樹脂)、添加劑和碳酸鈣(CaCO3)在樹脂混合器中進行預混合，形成載體樹脂混合物料；混合擠出將預混后的載體樹脂混合物料通過擠出機進行混合并在擠出機機室的末端通過模具擠出；在此過程中，利用失重式進料機向擠出機機室內(nèi)噴射油基可降解添加物，并在擠出前將油基可降解添加物與載體樹脂混合物料進行充分混合；冷卻造粒擠出后的混合物先冷卻再由造粒機切斷，形成可降解母料。較佳地，前述預混處理步驟中，是利用具有多層葉片的雙螺桿樹脂混合器以從1 至50rpm的可變旋轉(zhuǎn)速度對載體樹脂、添加劑和碳酸鈣進行初步預混，而且，將其初步預混后倒入擠出機料斗后，再由料斗4內(nèi)的攪拌器(如雙螺桿混合器)是以從1至50rpm的可變旋轉(zhuǎn)速度(不限于此)對載體樹脂、添加劑和碳酸鈣再次進行預混合。如圖2所示，該制備方法中，所采用的失重式進料機包括給料器31、稱重傳感器、稱重控制儀、電氣控制箱等，其中給料器31與噴槍出口 37間連接有開關閥33、齒輪泵35， 由齒輪泵35控制油基可降解添加物的用量，噴槍出口 37連接至螺桿擠壓機構(gòu)的機室。利用該失重式進料機不僅在擠出過程中可以在可控壓力和操作溫度下精確地噴射可降解添加物，還可以通過失重式進料機30及相應的電子控制系統(tǒng)控制雙螺桿擠出機內(nèi)的添加物份量。該制備方法中，較佳是將失重式進料器30的給料速率控制在每小時0. 5-2L的范圍內(nèi)，且該失重式進料機的精度選擇為士0. Img0優(yōu)選地，擠出機室的壓力控制在0.04MPa至15MPa ；工作溫度較佳控制在 100-270°C，以提供使可降解添加物與熔融載體樹脂混合在一起來實現(xiàn)均勻的母料的合適條件。另外，當工作壓力大于Iatm的大氣壓力時，將使用氮氣、氬氣或氮氣和氬氣的混合物。前述塑料樹脂包括LDPE、PP和EVA中的一種或組合。本實用新型通過使用氣控雙螺桿擠壓系統(tǒng)的母料生產(chǎn)系統(tǒng)及方法的工作過程如下首先，載體樹脂與添加劑和碳酸鈣(CaCO3)在雙螺桿樹脂混合器中以從1至50rpm 的可變旋轉(zhuǎn)速度進行預混。然后，預混后的混合物被倒進雙螺桿擠出機的料斗4中，料斗4內(nèi)的攪拌器保持攪拌該混合物；當混合物通過輸送螺旋及貯料器5到達擠出機3的機室時，混合物將通過雙螺桿向前進行螺桿運動；該過程中通過小窗2使用失重式進料器30噴射精確的油基可降解添加物。給料器的精度可以達到士0. lmg。在擠出過程中，室內(nèi)的溫度可以高達270°C，以加熱混合物至熔融形式。加入添加物之后，油質(zhì)添加物與樹脂(混有添加劑、CaCO3)的混合物被控制在0. 02ΜΙ^至15ΜΙ^范圍的氣壓下，以提高兩種不同相材料的均勻混合，來生產(chǎn)精確的可降解母料。本實用新型相關參數(shù)如下操作溫度100至270°C的范圍內(nèi)。壓力0. 02MPa_15MPa。生產(chǎn)率5_50kg每小時載體樹脂PP和PE在擠出過程中，通過第二接口 2利用失重式進料器精確地噴射油基添加物。其中， 給料速率是0.5-2L每小時范圍內(nèi)。由于擠出過程在高溫下工作，因此，在擠出前當載體樹脂與油基添加物混合時，添加物可能分解并且汽化，從而造成母料的不正確構(gòu)成。因此，使用失重式給料器的優(yōu)點是在這種高溫(如，200°C)下噴射油基添加物時，將添加物的氣化程度降到最低。最后，混合有添加物混合物在室的末端通過模具被擠出，并且通過水浴器冷卻，然后由造粒機切斷，以形成可降解母料。下面結(jié)合實施例來說明本實用新型的可降解母料的制備方法所達到的效果。實施例1實施例1生產(chǎn)LDPE可降解母料。擠出機的工作壓力為0. 06MPa，溫度范圍為140-160°C。失重式進料機將油基可降解添加物加入擠出機構(gòu)，其給料速率設置為1千克/ 小時。母料含有5%的油基可降解添加物、2%的抗氧化劑、7%的CaCO3,其它為LDPE樹脂。經(jīng)過驗證檢測，LDPE可降解母料中油基可降解添加物的百分比含量約為4. 95% (范圍是4. 75-5. 12% )，相比用傳統(tǒng)的混合方法所生產(chǎn)的LDPE可降解母料(百分比含量最少可達0.6%，最高只能達4. 81% )有很大的改善。實施例2實施例2生產(chǎn)PP可降解母料。雙螺桿擠出機的工作壓力為0. 04MPa,溫度范圍為 160-180°C。失重式進料機將油基可降解添加物加入擠出機構(gòu)，給料速率設置為1千克/小時。母料含有10%的油基可降解添加物、3%的抗氧化劑、10%的CaCO3,其它為PP樹脂。經(jīng)過驗證檢測，PP可降解母料中油基可降解添加物的百分比含量約為9. 82% (范圍為9. 5-10. 05% )，相比用傳統(tǒng)的混合方法所生產(chǎn)的PP可降解母料(百分比含量范圍大約3. 7-8.9% )有很大的改善。實施例3實施例3生產(chǎn)LDPE可降解母料。雙螺桿擠出機的工作壓力為0. 06MPa，溫度范圍為140-160°C。失重式進料機將具有氧化特性的添加物加入擠出機，給料速度設置為1千克 /小時。本實施例與實施例1的主要區(qū)別在于添加劑為1. 5%的抗氧化劑。母料含有7%的油基可降解添加物、7%的CaCO3,以及一定量的LDPE樹脂。經(jīng)過驗證檢測，LDPE可降解母料中油基可降解添加物的百分比含量約為6. 89% (范圍為6. 4-7. 15% )，相比用傳統(tǒng)的混合方法所生產(chǎn)的LDPE可降解母料(百分比含量范圍大約2. 8-6. 5% )有很大的改善。綜上所述，由于現(xiàn)有技術(shù)中是將油基添加物和樹脂的兩種不同相(phase)直接混合然后擠壓，不但會帶來油基可降解添加物的成份不準確的問題，還會因油基可降解添加物較長時間在高溫的機室內(nèi)，而導致部份氣化流失，最終到達不到含量要求(如例一油基可降解添加物要求5%，傳統(tǒng)方法最高只能達4. 81%)；而本實用新型是利用氣控式雙螺桿擠壓技術(shù)將油基添加物與熔態(tài)樹脂混合，加強它們互相之間的混合，因此，本實用新型能解決現(xiàn)有技術(shù)帶來的油基可降解添加物的成份不準確問題。
權(quán)利要求1.一種制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樹脂混合器、氣控式擠出機及造粒機，其特征在于，該系統(tǒng)還包括失重式進料機，該失重式進料機的出口端連接至擠出機的機室，油基可降解添加物通過該失重式進料機的出口端添加至擠出機內(nèi)，與熔融形式的樹脂混合物混合。
2.如權(quán)利要求1所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其特征在于，所述擠出機為平行同向雙螺桿型擠出機，所述雙螺桿擠出機包括前后相接的料斗、輸送機構(gòu)及螺桿擠壓機構(gòu)，所述樹脂混合器設于該擠出機的料斗前，所述料斗內(nèi)設有攪拌器，所述造粒機設于螺桿擠壓機構(gòu)末端的模具后方。
3.如權(quán)利要求2所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其特征在于，所述失重式進料機包括給料器及噴槍出口，且該給料器與噴槍出口間連接有控制油基可降解添加物的添加量的齒輪泵，所述噴槍出口連接至螺桿擠壓機構(gòu)的機室。
4.如權(quán)利要求3所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其特征在于，所述螺桿擠壓機構(gòu)上設有兩個接口，其中第一接口與用于控制擠出機室的工作壓力的真空泵或高氣體壓力生成器相連接，第二接口與所述失重式進料器的噴槍出口相連接。
5.如權(quán)利要求3或4所述的制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，其特征在于，所述樹脂混合器是具有多層葉片的雙螺桿混合器。
專利摘要本實用新型公開了一種制備可降解母料的氣控式雙螺桿擠壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樹脂混合器、氣控式雙螺桿擠出機及造粒機，該系統(tǒng)還包括失重式進料機，該失重式進料機的出口端連接至擠出機的機室，油基可降解添加物通過該失重式進料機的出口端添加至擠出機內(nèi)，與熔融形式的樹脂混合物混合。本實用新型利用氣控式雙螺桿擠壓技術(shù)將油基添加物與熔態(tài)樹脂混合，加強它們互相之間的混合，因此，本實用新型能解決現(xiàn)有技術(shù)帶來的油基可降解添加物的成份不準確問題。
文檔編號B29C47/58GK201941148SQ20102059076
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者楊利堅, 林子聰, 梁子滔 申請人:香港生產(chǎn)力促進局