專利名稱：聚合物原料的造粒方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物原料，例如熱熔粘合劑聚合物原料的造粒方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
基于烯烴的聚合物由于它們是化學(xué)惰性的，具有低密度和低成本而廣泛地用于各 種應(yīng)用。應(yīng)用包括粘合劑、膜、纖維、模塑部件和它們的組合。雖然這些聚合物在室溫下是 固體，但是它們通常作為熔體制備和加工。這些材料的制造方法中的最后步驟是將聚合物 熔體轉(zhuǎn)化成容易處理的顆粒(granule)。顆粒(粒料是一種類型)是有利的，因?yàn)樗鼈兛梢?容易地包裝、運(yùn)輸、稱量/分批、和再加工。近幾年來(lái)，兩種不同類別的成粒技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，低粘度熔體(例如粘度小于 100cP)的成粒技術(shù)和高粘度熔體(例如粘度大于100，OOOcP)的成粒技術(shù)。低粘度熔體的 成粒通常特征在于(1)將低粘度熔體施加到冷卻表面上，(2)將該熔體冷卻成固體，和(3) 回收為薄片、錠劑、坯塊、顆?；蚱渌m合的形式的固體。然而，通常，對(duì)于低粘度熔體，完全 跳過(guò)成粒步驟，并在可運(yùn)輸熔體的罐中包裝熔體。高粘度熔體的成粒通常包括(1)經(jīng)由模 頭將高粘度熔體擠出和(2)將所得的線材冷卻并切成粒料。雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了低粘度和高粘度熔體的成粒技術(shù)，但是中等粘度的材料，例如熱 熔粘合劑(HMA)的成粒技術(shù)還存在真空。一般而言，具有中等粘度的熔體具有比高粘度熔 體更低的熔體強(qiáng)度。這種更低熔體強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為不能容易地采用傳統(tǒng)造粒技術(shù)切割的聚合物 熔體，因?yàn)檫@種聚合物熔體幾乎沒(méi)有至沒(méi)有輪廓或形態(tài)。因此，當(dāng)用具有中等粘度的聚合物 熔體嘗試這些傳統(tǒng)的成粒技術(shù)時(shí)，通常導(dǎo)致聚合物包覆切割機(jī)組件。此外，不管如何形成顆粒，HMA的粘性是影響HMA成粒的因素。如果顆粒的表面發(fā) 粘，則這可能導(dǎo)致顆粒附聚。附聚的顆粒則比自由流動(dòng)、非附聚的顆粒更難以再熔融來(lái)用于 后續(xù)應(yīng)用。常規(guī)方法已經(jīng)嘗試解決與將HMA造粒有關(guān)的一些問(wèn)題，例如切割機(jī)包覆和顆粒附 聚，然而，這些及其它問(wèn)題仍存在。例如，與HMA造粒有關(guān)的另一種問(wèn)題是當(dāng)將聚合物熔體 冷卻時(shí)，通常開(kāi)始發(fā)生結(jié)晶并且聚合物熔體可能損失均勻性，因?yàn)槿垠w中的聚合物組分分 散并從溶液中沉降。另外，當(dāng)正被造粒的材料顯示寬熔程，多熔程，低溫熔程，中等粘度，慢導(dǎo)熱性并 因此不太能迅速冷卻以便加工，當(dāng)冷卻時(shí)經(jīng)歷相分離的傾向，延遲結(jié)晶，表面發(fā)粘和/或從 混合和共混階段到擠出和造粒階段的極端溫度變化時(shí)，造粒也可能是困難的，因?yàn)樗羞@ 些品質(zhì)可能導(dǎo)致差的粒料形成和差的粒料幾何結(jié)構(gòu)。因此，仍需要將具有中等粘度的聚合物熔體和/或顯示延遲結(jié)晶的聚合物熔體造 粒的方法和設(shè)備。具體來(lái)說(shuō)，具有將HMA組合物造粒的方法將是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述
提供了將聚合物原料造粒的方法，該方法由以下步驟構(gòu)成將聚合物原料引入擠 出機(jī)，將仍在擠出機(jī)中的熔融聚合物原料冷卻以提高該聚合物原料的粘度，和經(jīng)由造粒模 頭將該經(jīng)冷卻的聚合物原料擠出。例如，將在190°C下具有大約10cP-大約75，OOOcP或100cP_大約35，000的粘度
的聚合物原料造粒的方法，包括以下步驟將熔融聚合物原料引入擠出機(jī)，將仍在擠出機(jī)中 的聚合物原料冷卻到造粒溫度以將該聚合物原料的粘度提高到大于5000cP，和經(jīng)由造粒模 頭將該經(jīng)冷卻的聚合物原料擠出。造粒溫度可以是(a)足夠接近，但是大于仍在擠出機(jī)中 的聚合物原料的環(huán)球法軟化點(diǎn)以致該擠出機(jī)提高該聚合物熔體的分散均勻性，(b)小于聚 合物原料的環(huán)球法軟化點(diǎn)，(c)小于聚合物原料的環(huán)球法軟化點(diǎn)，但是大于仍在擠出機(jī)中的 聚合物原料的結(jié)晶溫度，(d)足夠接近，但是大于仍在擠出機(jī)中的聚合物原料的結(jié)晶溫度以 致該擠出機(jī)提高該聚合物熔體的分散均勻性，或(e)等于或低于聚合物原料的結(jié)晶溫度。 在一個(gè)實(shí)施方案中，擠出機(jī)在模頭面產(chǎn)生至少250psi的壓力以推動(dòng)經(jīng)冷卻的聚合物原料 穿過(guò)造粒模頭。還提供了聚合物原料的造粒設(shè)備，該設(shè)備由具有入口和出口的熔體冷卻器；具有 入口、料筒和出口的擠出機(jī)，其中該擠出機(jī)入口與該熔體冷卻器出口附接；適合于從該擠出 機(jī)的料筒除熱的除熱裝置；和與該擠出機(jī)的出口附接的造粒模頭，例如水下造粒裝置構(gòu)成； 其中該聚合物原料流過(guò)該擠出機(jī)料筒并且該除熱裝置從該聚合物原料除熱以將該聚合物 原料的粘度提高。在另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料的造粒設(shè)備包括具有入口和出口的熔體冷卻 器；具有入口、料筒和出口的擠出機(jī)，其中該擠出機(jī)入口與該熔體冷卻器出口附接；適合于 從該擠出機(jī)的料筒除熱的除熱裝置；和與該擠出機(jī)的出口附接的水下造粒模頭；其中該聚 合物原料流過(guò)該擠出機(jī)料筒并且該除熱裝置從該聚合物原料除熱以將該聚合物原料的粘 度提高到至少5，OOOcP。附圖簡(jiǎn)述

圖1是聚合物原料的造粒設(shè)備的示意圖，該造粒設(shè)備由熔體冷卻器、水下造粒機(jī) 和干燥裝置構(gòu)成。圖2是聚合物原料的造粒設(shè)備的示意圖，該造粒設(shè)備由熔體冷卻器、冷卻擠出機(jī)、 水下造粒機(jī)和干燥裝置構(gòu)成。圖3是聚合物原料的造粒設(shè)備的示意圖，該造粒設(shè)備由擠出機(jī)、水下造粒機(jī)和干 燥裝置構(gòu)成。實(shí)施方案的詳細(xì)描述提供了將聚合物原料造粒的方法和設(shè)備。該方法由以下步驟構(gòu)成將聚合物原料 引入擠出機(jī)，將仍在擠出機(jī)中的熔融聚合物原料冷卻以提高該聚合物原料的粘度，和經(jīng)由 造粒模頭將該經(jīng)冷卻的聚合物原料擠出。將聚合物原料冷卻到造粒溫度，該造粒溫度可以 (a)足夠接近，但是大于仍在擠出機(jī)中的聚合物原料的環(huán)球法軟化點(diǎn)以致該擠出機(jī)提高該 聚合物熔體的分散均勻性，(b)小于該聚合物原料的環(huán)球法軟化點(diǎn)，(c)小于聚合物原料 的環(huán)球法軟化點(diǎn)，但是大于仍在擠出機(jī)中的聚合物原料的結(jié)晶溫度，(d)足夠接近，但是大 于仍在擠出機(jī)中的聚合物原料的結(jié)晶溫度以致該擠出機(jī)提高該聚合物熔體的分散均勻性， 或(e)等于或低于聚合物原料的結(jié)晶溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，擠出機(jī)在模頭面產(chǎn)生至少250psi的壓力以推動(dòng)經(jīng)冷卻的聚合物原料穿過(guò)造粒模頭。 本文描述的方法和設(shè)備可用于將不容易造粒的聚合物原料，尤其是具有中等粘度 的那些聚合物原料，顯示延遲結(jié)晶的聚合物，顯示寬熔程、具有多熔程或具有低溫熔程的聚 合物造粒。該方法和設(shè)備還尤其適合于將顯示以下特征的聚合物原料造粒(a)當(dāng)冷卻時(shí)， 顯示明顯的粘度提高和經(jīng)歷結(jié)垢或相分離，(b)慢導(dǎo)熱性并因此不太能迅速地冷卻以便加 工，(d)表面發(fā)粘，或(d)從混合和共混階段到擠出和造粒階段的高溫度變化。這些所謂的 難以加工品質(zhì)中的每一種導(dǎo)致常規(guī)造粒工藝中的差的粒料形成和差的粒料幾何結(jié)構(gòu)。有利 地，通過(guò)本文描述的方法和設(shè)備降低這些品質(zhì)的不合需要的影響。
具體來(lái)說(shuō)，提供了可用于將HMA聚合物原料造粒的方法和設(shè)備，其中將該HMA聚合 物原料冷卻到使得粘度提升到可將該HMA聚合物原料容易造粒的程度的溫度，始終混合該 聚合物原料以提高該聚合物原料的分散均勻性。本文描述了各個(gè)特定的實(shí)施方案，版本和實(shí)施例，其中包括為了理解所請(qǐng)求保護(hù) 的本發(fā)明所采用的示例性實(shí)施方案和定義。雖然以下詳細(xì)描述給出了特定的優(yōu)選實(shí)施方 案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)領(lǐng)會(huì)這些實(shí)施方案僅是示例性的，并且本發(fā)明可以按其它方式 實(shí)踐。為了確定侵權(quán)行為，本發(fā)明的范圍指所附權(quán)利要求中的任何一個(gè)或多個(gè)，其中包括它 們的等同物，和與所列出的那些等同的要素或限制。對(duì)"本發(fā)明"的任何引用可以是指由 權(quán)利要求限定的本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)，但不一定是全部。聚合物原料聚合物原料由包括C2-C4(l烯烴和其共混物的聚合物構(gòu)成。優(yōu)選地，烯烴是丙烯的 均聚或共聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料包含至少一種丙烯組分。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí) 施方案中，聚合物包含至少50襯％丙烯，優(yōu)選至少60襯％丙烯，或者至少70wt%丙烯，或者 至少80襯％丙烯，基于聚合物的總重量。在本發(fā)明的還有的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料基本上不含苯乙烯。在一個(gè) 實(shí)施方案中，聚合物原料具有5襯％或更少苯乙烯，或優(yōu)選3wt%或更少苯乙烯，或更優(yōu)選 lwt %或更少苯乙烯，基于聚合物的總重量。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物原料是熔融的。熔融聚合物原料是呈 能夠被擠出的形態(tài)的聚合物原料。熔融聚合物原料可以呈熔體形態(tài)，半固體形態(tài)，基本上液 體形態(tài)，或液體形態(tài)。當(dāng)以間歇加工或連續(xù)流動(dòng)加工釋放時(shí)，熔融原料可以靠重力或在壓力 下合適地流動(dòng)。優(yōu)選地，聚合物原料在擠出之前呈熔融形態(tài)，并且不使用擠出機(jī)將聚合物原 料熔融。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物原料是在冷卻時(shí)易于經(jīng)歷相分離的聚合物原 料。優(yōu)選地，聚合物原料由兩種或更多種組分構(gòu)成，它們中一種或多種當(dāng)聚合物冷卻時(shí)經(jīng)歷 結(jié)晶。當(dāng)組分結(jié)晶時(shí)，聚合物熔體可能損失均勻性，因?yàn)槿垠w中的聚合物組分分散并從溶液 沉降，而形成相分離。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料包含當(dāng)聚合物原料冷卻時(shí)結(jié)晶的全同 立構(gòu)聚丙烯組分。當(dāng)將聚合物原料冷卻時(shí)，結(jié)晶的全同立構(gòu)聚丙烯組分可以在熔體冷卻器 (換熱器)的表面上形成高度粘性層，而妨礙進(jìn)一步傳熱。在一些實(shí)施方案中，聚合物原料在冷卻期間，和造粒同時(shí)，或在造粒之后，例如在 儲(chǔ)存期間顯示延遲結(jié)晶。更具體地說(shuō)，當(dāng)聚合物原料冷卻時(shí)，結(jié)晶開(kāi)始形成。然而，不希望 受理論限制，據(jù)信將聚合物原料冷卻的速率影響結(jié)晶速率以致越快將聚合物原料冷卻，則將花費(fèi)越長(zhǎng)時(shí)間完全結(jié)晶。這種所謂的延遲結(jié)晶現(xiàn)象可以在整個(gè)聚合物原料中，在整個(gè)聚 合物粒料中看到，或作為僅聚合物原料或粒料的區(qū)域中的分級(jí)結(jié)晶看到。例如，各粒料的外 部可以比粒料內(nèi)部更迅速地冷卻，從而導(dǎo)致每個(gè)粒料的表面上的分級(jí)結(jié)晶。在一個(gè)優(yōu)選的 實(shí)施方案中，在水下造粒機(jī)或在熔體冷卻器中非常迅速地將聚合物原料冷卻，即驟冷冷卻 (quench cooling)。在這些實(shí)施方案中，更容易地觀察到分級(jí)結(jié)晶，例如在聚合物原料的沿 著熔體冷卻器的壁的外部處。因此，聚合物原料的整體可以不按相同速率冷卻。所提供的 方法和設(shè)備降低將此種難以造粒的材料利用和造粒的不利影響。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)聚合物原料接近聚合物原料的結(jié)晶溫度時(shí)，聚合物原料顯 示明顯的粘度變化。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料具有可測(cè)量的熔點(diǎn)和根據(jù)ASTM D6493測(cè) 量的環(huán)球法軟化點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物原料的環(huán)球法軟化點(diǎn)大于聚合物原 料的通過(guò)ASTM E 794-06測(cè)量的結(jié)晶點(diǎn)。優(yōu)選地，環(huán)球法軟化點(diǎn)是結(jié)晶溫度以上10°C或更 高，或更優(yōu)選是結(jié)晶溫度以上20°C或更高。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料包含無(wú)定形聚合物。聚合物原料可以 具有至少50 %，或者至少60 %，或者至少70 %，甚至或者50-99 %的無(wú)定形內(nèi)容物。使用差 示掃描量熱法根據(jù)ASTM E794-06的測(cè)量測(cè)定無(wú)定形內(nèi)容物的百分率。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料包含具有50 %或更低，或者40 %或更 低，或者30 %或更低，或者20 %或更低，甚至或者10 % -30 %的結(jié)晶度的聚合物。使用差示 掃描量熱法根據(jù)ASTM E794-06的測(cè)量測(cè)定百分率結(jié)晶內(nèi)容物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合 物原料包含具有5% -60%，或者10% -50%的百分率結(jié)晶度的聚合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料具有100 J/g或更低，優(yōu)選90 J/g或更低， 或70J/g或更低，或60J/g或更低，或50J/g或更低，或40J/g或更低，或30J/g或更低，或 20J/g或更低且大于0，或大于lj/g，或大于10J/g或10-50J/g的熔化熱(A H)。根據(jù)ASTM E 794-06測(cè)量熔化熱。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料在190°C下具有小于大約100，OOOcP的 粘度(也稱為布魯克菲爾德粘度或熔體粘度)，但是一些組合物可以更高。優(yōu)選地，聚合 物原料具有在190°C下小于大約50，OOOcP,或小于大約35，OOOcP,或在190°C下30，OOOcP 或更低；或在190°C下25，OOOcP或更低；或在190°C下20，OOOcP或更低；或在190°C下 15，OOOcP或更低；或在190 °C下10，OOOcP或更低；或在190 °C下8，OOOcP或更低；或在 190°CT 6，OOOcP或更低；或在190°CT 5, OOOcP或更低；或在190°C下4，OOOcP或更低；或 在190°C下3，OOOcP或更低；或在190°C下2，OOOcP或更低；或在190°C下1，OOOcP或更低的 通過(guò)ASTM D 3236在190°C下測(cè)量的粘度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料具有在190°C 下大約lOOcP到在190°C下大約35，OOOcP的粘度。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物 原料在聚合物原料的工藝條件下具有小于35，OOOcP ；或20，OOOcP或更低；或15，OOOcP或 更低；或10，OOOcP或更低；或5，OOOcP或更低；或3，OOOcP或更低；或2，OOOcP或更低；或 1，OOOcP或更低；或900cP或更低；或800cP或更低；或700cP或更低；或600cP或更低； 500cP 或更低；或者 100cP-35, OOOcP,或 500cP_20，OOOcP 或 800cP_15，OOOcP 的粘度。優(yōu)選 地，這些粘度是聚合物原料在進(jìn)入熔體冷卻器或冷卻擠出機(jī)之前的粘度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料的至少一種組分具有小于70，000或更低，或者大約60，000或更低，或者大約50，000或更低，或者大約40，000或更低的重均分子 量(Mw)?；蛘撸酆衔镌系闹辽僖环N組分具有大約10，000-大約70，000的Mw。通過(guò)使 用裝配有示差折光率檢測(cè)器(DRI)、在線小角度光散射(LALLS)檢測(cè)器和粘度計(jì)(VIS)的 Waters 150尺寸排阻色譜儀(SEC)測(cè)量分子量。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料基本上不含發(fā)泡劑?；旧喜缓l(fā)泡 劑經(jīng)限定是指聚合物原料很大程度上不含，但不是完全不含發(fā)泡劑。在一些實(shí)施方案中，少 量的發(fā)泡劑由于標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方法而可以存在于聚合物原料內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，“基本上 不含發(fā)泡劑"是指不含有意添加的發(fā)泡劑，在另一個(gè)實(shí)施方案中，它是指不含任何發(fā)泡劑。 發(fā)泡劑通常是化學(xué)發(fā)泡劑或物理發(fā)泡劑。通常，化學(xué)發(fā)泡劑經(jīng)歷引起氣體，例如氮?dú)狻⒍?化碳或一氧化碳釋放的某種形式的化學(xué)變化(例如，在預(yù)定溫度/壓力下與聚合物材料的 化學(xué)反應(yīng))。通常，在壓力下將物理發(fā)泡劑溶解在聚合物材料中，然后當(dāng)移除壓力時(shí)，該物 理發(fā)泡劑體積膨脹。發(fā)泡劑可以包括鹵代烴、烴、大氣氣體和它們的組合。發(fā)泡劑的非限制 性實(shí)例包括二氯二氟甲烷(CFC-12)；三氯一氟甲烷(CFC-11) ;C2-C6烷烴例如乙烷、丙烷、丁 烷、異丁烷、戊烷、異戊烷和己烷；二氧化碳；氬氣和氮?dú)?。在另一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物原料基本上不含氣體?；旧喜缓瑲怏w經(jīng)限定是指 聚合物原料很大程度上不含，但不是完全不含氣體。在一些實(shí)施方案中，少量的氣體由于標(biāo) 準(zhǔn)生產(chǎn)方法而可以存在于聚合物原料內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，“基本上不含氣體"是指不 含有意添加的氣體，在另一個(gè)實(shí)施方案中，它是指不含任何氣體。氣體包括，但不限于，發(fā)泡 劑、二氧化碳(C02)和氮?dú)?N2)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，聚合物原料包括熱熔粘合劑(HMA)。優(yōu)選 地，HMA是聚烯烴粘合劑。待用于本發(fā)明的聚烯烴粘合劑組合物可以是，例如，美國(guó)專利號(hào) 7，223,822 B1、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2004/0127614 A1、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2004/0138392 A1、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào) 2004/0220320 AU2004/0220336 A1 和 2004/0249046A1 中公開(kāi)的 聚烯烴粘合劑組合物，所有引入本文供參考。制備烯烴組合物的常規(guī)方法和設(shè)備在美國(guó)專 利號(hào) 4，054，632、5，041，251、5，403，528、6，238，732B1、6, 894，109 B1，EP
發(fā)明者D·A·坎貝爾, D·R·約翰斯拉德, J·L·賴默斯, P·S·伯恩, R·艾伯哈里 申請(qǐng)人:埃克森美孚化學(xué)專利公司