(57)【要約】  重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法及び装置において、溶融体が、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口（２６）を備えた有孔板又は篩（１６）を通って、２０ｍｂａｒ未満の負圧が形成されたチャンバ（２５）内へ進入する。溶融体は細い糸の形態でチャンバ（２５）を自由落下して通過し、チャンバ（２５）の下方の捕集容器（１９）内に少なくとも１分間にわたって滞留する。捕集容器（１９）内で、溶融体はスクリュ状の混合・吐出部材（２７）によって絶え間なく動かされ、この混合・吐出部材（２７）によって捕集容器（１９）から吐出される。
2015535757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法において、
溶融体が、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口（２６）を備えた有孔板又は篩（１６）を通って、２０ｍｂａｒ未満の負圧が形成されたチャンバ（２５）内へ進入すること、前記溶融体が細い糸の形態で前記チャンバ（２５）を自由落下して通過すること、前記溶融体が前記チャンバ（２５）の下方の捕集容器（１９）内に少なくとも１分間にわたって滞留すること、そして前記溶融体が前記捕集容器（１９）内で、好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）によって絶え間なく動かされ、前記捕集容器（１９）から吐出されることを特徴とする、重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法。
【請求項２】
前記チャンバ（２５）が１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは０．５ｍｂａｒ〜５ｍｂａｒの負圧下にあることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバ（２５）内に、乾燥したガスが存在することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記溶融体が、直径０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍの開口（２６）を通って、前記チャンバ（２５）内へ進入することを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記捕集容器（１９）内の前記溶融体の滞留時間は少なくとも１〜２分間、好ましくは少なくとも４分間であることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溶融体が相次いで少なくとも２つのチャンバ（２５）を通過することを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記溶融体が２つのチャンバ（２５）の間で温度調整装置によって、所要の溶融温度に保持されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
重縮合物溶融体の極限粘度を高めるための装置であって、前記装置が、少なくとも１つの開口（２６）を備えた、負圧下にあるチャンバ（２５）を有しており、前記開口を通って前記溶融体がチャンバ（２５）内へ進入するようになっており、前記チャンバを前記溶融体がチャンバ壁との接触なしに通過することができる形式のものにおいて、
直径０．５ｍｍ未満の複数の開口（２６）を備えた有孔板又は篩（１６）が前記チャンバ（２５）の上方に配置されていること、前記チャンバ（２５）内に２０ｍｂａｒ未満の負圧が形成されていること、そして前記チャンバ（２５）の下方に、好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）を備えた捕集容器（１９）が配置されていること
を特徴とする、重縮合物溶融体の極限粘度を高めるための装置。
【請求項９】
前記チャンバ（２５）が１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは０．５ｍｂａｒ〜５ｍｂａｒの負圧下にあることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記開口（２６）の直径が、０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
開口が非円形である場合、前記非円形の開口の面積は、直径０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍの円形の開口の面積に相当することを特徴とする、請求項８から１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
２つのチャンバが互いに前後に直列に配置されていることを特徴とする、請求項８から１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記両チャンバ（２５）の間に設けられた加熱装置を特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が、前記捕集容器（１９）内で溶融体によって完全には覆われていないことを特徴とする、請求項８から１３の何れか一項に記載の装置。
【請求項１５】
２つ又は３つ以上の開口（２６）又は１つの篩（１６）又は１つの有孔板が設けられており、流れ方向で見て前記開口（２６）又は前記篩（１６）又は前記有孔板の手前に分配室（１７）が配置されていることを特徴とする、請求項８から１４の何れか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が、コア（３３）からスポーク（３５）によって隔てられた少なくとも１つの、好ましくは２つの螺旋状ウェブ（３２、３３）を有していることを特徴とする、請求項８から１５の何れか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が、コア（３３）の周りに螺旋状に配置された少なくとも１つの、好ましくは２つの、貫通部（３１、４２、４３）を備えたウェブ（３０、３９、４０）を有していることを特徴とする、請求項８から１６の何れか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）はコアを備えておらず、螺旋状に配置された少なくとも１つの、好ましくは２つのウェブ（４７、４８）を有しており、前記ウェブが端面のディスク（５１、５２）に軸ピン（５４、５５）で固定されていることを特徴とする、請求項８から１７の何れか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ウェブ（３０、３２、３３、３９、４０、４７、４８）が、軸線に対して平行に延びるウェブ（３６、３７、４４、４５、４９、５０）によって互いに結合されていることを特徴とする、請求項１６から１８の何れか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記ウェブ（３２、３３、３９、４０）がスリット（３８、４６）によって中断されていることを特徴とする、請求項１６から１８の何れか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明はさらに、重縮合物溶融体の極限粘度を高めるための装置であって、装置が、少なくとも１つの開口を備えた、負圧下にあるチャンバを有しており、開口を通って溶融体がチャンバ内へ進入するようになっており、チャンバを溶融体がチャンバ壁との接触なしに通過することができる形式のものに関する。
【０００３】
重縮合物（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＮ、ＰＣなど）は、重縮合によって製造される熱可塑性物質である。重縮合時には、逐次反応を介して反応生成物（例えば水）を切り離すことによって、モノマーを互いに結合して重縮合物にする。したがって重縮合は鎖成長と結びついている。このような分子鎖長は生成物、ひいては重縮合物の機械特性を大きく決定する。このようなプロセスは例えばＰＥＴ新品を製造する際に重要であるだけでなく、特にこのような製品のリサイクル時にも多大な役割を果たす。
【０００４】
ポリエステルが吸湿性であり、湿分を吸収することが知られている。例えばＰＥＴを押し出し機で加工するときには、水が存在すると、いわゆる加水分解が生じ、すなわちポリマー鎖が解離され、これにより極限粘度が低くなってしまう。このような材料損傷をできる限り小さく保つために、押し出し機での加工の前にＰＥＴを乾燥させることが普通である。しかしながら、材料損傷を完全に阻止することはできない。
【０００５】
また、ポリエステルを高温下で、そして真空下又は不活性ガス下で滞留させると重縮合がもたらされ、ひいてはポリエステルの粘度が高くなることも知られている。このような公知の溶融体重縮合法又は固相重縮合法又はこれら両者の組み合わせの方法は通常、低分子出発材料から高分子ポリエステルを製造するために用いられる。
【０００６】
固相重縮合の場合、出発材料は充分な嵩密度を有するペレット又は清浄化済の粉砕材料として固形の形態で存在しなければならない。例えば繊維又はシートのような他の形態のＰＥＴは、固相縮合を実施できるように、材料損傷及び多大なエネルギー消費を招く押し出しプロセスを介してペレット形態にしなければならない。さらなる加工のために、出発材料を加熱しなければならない。結晶化温度（８０℃〜１２０℃）でペレット粒の付着が生じる。これを阻止するために、材料を先ずいわゆる結晶化装置（Ｋｒｉｓｔａｌｌｉｓａｔｏｒ）に供給し、この装置内で材料を、絶え間なく攪拌しながらいわゆる結晶化温度を上回る温度に加熱する。今や流動可能（ｒｉｅｓｅｌｆａｅｈｉｇ）な材料は次いで固相縮合容器へ供給することができる。ここでは材料を約１９０℃〜２５０℃までさらに加熱し、そして所望の極限粘度が得られるまで、数時間にわたって真空下又は不活性ガス下で滞留させる。このようなプロセスは不連続的、半連続的、及び連続的に行われる。
【０００７】
現行の溶融体重縮合法では、ポリエステル溶融体を約２６５℃〜３００℃の温度及び約１ｍｂａｒの強い真空下でしばしば数時間にわたって滞留させることにより、所望の極限粘度を得る。このような方法は主として新品の製造に用いられ、ポリエステルのリサイクルには適していない。
【０００８】
材料の再利用という意味におけるプラスチック・リサイクルの目的は、最も広い意味では、現存の廃棄物質から新しい製品を製造することである。熱可塑性物質に関しては一般に、先ず変形を施してリサイクレートにし、続いてさらに変形を施して最終製品にする。いずれの変形作業も通常、加熱プロセス及び冷却プロセスに結びついている。いずれの加熱も多くのプラスチックにおいてポリマーを不可逆的に損傷し、また、このような加熱・冷却プロセスはエネルギー使用量が高いことを意味する。高いエネルギー使用量は同時にポリマーの価値を低いものにしてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の根底を成す課題は、ポリエステルのような重縮合物の再処理における省エネルギー型のプロセスであって、重縮合物の品質を改善することができ、ひいては低分子量の廃棄物質から高価値のポリマーを製造するのを可能にするプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題は、冒頭で述べたような方法において、溶融体が、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口を備えた有孔板又は篩を通って、２０ｍｂａｒ未満の負圧が形成されたチャンバ内へ進入すること、溶融体が細い糸の形態でチャンバを自由落下して通過すること、溶融体がチャンバの下方の捕集容器内に少なくとも１分間にわたって滞留すること、そして溶融体が捕集容器内で、好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材によって絶え間なく動かされ、捕集容器から吐出されること、によって解決される。
【００１１】
冒頭で述べた形式の装置において、このような課題は、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口を備えた有孔板又は篩がチャンバの上方に配置されていること、チャンバ内に２０ｍｂａｒ未満の負圧が形成されていること、そしてチャンバの下方に、好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材を備えた捕集容器が配置されていること、によって解決される。
【発明の効果】
【００１２】
すなわち、重縮合物の極限粘度（Ｇｒｅｎｚｖｉｓｋｏｓｉｔａｅｔ）｛固有粘度（ｉｎｔｒｉｎｓｉｓｃｈｅ  Ｖｉｓｋｏｓｉｔａｅｔ  （ｉＶ）｝を溶融体重縮合によって高めるための本発明による方法及び本発明による装置において、溶融体は多孔板又は多孔篩を介して、負圧下にある又は不活性ガスで充填された反応チャンバ内に導入され、この反応チャンバにおいて、溶融体が所望の極限粘度を有するまで所定の時間にわたって滞留させられ、続いて例えば多孔板又は成形用プラスチック型を介して吐出される。
【００１３】
分子量の増大は、温度、真空圧、滞留時間のようなパラメータ、並びに溶融体の表面積によって、そして溶融体表面を絶え間なく新しくすることによって影響を与えられる。このような反応をできる限り経済的に構成するために、影響量の妥当な相互作用を伴う最適な方法技術的解決手段が有意義である。
【００１４】
しかしながら、本発明による方法及び本発明による装置は、水のような不純物だけではなく、プラスチック材料の製造時又はリサイクリング時に発生する他の不純物、例えば溶剤、清浄剤、もしくは極めて一般的に言えば湿分及び蒸発成分、及び／又は空気をもプラスチック溶融体から分離することができる。
【００１５】
一例としてＰＥＴのリサイクルに関して本発明の利点を以下に説明するが、しかしこのことは、本発明をリサイクル及び／又はＰＥＴに、もしくは具体的に記載される装置の構造に限定するものと理解するべきではない。
【００１６】
ＰＥＴ材料はリサイクル時には先ず従来技術に基づいてよく知られているように破砕し、場合によっては精製し、溶融し、脱ガスし、そして濾過する。濾過後、温度調整された溶融導管を介して、本発明に基づいて溶融体を例えば多孔板へ搬送する。最適な温度を調節することにより、そして形成された圧力により、溶融体は多孔板を押し通される。多孔板内には、処理量に応じて種々異なる数の孔が位置している。これらの孔はＰＥＴの場合、例えば０．３ｍｍの直径を有している。しかし多孔板は例えば篩、格子、又は同種のものとして形成されていてもよい。所望の処理量及び結果に応じて、開口の直径が０．５ｍｍ未満、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍであると、特に良好な結果が得られる。孔が非円形である場合、非円形の孔の面積は、前記直径を有する孔の面積に相当する。
【００１７】
多孔板の後、重力によってさらに細くされる糸は、負圧下、好ましくは真空下にあるチャンバ内に達する。チャンバは、乾燥したガスで充填されていてもよく、又は乾燥したガスで貫流されてもよい。所望の極限粘度に応じて、室内の真空状態はより高く又はより低く選択することができる。０．５〜２０ｍｂａｒの圧力で作業することが好ましい。それというのも、このような圧力において一方では良好な結果を得ることができ、このような圧力は他方において市販の真空ポンプで形成できるからである。このようなチャンバ内で反応が生じる。水は真空によって溶融体の内部から表面へ拡散する。真空及び温度によって水は水蒸気に変化し、もしくは溶剤又は同種のものは蒸発することができ、且つ／又は空気を溶融体から逃し、次いでチャンバから導出することができる。本発明の装置を例えば押し出し機に後置すると、短縮された分子鎖を再び延長することができる。装置及び方法を適宜に設計することにより、結果としてのプラスチック品質に影響を与えることができる。
【００１８】
例えば、負圧が３ｍｂａｒである場合に、直径がそれぞれ０．３ｍｍの３０００個の孔を備えた多孔板が使用され、そしてチャンバ内の自由落下高さが２メートルとなるように、本発明によるＰＥＴ処理装置を構成することができる。このような構成にすると、重力及び真空の作用によって、約０．２ｍｍの溶融糸直径が得られる。この直径によって溶融体は極めて良好に精製もしくは脱ガスされる。
【００１９】
なお、所望の処理量に応じて３０００個よりも多い又は少ない孔、好ましくは１０００〜５０００個の孔、例えば２０００又は４０００個の孔を多孔板又は篩１つ当たりに使用することもできる。また、２メートルよりも大きい又は小さい高さを使用することもできる。１．５ｍ〜４ｍの高さ、特に２ｍ、２．５ｍ、３ｍ又は３．５ｍの高さが好ましい。
【００２０】
溶融体は細い溶融糸の形態を成してチャンバを通って下方へ向かって落下し、水のような不純物は表面に拡散し、温度及び負圧によって蒸発する。細い溶融糸がチャンバ内で妨げなしに下方へ向かって運動することによって、有効溶融体表面積が著しく増大する。
【００２１】
ＰＥＴ溶融体から水を除去することによって、短い分子鎖が結合してより長い鎖になる。このことは分子量を増大させ、ひいては極限粘度を高める。
【００２２】
チャンバの下端部で溶融体は捕集容器内に集められ、好ましくは少なくとも１分間、好ましくは少なくとも３又は４分間の滞留時間後に、例えば吐出押し出し機によってペレット化装置、成形型、又は同じ又は類似の構成を有する別のチャンバへさらに導かれる。第１のチャンバの終端部又は次のチャンバの始端部、又はこれら両チャンバ間の途中のどこかの個所に、加熱装置が配置されていてよい。加熱装置によって、プラスチックを溶融温度、つまりプラスチックが塑性的に流動する温度に保持することができる。
【００２３】
本発明による方法及び本発明による装置は簡単に個別に顧客の希望に合わせて製作もしくは構成することができる。既存のプラスチック製造設備又はプラスチック・リサイクル設備を装備拡張するか又は補完してもよい。
【００２４】
本発明の別の好ましい実施態様が、残りのサブクレームの対象となる。
【００２５】
添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施態様を以下に説明することによって、本発明の更なる特徴及び利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による装置を備えたプラスチック・リサイクル設備を示す正面図である。
【図２】図１の設備を示す上面図である。
【図３】本発明による容器を示す断面図である。
【図４】図３の容器をＩＶ−ＩＶ線に沿って示す断面図である。
【図５】反応器内の滞留時間の、ｉＶ値に与える影響を示すダイアグラムである。
【図６】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図７】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図８】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図９】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図１０】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図１１】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図１２】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１及び２にはリサイクル設備が一例として示されている。このリサイクル設備は符号１で示された構造群に、重縮合物、例えばＰＥＴから成る繊維、シート、深絞り用シート又は他の重縮合物を破砕して押し出す装置を有している。このような構造群は従来技術に基づいて知られている通りに構成されていてよく、本発明の対象ではない。リサイクル設備は一例としてＰＥＴのリサイクルに関して説明するが、このようなプラスチックに限定されるものではない。
【００２８】
例えば、ＰＥＴリサイクル品を、又はＰＥＴ新品ペレットも、必要に応じて供給システム（一軸破砕機、カッター圧縮器、サイロ、ペレット定量供給装置など）によって、押し出し機に供給することができる。供給システムに応じて、出発材料（繊維、始動屑、ボトル粉砕材料、シート、ペレットなど）を一軸破砕機又はカッター圧縮器によって破砕し、圧縮し、そして任意には表面除湿し、或いは、ペレットを定量供給システムによって押し出し機に供給する。
【００２９】
上記押し出し機が従来技術に基づいて知られている脱ガス装置を備えていると、極めて有利であることが判っている。予備乾燥していないＰＥＴに吸収された水は押し出し時に加水分解を引き起こすので、ＰＥＴが溶融状態に達したらすぐにＰＥＴを除湿することが必要である。溶融プロセス中に既に生じている、加水分解による極限粘度の低減はもはや補償することはできないものの、まだ存在している水を溶融体から除去することによって更なるｉＶ低下を充分に阻止することができる。押し出し機の脱ガス装置に別の脱ガス装置が後置されていると、そしてこれらの脱ガスゾーンに２〜５ｍｂａｒの負圧が形成されているとさらに有利である。押し出しに続いて、濾過ユニットが設けられている。この濾過ユニットはＰＥＴ溶融体を必要な純度及び均質性まで濾過する。
【００３０】
これに続く溶融反応器への供給のために必要な溶融圧力は、溶融押し出し機又は溶融ポンプ９によって付与される。溶融ポンプは濾過ユニットに後置されていてよい。
【００３１】
設備の前記構成部分は、たとえ本発明による方法及び本発明による装置の作用に好都合な影響を与えるとしても、本発明にとって絶対に必要というわけではない。
【００３２】
押し出し機の出口２もしくは濾過ユニット、篩を備えた篩交換器８、及び溶融ポンプ９に続いて、供給導管４もしくは溶融体導管４を介して押し出し機から到来した溶融体から不純物を除去するための本発明による装置３が設けられている。溶融体導管４は、設備、要件、又は空間的条件に応じて、水平方向に１つ又は２つ以上の容器５へ直接に延びているか、又は先ず鉛直方向に１つの容器５に沿って上方へ向かって延びている。
【００３３】
装置３は図示の実施例では、全部で２つの容器５から成っている。これらの容器は互いに並列に配置されている。供給導管４から、分配導管６、７がそれぞれ１つの容器５へ延びている。両容器５の後には、捕集導管１０がペレット化装置１２へ延びている。ペレット化装置１２はやはり従来技術に基づいて知られている通りに構成されていてよく、本発明の対象ではない。
【００３４】
容器５は例えば図３に示されているように構成されており、好ましくは円筒形の管１３から成っている。円筒形の管１３の長さを変えることにより、容器５内の種々異なる落下高さを容易に形成することができる。管１３の上端部にはヘッド部１４が取り付けられており、管１３の下端部には、反応チャンバを形成する捕集容器１９を備えた基部１５が取り付けられている。
【００３５】
ヘッド部１４の、管１３との接続領域内には、複数の開口２６を備えた多孔板又は篩１６が配置されている。流れ方向で見て多孔板又は篩１６の手前には、分配室１７が位置している。分配室は、接続開口１８を介して、分配導管の一方６又は７に結合されている。分配室１７内では、多孔板又は篩１６の手前に、図示されていない圧力分配篩を組み付けることによって、多孔板又は篩１６の全体にわたって圧力をできる限り均一に分配することができる。
【００３６】
溶融体、例えばＰＥＴ溶融体は、押し出し機又は溶融ポンプ９の生成された圧力によって、多孔板又は篩１６に押し通される。溶融体が多孔板又は篩１６に押し通されると、細い溶融糸は自由に、そして管１３内に形成されたチャンバ２５の壁と接触することなしに重力によって下方へ向かって落下する。多孔板又は篩１６は処理量に応じて種々異なる数の小さな開口を有している。約３００μｍの孔径及び約７０ｋｇ／ｈの質量処理量の場合、良好な結果を得るためには、例えば約２０００個の孔が必要である。
【００３７】
容器５、そして特に捕集容器１９の長さによって、チャンバ２５内の溶融体の滞留時間に影響を与えることができる。重力によってさらに細くされる細い溶融糸の直径、ひいては糸の重量も、溶融体の粘度に影響を与える温度と同様に、滞留時間に影響を与える。温度は高ければ高いほど、迅速に重縮合が通常生じる。ＰＥＴの場合、捕集容器１９内の理想的温度は例えば好ましくは２７０℃〜３００℃である。容器５の並列配置によって、本発明による装置の処理量を変化させることができる。溶融体の重縮合、ひいては精製の品質は、例えば互いに前後に接続された２つ又は３つ以上の容器５によって改善することもできる。
【００３８】
小孔の数が多いことによって、溶融体の体積に対する表面積の比が著しく高くなる。重力によって、溶融糸は容器５の高さに応じてさらに細くなり、これにより体積に対する表面積の比がさらに著しく高くなる。広い溶融体表面積、滞留時間、高い温度、並びに真空が完全に相互作用することで、溶融体の顕著な精製だけでなく、溶融体の重縮合反応もうまくゆく。温度及び真空の作用により、糸は溶融状態で個々に容器５の捕集容器１９まで下方へ向かって延びる。
【００３９】
溶融体の体積に対する表面積の比が高いこと、反応器内が高真空及び高温であることによって、例えば水分子、他の反応生成物、又は揮発性物質が短時間で溶融糸の表面に拡散することができる。気体の状態でこれらの物質を、反応器に形成された真空によって迅速に除去することができる。
【００４０】
ここで重縮合反応が行われると、反応生成物を取り除きながら分子鎖が長くなる。このことは極限粘度を高める。
【００４１】
充分に高度な重縮合を達成するにはチャンバ２５内の溶融糸の落下時間では充分でない場合があるので、基部１５内に位置する捕集容器１９内に糸は再び溶融浴へ集められる。溶融浴内には、モータ２８によって駆動されるスクリュ状の混合・吐出部材、例えば吐出押し出し機２７が位置している。吐出押し出し機は、更なる加工のための搬送機能及び圧力形成機能の他に、溶融体の表面を何回も新しくすることにより、良好な混合機能を発揮することができる。吐出押し出し機の代わりに、吐出スクリュ又は同種のものが設けられていてもよい。溶融体は絶え間なく運動しているので、溶融体の熱劣化は最小限に低減される。
【００４２】
吐出押し出し機２７から捕集導管１０へ溶融体を送出する。後続のストランド・ペレット化装置１２を用いて溶融体を高品質のペレットに加工することができる。吐出押し出し機２７の後の順送り型（Ｆｏｌｇｅｗｅｒｋｚｕｅｇ）を用いて、結束バンド、繊維、シートなどのような同一の製品をすぐにリサイクル用ＰＥＴから製造することもできる。このような用途は、予備乾燥なしに、そしてＳＳＰ（固体重合：ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ）なしに一回の溶融によって直接に、リサイクル用ＰＥＴを高価値製品に加工し得るという大きい利点をもたらすことになる。
【００４３】
ヘッド部１４及び基部１５は管１３に例えばねじによって結合されている。管１３にはさらに、図示していない真空ポンプとの接続部２２、並びに場合によっては組み付け・保守点検用開口２３及び／又は覗き窓２４が位置している。
【００４４】
真空ポンプの代わりに、これらの接続部には、場合によっては不活性の、乾燥したガスを連続的又は間欠的に導入・導出するための導管を接続することにより、分離された不純物を導出することができる。
【００４５】
試験において、負圧が０．５〜５ｍｂａｒであり、温度が好ましくは２７０〜３００℃であると、ＰＥＴの重縮合が最も迅速に行われることが確認された。いずれの場合にも、負圧は２０ｍｂａｒ未満であるべきである。負圧は、形成されたＰＥＴ溶融体の極限粘度に極めて強い影響を与えるので、吐出押し出し機２７に後置されたインライン粘度測定装置１１を介して、負圧を変化させることにより極限粘度を容易且つ迅速に調整することができる。
【００４６】
基部１５の特別な構成によって、捕集容器１９内の充填レベルを介して、真空下での溶融体の滞留時間に影響を与えることができる。滞留時間が長ければ長いほど、ポリマー鎖成長は大きくなり、ひいては極限粘度がさらに高くなる。
【００４７】
捕集容器１９内の溶融浴の充填レベルは、吐出押し出し機２７を制御する適宜なセンサによって調整される。高い真空及び温度によって細い溶融糸のところで開始された重縮合は続いて溶融浴内で、溶融体を滞留させることにより、そして溶融体の運動を維持しながら、混合・吐出部材２７によって続けられる。溶融浴の高さは要件いかんでは、吐出押し出し機２７が溶融体によって完全に又は一部だけ覆われるような大きさであってよい。しかしながら、吐出部材の回転運動によって溶融体を繰り返し分裂させて表面を新しくしようとするならば、スクリュ状の混合・吐出部材２７を溶融体で完全には覆わないようにすると有利である。
【００４８】
吐出押し出し機２７の後に位置するインライン粘度測定装置１１を経由して、上述のように捕集容器１９内の相応の充填レベル及びその結果生じる滞留時間を介して、所望の極限粘度を調節もしくは調整することができる。
【００４９】
溶融糸と溶融浴との組み合わせが極めて効率的な重縮合をもたらし、ひいては比較的極めて短い滞留時間で既に、極限粘度をかなり高めることができることを試験は示した。
【００５０】
図５には、容器５内の滞留時間の、ｉＶ値に対する影響が示されている。ｉＶ出発値がこれよりも低い又は高い場合にも同等の改善がもたらされる。約１分間の滞留時間から極限粘度が既に高められていることが判る。数分後、特に３分又は４分後から、既にかなりの改善が得られる。ｉＶの所望の結果もしくは改善に応じて、６分間、８分間、又は１０分間以上から１２分間、１４分間又は１６分間までの滞留時間が考えられ、もしくは有利である。これと比較して公知の溶融反応器は、類似の結果を得るために、３０分間から数時間までの滞留時間で作業する。
【００５１】
捕集容器１９内のスクリュ状の混合・吐出部材２７の特別な構成によって、反応プロセスをさらに最適化することができる。
【００５２】
軸２９のコア直径が全直径に対して小さく、また例えばチャンバ１９の領域内でウェブ３０に孔又は切欠き３１を備えた状態で図６に示されているようにスクリュのねじ山が特別に構成されていることにより、ＰＥＴ溶融体の表面積が大きくなり、ひいては溶融体の表面が新しくされる。これにより、分離生成物（例えば水）を導出するための拡散プロセスが著しく容易になり、ひいては重合プロセスが促進される。
【００５３】
図７〜図１２には、軸の別の好ましい実施態様が示されている。
【００５４】
図７及び８の実施態様では、ウェブ３２、３３が二重螺旋の形態を成して軸のコア３４の周りに巻き付いており、スポーク３５によってコアから所定の間隔を置いて保持される。軸線に対して平行に延びる付加的なウェブ３６、３７によって、軸が全体的に補強されるだけでなく、さらに溶融体の混合が改善され、表面積が大きくなる。図７に示された軸が一貫して延びるウェブ３２、３３を有しているのに対して、図７の実施態様におけるウェブ３２、３３は（図示の実施態様では２回）中断されている。これにより形成された、好ましくはほぼ半径方向に向いたスリット３８内には、外方から、例えばスクリュ管から、図示されていないピン又は同種のものが突入する。このようなピンは溶融体の混合をさらに改善する。
【００５５】
図９及び１０の実施態様は、図７及び８のものと同様に構成されてはいるものの、二重螺旋の形態で軸のコア４１の周りに巻き付けられたウェブ３９、４０は、軸のコア４１まで延びており、部分円状の貫通部４２、４３を有している。図９の実施態様における軸線に対して平行に延びるウェブ４４、４５の代わりに、図１０の実施態様では、中断されたウェブ３９、４０の間に外方から突入するピン又は同種のもののためのスリット４６が設けられている。
【００５６】
図１１及び１２に示された、コアを備えていない軸の場合、二重螺旋の形態を成すウェブ４７、４８が配置されており、これらのウェブは、軸線に対して平行に延びるウェブ４９、５０によって互いに、そして端面ディスク５１、５２と結合されている。これらのディスク５１、５２には、溶融体の貫通のための貫通部５３が配置されており、また軸ピン５４、５５が取り付けられている。これらの軸ピンで軸を支持し、もしくは後続の軸と結合することができる。
【００５７】
図３及び４の実施態様に基づく捕集容器１９内のスクリュ状の混合・吐出部材２７は専ら、図６〜１２にそれぞれ示された軸の実施態様のように構成されていてよいが、しかしこのような実施態様の任意の組み合わせを有していてもよい。例えば図７及び９の実施態様はそれぞれスクリュ状の混合・吐出部材２７の始端部及び終端部で、引き込みエレメント及び搬送エレメントとして使用できるのに対して、図８及び１０の実施態様はスクリュ状の混合・吐出部材２７の中央部分で混合セグメントとして使用することができる。
【００５８】
本発明による、下記の利点の一つ一つ又は全てを達成することができる：
−  種々多様な入口側材料（繊維、シート、ボトル粉砕材料、結束バンド、始動屑など）の再処理；
−  ペレットの他に、成形型を使用することによって、品質的に高価値のプラスチック製品を直接に製造することもできる。
−  例えばポリエステルのための極限粘度を調節することができる；
−  出口側製品の極限粘度及び純度を入口側製品のものよりも高くすることができる（「アップリサイクル」）；
−  ポリエステル入口側材料の結晶化及び予備乾燥が必要でない；
−  ＳＳＰによるポリエステル材料の後処理が必要でない；
−  設備コストが比較的低い；
−  材料の処理時間が極めて短い；
−  加熱が一回しか必要でないため、公知のプロセスと比較して出発材料品質に対するプロセス全体のエネルギー効率が高い；
−  既存のリサイクル設備を大きい変更なしにさらに使用して、この設備に本発明による装置を追加することができる。
【図１】
2015535757.tif 000003
【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】
2015535757.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月17日(2014.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法であって、溶融体が、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口を備えた有孔板又は篩を通って、２０ｍｂａｒ未満の圧力が形成されたチャンバ内へ進入し、溶融体が細い糸の形態でチャンバを自由落下して通過し、そして溶融体がチャンバの下方の捕集容器内に滞留する方法に関する。
【０００２】
本発明はさらに、重縮合物溶融体の極限粘度を高めるための装置であって、装置が、少なくとも１つの開口を備えた、負圧下にあるチャンバを有しており、開口を通って溶融体がチャンバ内へ進入するようになっており、チャンバを溶融体がチャンバ壁との接触なしに通過することができ、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口を備えた有孔板又は篩がチャンバの上方に配置されており、チャンバ内に２０ｍｂａｒ未満の圧力が形成されており、そしてチャンバの下方に捕集容器が配置されており、捕集容器内にも真空が形成されている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００３】
重縮合物（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＮ、ＰＣなど）は、重縮合によって製造される熱可塑性物質である。重縮合時には、逐次反応を介して反応生成物（例えば水）を切り離すことによって、モノマーを互いに結合して重縮合物にする。したがって重縮合は鎖成長と結びついている。このような分子鎖長は生成物、ひいては重縮合物の機械特性を大きく決定する。このようなプロセスは例えばＰＥＴ新品を製造する際に重要であるだけでなく、特にこのような製品のリサイクル時にも多大な役割を果たす。
【０００４】
欧州特許出願公開第１３０２５０１（Ａ２）号明細書には、重縮合製品の後重縮合を促進し、原産物中に存在する揮発性副産物を除去する方法が記載されている。押し出しプロセスによって、原産物を溶融温度よりも３０℃〜４０℃高い温度にもたらす。こうして処理された溶融体は続いて、複数の孔を備えた押し出し板を通して搬送され、これにより溶融体に糸形態がもたらされる。揮発性副産物を蒸発させるために、溶融体として加工しようとする生成物の体積に対する利用可能な自由表面積の比を少なくとも４０で選択する。糸形態を有する溶融ストランドは、減圧されたチャンバ内に進入する。このチャンバ内では圧力は０．１ｂａｒ未満である。チャンバの下方には、捕集容器が配置されている。捕集容器内では溶融糸から溶融浴が形成される。このような溶融浴から部分量が取り出されて、溶融済原産物の供給導管に供給される。原産物と、容器内で既に処理された溶融生成物とから成るこのような混合物は改めて、複数の孔を備えた押し出し板を通って減圧されたチャンバに供給される。
【０００５】
国際公開第００／７８５２４（Ａ１）号パンフレットに記載された、溶融体脱ガス装置は溶融体ノズルを有しており、この溶融体ノズルは、溶融体供給部との接続のための入口接続部と溶融体出口とを有している。溶融体出口は、実質的にガス不透過性の壁によって形成された脱ガス室内に開口している。脱ガス室は真空源と接続しており、後続の溶融体加工システムと実質的に密に結合するための吐出開口を有している。脱ガス室の吐出開口に続いて、歯車ポンプとして形成された溶融ポンプが設けられている。溶融ポンプは溶融体をさらに先に送出する。溶融ポンプの歯車の噛み合い区分から上流側には、溶融体分配器が配置されている。脱ガス室内に進入する溶融体は連続したホースとして進入する。しかしホース状溶融体の代わりに溶融体は複数の「スパゲティ状」部分流に分割されていてもよい。脱ガス室内に形成される負圧は自由に選択することができる。
【０００６】
独国特許出願公開第２２４３０２４（Ａ１）号明細書に基づいて、高分子ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を連続的に製造する装置が公知である。この装置は、上端部に溶融体入口を備えた、鉛直方向に配置された円筒形の容器から成っている。下端部には生成物出口が配置されている。さらに、円筒形容器内には揮発性物質のための抜き取り管片が開口している。さらに、容器の中心には軸が鉛直方向に配置されている。この軸の周りには鉛直方向に定置の物質交換薄板が配置されている。さらにこれらの物質交換薄板の上方にはそれぞれ分配室が設けられており、そして分配室の下方には捕集室が設けられている。１つの分配室とその上の段の捕集室との間には、結合管が取り付けられている。この結合管を通って軸が案内されている。軸は、結合管を通って突出する部分では、それぞれ分配室内への搬送を行う押し出し機軸として形成されている。
【０００７】
国際公開第２０１２／１１９１６５（Ａ１）号パンフレットには、負圧下でプラスチック溶融体から不純物を除去する方法及び装置が記載されている。このために、プラスチック溶融体は少なくとも１つの開口を通ってチャンバ内へ進入する。このチャンバ内には、負圧、好ましくは５０ｍｂａｒ未満の圧力が形成されている。チャンバ内へのプラスチック溶融体の進入は、複数の開口を備えた多孔板又は篩を通して行われる。開口の直径は１．５ｍｍ未満から０．０５ｍｍまでであってよい。プラスチック溶融体が鉛直方向にチャンバを貫流した後、この溶融体は下端部で捕集漏斗内に捕集され、溶融ポンプの出口を介して更なる搬送のために導かれる。
【０００８】
ポリエステルが吸湿性であり、湿分を吸収することが知られている。例えばＰＥＴを押し出し機で加工するときには、水が存在すると、いわゆる加水分解が生じ、すなわちポリマー鎖が解離され、これにより極限粘度が低くなってしまう。このような材料損傷をできる限り小さく保つために、押し出し機での加工の前にＰＥＴを乾燥させることが普通である。しかしながら、材料損傷を完全に阻止することはできない。
【０００９】
また、ポリエステルを高温下で、そして真空下又は不活性ガス下で滞留させると重縮合がもたらされ、ひいてはポリエステルの粘度が高くなることも知られている。このような公知の溶融体重縮合法又は固相重縮合法又はこれら両者の組み合わせの方法は通常、低分子出発材料から高分子ポリエステルを製造するために用いられる。
【００１０】
固相重縮合の場合、出発材料は充分な嵩密度を有するペレット又は清浄化済の粉砕材料として固形の形態で存在しなければならない。例えば繊維又はシートのような他の形態のＰＥＴは、固相縮合を実施できるように、材料損傷及び多大なエネルギー消費を招く押し出しプロセスを介してペレット形態にしなければならない。さらなる加工のために、出発材料を加熱しなければならない。結晶化温度（８０℃〜１２０℃）でペレット粒の付着が生じる。これを阻止するために、材料を先ずいわゆる結晶化装置（Ｋｒｉｓｔａｌｌｉｓａｔｏｒ）に供給し、この装置内で材料を、絶え間なく攪拌しながらいわゆる結晶化温度を上回る温度に加熱する。今や流動可能（ｒｉｅｓｅｌｆａｅｈｉｇ）な材料は次いで固相縮合容器へ供給することができる。ここでは材料を約１９０℃〜２５０℃までさらに加熱し、そして所望の極限粘度が得られるまで、数時間にわたって真空下又は不活性ガス下で滞留させる。このようなプロセスは不連続的、半連続的、及び連続的に行われる。
【００１１】
現行の溶融体重縮合法では、ポリエステル溶融体を約２６５℃〜３００℃の温度及び約１ｍｂａｒの強い真空下でしばしば数時間にわたって滞留させることにより、所望の極限粘度を得る。このような方法は主として新品の製造に用いられ、ポリエステルのリサイクルには適していない。
【００１２】
材料の再利用という意味におけるプラスチック・リサイクルの目的は、最も広い意味では、現存の廃棄物質から新しい製品を製造することである。熱可塑性物質に関しては一般に、先ず変形を施してリサイクレートにし、続いてさらに変形を施して最終製品にする。いずれの変形作業も通常、加熱プロセス及び冷却プロセスに結びついている。いずれの加熱も多くのプラスチックにおいてポリマーを不可逆的に損傷し、また、このような加熱・冷却プロセスはエネルギー使用量が高いことを意味する。高いエネルギー使用量は同時にポリマーの価値を低いものにしてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の根底を成す課題は、ポリエステルのような重縮合物の再処理における省エネルギー型のプロセスであって、重縮合物の品質を改善することができ、ひいては低分子量の廃棄物質から高価値のポリマーを製造するのを可能にするプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題は、冒頭で述べたような方法において、溶融体が捕集容器内に少なくとも１分間にわたって滞留し、溶融体が捕集容器内で、水平方向位置に向けられた好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材によって真空下で絶え間なく動かされること、そして混合・吐出部材が捕集容器内で溶融体によって完全には覆われることがなく、溶融体の表面が混合・吐出部材の回転運動によって繰り返し分裂させられ、何回も新しくされること、そして細い糸のところで開始された重縮合が溶融浴内で滞留により、そして運動を維持しながら続けられ、こうしてポリマー鎖が成長し、ひいては極限粘度がさらに高められ、溶融体が混合・吐出部材によって捕集容器から吐出されること、によって解決される。
【００１５】
冒頭で述べた形式の装置において、このような課題は、補修容器内に、水平方向位置に向けられた好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材が配置されており、混合・吐出部材は、混合・吐出部材（２７）の回転運動によって溶融体の表面を分裂させて何回も新しくするために、補修容器（１９）内に配置されていること、そして捕集容器が溶融体のための反応室を形成していること、そして混合・吐出部材の搬送方向で見て捕集容器に続いて捕集導管が配置されていること、によって解決される。
【発明の効果】
【００１６】
すなわち、重縮合物の極限粘度（Ｇｒｅｎｚｖｉｓｋｏｓｉｔａｅｔ）｛固有粘度（ｉｎｔｒｉｎｓｉｓｃｈｅ  Ｖｉｓｋｏｓｉｔａｅｔ  （ｉＶ）｝を溶融体重縮合によって高めるための本発明による方法及び本発明による装置において、溶融体は多孔板又は多孔篩を介して、負圧下にある又は不活性ガスで充填された反応チャンバ内に導入され、この反応チャンバにおいて、溶融体が所望の極限粘度を有するまで所定の時間にわたって滞留させられ、続いて例えば多孔板又は成形用プラスチック型を介して吐出される。
【００１７】
分子量の増大は、温度、真空圧、滞留時間のようなパラメータ、並びに溶融体の表面積によって、そして溶融体表面を絶え間なく新しくすることによって影響を与えられる。このような反応をできる限り経済的に構成するために、影響量の妥当な相互作用を伴う最適な方法技術的解決手段が有意義である。
【００１８】
しかしながら、本発明による方法及び本発明による装置は、水のような不純物だけではなく、プラスチック材料の製造時又はリサイクリング時に発生する他の不純物、例えば溶剤、清浄剤、もしくは極めて一般的に言えば湿分及び蒸発成分、及び／又は空気をもプラスチック溶融体から分離することができる。
【００１９】
一例としてＰＥＴのリサイクルに関して本発明の利点を以下に説明するが、しかしこのことは、本発明をリサイクル及び／又はＰＥＴに、もしくは具体的に記載される装置の構造に限定するものと理解するべきではない。
【００２０】
ＰＥＴ材料はリサイクル時には先ず従来技術に基づいてよく知られているように破砕し、場合によっては精製し、溶融し、脱ガスし、そして濾過する。濾過後、温度調整された溶融導管を介して、溶融体を例えば多孔板へ搬送する。最適な温度を調節することにより、そして形成された圧力により、溶融体は多孔板を押し通される。多孔板内には、処理量に応じて種々異なる数の孔が位置している。これらの孔はＰＥＴの場合、例えば０．３ｍｍの直径を有している。しかし多孔板は例えば篩、格子、又は同種のものとして形成されていてもよい。所望の処理量及び結果に応じて、開口の直径が０．５ｍｍ未満、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍであると、特に良好な結果が得られる。孔が非円形である場合、非円形の孔の面積は、前記直径を有する孔の面積に相当する。
【００２１】
多孔板の後、重力によってさらに細くされる糸は、負圧下、好ましくは真空下にあるチャンバ内に達する。チャンバは、乾燥したガスで充填されていてもよく、又は乾燥したガスで貫流されてもよい。所望の極限粘度に応じて、室内の真空状態はより高く又はより低く選択することができる。０．５〜２０ｍｂａｒの圧力で作業することが好ましい。それというのも、このような圧力において一方では良好な結果を得ることができ、このような圧力は他方において市販の真空ポンプで形成できるからである。このようなチャンバ内で反応が生じる。水は真空によって溶融体の内部から表面へ拡散する。真空及び温度によって水は水蒸気に変化し、もしくは溶剤又は同種のものは蒸発することができ、且つ／又は空気を溶融体から逃し、次いでチャンバから導出することができる。本発明の装置を例えば押し出し機に後置すると、短縮された分子鎖を再び延長することができる。装置及び方法を適宜に設計することにより、結果としてのプラスチック品質に影響を与えることができる。
【００２２】
例えば、負圧が３ｍｂａｒである場合に、直径がそれぞれ０．３ｍｍの３０００個の孔を備えた多孔板が使用され、そしてチャンバ内の自由落下高さが２メートルとなるように、本発明によるＰＥＴ処理装置を構成することができる。このような構成にすると、重力及び真空の作用によって、約０．２ｍｍの溶融糸直径が得られる。この直径によって溶融体は極めて良好に精製もしくは脱ガスされる。
【００２３】
なお、所望の処理量に応じて３０００個よりも多い又は少ない孔、好ましくは１０００〜５０００個の孔、例えば２０００又は４０００個の孔を多孔板又は篩１つ当たりに使用することもできる。また、２メートルよりも大きい又は小さい高さを使用することもできる。１．５ｍ〜４ｍの高さ、特に２ｍ、２．５ｍ、３ｍ又は３．５ｍの高さが好ましい。
【００２４】
溶融体は細い溶融糸の形態を成してチャンバを通って下方へ向かって落下し、水のような不純物は表面に拡散し、温度及び負圧によって蒸発する。細い溶融糸がチャンバ内で妨げなしに下方へ向かって運動することによって、有効溶融体表面積が著しく増大する。
【００２５】
ＰＥＴ溶融体から水を除去することによって、短い分子鎖が結合してより長い鎖になる。このことは分子量を増大させ、ひいては極限粘度を高める。
【００２６】
チャンバの下端部で溶融体は捕集容器内に集められ、好ましくは少なくとも１分間、好ましくは少なくとも３又は４分間の滞留時間後に、例えば吐出押し出し機によってペレット化装置、成形型、又は同じ又は類似の構成を有する別のチャンバへさらに導かれる。第１のチャンバの終端部又は次のチャンバの始端部、又はこれら両チャンバ間の途中のどこかの個所に、加熱装置が配置されていてよい。加熱装置によって、プラスチックを溶融温度、つまりプラスチックが塑性的に流動する温度に保持することができる。
【００２７】
本発明による方法及び本発明による装置は簡単に個別に顧客の希望に合わせて製作もしくは構成することができる。既存のプラスチック製造設備又はプラスチック・リサイクル設備を装備拡張するか又は補完してもよい。
【００２８】
本発明の別の好ましい実施態様が、残りのサブクレームの対象となる。
【００２９】
添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施態様を以下に説明することによって、本発明の更なる特徴及び利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による装置を備えたプラスチック・リサイクル設備を示す正面図である。
【図２】図１の設備を示す上面図である。
【図３】本発明による容器を示す断面図である。
【図４】図３の容器をＩＶ−ＩＶ線に沿って示す断面図である。
【図５】反応器内の滞留時間の、ｉＶ値に与える影響を示すダイアグラムである。
【図６】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図７】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図８】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図９】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図１０】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図１１】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【図１２】スクリュ状の混合・吐出部材の選択的な実施態様である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１及び２にはリサイクル設備が一例として示されている。このリサイクル設備は符号１で示された構造群に、重縮合物、例えばＰＥＴから成る繊維、シート、深絞り用シート又は他の重縮合物を破砕して押し出す装置を有している。このような構造群は従来技術に基づいて知られている通りに構成されていてよく、本発明の対象ではない。リサイクル設備は一例としてＰＥＴのリサイクルに関して説明するが、このようなプラスチックに限定されるものではない。
【００３２】
例えば、ＰＥＴリサイクル品を、又はＰＥＴ新品ペレットも、必要に応じて供給システム（一軸破砕機、カッター圧縮器、サイロ、ペレット定量供給装置など）によって、押し出し機に供給することができる。供給システムに応じて、出発材料（繊維、始動屑、ボトル粉砕材料、シート、ペレットなど）を一軸破砕機又はカッター圧縮器によって破砕し、圧縮し、そして任意には表面除湿し、或いは、ペレットを定量供給システムによって押し出し機に供給する。
【００３３】
上記押し出し機が従来技術に基づいて知られている脱ガス装置を備えていると、極めて有利であることが判っている。予備乾燥していないＰＥＴに吸収された水は押し出し時に加水分解を引き起こすので、ＰＥＴが溶融状態に達したらすぐにＰＥＴを除湿することが必要である。溶融プロセス中に既に生じている、加水分解による極限粘度の低減はもはや補償することはできないものの、まだ存在している水を溶融体から除去することによって更なるｉＶ低下を充分に阻止することができる。押し出し機の脱ガス装置に別の脱ガス装置が後置されていると、そしてこれらの脱ガスゾーンに２〜５ｍｂａｒの負圧が形成されているとさらに有利である。押し出しに続いて、濾過ユニットが設けられている。この濾過ユニットはＰＥＴ溶融体を必要な純度及び均質性まで濾過する。
【００３４】
これに続く溶融反応器への供給のために必要な溶融圧力は、溶融押し出し機又は溶融ポンプ９によって付与される。溶融ポンプは濾過ユニットに後置されていてよい。
【００３５】
設備の前記構成部分は、たとえ本発明による方法及び本発明による装置の作用に好都合な影響を与えるとしても、本発明にとって絶対に必要というわけではない。
【００３６】
押し出し機の出口２もしくは濾過ユニット、篩を備えた篩交換器８、及び溶融ポンプ９に続いて、供給導管４もしくは溶融体導管４を介して押し出し機から到来した溶融体から不純物を除去するための本発明による装置３が設けられている。溶融体導管４は、設備、要件、又は空間的条件に応じて、水平方向に１つ又は２つ以上の容器５へ直接に延びているか、又は先ず鉛直方向に１つの容器５に沿って上方へ向かって延びている。
【００３７】
装置３は図示の実施例では、全部で２つの容器５から成っている。これらの容器は互いに並列に配置されている。供給導管４から、分配導管６、７がそれぞれ１つの容器５へ延びている。両容器５の後には、捕集導管１０がペレット化装置１２へ延びている。ペレット化装置１２はやはり従来技術に基づいて知られている通りに構成されていてよく、本発明の対象ではない。
【００３８】
容器５は例えば図３に示されているように構成されており、好ましくは円筒形の管１３から成っている。円筒形の管１３の長さを変えることにより、容器５内の種々異なる落下高さを容易に形成することができる。管１３の上端部にはヘッド部１４が取り付けられており、管１３の下端部には、反応チャンバを形成する捕集容器１９を備えた基部１５が取り付けられている。
【００３９】
ヘッド部１４の、管１３との接続領域内には、複数の開口２６を備えた多孔板又は篩１６が配置されている。流れ方向で見て多孔板又は篩１６の手前には、分配室１７が位置している。分配室は、接続開口１８を介して、分配導管の一方６又は７に結合されている。分配室１７内では、多孔板又は篩１６の手前に、図示されていない圧力分配篩を組み付けることによって、多孔板又は篩１６の全体にわたって圧力をできる限り均一に分配することができる。
【００４０】
溶融体、例えばＰＥＴ溶融体は、押し出し機又は溶融ポンプ９の生成された圧力によって、多孔板又は篩１６に押し通される。溶融体が多孔板又は篩１６に押し通されると、細い溶融糸は自由に、そして管１３内に形成されたチャンバ２５の壁と接触することなしに重力によって下方へ向かって落下する。多孔板又は篩１６は処理量に応じて種々異なる数の小さな開口を有している。約３００μｍの孔径及び約７０ｋｇ／ｈの質量処理量の場合、良好な結果を得るためには、例えば約２０００個の孔が必要である。
【００４１】
容器５、そして特に捕集容器１９の長さによって、チャンバ２５内の溶融体の滞留時間に影響を与えることができる。重力によってさらに細くされる細い溶融糸の直径、ひいては糸の重量も、溶融体の粘度に影響を与える温度と同様に、滞留時間に影響を与える。温度は高ければ高いほど、迅速に重縮合が通常生じる。ＰＥＴの場合、捕集容器１９内の理想的温度は例えば好ましくは２７０℃〜３００℃である。容器５の並列配置によって、本発明による装置の処理量を変化させることができる。溶融体の重縮合、ひいては精製の品質は、例えば互いに前後に接続された２つ又は３つ以上の容器５によって改善することもできる。
【００４２】
小孔の数が多いことによって、溶融体の体積に対する表面積の比が著しく高くなる。重力によって、溶融糸は容器５の高さに応じてさらに細くなり、これにより体積に対する表面積の比がさらに著しく高くなる。広い溶融体表面積、滞留時間、高い温度、並びに真空が完全に相互作用することで、溶融体の顕著な精製だけでなく、溶融体の重縮合反応もうまくゆく。温度及び真空の作用により、糸は溶融状態で個々に容器５の捕集容器１９まで下方へ向かって延びる。
【００４３】
溶融体の体積に対する表面積の比が高いこと、反応器内が高真空及び高温であることによって、例えば水分子、他の反応生成物、又は揮発性物質が短時間で溶融糸の表面に拡散することができる。気体の状態でこれらの物質を、反応器に形成された真空によって迅速に除去することができる。
【００４４】
ここで重縮合反応が行われると、反応生成物を取り除きながら分子鎖が長くなる。このことは極限粘度を高める。
【００４５】
充分に高度な重縮合を達成するにはチャンバ２５内の溶融糸の落下時間では充分でない場合があるので、基部１５内に位置する捕集容器１９内に糸は再び溶融浴へ集められる。溶融浴内には、モータ２８によって駆動されるスクリュ状の混合・吐出部材、例えば吐出押し出し機２７が位置している。吐出押し出し機は、更なる加工のための搬送機能及び圧力形成機能の他に、溶融体の表面を何回も新しくすることにより、良好な混合機能を発揮することができる。吐出押し出し機の代わりに、吐出スクリュ又は同種のものが設けられていてもよい。溶融体は絶え間なく運動しているので、溶融体の熱劣化は最小限に低減される。
【００４６】
吐出押し出し機２７から捕集導管１０へ溶融体を送出する。後続のストランド・ペレット化装置１２を用いて溶融体を高品質のペレットに加工することができる。吐出押し出し機２７の後の順送り型（Ｆｏｌｇｅｗｅｒｋｚｕｅｇ）を用いて、結束バンド、繊維、シートなどのような同一の製品をすぐにリサイクル用ＰＥＴから製造することもできる。このような用途は、予備乾燥なしに、そしてＳＳＰ（固体重合：ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ）なしに一回の溶融によって直接に、リサイクル用ＰＥＴを高価値製品に加工し得るという大きい利点をもたらすことになる。
【００４７】
ヘッド部１４及び基部１５は管１３に例えばねじによって結合されている。管１３にはさらに、図示していない真空ポンプとの接続部２２、並びに場合によっては組み付け・保守点検用開口２３及び／又は覗き窓２４が位置している。
【００４８】
真空ポンプの代わりに、これらの接続部には、場合によっては不活性の、乾燥したガスを連続的又は間欠的に導入・導出するための導管を接続することにより、分離された不純物を導出することができる。
【００４９】
試験において、負圧が０．５〜５ｍｂａｒであり、温度が好ましくは２７０〜３００℃であると、ＰＥＴの重縮合が最も迅速に行われることが確認された。いずれの場合にも、負圧は２０ｍｂａｒ未満であるべきである。負圧は、形成されたＰＥＴ溶融体の極限粘度に極めて強い影響を与えるので、吐出押し出し機２７に後置されたインライン粘度測定装置１１を介して、負圧を変化させることにより極限粘度を容易且つ迅速に調整することができる。
【００５０】
基部１５の特別な構成によって、捕集容器１９内の充填レベルを介して、真空下での溶融体の滞留時間に影響を与えることができる。滞留時間が長ければ長いほど、ポリマー鎖成長は大きくなり、ひいては極限粘度がさらに高くなる。
【００５１】
捕集容器１９内の溶融浴の充填レベルは、吐出押し出し機２７を制御する適宜なセンサによって調整される。高い真空及び温度によって細い溶融糸のところで開始された重縮合は続いて溶融浴内で、溶融体を滞留させることにより、そして溶融体の運動を維持しながら、混合・吐出部材２７によって続けられる。溶融浴の高さは要件いかんでは、吐出押し出し機２７が溶融体によって完全に又は一部だけ覆われるような大きさであってよい。しかしながら、吐出部材の回転運動によって溶融体を繰り返し分裂させて表面を新しくしようとするならば、スクリュ状の混合・吐出部材２７を溶融体で完全には覆わないようにすると有利である。
【００５２】
吐出押し出し機２７の後に位置するインライン粘度測定装置１１を経由して、上述のように捕集容器１９内の相応の充填レベル及びその結果生じる滞留時間を介して、所望の極限粘度を調節もしくは調整することができる。
【００５３】
溶融糸と溶融浴との組み合わせが極めて効率的な重縮合をもたらし、ひいては比較的極めて短い滞留時間で既に、極限粘度をかなり高めることができることを試験は示した。
【００５４】
図５には、容器５内の滞留時間の、ｉＶ値に対する影響が示されている。ｉＶ出発値がこれよりも低い又は高い場合にも同等の改善がもたらされる。約１分間の滞留時間から極限粘度が既に高められていることが判る。数分後、特に３分又は４分後から、既にかなりの改善が得られる。ｉＶの所望の結果もしくは改善に応じて、６分間、８分間、又は１０分間以上から１２分間、１４分間又は１６分間までの滞留時間が考えられ、もしくは有利である。これと比較して公知の溶融反応器は、類似の結果を得るために、３０分間から数時間までの滞留時間で作業する。
【００５５】
捕集容器１９内のスクリュ状の混合・吐出部材２７の特別な構成によって、反応プロセスをさらに最適化することができる。
【００５６】
軸２９のコア直径が全直径に対して小さく、また例えばチャンバ１９の領域内でウェブ３０に孔又は切欠き３１を備えた状態で図６に示されているようにスクリュのねじ山が特別に構成されていることにより、ＰＥＴ溶融体の表面積が大きくなり、ひいては溶融体の表面が新しくされる。これにより、分離生成物（例えば水）を導出するための拡散プロセスが著しく容易になり、ひいては重合プロセスが促進される。
【００５７】
図７〜図１２には、軸の別の好ましい実施態様が示されている。
【００５８】
図７及び８の実施態様では、ウェブ３２、３３が二重螺旋の形態を成して軸のコア３４の周りに巻き付いており、スポーク３５によってコアから所定の間隔を置いて保持される。軸線に対して平行に延びる付加的なウェブ３６、３７によって、軸が全体的に補強されるだけでなく、さらに溶融体の混合が改善され、表面積が大きくなる。図７に示された軸が一貫して延びるウェブ３２、３３を有しているのに対して、図７の実施態様におけるウェブ３２、３３は（図示の実施態様では２回）中断されている。これにより形成された、好ましくはほぼ半径方向に向いたスリット３８内には、外方から、例えばスクリュ管から、図示されていないピン又は同種のものが突入する。このようなピンは溶融体の混合をさらに改善する。
【００５９】
図９及び１０の実施態様は、図７及び８のものと同様に構成されてはいるものの、二重螺旋の形態で軸のコア４１の周りに巻き付けられたウェブ３９、４０は、軸のコア４１まで延びており、部分円状の貫通部４２、４３を有している。図９の実施態様における軸線に対して平行に延びるウェブ４４、４５の代わりに、図１０の実施態様では、中断されたウェブ３９、４０の間に外方から突入するピン又は同種のもののためのスリット４６が設けられている。
【００６０】
図１１及び１２に示された、コアを備えていない軸の場合、二重螺旋の形態を成すウェブ４７、４８が配置されており、これらのウェブは、軸線に対して平行に延びるウェブ４９、５０によって互いに、そして端面ディスク５１、５２と結合されている。これらのディスク５１、５２には、溶融体の貫通のための貫通部５３が配置されており、また軸ピン５４、５５が取り付けられている。これらの軸ピンで軸を支持し、もしくは後続の軸と結合することができる。
【００６１】
図３及び４の実施態様に基づく捕集容器１９内のスクリュ状の混合・吐出部材２７は専ら、図６〜１２にそれぞれ示された軸の実施態様のように構成されていてよいが、しかしこのような実施態様の任意の組み合わせを有していてもよい。例えば図７及び９の実施態様はそれぞれスクリュ状の混合・吐出部材２７の始端部及び終端部で、引き込みエレメント及び搬送エレメントとして使用できるのに対して、図８及び１０の実施態様はスクリュ状の混合・吐出部材２７の中央部分で混合セグメントとして使用することができる。
【００６２】
本発明による、下記の利点の一つ一つ又は全てを達成することができる：
−  種々多様な入口側材料（繊維、シート、ボトル粉砕材料、結束バンド、始動屑など）の再処理；
−  ペレットの他に、成形型を使用することによって、品質的に高価値のプラスチック製品を直接に製造することもできる。
−  例えばポリエステルのための極限粘度を調節することができる；
−  出口側製品の極限粘度及び純度を入口側製品のものよりも高くすることができる（「アップリサイクル」）；
−  ポリエステル入口側材料の結晶化及び予備乾燥が必要でない；
−  ＳＳＰによるポリエステル材料の後処理が必要でない；
−  設備コストが比較的低い；
−  材料の処理時間が極めて短い；
−  加熱が一回しか必要でないため、公知のプロセスと比較して出発材料品質に対するプロセス全体のエネルギー効率が高い；
−  既存のリサイクル設備を大きい変更なしにさらに使用して、この設備に本発明による装置を追加することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法であって、溶融体が、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口（２６）を備えた有孔板又は篩（１６）を通って、２０ｍｂａｒ未満の圧力が形成されたチャンバ（２５）内へ進入し、前記溶融体が細い糸の形態で前記チャンバ（２５）を自由落下して通過し、そして前記溶融体が前記チャンバ（２５）の下方の捕集容器（１９）内に滞留する方法において、
前記溶融体が前記捕集容器（１９）内に少なくとも１分間にわたって滞留し、前記溶融体が前記捕集容器（１９）内で、水平方向位置に向けられた好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）によって真空下で絶え間なく動かされること、そして前記混合・吐出部材（２７）が前記捕集容器（１９）内で前記溶融体によって完全には覆われることがなく、前記溶融体の表面が前記混合・吐出部材（２７）の回転運動によって繰り返し分裂させられ、何回も新しくされること、そして前記細い糸のところで開始された重縮合が溶融浴内で滞留により、そして運動を維持しながら続けられ、こうしてポリマー鎖が成長し、ひいては極限粘度がさらに高められ、前記溶融体が前記混合・吐出部材（２７）によって前記捕集容器（１９）から吐出されること
を特徴とする、重縮合物溶融体の極限粘度を負圧下で高めるための方法。
【請求項２】
前記チャンバ（２５）内に、１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは０．５ｍｂａｒ〜５ｍｂａｒの圧力が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チャンバ（２５）内に、乾燥したガス又は不活性ガスが存在することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記溶融体が、直径０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍの開口（２６）を通って、前記チャンバ（２５）内へ進入することを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記捕集容器（１９）内の前記溶融体の滞留時間は少なくとも１〜２分間、好ましくは少なくとも４分間であることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記捕集容器（１９）内の溶融体の滞留時間が１２分間、１４分間、又は１６分間までであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
吐出押し出し機（２７）の後で、前記溶融体のインライン粘度測定が行われ、負圧を変化させることにより前記溶融体の極限粘度が調整されることを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記溶融体が相次いで少なくとも２つのチャンバ（２５）を通過することを特徴とする、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記溶融体が２つのチャンバ（２５）の間で温度調整装置によって、所要の溶融温度に保持されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
重縮合物溶融体の極限粘度を高めるための装置であって、前記装置が、少なくとも１つの開口（２６）を備えた、負圧下にあるチャンバ（２５）を有しており、前記開口を通って前記溶融体がチャンバ（２５）内へ進入するようになっており、前記チャンバを前記溶融体がチャンバ壁との接触なしに通過することができ、直径０．５ｍｍ未満の複数の開口（２６）を備えた有孔板又は篩（１６）が前記チャンバ（２５）の上方に配置されており、前記チャンバ（２５）内に２０ｍｂａｒ未満の圧力が形成されており、そして前記チャンバ（２５）の下方に捕集容器（１９）が配置されており、前記捕集容器（１９）内にも真空が形成されている形式のものにおいて、
前記補修容器（１９）内に、水平方向位置に向けられた好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が配置されており、前記混合・吐出部材（２７）は、前記混合・吐出部材（２７）の回転運動によって前記溶融体の表面を分裂させて何回も新しくするために、前記補修容器（１９）内に配置されていること、そして前記捕集容器（１９）が前記溶融体のための反応室を形成していること、そして前記混合・吐出部材（２７）の搬送方向で見て前記捕集容器（１９）に続いて捕集導管（１０）が配置されていること
を特徴とする、重縮合物溶融体の極限粘度を高めるための装置。
【請求項１１】
前記チャンバ（２５）内に、１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは０．５ｍｂａｒ〜５ｍｂａｒの圧力が形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記開口（２６）の直径が、０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
開口が非円形である場合、前記非円形の開口の面積は、直径０．０５〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０．１〜０．３ｍｍの円形の開口の面積に相当することを特徴とする、請求項１０から１２の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
２つのチャンバが互いに前後に直列に配置されていることを特徴とする、請求項１０から１３の何れか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記両チャンバ（２５）の間に加熱装置が配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が、前記捕集容器（１９）内で溶融体によって完全には覆われていないことを特徴とする、請求項１０から１５の何れか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記捕集容器（１９）内に、前記溶融体浴の充填レベルを検出するためのセンサが配置されていることを特徴とする、請求項１０から１６の何れか一項に記載の装置。
【請求項１８】
２つ又は３つ以上の開口（２６）又は１つの篩（１６）又は１つの有孔板が設けられており、流れ方向で見て前記開口（２６）又は前記篩（１６）又は前記有孔板の手前に分配室（１７）が配置されていることを特徴とする、請求項１０から１７の何れか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が、コア（３３）からスポーク（３５）によって隔てられた少なくとも１つの、好ましくは２つの螺旋状ウェブ（３２、３３）を有していることを特徴とする、請求項１０から１８の何れか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）が、コア（３３）の周りに螺旋状に配置された少なくとも１つの、好ましくは２つの、貫通部（３１、４２、４３）を備えたウェブ（３０、３９、４０）を有していることを特徴とする、請求項１０から１９の何れか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記好ましくはスクリュ状の混合・吐出部材（２７）はコアを備えておらず、螺旋状に配置された少なくとも１つの、好ましくは２つのウェブ（４７、４８）を有しており、前記ウェブが端面のディスク（５１、５２）に軸ピン（５４、５５）で固定されていることを特徴とする、請求項１０から２０の何れか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記ウェブ（３０、３２、３３、３９、４０、４７、４８）が、軸線に対して平行に延びるウェブ（３６、３７、４４、４５、４９、５０）によって互いに結合されていることを特徴とする、請求項１９から２１の何れか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記ウェブ（３２、３３、３９、４０）がスリット（３８、４６）によって中断されていることを特徴とする、請求項１９から２１の何れか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
2015535757.tif 000015
2015535757.tif 000016
2015535757.tif 000017
2015535757.tif 000018