用于基于葵花籽壳/葵花籽外皮材料制造生物塑料颗粒的方法 |
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| 申请号 | CN201780056270.6 | 申请日 | 2017-09-13 | 公开(公告)号 | CN109715357A | 公开(公告)日 | 2019-05-03 |
| 申请人 | SPC向日葵塑料复合有限责任公司; | 发明人 | 塞巴斯蒂安·迈尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于基于葵花籽壳或葵花籽外皮制造 生物 塑料颗粒的方法，所述方法包括下列步骤：-提供碾磨的葵花籽壳/葵花籽外皮材料，其中粒度位于3mm或更小的范围中，优选位于0.01mm至1mm的范围中，优选位于0.1mm至0.3mm的范围中；-提供塑料材料；-将葵花籽壳/葵花籽外皮材料与塑料材料复合，其中复合优选在 挤出机 (3)、优选双 螺杆挤出机 中进行，并且将经过复合的材料在挤出机路段的结尾处借助工具在添加 水 的情况下 造粒 ，其中水具有优选高于50℃、优选大约80℃至90℃的 温度 ，以便冷却 复合材料 ，-其中在复合期间，经过复合的材料经受大气脱气(4)和/或 真空 脱气(5)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于基于葵花籽壳或葵花籽外皮制造生物塑料颗粒的方法，所述方法包括下列步骤： |
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| 说明书全文 | 用于基于葵花籽壳/葵花籽外皮材料制造生物塑料颗粒的方法 技术领域[0001] 本发明涉及一种一方面基于葵花籽壳/葵花籽外皮材料制造生物塑料颗粒和另一方面制造塑料材料的方法。 背景技术[0002] 作为现有技术参照WO 2014/184273和在该文献中提及的全部现有技术、尤其参照WO 2013/072146。作为现有技术还参照文献DE 10 2012 104375、EP 2 565 004以及DE 699 10 612。 [0003] 已经证实的是，借助从现有技术中已知的技术在再加工时、尤其在注塑、挤出等时使用生物塑料颗粒不可能达到最佳的满意度。一方面，借助从现有技术中已知的颗粒，注塑工具经受工具本身的高度氧化(生锈)，并且另一方面，在注塑工具中制造的塑料产品能够是部分有缺陷的或者可能在尺寸稳定性方面具有高的变化。 发明内容[0005] 在此，本发明的目的是，提供具有极低的残余湿度的待制备的生物塑料颗粒，其中残余湿度明显小于1％(重量百分数)，优选甚至小于0.5％并且尤其优选小于0.1％。例如0.02％至0.06％，例如0.05％的值证实为最佳。 [0006] 如果考虑在输出侧所使用的向日葵壳材料具有根据向日葵种类、收割条件、储藏条件等位于8％至10％的范围中的湿度，则可以考虑的是，所使用的向日葵壳材料已经干燥到极低的残余湿度，当然，借助于干燥器和用于干燥的能量用于此的耗费是极大的从而是不经济的。 [0007] 因此，本发明提出，颗粒的残余湿度含量基本上在加工壳材料或复合期间在三个步骤中调节到期望的目标值，其中在碾磨向日葵壳材料时已经进行大程度的第一干燥。然后在复合期间进行第二干燥，并且然后在复合之后，通过将仍非常热的向日葵壳塑料合成物以预定的时间暴露于有助于材料干燥的、天然的空气气氛或合成的气氛的方式，进行第三干燥阶段。 [0008] 在碾磨过程期间、即在将向日葵壳纤维碾碎到其期望的粒度期间，使向日葵壳材料经受高度摩擦，结果是，壳材料也相应地加热到例如在30℃至100℃的范围中的温度，但是尤其如果在碾磨过程中还附加地从外部输送热能，则高于100℃的温度也是可行的。 [0009] 由此已经进行大程度的第一干燥步骤，特别是将由于碾磨过程变润湿的空气持续地抽吸进而将向日葵壳材料中的大量湿气排出。在该干燥步骤中，因此无需从外部输送热能就进行干燥。虽然这是可行的，可能根据本发明也能够设置，但是这种从外部输送热能也引起用于碾磨过程的附加的成本。 [0010] 绝对可行的是，在碾磨干燥期间，将向日葵壳材料从10％的湿度的假定的初始值已经降低到6％至4％，这表示，在碾磨干燥之后，壳材料中的残余湿度位于4％至6％的范围中，例如5％。 [0011] 在向日葵壳材料与期望的塑料材料复合期间——复合优选在复合挤出机、例如双螺杆挤出机中发生，向日葵壳材料根据期望以期望的比例、例如50:50、40:60、35:65、65:35等与塑料材料聚集在一起并且均匀化或混合——湿度进一步降低。复合必须在＞100℃的温度下发生。 [0012] 复合的一部分是材料的成粒，也就是说，经过复合的材料在复合结束时以球的形状或透镜形状存在，其中进行热造粒，或在冷造粒的情况下经过复合的材料作为圆柱体存在。 [0013] 在热造粒时，将(由向日葵壳粉末和塑料颗粒构成的)挤出物直接在喷嘴下游通过由水溢流的旋转的刀“切掉”(造粒)。在此，旋转的刀位于水下。在此，水防止各个颗粒体、即球、透镜或圆柱体等粘合，并且在此也将材料冷却到期望的温度。大多使用水来冷却，替选地但是也可行的是，使用空气或其他气体或其他液体(正确的冷却剂的选择此外也与材料相关或与相应的可用性相关，然而与冷却剂与挤出物的材料的兼容性相关)。 [0014] 根据本发明优选的是，水(即冷却剂)在造粒时具有高于50℃的温度，大约80℃至90℃(±5℃)的温度是尤其适合的。 [0015] 由于合成物在挤出机中复合期间具有大约180℃至220℃的温度从而几乎是液态的，虽然水温相对高，在水下造粒期间已经进行第一冷却，其中颗粒材料(复合料)本身尚未冷却到小于100℃的温度，而是保持在明显高于100℃、例如大约130℃至150℃的温度上。 [0017] 这是可行的，因为复合的生物塑料颗粒的孔可能尚未完全封闭或者因为各个纤维向外从颗粒中伸出并且残余湿气由于毛细作用能够从纤维逸出，这同样能够实现，因为在颗粒体的表面下方仍存在的残余湿气能够穿透材料，这促进从颗粒体中移除残余湿气。 [0018] 为了支持干燥，在挤出机中水造粒之前进行脱气，所述脱气能够在唯一的步骤中或也能够在两个或更多个步骤中进行。 [0019] 研究已经证实，首先执行的大气脱气和随后在第二步骤中还有真空脱气也再次明显降低壳材料中的残余湿度，使得复合的颗粒在挤出机上在输出侧(在水造粒时)具有大约0.1％至0.5％、优选大约0.08％至0.2％的残余湿度。 [0020] 在水造粒之后，颗粒体在外侧由水润湿。该表面水的移除在干燥器中、优选在离心干燥器中进行，其中颗粒体以相对高的速度输送给离心机，并且其中随后颗粒体通过筛保留在筛之前，而颗粒体上的水向外穿透筛并且引出。 [0021] 将引出的水可能——如果需要——清洁，以便从水中移除生物塑料颗粒的存在于其中的组分。以该方式净化的水在挤出机中能够重新用于水造粒，使得整体上也能够将用于制造根据本发明的生物塑料颗粒的耗水量最小化。 [0022] 最后，将经过复合的材料在离开干燥器、即例如离心干燥器之后输送给另一干燥装置、即优选螺旋升降输送器，所述螺旋升降输送器用于，在能够将复合的颗粒包装之前，将复合的颗粒在大气处的停留时间调节到期望的时间。 [0023] 在此，系统优选调节成，使得复合的颗粒以高于100℃、优选大约130℃的温度移入到螺旋升降输送器路段中并且在离开时材料温度仍位于大约50℃至70℃，其中螺旋升降输送器中的最后的冷却步骤也能够通过以下方式进行，在所述螺旋升降输送器中将特定的并且有针对性的冷却剂、例如水引入到螺旋升降输送器的底部中。 [0024] 在螺旋升降输送器的结尾处，最后能够达到具有大约0.05％(或更小)的期望的目标值的残余湿度。 [0025] 借助根据本发明的方法，在经济合理的条件下，尤其在经济地处理能量资源时，在完成包装的复合的颗粒中能够达到0.05％或甚至更小的残余湿度。 [0026] 这具有如下优点，该材料在注塑机、挤出机或旋转铸压技术、热成型方法、深冲方法等中加工时不损伤加工工具(例如，注塑模具)，尤其在加工工具、例如注塑模具等处不出现不期望的氧化，并且最后由复合的颗粒直接制造的产品的质量也明显更均匀从而质量更好。 [0027] 也已经证实的是，在脱气时，尤其在大气脱气和/或真空脱气时，仍可能附着在壳材料上的残余油组分部分地同样能够从复合的颗粒中析出。 [0028] 通过真空脱气也能够用于，将尤其仍存在于向日葵壳材料中的其他挥发性组分(例如，VOC-Volatile organic content，挥发性有机物)析出并且引出，这导致生物塑料颗粒的质量进一步改进。 [0029] 本发明尤其基于以下认知：在复合过程中通过用大约80℃至90℃的热水来造粒，不像迄今发生的那样将向日葵壳-塑料颗粒冷却到明显低于100℃的温度上，而是有意地保持在高于100℃、优选大约130℃的温度水平上。 [0030] 这具有如下优点：湿气能够从壳材料中进一步逸出，因为在这种温度下水众所周知地在沸点之上并且非常快速地挥发，并且因为在这种温度下塑料材料尚未完全凝固，可行的是，存在于该碾磨的壳材料中进而存在于生物塑料颗粒体中的残余湿气仍能够从颗粒体中进一步逸出，使得能达到期望的除湿度。 [0031] 如果应将复合的颗粒材料中的残余湿气含量降低得比0.05％更多，则可行的是，一方面将螺旋升降输送器中的颗粒的初始温度调节到更高和/或延长在螺旋升降输送器中的停留时间和/或将附加的热量输送到螺旋升降输送器的输送器路段中，使得材料比迄今为止更长时间地具有高于100℃的温度。也可行的是，在挤出机中，例如通过延长挤出机路段来执行更有效的干燥。 [0032] 一旦复合的塑料颗粒具有50℃或更低的温度，则几乎不再有残余湿气能够离开材料。 [0033] 根据本发明的方法终究用于在基本上三个步骤中干燥到期望的残余湿度上，并且在复合阶段期间的干燥步骤不仅用于进一步干燥，而且如已经提及的那样也适合用于还移除其他油组分(或挥发性组分)，所述油组分附着于壳材料或结合在壳材料中。附图说明 [0034] 在下文中根据在附图中示出的实施例阐述本发明。 [0035] 图1示出关于用于制造根据本发明的生物塑料颗粒的过程或结构的第一部分的第一概览。 [0036] 图2示出直至将制成的生物塑料颗粒装袋的第二部分。 具体实施方式[0037] 在图1中可见，首先将向日葵粒料1输送给系统。在此，向日葵粒料是去壳的葵花籽的壳并且这些壳被压制/挤压成粒料。 [0038] 在此，包含在向日葵壳中的湿气份额仍为大约10％，但如已经详述的那样，所述湿气份额能够根据种类、收割条件、成熟度、贮藏条件而波动，更确切地说，以±2％至3％波动。然后，将向日葵粒料输送给碾磨机2，在所述碾磨机中将向日葵壳材料碾磨到期望的粒度。 [0040] 此后，将壳粉末输送给挤出机3，所述挤出机划分成多个区，在根据图1的实施例中划分成十二个区。 [0041] 在第一区中，在此将具有预定的粒度和预定的(已知的)特性的传统的塑料材料颗粒(或块状物)、例如聚丙烯(PP)输送给挤出机。 [0042] 在例如构成为双螺杆挤出机的挤出机3中发生真正的复合，其中在那里将一方的向日葵壳和另一方的塑料材料的比例调节到例如50％至50％或35％的壳材料和65％的塑料的期望的比例(20％至70％的壳材料和80％至30％的塑料材料的变化是可行的)进而复合物以期望的比例均匀化和混合。 [0043] 在复合期间，复合物(即由向日葵壳粉末和塑料形成的合成物)的温度位于大约180℃至220℃(±10℃)。在该阶段中，复合物是液态的。在所述温度下，此外湿气从壳材料或复合物中逸出并且在挤出机中通过如下方式支持材料的除湿或干燥：例如在挤出机的一个区中执行大气脱气4，在另一区中——如果需要——也执行真空脱气5。 [0045] 在挤出机的结尾上，复合材料到达水下制粒6。在此，水下制粒的水具有优选超过50℃的温度，在大约80℃至90℃(±5℃)的范围中的温度是尤其适合的。在水下制粒中热造粒时，复合物的挤出物由旋转的刀切掉(造粒)，其中这在水下进行。如已经提及的那样，在此水防止复合材料的通过切掉形成的各个颗粒体粘合，使得复合材料最终以液滴、球、透镜、圆柱体等的形式存在。同时，在水下制粒中将复合材料冷却，但所述复合材料在水下制粒结束时始终仍具有大约130℃(±10℃)的温度。 [0046] 最后，将经造粒的复合材料输送给干燥器，根据图1为离心干燥器7，并且从干燥器7中离开的材料那么是仍具有大约0.2％(±0.05％)的残余湿度的颗粒。紧接着，材料穿过分选筛8，在所述分选筛中将过大或过小的颗粒从材料流中移除。将以该方式沉淀的所述材料体随后再次回引到复合过程中，即能够再次使用。 [0047] 在干燥器中，如在图1中示出的在离心干燥器7中，将由于水造粒而附着在颗粒体上的水通过如下方式移除：将颗粒材料输入到离心机中，其中借助于筛将颗粒体与向外穿透的水分离。如果引出的水附着有生物塑料-复合物颗粒材料的最小组分，则在需要时也能够清洁所述水，使得整体上能够将水回引到循环中用于重新水造粒。 [0048] 但在这点上应强调，离心干燥器7基本上具有如下目的，将生物塑料颗粒与其“表面水”、即由于水造粒在颗粒体外部润湿的水分离。 [0049] 在离心干燥器的输出端上，生物塑料颗粒具有大约0.2％(±0.1％)的(内部)残余湿度并且基本上完全消除由于水造粒输入的水。 [0050] 紧随离心干燥器7之后，通过将过大或过小的颗粒从材料流中移除，如已经描述的那样，生物塑料颗粒穿过分选筛(8)。将以该方式沉淀的所述颗粒(材料体)稍后再次输送给复合过程，即能够再次使用。那么在回引时，输送的材料与新形成的材料形成新的颗粒进而形成因此与颗粒的期望的尺寸相对应的尺寸。 [0051] 最后，在分选筛级下游，将颗粒材料运送到螺旋升降输送器中(图2)，这通过如下方式进行：总是仍高于100℃的热的颗粒材料暴露于大气中并且然后在那里一方面进行材料的冷却并且另一方面进行颗粒的进一步干燥，使得最后在螺旋升降输送器的结尾处，在颗粒中仍存在0.05％相对湿度的残余湿度。 [0052] 在螺旋升降输送器的结尾处，材料温度仍为大约50℃至70℃并且以该方式制成的根据本发明的生物塑料颗粒随后能够包装到气密焊接袋中。因此，用于根据本发明的生物塑料的包装材料、即例如气密焊接袋在此设计成，使得所述气密焊接袋为阻挡外部空气湿度的屏障，使得在将根据本发明的生物塑料贮藏在袋中之后空气湿气也不能够从外部扩散到颗粒中。 [0053] 应强调，在水下制粒和离心干燥器之间的输送器路段是尽可能短的，使得材料仅停留几秒，例如5秒至15秒，这具有如下优点：材料从水下制粒机中尽可能快速地输送给离心干燥器。 [0054] 如果在颗粒中进而也在壳材料中仍包含大的湿气组分，那么这是尤其重要的，因为如果在那里温度为120℃，则根据本发明也必须提供以下可能性：在短时间之内引起剩余干燥并且附着在颗粒外部的水不应当进入到颗粒中并且颗粒不应过强地冷却。 [0055] 如已经描述的那样，在挤出机路段中实施至少一个脱气级，所述脱气级是大气脱气或真空脱气。如已经描述的那样，在此将可能仍存在于壳材料中的油组分或油脂组分从壳材料中进而从形成的复合物中移除。所述移除对于最后制成的生物塑料颗粒的整体质量是极有利的，并且在第一次尝试中已经能够实现：实质的仍存在于壳材料中的油组分能够在挤出机中通过脱气从壳材料中进而从复合物中移除。实质上，至少5％至10％表示，在挤出机中的时间延长时并且尤其在真空脱气时，壳材料中的移除的油的份额也能够提升到30％至50％，使得结果是根据本发明制造的生物塑料颗粒不仅具有如提及的大约0.05％的极低的湿度，而且由于在挤出机中引出油/油脂也具有更低的油含量/油脂含量。 [0056] 应强调，存在于向日葵壳材料中的油份额或油脂份额与许多情况相关，例如也与向日葵壳材料的种类选择、收割成熟度等相关。通过根据本发明的方法确保，虽然壳材料中的不同的输出侧的油组分或油脂组分，但最终根据本发明的生物塑料材料在其油含量或油脂含量方面也达到期望的质量，而不必为此额外采取更贵的附加措施。 [0057] 通过根据本发明的方法提供生物塑料颗粒，所述生物塑料颗粒能够优异地输送给注塑工具，以便借此制造具有期望的尺寸的塑料产品。由于极低的残余湿气含量，注塑工具在此不受损伤并且尤其几乎不暴露于大的氧化。 [0058] 最后，制造的塑料产品也具有卓越的一致的质量，所述质量比迄今为止由生物塑料颗粒制成的塑料产品明显更好。尤其借助根据本发明的生物塑料颗粒能够制造塑料产品，所述塑料产品具有关于典型的塑料参数、尤其关于弹性模量、缺口冲击强度、表面光滑度等方面具有卓越的质量。 |
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