干燥系统、排气系统以及制造系统的制作方法

1.本发明涉及干燥系统、排气系统(vent system)以及制造系统。


背景技术：

2.被称为塑料瓶(pet bottle)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)制的容器等树脂制的容器被广泛使用。对于这样的树脂制的容器，进行将使用过的容器回收、并将其作为材料而再利用来制造容器的再循环。在将作为再循环材料的树脂材料用作材料时，需要将再循环材料所含的污染物质除去。在机械再循环中，被回收的使用过容器被筛选、粉碎、清洗而去除表面的污垢、异物，之后，留在树脂内部的污染物质被暴露于高温下而去污。
3.例如，在日本国特表2019-514728号公报(国际公开第2017/183048号)中公开了一种预制件制造装置，该预制件制造装置利用去污机除去树脂片中的污染物质，将去污后的树脂材料向与该去污机连接的注塑成形机供给，并利用注塑成形机制造预制件(preform)。
4.例如，在通过机械再循环将pet作为再循环材料(再生pet)而再利用时，在高温下的去污处理的作用下pet的一部分解聚、或者热分解，而生成单羟乙基对苯二甲酸酯(mhet)、对苯二甲酸双羟乙酯(bhet)、环三聚物(ct)、乙醛等升华性或挥发性的低分子量成分。这样的低分子量成分在再循环材料中较多地包含，在保持附着于再循环材料的状态供给到注塑成形等的情况下，可能产生污损注塑成形模具、周边装置且使产品的生产率降低等问题。


技术实现要素：

5.例如，优选将再循环材料所含的上述的低分子量成分那样的、树脂材料所含的杂质除去而使用。
6.本发明的目的在于除去树脂材料所含的杂质。
7.根据本发明的一方案，用于使用循环的气体使树脂材料干燥的干燥系统具备：除湿装置，其构成为对气体进行除湿而制成除湿气体；加热器，其构成为对所述除湿气体进行加热而制成干燥气体；干燥箱，其构成为收容所述树脂材料，且被吹入所述干燥气体；催化剂槽，其构成为使来自所述干燥箱的废气循环，且包含用于将所述废气所含的源自于所述树脂材料的低分子量的杂质分解的催化剂；以及冷却器，其构成为对通过了所述催化剂槽的气体进行冷却而制成冷却气体。所述冷却气体构成为被送向所述除湿装置以便进行所述除湿。
8.根据本发明的一方案，用于从熔融了的树脂材料除去杂质的排气系统具备：熔融部，其构成为将所述树脂材料加热熔融且具有排气口；泵，其构成为对所述排气口进行减压；以及催化剂槽，其设置于所述泵与所述排气口之间的流路，且包含用于将从熔融了的所述树脂材料作为气体而产生的源自于所述树脂材料的低分子量的杂质分解的催化剂。
9.根据本发明的一方案，制造系统具备：上述的干燥系统；上述的排气系统，其构成为使用由所述干燥系统干燥了的所述树脂材料；以及注塑成形机，其使用所述熔融了的树
脂材料进行注塑成形。
10.根据本发明，能够将树脂材料所含的杂质除去。
附图说明
11.图1是示意性示出一实施方式的制造系统的结构例的概要的图。
具体实施方式
12.参照附图对一实施方式进行说明。本实施方式涉及用于树脂产品的制造的制造系统。作为树脂产品的完成例，可以举出被称为塑料瓶的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)制的容器等。作为这样的容器的制造方法的一例，已知将树脂制的预制件双轴延伸吹塑成形的方法。本实施方式作为一例，涉及具备用于成形塑料瓶制造用的预制件的注塑成形机的制造系统。本实施方式的制造系统构成为能够将树脂材料所含有的杂质高效地除去。例如，在基于机械再循环的pet的再循环材料中，与原始材料相比可能较多地包含低分子量成分等杂质。因此，该制造系统是尤其在使用pet再循环材料的情况下优选的系统。
13.[制造系统的结构的概要]
[0014]
图1是示意性示出本实施方式的制造系统1的结构例的概要的图。制造系统1具备注塑成形机10、干燥系统20以及排气系统30。干燥系统20使高温的空气(干燥循环气体)循环，并将作为向注塑成形机10投入的材料的片状或粒状的树脂材料所含的水分、杂质等除去。尤其是，能够将在树脂材料的表面附着或吸附的低分子量成分作为杂质而除去。被干燥系统20干燥以及去污的树脂材料向注塑成形机10供给。在注塑成形机10中，通过注塑成形，而成形预制件。排气系统30是使用在注塑成形机10中使树脂材料熔融的熔融单元部位的排气口从熔融状态的树脂材料去除杂质的系统。尤其是，能够将被封入树脂材料之中的低分子量成分也作为杂质而除去。
[0015]
[注塑成形机的结构]
[0016]
注塑成形机10具备熔融单元120、注塑单元130以及模具140。
[0017]
熔融单元120具有圆筒形状的工作缸121以及插入到工作缸121内的螺杆122。在工作缸121设置有未图示的加热器。作为材料的片状或粒状的树脂材料蓄积于被称为料斗(hopper)的干燥箱211。干燥箱211内的树脂材料如后所述通过干燥系统20的动作而以干燥了的状态蓄积。
[0018]
树脂材料从干燥箱211向熔融单元120的工作缸121内供给。熔融单元120利用加热器的热量加热所供给的树脂材料而使其熔融，并通过螺杆122的旋转进行混炼。这样，熔融单元120作为构成为将树脂材料加热熔融的熔融部而发挥功能。工作缸121内的温度例如为约300℃附近。螺杆122将工作缸121内的树脂材料搅拌而熔融，使温度均匀，并将熔融树脂材料送向注塑单元130。在工作缸121中，如在后详细叙述的那样，在树脂材料供给部与向注塑单元130的树脂供给部之间设置有排气口123。
[0019]
注塑单元130向合模了的模具140内注塑规定量的熔融了的树脂材料。注塑到模具140内的熔融树脂被冷却、固化，从而完成预制件的成形品。模具140开模，并取出成形了的预制件。
[0020]
[干燥系统的结构]
[0021]
干燥系统20具备与上述的注塑成形机10连接的干燥箱211。在干燥箱211收容片状或粒状的树脂材料。在本实施方式中，尤其是，使用包含再循环材料的树脂材料。再循环材料通过将使用过的树脂制容器粉碎、清洗等而准备。pet的再循环材料以pet为主成分，但可能包含水分、源自于树脂材料的低分子量成分杂质。
[0022]
向干燥箱211内吹入被加热了的干燥循环气体。干燥循环气体的温度例如为130-200℃程度，例如为160℃程度。在干燥箱211内与高温的干燥循环气体接触了的树脂材料的温度上升，树脂材料所含的、或者在树脂材料表面附着的或吸附的水分、杂质向干燥循环气体移动。
[0023]
包含水分以及杂质等的干燥循环气体从干燥箱211排出。废气气体被除湿以及加热，并作为干燥循环气体再次使用。因此，干燥系统20具备在废气气体(气体)的流路依次设置的、第一加热器213、第一催化剂槽215、第一过滤器217、第一热交换器219、第一鼓风机221、吸附塔223以及干燥加热器225。用于使气体循环的鼓风机不仅是第一鼓风机221，也可以在流路中适当追加其他鼓风机。在该流路流动的气体的量由作为控制阀的第一阀251调整。
[0024]
另外，干燥系统20为了向该流路追加供给氮气而具备富氮膜233。富氮膜233的出口与第一热交换器219的下游连接。氮气向上述的流路的供给量由作为控制阀的第二阀252调整。
[0025]
来自干燥箱211的废气气体由第一加热器213加热保温。通过第一加热器213，废气的温度被维持为与干燥箱211内的干燥气体的温度同等程度的温度，例如130-200℃程度，例如160℃程度。这样，防止由废气气体的温度降低引起的杂质的液化(结露)或固化，抑制管路等的污损。也可以代替配置第一加热器213，而在废气的流路设置保温材料，并保温废气气体。
[0026]
废气气体被送向第一催化剂槽215。第一催化剂槽215例如包含活性金属pt/pd系的催化剂。在第一催化剂槽215设置有加热器216，第一催化剂槽215被加热为150-550℃，更优选被加热为200-300℃，以促进氧化还原反应。在第一催化剂槽215中，废气气体所含的杂质由于催化作用而被氧化分解，同时干燥循环气体内的氧也被消耗。
[0027]
通过了第一催化剂槽215的废气气体经由第一过滤器217而被送向第一热交换器219。第一热交换器219将气体冷却。已冷却的气体被第一鼓风机221送向吸附塔223。需要说明的是，在第一热交换器219设置有用于冷凝了的液体的排出的排液阀258。
[0028]
吸附塔223吸附冷却气体中所含的水分，进行除湿。在向吸附塔223导入前利用第一热交换器219将气体充分冷却，从而在吸附塔223中得到被充分除湿了的除湿气体。由吸附塔223除湿了的气体被送向干燥加热器225。
[0029]
干燥加热器225为了将除湿了的废气气体用于干燥循环气体而对其加热。由干燥加热器225加热了的干燥循环气体如上述那样被向干燥箱211再次循环供给。
[0030]
干燥系统20为了将吸附塔223再生，而具备第二鼓风机235以及再生加热器237。另外，干燥系统20具备第三阀253、第四阀254、第五阀255以及第六阀256，以便在向干燥箱211供给干燥循环气体的干燥工序以及将吸附塔223再生的再生工序中切换流路。
[0031]
第三阀253设置于第一鼓风机221与吸附塔223之间，第四阀254设置于吸附塔223与干燥加热器225之间。在第三阀253与吸附塔223之间设置有分支路，在此设置有第五阀
255。第二鼓风机235以及再生加热器237经由第五阀255而与吸附塔223连接。在吸附塔223与第四阀254之间设置有分支路，在此连接有第六阀256的一端。第六阀256的另一端向外部开放。
[0032]
在向干燥箱211供给干燥循环气体的干燥工序中，将第三阀253以及第四阀254打开，而使循环流路开通。另一方面，此时第五阀255以及第六阀256关闭。
[0033]
与此相对，在将吸附塔223再生的吸附塔的干燥、除湿工序中，第三阀253以及第四阀254关闭，上述的循环流路被阻断。另一方面，第五阀255以及第六阀256打开。此时，由第二鼓风机235取入的外部气体由再生加热器237加热，且加热气体经由第五阀255被送向吸附塔223。吸附于吸附塔223的水分被基于该再生加热器得到的加热气体夺取，包含水分的气体从第六阀256的开放端向外部气体排出。在吸附塔223设置有用于液体的排出的排液阀259。
[0034]
[干燥系统的功能]
[0035]
根据干燥系统20，例如再循环pet材料所含的树脂材料的水分以及杂质被在干燥箱211内通气的高温的干燥循环气体除去。尤其是，能够除去为在树脂材料的表面附着或吸附的低分子量的杂质且在干燥循环气体的温度(例如130-200℃程度)下气化的杂质。除了水以外，例如乙醛、单羟乙基对苯二甲酸酯(mhet)、对苯二甲酸双羟乙酯(bhet)等这样的低分子量的杂质也从树脂材料产生，被回收于干燥循环气体，并从树脂材料除去。在本实施方式的干燥系统20中，这些杂质在第一催化剂槽215中通过氧化还原反应而分解。
[0036]
通过分解而除去了杂质、另外还通过氧化还原反应而降低了氧浓度的干燥循环气体向干燥箱211供给。在该情况下，通过氧化反应消耗了氧，干燥气体的氧浓度较低，因此更有效地防止树脂材料的氧化劣化。已知相同的效果通过将不活泼气体用于干燥气体也能够得到，但根据本发明的干燥系统20，不需要设置不活泼气体的供给装置的情况下，就能够得到与供给了不活泼气体的情况相同的效果。
[0037]
尽管使用干燥循环气体，也能持续去除气体中的杂质，并促进干燥箱211中的来自树脂材料的杂质的除去。这样，树脂材料所含的杂质的量降低，因此在注塑成形机10中的模具140产生的源自于杂质的模具污垢也减少，另外，所制造的预制件的品质也提高。
[0038]
假设，若考虑在干燥系统20未设置第一催化剂槽215的情况，则杂质由于因温度降低引起的冷凝、凝固、析出等而污染干燥系统20的流路内。尤其是，在第一过滤器217、第一热交换器219中较多的污垢析出且可能成为问题。在源自于杂质而污垢较多地析出的情况下，需要频繁清扫。在清扫的期间，产品的生产停止，因此频繁的清扫使系统的运转率降低。与此相对，本实施方式设置有第一催化剂槽215，通过利用第一催化剂槽215的氧化还原反应，从而除去杂质，能够使第一过滤器217的清洗或更换的频率、第一热交换器219的清洗的频率下降并延长运转时间。其结果是，该制造系统1中的预制件的生产率变高。
[0039]
作为对比例，在干燥系统20未设置第一催化剂槽215的情况下，由于上述那样的杂质的析出及其清洗的次数的问题，也有时必须将干燥箱211内的干燥气体的温度抑制为例如130℃以下等。与此相对，根据本实施方式，能够利用第一催化剂槽215将杂质分解，因此也能够将干燥气体的温度设为例如150-200℃那样的高温。其结果是，树脂材料的干燥以及杂质除去的效率能够提高。例如，作为来自树脂材料的乙醛、mhet、bhet这样的杂质的气体的产生量在例如130℃这样的低温下微小，但在例如160℃这样的高温下比较多。因此，在干
燥循环气体为低温的情况下无法除去的杂质也能够通过使用高温的干燥循环气体而除去。
[0040]
能够进一步除去作为再循环材料的树脂材料所含的杂质，从而注塑成形机10的模具140的污垢减少，能够削减模具的清洗频率，其结果是，制造系统1中的预制件的生产率能够提高。
[0041]
[排气系统的结构]
[0042]
排气系统30是用于将在注塑成形机10的熔融单元120熔融了的树脂材料所含的杂质经由设置于熔融单元120的排气口123而去除的机构。在去除的低分子量的杂质中，包含从树脂材料作为气体而产生的环三聚物(ct)、bhet、mhet、乙醛、水等。
[0043]
排气系统30具备真空泵311，以便对排气口123进行减压，且使杂质的沸点下降而从熔融单元120内进行气体回收。在排气口123与排气系统30之间设置有第八阀341，通过第八阀341的开闭，而切换熔融单元120与排气系统30的连接。
[0044]
在第八阀341打开、且真空泵311进行动作时，排气口123处的真空度例如为0.01kpa-4kpa，优选为0.1kpa-3kpa。排气口123处的压力使用第一压力计361进行监视。
[0045]
在排气系统30中，在排气口123与真空泵311之间，从排气口123起依次设置有用于维持气体温度的第二加热器313、用于分解杂质的第二催化剂槽315以及用于冷却的第二热交换器321。在第二催化剂槽315，经由用于调整氧量的质量流量计319而连接有用于供给氧的氧产生装置317。第二催化剂槽315例如包含活性金属pt/pd系的催化剂。
[0046]
在第二热交换器321与真空泵311之间设置有：回收箱323，其用于回收通过由第二热交换器321进行的冷却而产生的液体；以及冷阱(cold trap)325，其用于从冷却后的气体进一步去除杂质。经过了回收箱323以及冷阱325的气体的流路经由第二过滤器329而与真空泵311连接。通过这样的结构，从而在到达真空泵311前气体中的杂质完全被去除。
[0047]
熔融单元120的工作缸121内的温度例如为约300℃附近，排气口123的温度也成为此种程度的温度。包含从排气口123产生的杂质的气体在由第二加热器313维持保温为约300℃程度的温度的状态下，被导向第二催化剂槽315。通过像这样维持温度，从而能够有效地抑制杂质液化(结露)或固化，能够将杂质在保持气相的状态下导向第二催化剂槽315。由此，抑制到达第二催化剂槽315的路径的污染。向第二催化剂槽315供给由氧产生装置317产生、且使用质量流量计319调整了量的氧。第二催化剂槽315内的压力由第二压力计362计测并调整。第二催化剂槽315由加热器316加热并维持为例如150-550℃，更优选加热并维持为200-300℃度程度。在第二催化剂槽315中，气体中所含的主要的杂质发生氧化分解并被除去。
[0048]
通过了第二催化剂槽315的气体被第二热交换器321冷却。通过由第二热交换器321进行的冷却而产生的液状回收物被向回收箱323回收。回收箱323经由第二过滤器329而与真空泵311连接，且维持真空度。在回收箱323设置有多个阀，以便维持真空度。即，在回收箱323与第二热交换器321之间设置有第九阀342，在回收箱323与真空泵311之间设置有第十阀343。另外，回收箱323经由第十一阀344而与外部相连，另外，经由第十二阀345而与外部相连。在为了回收热交换器中产生的液体而打开第九阀342将第二热交换器321与回收箱323连接时，将与真空泵311相连的第十阀343打开，将第十一阀344以及第十二阀345关闭。这样，回收箱323内也维持必要的真空度。在进行回收箱323内的液体的废弃等时，将第九阀342以及第十阀343关闭而切断与排气系统30的主配管的连接，并将第十一阀344以及第十
二阀345打开。
[0049]
通过了第二热交换器321的气体经由冷阱325而被真空泵311吸引。通过了第二热交换器321的气体所含的水分、树脂成分、杂质等被冷阱325进一步除去，不向真空泵311流入。冷阱325成为具有第一冷阱326以及第二冷阱327的多连式，所述第一冷阱326在其入口设置有第十三阀346并在其出口设置有第十四阀347，所述第二冷阱327在其入口设置有第十五阀348并在其出口设置有第十六阀349。通过多连式的冷阱325，排气系统30能够在维持主配管的真空度的同时进行连续动作。关于回收了杂质的冷阱的保养，既可以采用将阱装置本身从配管拆下，并在分解清洗后恢复到原来的状态的方法，也可以采用更换阱的方法。
[0050]
[排气系统的功能]
[0051]
利用排气系统30，从熔融单元120内的熔融了的树脂材料在高温(例如280-320℃程度)减压(例如0.01kpa-4kpa程度)下使沸点下降并作为气体进行回收，从而能够除去高沸点或升华性低分子量的杂质。在杂质中主要包含ct，但不限于ct，也可能包含bhet、mhet等。通过去除这些杂质，从而模具污垢减少，所制造的预制件的品质提高。即，在此被除去的杂质是成为模具140的污垢的原因的物质，因此通过去除这些杂质，从而模具140的污垢被抑制。其结果是，模具140的清洗的间隔延长，基于制造系统1的预制件的生产率提高。
[0052]
[气体的再利用]
[0053]
也可以将通过了干燥系统20的催化剂槽的气体的一部分添加于注塑成形机10的熔融单元120内的熔融了的树脂材料。例如，也可以经由干燥系统20的在第一催化剂槽215的下游分支设置的第七阀257，将所取得的气体(从图中记载为(a)的位置取得的气体)向熔融单元120内(图中记载为(c))导入。另外，也可以将由排气系统30吸引、并由第二催化剂槽315等处理了的气体(从图中记载为(b)的位置取得的气体)向熔融单元120内(图中记载为(c))导入。在该情况下，该气体被减压，因此需要加压。
[0054]
[气体的再利用效果]
[0055]
这些在催化剂槽内经过了氧化还原反应后的气体为低氧浓度的气体，因此通过将该气体向注塑成形机单元导入，能够使注塑成形机10的树脂熔融部分的氧浓度进一步降低，结果是，能够制造使预制件所含的乙醛、甲醛也减少了的高品质的预制件。
[0056]
[关于制造系统]
[0057]
通过包括本实施方式的干燥系统20与排气系统30的组合的制造系统1，与没有这些组件的情况相比，树脂材料所含的杂质能够大幅减少。在该杂质中尤其可能包含源自于树脂材料的低分子量的物质。在源自于树脂材料的物质中可能包含在合成树脂的合成过程、或者合成树脂的解聚、分解过程中可能产生的物质。因此，使杂质减少的结果是，能够生产高品质的预制件。另外，源自于杂质的系统内的污垢减少。其结果是，模具、干燥系统的清扫、更换等系统的维护作业的频率下降，系统的运转时间也延长，生产效率提高。
[0058]
需要说明的是，也可以不包括制造系统1的一部分。例如，也可以仅使用干燥系统20、排气系统30以及气体再利用系统中任一个或两个。但是，根据杂质的种类，气化的温度不同，对于干燥系统20中的气体中可能含的杂质与在熔融工序中排气系统30的气体中可能含的杂质而言，种类不同。因此，为了进一步去除杂质，优选应用干燥系统20与排气系统30这两方。
[0059]
以上，针对本发明，示出优选的实施方式而进行了说明，但本发明并不仅限定于前
述的实施方式，当然能够在本发明的范围内进行各种变更实施。
[0060]
例如，上述的实施方式作为塑料瓶用的预制件的制造系统而进行了说明，但制造系统1不限于预制件的制造，能够用于使用pet的再循环材料的各种树脂产品的制造。另外，在上述的实施方式中，树脂材料作为以聚对苯二甲酸乙二醇酯为主成分的聚酯、或该聚酯的再循环材料而进行了说明，但不限定于此。并不限于再循环材料，当然也能够用于使用原生材料的树脂产品的制造。另外，并不限于pet，也可以在使用聚呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、尼龙(ny)、聚乳酸(pla)等其他树脂材料的制造系统中应用上述的技术。在该情况下，干燥气体的温度、熔融温度、排气口的压力等能够适当变更。
[0061]
另外，上述的实施方式中的吸附塔能够置换为各种除湿装置。另外，热交换器能够置换为各种冷却器。
[0062]
将本说明书所记载的文献以及成为本技术的巴黎优先权的基础的日本技术说明书的内容全部援引于此。
[0063]
附图标记说明
[0064]
1 制造系统
[0065]
10 注塑成形机
[0066]
120 熔融单元
[0067]
121 工作缸
[0068]
122 螺杆
[0069]
123 排气口
[0070]
130 注塑单元
[0071]
140 模具
[0072]
20 干燥系统
[0073]
211 干燥箱
[0074]
213 第一加热器
[0075]
215 第一催化剂槽
[0076]
216 加热器
[0077]
217 第一过滤器
[0078]
219 第一热交换器
[0079]
221 第一鼓风机
[0080]
223 吸附塔
[0081]
225 干燥加热器
[0082]
233 富氮膜
[0083]
235 第二鼓风机
[0084]
237 再生加热器
[0085]
251 第一阀
[0086]
252 第二阀
[0087]
253 第三阀
[0088]
254 第四阀
[0089]
255 第五阀
[0090]
256 第六阀
[0091]
257 第七阀
[0092]
258 排液阀
[0093]
259 排液阀
[0094]
30 排气系统
[0095]
311 真空泵
[0096]
313 第二加热器
[0097]
315 第二催化剂槽
[0098]
316 加热器
[0099]
317 氧产生装置
[0100]
319 质量流量计
[0101]
321 第二热交换器
[0102]
323 回收箱
[0103]
325 冷阱
[0104]
326 第一冷阱
[0105]
327 第二冷阱
[0106]
329 第二过滤器
[0107]
341 第八阀
[0108]
342 第九阀
[0109]
343 第十阀
[0110]
344 第十一阀
[0111]
345 第十二阀
[0112]
346 第十三阀
[0113]
347 第十四阀
[0114]
348 第十五阀
[0115]
349 第十六阀
[0116]
361 第一压力计
[0117]
362 第二压力计。