(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１）が高出力脱気区間（３６）内に滑らかな内壁と脱気口を備え、滑らかな表面を有し駆動可能である円筒状の中央の軸（２）が前記ケーシング内に同軸に配置され、同じ方向に駆動可能で軸線平行である同軸の多数の薄層軸（３）が前記ケーシング内で前記軸（２）の周りに均一な間隔をおいて回転可能に支承され、前記薄層軸がその軸線回りに自転し、かつ前記軸（２）回りに公転し、前記各薄層軸（３）のスクリューねじが、その両側に配置された薄層軸（３）のスクリューねじにかみ合い、それによって薄層軸（３）上に、処理物質の薄い層が形成され、薄層軸（３）の一端または両端が遊星歯車（４）として形成され、この遊星歯車が歯付き中央スピンドル（５）を介して駆動され、この中央スピンドルの駆動軸が前記ケーシング（１）から外に案内され、薄層軸（３）が前記ケーシング（１）の滑らかな内壁と中央の軸（２）の滑らかな表面上で転動し、擦過するように形成されている、熱可塑性合成樹脂溶融物、高分子ポリマーまたはそれらと類似する液状乃至ねばねばした脱気すべき物質を脱気するため、並びにポリアミド溶融物とポリエステル溶融物を脱気するための装置。
【請求項２】
高出力脱気区間（３６）の手前に、溶融物圧力を上昇させる単軸スクリュー区間（３１）が配置され、溶融物を堰止めて溶融物シールを形成するブリスター区間（３２）がこの単軸スクリュー区間（３１）に接続していることと、ブリスター区間（３２）の後に混合作用と均質化作用を保証する歯付きディスク区間（３３）が配置されていることと、この歯付ディスク区間（３３）に飛沫同伴媒体噴射ノズル（２５）が付設されていることと、歯付ディスク区間（３３）に続いて環状ノズル区間（３４）が配置されていることと、この環状ノズル区間（３４）に圧延作用を加える遊星ロール区間（３５）が接続配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
単軸スクリュー区間（３１）がスクリュー直径（Ｄ）の３〜５倍の長さ（３〜５Ｄ）を有することを特徴とする請求項２の装置。
【請求項４】
歯付ディスク区間（３３）が１〜３Ｄの長さを有することを特徴とする請求項２の装置。
【請求項５】
遊星ロール区間（３５）が遊星歯車（４）と中央スピンドル（５）を備え、遊星歯車（４）を取り囲むケーシングが遊星歯車（４）に噛み合う内歯を備えていることを特徴とする請求項２の装置。
【請求項６】
単軸スクリュー区間（３１）のスクリュー、ブリスター区間（３２）のブリスターおよび歯付ディスク区間（３３）の歯付ディスク（２６）が共通の軸（１１）上に設けられ、この共通の軸（１１）が中央スピンドル（５）と滑らかな軸（２）に相対回転しないよう連結されていることを特徴とする請求項２の装置。
【請求項７】
第１の高出力型脱気押出し機区間（３６）の後に第２の高出力型脱気押出し機区間が配置され、この両区間の間にそれぞれ単軸スクリュー区間（３１）、ブリスター区間（３２）、歯付ディスク区間（３３）および環状ノズル区間（３４）が設けられていることを特徴とする請求項２の装置。
【請求項８】
装置が水平に配置され、ケーシング（１）がその上側に脱気ドーム（１２）を備え、この脱気ドーム（１２）に負圧管（２０）が接続されていることを特徴とする請求項２の装置。
【請求項９】
ケーシング（１）が圧力下の反応ガスを供給する供給口を備え、装置が材料のガス処理のために使用されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高出力型脱気兼ガス処理方法及び脱気またはガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人の米国特許第５，１０８，７１１号明細書によって、脱気のためにも使用される多軸式薄層反応器が知られている。押出し機は垂直に立ったケーシングを備えている。このケーシングはその中で内壁に沿って回転しかつ自己清掃するプロファイル（断面形状）を有する薄層軸を備えている。この薄層軸は遊星歯車装置によって、その中心軸線回りに自転し、ケーシング内壁に沿って公転するよう駆動される。
【０００３】
熱可塑性溶融物の脱気は、薄層上に薄い層状にのばされた溶融物が内室の方へ向くときに発生する。この内室はその中に同軸に配置され軸方向と半径方向の脱気穴を有する小径の軸を介して、真空源に接続されている。薄層軸の表面が溶融物層を有するので、全体として薄い層の非常に大きな面が形成される。それにより、高粘性の溶融物、すなわち非常に脱気しにくい溶融物の場合でも、傑出した脱気結果が得られる。
【０００４】
薄層軸上に形成される溶融物層の厚さは、互いに噛み合う隣接する軸のスクリューねじと軸のスクリューねじとの間隔によって決まる。
【０００５】
このような脱気過程を行うことは、他の穴を介して真空源に接続された中央軸の同軸の脱気穴では失敗に終わった。この穴は或る時間経過した後で、一緒に運ばれてきた残留モノマー成分等によって閉塞し、脱気機能を停止することが判った。
【０００６】
本出願人の米国特許第５，１０６，１９８号明細書により、上記の米国特許第５，１０８，７１１号の装置と同じ原理の脱気装置が知られている。図４，５には、脱気装置の他の実施形が示してある。この脱気装置は中央の歯付軸や遊星スピンドルによって作業を行う。
【０００７】
中央の軸は斜めの歯を備えている。この歯は自転および公転する薄層軸の歯に噛み合う。
円形に配置された薄層軸の周りには、リング状の脱気室が設けられている。この脱気室には負圧源または真空源が接続されている。リング状脱気室は負圧を薄層軸の外周に作用させることができる。それによって、非常に大きな面積の溶融物層が薄層軸上で脱気過程のために供される。
【０００８】
この装置の場合にも、或る時間経過後、一緒に運ばれてきた残留モノマー成分等によって脱気機能が停止することが判った。なぜなら、リング状脱気室の内壁に残留モノマー粒子が堆積し、この個所から残留モノマー粒子を除去するのが面倒であるからである。堆積物を元に戻すことが不可能であるので、しばしば運転を中断しなければならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述の運転の中断を生じないように、上記種類の脱気方法及び装置を改善することである。その際、熱分解した構成成分として加工プロセスに戻り得る堆積物が形成されないようにすべきである。更に、飛沫同伴媒体を使用する場合、脱気過程の実施時に良好な脱気結果が得られるようにすべきである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、ケーシングが高出力脱気区間内に滑らかな内壁と脱気口を備え、滑らかな表面を有し駆動可能である円筒状の中央の軸がケーシング内に同軸に配置され、同じ方向に駆動可能で軸線平行である同軸の多数の薄層軸がケーシング内で軸の周りに均一な間隔をおいて回転可能に支承され、薄層軸がその軸線回りに自転し、かつ軸回りに公転し、各薄層軸のスクリューねじが、その両側に配置された薄層軸のスクリューねじにかみ合い、それによって薄層軸上に、処理物質の薄い層が形成され、薄層軸の一端または両端が遊星歯車として形成され、この遊星歯車が歯付き中央スピンドルを介して駆動され、この中央スピンドルの駆動軸がケーシングから外に案内され、薄層軸がケーシングの滑らかな内壁と中央の軸の滑らかな表面上で転動し、擦過するように形成されている、熱可塑性合成樹脂溶融物、高分子ポリマーまたはそれらと類似する液状乃至ねばねばした脱気すべき物質を脱気するため、並びにポリアミド溶融物とポリエステル溶融物を脱気するための装置によって解決される。
【００１１】
中心軸線回りに自転し、同時に中央の滑らかな軸の回りに公転する薄層軸が、中央の軸を擦過するので、この中央の軸に堆積物が形成されない。
ケーシングの内壁を歯のないように形成することにより、互いに噛み合う薄層軸がケーシングの滑らかな内壁に沿って擦過し、この内壁を掃除する。
薄層軸の表面にも堆積物は形成されない。なぜなら、常に擦過掃除するからである。従って、あらゆる観点から本装置は自己掃除を行う。
【００１２】
溶融物と飛沫同伴媒体の混合物は圧力負荷を除去した後で非常に強く発泡する。すなわち例えば環状ノズルを用いて遊星ロール部分内に噴射した後で非常に強く発泡する。なぜなら、この混合物が１５０〜３００°Ｃの温度を有し、噴射された飛沫同伴媒体（例えば水）が液状状態から蒸気状の集合体状態に移行し、それによって大いに発泡するからである。
【００１３】
発泡過程により、非常に薄い溶融物層、非常の大きな脱気表面積および脱気すべきモノマー成分または溶剤成分の分圧低下が達成される。
合成樹脂溶融物、飛沫同伴媒体、残留モノマーの混合物の泡は、遊星ロール部分内で、遊星体の自転および中央スピンドル回りの公転による圧延作用によって破砕される。それによって、溶融物小泡の大部分が破裂し、小泡から遊離したガスが負圧によって吸い出される。
【００１４】
遊星ロール部分は溶融物を薄層部分の範囲に搬送する。この範囲では主たる脱気過程が行われる。
特に水平に配置したケーシングの上面には脱気口が形成されている。この脱気口の上に、いわゆる脱気ドームが設けられている。この脱気ドームには負圧管が接続されている。
【００１５】
この種類の機械の場合には、普通の脱気押出し機と異なり、比較的に小さな脱気口によってのみ、内室全体が負圧にさらされる。負圧は溶融物を含んでいないくさび形範囲によっておよびスクリュー断面形状の開放した横断面によってすべての薄層軸の表面に軸方向に伝達され、溶融物層内の反応隙間製品等を含む残留モノマー小泡を破り開く。この溶融物層は薄層軸のスクリューねじが互いに擦過することによって薄層軸上に形成される。
【００１６】
負圧はケーシング内で薄層軸の軸方向だけでなく、いわゆる“エルドメンガー(Erdmenger) 断面形状”を通って個々の薄層軸の周りに半径方向にも伝わる。負圧は溶融物層に作用し、そこにあるごく小さな残留モノマー小泡を破裂させる。それによって、遊離したガスが排出される。
【００１７】
慣用の単軸スクリュー押出し機の場合には、脱気口の下方にある範囲とスクリューねじ谷だけが負圧にさらされる。
噛み合うスクリューを備えた二軸スクリュー押出し機の場合、脱気負圧はケーシング内の小さな範囲内だけに伝わる。なぜなら、ケーシング上側が脱気口の外側においてスクリューの間のくさび形範囲まで延びているからである。スクリューの自己掃除にとって、ケーシングがくさび形範囲内まで延びることは不可欠である。
【００１８】
本発明による装置の場合には、自己掃除を維持するために、ケーシングをスクリューの間のくさび形範囲内まで下方へ案内することがもはや不要である。
自己掃除は本発明に従い、自転する薄層軸の中央軸回りの円形の公転によって達成される。この中心軸線回りの自転に加えて公転することにより、薄層軸がケーシング内壁と中央軸を擦過し、完全に自己掃除する。
【００１９】
二軸スクリューの場合のようにケーシングが薄層軸の間のくさび形範囲内に設けられていないという事実にもかかわらず、自己掃除が達成される。
更に、脱気負圧がケーシング全体内で非常に良好に広まる。なぜなら、くさび形範囲が空いているからである。ケーシング内の空の容積は、くさび形範囲が空であるので大幅に増大する。それによって、負圧のために達成可能な空いた表面積は、慣用の二軸スクリュー押出し機の場合よりもはるかに大きい。
【００２０】
従って、小さな脱気口だけを用いて、薄層軸の表面の薄い溶融物層と共に内室全体を負圧にさらすことができる。従って、例えばポリアミドのポリマー除去や脱気の場合のような、高粘性の熱可塑性合成樹脂の場合でも驚くほどの脱気結果が得られる。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例が図に示してある。
図１に示した高出力型脱気装置は、次に説明するいろいろな区間からなっている。
【００２２】
区間３０：この区間は、スラスト軸受、ラジアル軸受および滑りリングシールを備えた駆動区間である。駆動ユニット自体は図示していない。単軸スクリュー区間３１のスクリューと、発泡区間３２のブリスターと、歯付ディスク区間３３の歯付ディスクは、共通の軸に設けられ、この共通の軸は中央のスピンドルおよび滑らかな軸に相対回転しないよう連結されている。
【００２３】
区間３１：この単軸スクリュー区間は溶融物供給口を有する充填単軸スクリュー部分を備えている。
区間３２：この発泡区間はいわゆる“ブリスター”を備えている。このブリスターは溶融物シールを形成するために溶融物供給口の方向に設けられている。
【００２４】
区間３３：この区間は歯付ディスク２６を有する歯付ディスク範囲を備えている。この歯付ディスクは図３に示すような横断面を有し、開口２５から噴射された飛沫同伴媒体と溶融物を良好に混合させるために使用される。
【００２５】
区間３４：この区間は溶融物と飛沫同伴媒体の混合物を遊星ロール区間に噴射する環状ノズルを備えている。環状ノズルにより、最高圧が単軸スクリュー部分の後に発生する。すなわち、ブリスター部分３２と環状ノズル部分は、高い圧力で単軸スクリューから溶融物を移送される。飛沫同伴媒体、例えばＨ2 Ｏを液状状態で蒸発させずに歯付ディスク２６によって合成樹脂溶融物に混入できるようにするためには、高圧が必要である。
【００２６】
区間３５：この遊星ロール区間では混合物が非常に強く泡立つ。なぜなら、環状ノズル２０によって区間３４と３５の間で大きな圧力降下が発生するからである。ポリマー溶融物、飛沫同伴媒体および残留モノマーからなる混合物の泡は、遊星歯車４（図７）によるロール作用によって破砕される。この遊星歯車はその中心軸線回りに自転し、同時に公転する。この過程によって、残留モノマーの小さな泡が破砕され、それによって小さな泡の遊離したガスが負圧によって脱気口１２から吸い出される。
【００２７】
区間３６：この高出力脱気区間では、溶融物が薄い層に拡げられ、高出力脱気過程が行われる。
区間３０〜３６は脱気すべき材料に応じて任意に直列接続可能である。区間３１の単軸スクリュー部分と、区間３２のブリスターと、区間３３の歯付ディスク部分２６は、中央スピンドルに相対回転不能に連結された共通の軸を備えている。
【００２８】
次に、図２に示した区間３６内の高出力脱気装置について詳細に説明する。
ケーシング１内に中央の軸２が同軸に設けられている。軸２の周りには等間隔をおいて捩じれの等しいスクリューまたは薄層軸３が設けられている。このスクリューまたは薄層軸は互いに密着係合し、同じ方向に回転する。等捩じれスクリューまたは薄層軸は図４と図５から判るように、互いに噛み合っている。
薄層軸３をその中心軸線回りに自転させ同時に中央の軸２回りに公転させるための駆動は、軸の両端に相対回転しないように連結された遊星歯車４（図２参照）を介して行われる。この遊星歯車は同様に歯を備えた駆動される中央スピンドルまたは遊星ロール５に噛み合う。中央スピンドル５、軸２、中央スピンドル５ａおよび単軸スクリュー部分１３は相対回転しないように互いに連結されている（図１の駆動区間３０も参照されたし）。
【００２９】
類似の装置の駆動は冒頭で述べた本出願人の米国特許第５，１０８，７１１号明細書に詳細に記載されている。
歯を有する中央スピンドル５を回転させることにより、同様に歯を有する遊星歯車４がその中心軸線回りに自転し、同時に中央スピンドル５回りに公転する。これは図４において矢印６，７，８によって示してある。
【００３０】
遊星歯車４が薄層軸３に相対回転しないように連結され、中央スピンドル５が軸２に相対回転しないように連結されているので、図４に示した部品の回転が行われる（矢印６，７，８参照）
図４には、溶融物を充填していない空のくさび形範囲９，１０がチェックのハッチングによって示してある。
【００３１】
溶融物は小さな環状隙間だけを有する環状ノズル２０（図１参照）を通ってあるいは供給口１１（図２参照）を通って遊星ロール駆動部分に達する。この遊星ロール駆動部分は遊星歯車４と中央スピンドル５からなっている。溶融物はスピンドルの斜めの歯を通って脱気装置の方へ搬送される。
【００３２】
溶融物は薄層軸３によって受け取られ、そしてスクリューねじ山１４が隣の薄層軸３のスクリューねじ山１５に噛み合って溶融物を削り取る過程（図６参照）により、溶融物が薄層軸３の表面に均一に分配される。
【００３３】
薄い層は図６に示すように、隣の薄層軸３のねじ谷１７に対するスクリューのねじ山１４，１５の間隔１６の厚さに相応して形成される。それにより、すべての薄層軸３に厚さの均一な溶融物層が生じる。この溶融物層は負圧によって脱気させることができる。すなわち、露出した空間が負圧にされされると、ごく小さな残留モノマー小泡の薄い壁が破裂する。そして、小泡（残留モノマー等）から遊離したガスは脱気口１２を経て吸い出される。
【００３４】
押出し機が高充填度合で運転されると、搬送スクリューねじ山１４，１５の前に、薄い溶融物層に加えて、溶融物フロントまたは溶融物プールが形成される。この溶融物プールは常にその層がひっくり返される。その際形成される新しい表面は同様に連続的に負圧にさらされる。二軸スクリュー押出し機と異なり、空いたくさび形範囲が存在することにより、付加的な表面形成、ひいては脱気出力の驚くほど著しい増大が可能である。
【００３５】
良好な脱気出力は薄い層だけでなく更に次のような事実に基づいている。すなわち、溶融物フロントが軸方向において薄層軸へ搬送され、その際常に層をひっくり返されて常に新しい表面が多く生じるという事実に基づいている。
【００３６】
負圧の経過は脱気口１２から出発して図４，６に示してある。
図４，６の矢印１８は、負圧または真空が脱気口１２に作用するときのガスの経過を示している。
【００３７】
この概略的な経過から、１個の脱気口だけによって、内側ケーシング全体またはケーシング１内のすべてのくさび形範囲９，１０が負圧または真空にさらされることが判る。
【００３８】
それによって初めて、脱気口とは反対側の押出し装置の範囲も脱気することができる。なぜなら、溶融物が薄層軸３上にとどまっているからである。くさび形範囲９，１０には溶融物が充填されない。なぜなら、薄層軸３がその表面に溶融物を保持するかまたは元へ戻すように搬送するからである。
【００３９】
薄層軸３はその中心軸線回りの自転と軸２回りの公転を行うので、場合によっては滑らかなケーシング壁または軸２の滑らかな壁に付着する溶融物を再びスクリュー谷内に戻す。スクリューねじ山１４，１５が互いにピッチ角度をなして設けられているので、ピッチ角度に応じて迅速にまたはゆっくりと、溶融物が遊星部分５ａを通って単軸スクリュー部分１３および排出口１９まで連続搬送される。
【００４０】
脱気による高粘性ポリアミド溶融物のモノマー除去のために本発明による装置を使用すると、傑出した結果が得られる。慣用の脱気押出し機によるポリアミド溶融物の残留モノマー成分の除去はきわめて不充分である。
【００４１】
ポリアミド６のモノマー除去の場合、脱気中合成樹脂溶融物に機械的に加えられるエネルギーが非常に少ないという利点が、慣用の押出し機に対する高出力型脱気押出し機の特有の利点として生じる。機械的に加えられるエネルギーが少ないので、材料温度を低くしてきわめてやさしい条件の下で脱気を行うことができる（二軸スクリュー押出し機の場合にはＴMAT ≒２９０°Ｃであるが、本発明による装置の場合にはＴMAT ≒２３５〜２４０°Ｃである）。
【００４２】
本発明による装置が材料の脱気のためではなく、材料のガス処理のために、すなわちねばねばした材料内の化学的反応を行うために使用されると、きわめて良好な結果が得られる。ねばねばした材料が薄層軸上で非常に大きな表面積を有する非常に薄い層に広げられ、そして圧力下で脱気口から供給される反応ガスが作用するので、非常に迅速できわめて均一な反応が達成される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明による方法および装置は、熱分解した構成成分として加工プロセスに戻り得る堆積物が形成されず、運転が中断されないという利点がある。更に、飛沫同伴媒体を使用する場合、脱気過程の実施時に良好な脱気結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高出力型薄層脱気装置を備えた設備の縦断面図である。
【図２】高出力型脱気押出し機の縦断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。
【図５】図４の矢印ＩＩＩ方向に見た、脱気口と薄層軸の平面図である。
【図６】すべての薄層軸を並べて示す展開図である。
【図７】薄層軸の正面を示す、図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面図である。
【符号の説明】
１                  ケーシング
２                  軸
３                  薄層軸
４                  遊星歯車
５                  中央スピンドル
５ａ                遊星部分（中央スピンドル）
６，７，８          矢印
９，１０            くさび形範囲
１１                溶融物充填口
１２                脱気口またはドーム
１３                単軸スクリュー部分
１４，１５          スクリューねじ山
１６                間隔
１７                ねじ谷
１８                矢印
１９                排出口
２０                環状ノズル
２５                飛沫同伴媒体噴射ノズル
２６                歯付ディスク
３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６      区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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