JP2014512994A - 改良された脱水用機械および脱水方法 - Google Patents

Abstract

ポリマーおよびエラストマーの水分を低減させるための脱水用機械はほぼ一体の筒体と筒体中に配設された一組のスクリューとを有する。スクリューの少なくとも一部分は噛み合っており、そして駆動手段はスクリューに結合されている。少なくとも一つの機械的フィルターが筒体に結合されている。この機械はポリマーまたはエラストマーの粒子を溶融することができる手段を有し、それは機械から逃散する微粉の量を低減させる。さらに、この機械はポリマーの水分を最大約２０重量％から約０．５重量％未満にそしてエラストマーの水分を最大約５０重量％から約３．０重量％未満に低減させる。ポリマーとエラストマーの水分を低減させるための脱水方法も提供される。
【選択図】図７

Description

本発明はポリマーおよびエラストマーの脱水と乾燥の技術に関する。さらに詳しくは、本発明はある種のポリマーやエラストマーの処方の後加工で用いられる機械的な脱水および乾燥機の技術に関する。もう少し詳しくは、本発明は、従来技術の脱水および乾燥の機械および方法で悩まされる微粒子の逃散を低減させる、改良された脱水と乾燥の機械およびそれに伴う方法を対象とし、従来技術の脱水と乾燥方法よりも少ない機械を用い且つ脱水方法の蒸発を低減するものである。

ある種のポリマーや合成エラストマーの処方や製造の際に、湿った粒子スラリーが生成されることが多い。このスラリーは、典型的には、当該技術分野で微粉として知られる、微粒子を伴って団粒（クラム）形態で水と処方されたポリマーまたはエラストマーとからなる。これらの微粉は典型的には直径約０．１ｍｍ〜直径４．０ｍｍの粒子範囲にある。ポリマーやエラストマーがさらなる使用のために調製されるために、スラリー水は除去され、ポリマーあるいはエラストマーの水分量は約０．５重量％の程度まで低減されねばならない。水分の低減は、以下に詳しく記載されるように、脱水と乾燥方法によって行われることが多い。
当該技術分野では、脱水は、ポリマーやエラストマーの水分が約５重量％〜約１５重量％の程度まで低減される第１工程として、そして乾燥はポリマーやエラストマーの水分が５〜１５重量％程度から約０．５重量％程度まで低減される第２工程として見られることが多い。しかしながら、便宜上、脱水という用語は、本発明の全体の概念や操作に影響を与えない限り、乾燥も含むと理解されるべきである。

従来技術では、脱水プロセス中に、多くの微粉が除去されるべき水分と共に逃散し、望ましくない付加的装置や工程を用いてリサイクルされるかあるいは廃棄され、望ましくない廃棄物を作ることになる。さらに、従来技術の脱水方法は、典型的には、それぞれが購入、運転および維持のために資金投資を必要とする１種以上の脱水機を用いている。さらに、脱水方法は、蒸気および／または揮発性であるが含有されていければならない粒子の逃散を伴うことも多い。しかしながら、ある種従来技術の脱水機のデザインはそのような封じ込めを難しくしている。
その結果、単一の機械で十分な水の除去、微粉の逃散の低減および揮発の低減を提供することによって従来技術の欠点を解消する改良された脱水機とそれに伴う方法が当該技術分野で必要とされている。本発明の改良された脱水機と方法は、以下に詳細に記述されるように、この要求を満足させるものである。

本発明の目的は、用いられる脱水と乾燥機の数を低減して十分な水の除去を提供することにある。
本発明の他の目的は、微粉の逃散を低減する脱水機と方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、脱水プロセスの揮発を低減する脱水機と方法を提供することにある。

これらの目的等は、本発明のポリマーまたはエラストマーの水分を低減させるための改良された脱水機によって得られる。実施例によれば、脱水機はほぼ一体の（ｓｏｌｉｄ）筒体と筒体中に配置された一組のスクリューを包含する。少なくともスクリューの一部分は噛み合っており、駆動手段はスクリューに連結されている。少なくとも１つの機械的フィルターが筒体に結合されてポリマーまたはエラストマーから水分を除去する。この機械はポリマーまたはエラストマーの粒子を溶融させ得る手段を有している。これは機械から逃散する微粉の量を低減させる。さらに、この機械はポリマーの水分を最大約２０重量％から約０．５重量％未満に低減し、エラストマーの水分は最大約５０重量％から約３．０重量％未満に低減される。

これらの目的等は本発明のポリマーまたはエラストマーの水分を低減させるための改良された脱水法によって得られる。実施例によれば、この方法はほぼ一体の筒体を包含する脱水機を提供する工程および少なくともスクリューの一部分が噛み合っている筒体中の一組のスクリューを提供する工程を包含する。スクリューは駆動手段で回転され、ポリマーまたはエラストマーは筒体中およびスクリュー中に供給される。ポリマーまたはエラストマーの粒子は溶融されて機械から逃散する微粉の量を低減させ、そしてポリマーまたはエラストマーの水分は筒体に結合されている少なくとも１つの機械的フィルターで除去される。ポリマーの水分は最大２０重量％から約０．５重量％未満に低減され、エラストマーの水分は最大約５０重量％から約３．０重量％未満に低減される。
出願人が原理を適用しようと試みた最良の形態を説明する、本発明の好ましい態様は、以下の説明に記載され且つ図面に示されており、そして請求項に詳細に且つ明確に指摘されている。

ＡＢＳを製造するための、従来技術で慣用の凝集方法および付随する装置の概略説明図である。 ＡＢＳを製造するための、従来技術の直接ラテックス凝集法および付随する装置の概略説明図である。 図２に示された凝集エクストルーダーに施設された機械的フィルターの断面図である。 ＡＢＳを製造するための、従来技術の改良された慣用の凝集法および付随する装置の概略説明図である。 ポリマーまたはエラストマーの脱水に使用するための、本発明の改良された脱水機の第１態様の側面図である。 図５に示された脱水機のための最適操作条件を示す、スチーム温度と圧力のグラフである。 ポリマーまたはエラストマーの脱水に使用するための、本発明の改良された脱水機の第２態様の側面図である。 従来技術のエラストマーまたはゴム脱水システムの側面図である。 ポリマーまたはエラストマーの脱水に使用するための、本発明の改良された脱水機の第３態様の側面図である。図面中、同じ数字は同じ部分を意味する。

本発明の改良された脱水機と方法とをさらに良く理解するために、従来技術の脱水機と方法を検討するのが適切である。実施例によれば、従来技術でＡＢＳとして知られている共重合体アクリロニトリル ブタジエン スチレンの製造が言及される。ＡＢＳは、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）共重合体がブタジエンスチレン（ＢＳ）合成ゴムフィラーに対するマトリックスとして機能する共重合体である。ＢＳ合成ゴムフィラーはマトリックス中に分散されている。ＡＢＳを製造する方法は、ＳＡＮマスポリマーとブレンドされるグラフトコポリマーを用いるエマルジョン重合である。ＡＢＳ製造のこの方法は、典型的には、慣用の凝集あるいは直接ラテックス凝集の２つの方法のうち1つで実施される。
慣用の凝集法が図１に示されており、総合して１０で示されている。慣用の凝集法１０において、Ａで示される、分離されたラテックスがブレンドタンク１２に導入され、次いでパイプまたは当該技術分野で知られた他の手段により凝集タンク１４に移される。タンク１４で凝集された後、Ｂで示される、流体物質が第１スクリーン１６を用いて分離あるいはスクリーニングにより除去され、そして残存する粒子が洗滌タンク１８に導入される。タンク１８中で粒子が洗滌された後には、水、塊状形態の調製されたＡＢＳおよび微粉を含む、湿潤スラリーが存在する。スラリーはＣで示される、スラリーから大部分の遊離水を除去する第２スクリーン２０に供給され、そして残留するスラリーはさらに水を除去するため遠心機２２中に導入される。遠心機２２は、Ｈで示されるＡＢＳクラムの水分含量を約２０重量％〜３０重量％まで低減させる。

ＡＢＳクラムＨの水分含量を低減し続けるために、クラムは熱乾燥器２４中に移され、そこでクラムの水分含量を約０．４重量％〜１．０重量％まで低減される。熱乾燥器２４では、ＡＢＳクラムから揮発性排気がＤで示される排気システムで除去される。乾燥器中での熱と揮発性排気との組合わせは、望まないのに、火事および／またはダスト爆発を起こすかも知れない。さらに、熱乾燥器２４が作動中にかなりの量のエネルギーを必要とするのも望ましくない。
熱乾燥器２４中を通過した後、乾燥ＡＢＳクラムは配合用エクストルーダー２６に移される。Ｅで示されるエクストルーダー２６への仕込は、ＡＢＳクラム、ＳＡＮペレットおよび他の添加物を含む。配合用エクストルーダー２６は、典型的には、同方向に回転するスクリューを備えた二軸式エクストルーダー（図示されていない）である。

当該技術分野で知られているように、配合用エクストルーダー２６はＡＢＳクラム、ＳＡＮペレットおよび他の添加物を溶融し且つ混合する。その間、1つまたはそれ以上のベント２８を通して、Ｆで示される蒸気および／またはさらなる湿気を除去しながら、Ｇで示される最終配合ＡＢＳ製品に到達する。乾燥ＡＢＳクラムの配合用エクストルーダー２６への移動の欠点は、クラムとして扱われたとき、ＡＢＳグラフトコポリマーが失われる可能性のあることである。さらに、配合用エクストルーダー２６の処理可能な容量は、ＡＢＳクラムの低い嵩密度のため制限される。

従来技術の凝集法１０の熱乾燥器２４と他の側面に伴う欠点のために、直接ラテックス凝集法が従来技術で用いられてきた。直接ラテックス凝集法の具体例は総合して３０で示され、図２に示されている。
直接ラテックス凝集法３０では、凝集機エクストルーダー３２が用いられる。凝集機エクストルーダー３２は、噛み合わない異方向回転スクリュー４０（図３）を備えた２軸エクストルーダーである。約４０重量％固体からなる、Ｉで示される、ＡＢＳラテックススラリーは、ＡＢＳの凝集のための、Ｊで示される、凝集剤と、凝集のために必要とされる熱を生成するための、Ｋで示される、スチームと共に、凝集機エクストルーダー３２中に導入される。図３に示される、第１機械的フィルター３４は、エクストルーダー中に固体粒子状物を保持しつつ、凝集機エクストルーダー３２から、Ｌで示される、流体および蒸気の除去を可能とする。

図３に示されるとおり、第１機械的フィルター３４は、Ｍで示される固体を、運搬し且つ配合するために、凝集機エクストルーダー３２の２軸スクリュー４０へと下方へ動かしつつ、出口３８へ流体と蒸気Ｌが通過するのを可能とする。図２に戻ると、第１機械的フィルター３４の後または下流で、Ｎで示される、洗滌水が凝集機エクストルーダー３２中に、初めて導入される、洗滌水Ｎの最初の導入の下流で、第２機械的フィルター４４が第１機械的フィルター３４と同様にして、Ｏで示される流体と蒸気を除去する。第２機械的フィルター４４で流体と蒸気Ｏを除去すると、Ｐで示される洗滌水が凝集機エクストルーダー３２中に２回目導入される。洗滌水の第２導入Ｐの下流で、第１機械的フィルター３４と同様にして、エクストルーダー中に固体を保持しつつ、第３機械的フィルター４８は凝集機エクストルーダー３２からＱで示されるように、流体と液体を除去する。
減圧ベント５０は、ＡＢＳグラフトコポリマー材が凝集機エクストルーダーからＳで示されるように吐出される前に水分を低減させるために凝集機３２中でＡＢＳ材からＲで示されるようにさらなる流体を除去する。次いで、ＡＢＳグラフトコポリマー材は当該技術分野で知られている切断および／またはペレット化手段によってペレット化され、そして得られたＡＢＳペレットは配合エクストルーダー２６に移送される。Ｔで示されるように、配合エクストルーダー２６への供給は、図１で上記したものと同様に、ＡＢＳペレット、ＳＡＮペレットおよび添加物を含む。その間、１つまたはそれ以上のベント２８を通してＵで示されるように蒸気および／または付加的湿分を除去してＶで示される最終配合ＡＢＳ製品になる。
ＡＢＳラテックス凝集機エクストルーダー３２は単一の機械なので、広範囲のＡＢＳ配合品を効率的に加工するために凝集機エクストルーダーを調整することは困難である。さらに、直接ラテックス凝集方法３０は驚くほど高価な２つのエクストルーダー２６と３２を購入し、維持することも包含する。その結果、ユーザーの中には直接ラテックス凝集法３０よりも慣用の凝集法１０を採用することを好ましいとするものもいる。

しかしながら、慣用の凝集法１０の上記した欠点のために、慣用法の改良が行われている。特に、改良された慣用のＡＢＳ凝集法が図４に示され、総合して５２で示されている。改良された慣用凝集法５２において、慣用凝集法１０の場合と同様に、Ａ’で示される、分離された（ｓｔｒｉｐｐｅｄ）ラテックスがブレンドタンク１２中に導入され、凝集は凝集タンク１４中で起る。Ｂ’で示される廃水は第１スクリーン１６で分離あるいはクリーニングされて除去され、残留粒子はタンク１８中で洗滌される。得られるスラリーは第２スクリーン２０上に供給され、Ｃ’で示される水を幾分除去され、そして残りのスラリーは遠心機２２に導入される。
改良された慣用凝集法５２においては、ＡＢＳクラムが遠心機２２中で約２０％〜３０％の水分まで低減された後、Ｘで示される、湿ったＡＢＳクラムは脱水および配合用エクストルーダー５４中に導入される。湿ったＡＢＳクラムＸの導入は、Ｅ’で示されるＳＡＮペレットと添加物が脱水配合用エクストルーダー５４中に導入された後に、なされる。脱水配合用エクストルーダー５４は、ＳＡＮペレットと添加物を溶融し、それによりＡＢＳクラムとの配合を容易とすることができる。ＡＢＳクラムの過剰の２０％〜３０％水分量のために、配合用エクストルーダー５４は、Ｙで示される水を筒体５８から排出させるためのスリットもしくは開口、またはベントスタファー（ｓｔｕｆｆｅｒ）を形成された筒体５８の如き脱水装置５６を有する。
典型的には、多くの微粉が脱水装置５６中を通過し、さらなる装置や処理工程を必要とする、リサイクルされねばならない廃棄物を作り出すかあるいは望ましくない廃棄物を廃棄しなければならないこととなる。慣用の凝集法１０の配合用エクストルーダー２６の場合と同様に、改良された慣用凝集法５２の脱水配合用エクストルーダー５４は、Ｆ’で示される付加的水分を除去するために1つあるいはそれ以上のベント２８を有し、Ｇ’で示される乾燥し、配合されたＡＢＳ製品を製造する。従来技術の改良された慣用の凝集法５２の脱水配合用エクストルーダー５４は、加熱ドライヤー２４を除去することによって慣用の凝集法１０と関連する潜在的揮発性の欠点を低減させつつ、改良された凝集法はそれ自身の不利益を包含している。

特に、脱水配合用エクストルーダー５４中に水分含有量が１０％を超えるＡＢＳクラムを導入することと関連する欠点がある。例えば、単一の脱水機／エクストルーダー５４は材料を乾燥させ且つ配合させるために十分な水分を除去しなければならず、従来技術では、単一機械が材料の水分含量を所望のレベルまで低減させることは困難であった。さらに、改良された慣用の凝集法５２は、上記したとおり、かなりの廃棄物を作る脱水機５４を多くの微粉が逃げることを可能とすることになる。さらに、脱水用エクストルーダー５４中でそのような高い水分含量のクラムを加熱すると、吹き戻し作用（ｂｌｏｗ−ｂａｃｋ ｅｆｆｅｃｔ）を作る高いスチーム流を発生する。この吹き戻し作用は脱水配合用エクストルーダー５４中で材料が運ばれることを阻止しそしてＡＢＳ材料の効果的な配合を妨げることになる、ポリマーの溶融を妨害することになる。
従来技術の慣用凝集法１０および従来技術の直接ラテックス凝集法３０に比較して改良された慣用凝集法５２の利点のために、従来技術の機械の欠点を克服するために改良された慣用凝集法で使用するための単一脱水機および付随する方法を開発することが望まれる。本発明の改良された脱水機および付随する方法は、以下に記載されるとおり、改良された慣用凝集法５２のみならず脱水および後加工において利用される。

本発明の脱水用機械の第１態様の例は図５に総合して６０で示されている。第１態様の脱水用機械６０は、好ましくは長さ対直径の比（ｌ/ｄ）が約５４：１である。脱水用機械６０は、筒体７０と筒体中に配設された異方向回転性で噛み合う二軸スクリュー６２とを有する。二軸スクリュー６２は、カップリング６３とギアボックス６５によってスクリューに結合されているモーター６１によって駆動される。スクリュー６２は、ＡＢＳ粒子が水除去前に一緒に溶融するようにＡＢＳ材に十分なエネルギーを移すために、異方向回転性で噛み合うスクリューである。水が除去される前にＡＢＳ粒子で溶融することは、微粉の減少を可能とする。
脱水用機械６０は、ＡＡで示されるＳＡＮペレットが供給される供給セクション６４を有する。ＳＡＮペレットＡＡは、異方向回転性で噛み合うスクリュー６２中の機械的作用を通して供給セクション６４中で溶融されて連続相を生成する。ＳＡＮペレットＡＡが溶融した後、ＢＢで示されるＡＢＳ紛体が側方供給機６９を通して脱水用機械６０中に導入される。ＳＡＮペレットＡＡが溶融された後にＡＢＳ紛体を導入すると、ＡＢＳ紛体が配合のためにＳＡＮペレットに容易に接着することを可能とする。

ＡＢＳ材ＢＢの乾燥とＳＡＮペレットＡＡとの効果的な配合を可能とするために、ＣＣで示される蒸気の導入はＡＢＳ導入の直前に行われる。このようにして、蒸気導入ＣＣは、脱水用機械筒体７０がＡＢＳ粒子を脱水し且つ配合させるのに十分に加熱されることを可能とする。スクリュー６２の増加するコア直径の如き制限（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ、図示されていない）が、筒体７０中の圧力を保持するため、ＡＢＳ紛体ＢＢの導入の下流で脱水用機械６０中に存在する。増加した圧力のために、ＤＤで示される蒸気と水が、ＡＢＳ紛体ＢＢの導入の下流で、第１機械的フィルター７２によって除去されることが可能である。第１機械的フィルター７２は、固体を筒体７０中に保持しながら、液体と蒸気を除去する、上記した機械的フィルター３４、４４および４８のそれと同じように作動する。配合が進むにつれて、ＡＢＳ材はスクリュー６２の制限を越えて動き、第２機械的フィルター７４に到達する。第２機械的フィルター７４は第１機械的フィルター７２のそれと同様に作動し、ＥＥで示される水分を除去しつづける。ＦＦで示される水分をさらに、除去することを可能とするため、真空フィルター７６が第２機械的フィルター７４の下流に包含され、それでＧＧで示される、乾燥し配合されたＡＢＳ製品が脱水用機械６０から排出されることになる。これらの特徴は、脱水用機械６０が排出されたＡＢＳ製品の水分量を約０．５％未満にすることを可能とする。

図６に示されるとおり、ＡＢＳ紛体ＢＢは、ＡＢＳ紛体が溶融するのを可能とし、それによって微粉の量を低下させるために、脱水用機械６０中に蒸気導入ＣＣの温度７７で且筒体７０に圧力７９で、臨界域７８に到達しなければならないことが本発明で決定された。臨界域７８は約１３２℃〜約１５７℃の蒸気範囲と約４４ポンド／インチ^２（ＰＳＩＡ）〜約７２（ＰＳＩＡ）の圧力範囲にある。脱水用機械６０が臨界域７８に到達されることを可能とするために、ＡＢＳ紛体の溶融が達成されそしてそれによって脱水法で逃散する微粉の量が低減される。
それ故、本発明の脱水用機械６０は単一機械の使用で脱水を可能とし且つ脱水工程で逃散する微粉を低減することを可能とする。さらに、スリットや開口を備えた筒体よりも一体の筒体７０を採用することによって、揮発性である蒸気および／または粒子が容易に含有され得ることになり、それは脱水工程が伴う障害を低減させることになる。

さて、図７に進むと、本発明の脱水用機械の第２実施態様が総合して８０で示されている。第２態様脱水用機械８０は、筒体中に配設された筒体８２と二軸スクリュー８４を有する。二軸スクリュー８４は、カップリング８８とギアボックス９０によってスクリューに結合されているモーター８６によって駆動される。スクリュー８４は噛み合う部分９２と噛み合わない部分９４を有する。ＡＢＳ材はＪＪで示され、噛み合う部分９２で筒体８２に入る。ＡＢＳ材ＪＪは好ましくは水分含量が最大で約２０重量％である。任意のくさび型棒底部ドレイン９３は噛み合う部分９２で筒体８２に設けられていてもよく、特に比較的高い水分の供給機で、機械に入って来た、ＮＮで示される遊離水を除去する。二軸スクリュー８４の噛み合う部分９２と噛み合わない部分９４の性質は、脱水用機械８０の脱水と非蒸発能力とを増強し、微粉の逃散を低減し且つ第１態様の脱水用機械６０におけると同様に処理特性を増強するためにＳＡＮペレットを導入する必要性を排除する。

噛み合う部分９４では、二軸スクリュー８４の溝（図示されていない）は、径方向に閉じられ且つクロスチャンネル（ｃｒｏｓｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）であり、流体や微粉の漏れを低減させる。さらに詳しくは、異方向回転性二軸スクリュー８４の噛み合う部分９２は正運搬性二軸スクリュー幾何形状であり、全水分を溶融ポリマーと一緒に、脱水用機械８０の脱水域９６まで前方へ押出すことを可能とする。二軸スクリュー８４の噛み合う部分９２による、この正の供給および運搬作用は、約０．１ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲の小さな粒径すなわち微粉がＡＢＳ材を劣化あるいは微粉の損失なしに運搬されることを可能とする。望ましい成績が異方向回転性二軸スクリュー８４で得られるものの、スクリューは、本発明の全体の概念や操作に影響を与えずに噛み合う部分９２に径方向に閉じられ且つクロスチャンネルである溝を備えた、同方向回転性の噛み合う型のものであってもよい。噛み合う部分９２中、二軸スクリュー８４の好ましい噛み合い度は、筒体８２の穴直径対筒体の内側すなわち穴壁からスクリュー間の中心線までの距離の比として表すことができる。例えば、約２．３５インチの穴直径と、約２．０インチのスクリュー間の中心線距離の噛み合う部分９２では、得られる穴直径対ルート直径比は約１．４２４である。穴直径対ルート直径比は１．７８まで高くすることができる。より低い値は高い剪断と正の運搬を提供し、より高い値はより低い剪断を提供する。

二軸スクリュー８４の噛み合う部分９２を通過した後、ＡＢＳ材は二軸スクリューの噛み合わない部分９４と第１機械的フィルター９８に入る。二軸スクリュー８４の噛み合わない部分９４を通過することによって、ＫＫで示される水と蒸気の除去が第１機械的フィルター９８によって容易に達成される。この第１機械的フィルター９８は上記した第１態様脱水用機械６０の機械的フィルター７２と７４と同様の構造と操作を有する。第１機械的フィルター９８を通過した後、ＡＢＳ材は二軸スクリュー８４の噛み合わない部分９４に沿って筒体中を第２機械的フィルター１００まで連続している。第２機械的フィルター１００は第１機械的フィルター９８と構造と操作が同様であり、ＬＬで示されるさらなる水分と蒸気を除去し、それによってＭＭで示される脱水されたＡＢＳ製品が約０．５重量％未満の水分を含有する水分含量で、脱水用機械８０から排出されることを可能とする。
そのような低い水分含量は、２．３５インチの噛み合う部分９２の筒体直径と２．０インチの噛み合わない部分９４の筒体直径を有する、二軸スクリュー８４を備えた単一脱水用機械８０の使用により達成され得る。脱水用機械８０は１時間当り約３００〜４５０ポンドの脱水されたＡＢＳ製品の処理速度を与える。

噛み合う部分９２から噛み合わない部分９４に変わる二軸スクリュー８４を採用することによって、材料の効果的な脱水を伴って微粉を低減するための正の供給と運搬を達成しつつ、ＡＢＳ材の加熱が防止される。もし必要であれば、設計構想により、水蒸気導入または噴射が直接加熱のために筒体８２に沿って提供されてもよく、あるいは調節された水の噴射によって直接接触冷却が提供されてもよい。そのような直接接触加熱または冷却は脱水用機械８０を異なる処理速度および／または材料に対して適用させるために提供される。さらに、脱水用機械８０の長さおよび／または直径は、所望により、異なる処理速度を達成するために適合させることができる。

従来技術では、筒体の長さに沿って脱水用機械に形成された開口あるいはスリットは、微粉の逃散を防げず、しばしば詰まり、それは機械の供給口に水か望まないのに留まるのを防げなかった。材料を溶融する正の供給と運搬を提供し且つ開口やスリットを持たないかあるいは場合により制限されたくさび棒域９３を設けた筒体８２を有することによって、脱水用機械８０は従来技術で直面した、微粉の望まない逃散と水の留まりを低減あるいは除去する。
さらに、従来技術の脱水用機械筒体の長さに沿う開口やスリットは、開口やスリットを通して大気中に蒸気が排出されるのを防ぐことができず、それは揮発性粒子や蒸気が存在するため望ましくないことになる。さらに、同方向回転性二軸スクリューを採用する従来技術の脱水用機械は、ポリマー粒子の比較的大きな損失を可能とする大きな蒸気通路を持っている。脱水用機械８０は、ほぼ一体の筒体８２と異方向回転性の、噛み合う二軸スクリュー８４とを有し、そのため揮発性である蒸気および／または粒子が容易に含有されていることを可能とする。脱水用機械８０が閉止され且つ適当な配管や導管（図示されていない）が水蒸気、水、蒸気および他排出物の除去を可能とするため設けられる。その結果、脱水用機械８０は、大きく低減された放出物および蒸気、モノマーおよび熱の回収を与えることになるので、それは脱水工程に伴う危険を低減することになる。

さて図８を参照すると、ゴムスラリーの脱水のための方法が総合して１０２で示されている。従来技術のゴムスラリー脱水法１０２において、第１脱水用機械１０４は、典型的には、約５０％〜９５％の水分含量で、ＯＯで示される、スラリーを受け取りそして約１０％〜１５％の水分含量までゴムスラリーを機械的脱水するために用いられる。ＰＰで示される、低減された水分含量のスラリー材は、第２脱水用機械１０６中に供給され、ＱＱで示される材料の水分含量を約１％〜３％に低減させる。材料ＱＱは、次いで、さらに乾燥または後処理操作のために移送される。それぞれ１０４、１０６の第１および第２脱水用機械の使用は、あるユーザーにとっては望ましくない、資本投資、連続操業および２つの別の機械の維持を含んでいる。

本発明は、図９に示され、総合して１１０で示されている、本発明の脱水用機械の第３実施態様によって示されているとおり、単一機械を用いて他のポリマーおよびエラストマーの脱水に適用されることを見出した。第３態様の脱水用機械１１０は筒体１１２と筒体中に配設された二軸スクリュー１１４を有する。二軸スクリュー１１４はカップリング１１８とギアボックス１２０によってスクリューに結合されているモーター１１６によって駆動される。ＴＴで示される、ゴムクラム材は、好ましくは約５０重量％以下の水分含量を有し、筒体１１２に、スクリュー１１４の噛み合う部分１２２で供給される。さらに詳しくは、スクリュー１１４は噛み合う部分１２２と噛み合わない部分１２４を有する。スクリュー１１４の噛み合う部分１２２と噛み合わない部分１２４の性質は脱水用機械１１０の脱水と非揮発とを増強することである。
噛み合う部分１２２において、二軸スクリュー１１４の溝（図示されていない）は、軸方向に閉じられており且つクロス−チャンネルである。それは、流体と微粉の漏れを低減させる。さらに詳しくは、異方向回転性二軸スクリュー１１４の噛み合う部分１２２は、全水分を、溶融ポリマーと一緒に、脱水用機械１１０の脱水域１２６へと前方へ押出すことを可能とする、正の運搬用二軸スクリュー幾何形状である。二軸スクリュー１１４の噛み合う部分１２２によるこの正の供給と運搬作用は、約０．１ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲にある小さな粒径すなわち微粉が、エラストマーやゴムを劣化させることなくあるいは微粉を損失することなく、運搬されることを可能とする。異方向回転性の二軸スクリュー１１４から最適の結果が得られるものの、スクリューは本発明の全体の概念や操作に影響することなしに、噛み合う部分１２２の軸方向に閉じ且つクロスチャンネルである溝を持つ、同方向回転性の噛み合う型であってもよいことが理解されるべきである。

任意のくさび型棒ドレイン１２３を脱水用機械１１０の筒体１１２中に噛み合う部分１２２で有し、特に比較的高い水分含量の供給材の場合に、ＺＺで示される、機械に入る遊離水を除去することができる。例えば、くさび型棒ドレイン１２３は筒体１１２に形成された脱水用スクリーンあるいは脱水用スリットであることができる。この背後ドレインは、典型的には、主たる水分除去装置ではなく、付加的な排水路を設けることによって、高い水分量供給スラリーの供給を助けあるいは最適化する。
噛み合う部分１２２で、二軸スクリュー１１４の噛み合いの好ましい度合いは、筒体１１２の穴直径対筒体の内壁または穴壁からスクリュー間の中心線までの距離の比として表すことができる。例えば約２．３５インチの穴直径と約２．０インチのスクリュー間中心線距離を有する噛み合う部分１２２について、得られる穴直径対ルート直径比は約１．４２４である。穴直径対ルート直径比は１．７８まで高くてもよく、より低い値ほどより 高い剪断と高い運搬を与え、他方より大きい値はより低い剪断を与える。

二軸スクリュー１１４の噛み合う部分１２２を通過した後、ゴムは二軸スクリューの噛み合わない部分１２４と第１機械的フィルター１２８に入る。二軸スクリュー１１４の噛み合わない部分１２４を通過することによって、ＵＵで示される、水と蒸気の除去が第１機械的フィルター１２８で容易に行われる。第１機械的フィルター１２８は上記した第２態様の脱水用機械８０の機械的フィルター９８と１００に構造と操作が同様である第１機械的フィルター１２８を通過したのち、ゴムは二軸スクリュー１１４の噛み合わない部分１２４に沿って筒体１１２中を第２機械的フィルター１３０まで連続している。第２機械的フィルター１３０は第１機械的フィルター１２８と構造と操作が同様であり、ＶＶで示される、付加的水分を除去し、それによってＷＷで示される、脱水されたゴムまたはエラストマーが脱水用機械１１０から、約０．５〜約３．０重量％の水分含量の望ましい範囲にある水分含量で、排出されることを可能とする。
そのような低い水分含量は、約２．３５インチの噛み合う部分１２２の穴直径と、２．０インチの噛み合わない部分１２４の穴直径を有する、二軸スクリュー１１４を備えた単一脱水用機械１１０の使用により達成され得る。噛み合う部分１２２から噛み合わない部分１２４へ変わる二軸スクリュー１１４を採用することによって、エラストマーの過熱が防止され、材料の効果的脱水と伴に微粉を低減する正の供給と運搬が達成される。もし必要であれば、設計構想により、ＸＸで示される、水蒸気導入または噴射が直接接触加熱のために筒体１１２に与えられてもよく、あるいはＹＹで示される直接接触冷却が脱水用機械１１０が異なる処理速度および／または処理材料に適合するために、与えられてもよい。さらに、脱水用機械１１０の長さおよび／または直径は、所望により、異なる処理速度を達成するように適合されてもよい。

従来技術では、筒体の長さに沿って脱水用機械筒体に形成された開口やスリットは微粉が逃散するのを防げず、しばしば詰まり、それは機械の供給域に水が望まないのに留まるのを防ぐことができない。材料が溶融する正の供給と運搬を提供することによって、且つ開口やスリットの無いあるいは任意の制限されたくさび型棒域１２３を有する筒体１１２を有することによって、脱水用機械１１０は従来技術で直面した、微粉の望まない逃散と水の留りを低減あるいは除去する。
さらに、従来技術の脱水用機械筒体の開口あるいはスリットは、水蒸気が開口やスリットを通して大気中に放出されるのを防げず、揮発性粒子や蒸気が存在するために、望ましくないことになる。スリットや開口を持つ筒体ではなく、ほぼ切れ目の無い筒体１１２を用いることによって、揮発性である蒸気および／または粒子が容易に含有されていることを可能とし、これは脱水工程を伴う危険を低減することになる。

さらに、脱水工程でゴムに与えられているエネルギーの量は、熱を加えるために、筒体１１２に、ＸＸで示される、任意の水蒸気噴射あるいは熱を除去するために、ＹＹで示される、任意の調節された水を用いて正確に制御され得る。ＹＹで示される、調節された水が用いられるとき、調節された水は次いで機械的フィルター１２８、１３０を通して脱水用機械１１０から除去される。ゴムに付与されるエネルギーの量のこのような正確な制御は、ゴムが所望の排出状態まで正確に乾燥および冷却されることを可能とする。

上記の構造的特徴の使用を通して、本発明の脱水用機械６０、８０および１１０は、湿ったスラリー中にあるポリマーやエラストマーの脱水を単一機械で効率的且つ効果的に行うことを可能とする。さらに、微粉を一緒に運搬し且つ溶融する構造を与えることによって、本発明の脱水用機械６０、８０および１１０から微粉が逃散するのを望ましいことに低減する。また、脱水用機械６０、８０、１１０は閉鎖されるため、揮発性である蒸気および／または粒子が容易に含有され得るため、脱水工程に伴う危険を低減することになる。
本発明は、上記され且つ図５〜７および９に示された記述に伴う工程を包含する、脱水用機械６０、８０、１１０の上記実施態様を伴う、ポリマーまたはエラストマーの脱水方法も包含する。

本発明は、本発明の概念や操作に影響を与えることなく、本明細書に示し且つ記載したもの以外のおよび当業者に知られた材料の脱水に適用できることを発見したものと理解されるべきである。例えば、本発明は、微粉を有する、ＡＢＳグラフトコポリマー、スチレンアクレロニトリル（ＳＡＮ）ペレット、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルまたはイソブチレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリレートゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレンブタジエンスチレンゴム（ＳＢＳ）、スチレンイソプレンスチレン（ＳＩＳ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、エピクロロヒドリンゴム、合成ゴムまたは熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、熱可塑性ゴム（ＴＰＲ）を含む弾性コポリマー、あるいは木もしくはサトウキビを含むバイオマス材の如き、微粉を有する湿ったスラリー中で処理される材料の脱水または非揮発に適用できることを見出すものである。
さらに、本発明の脱水用機械６０、８０、１１０の構造は、本発明の全体の概念や操作に影響を与えることなく変更あるいは再構成されうることも理解されるべきである。例えば、脱水用機械６０、８０、１１０は、本発明の全体の概念や操作に影響を与えることなく、スクリューが一定の穴直径を有する、異方向回転性で噛み合うものであるように、適合させることができる。そのような適合では、各スクリューの直径のほぼ１２倍の長さに等しい、それぞれの供給域の第１部分で、スクリューは溝を横切って閉止されそして完全に噛み合っており、それにより液体および蒸気がスクリューの軸に沿って容易に流れることを妨げる。この部分の下流では、スクリューのフライト（ｆｌｉｇｈｔｓ）は比較的狭く、例えばスクリュー直径の約１０〜２０％であり、それは一つのスクリューの側面から他の側面への大きなクリアランスを提供し、それによって噛み合わない幾何形状のそれと同様にしてスクリューの間とスクリューの軸に沿って液体や蒸気が流れることを可能にする。このような適合は脱水用機械６０、８０、１１０のより単純な機械的構造を提供し、それぞれの機械のギアボックスを動かしたりあるいは筒体を除去することを必要とすることなく、スクリューを除去することを可能にする。

さらなる実施例として、脱水用機械６０、８０、１１０が特別な設計要求に依存して、単一機械として上記されているが、脱水用機械の特徴を、２つの分離された機械中に導入することも望ましいと思われる。さらに、本明細書において、脱水という用語は本発明の全体の概念や操作に影響せずに、乾燥も含むと理解した言及であると理解されるべきである。
従って、改良された脱水用機械と方法は、簡単であり、全ての数多い目的を達成する、効果的、安全、安価且つ効率的構造を与え、従来技術の脱水用機械と方法で直面した困難を除去するために提供され、且つ当該技術分野における問題を解決し新規な結果を得るものである。

上記記載に組み合わせる用語は、簡潔さ、明瞭性および理解のために用いられた。そのような用語は記述する目的のために用いられ且つ広く解釈されることが意図されるので、従来技術の要求を超えて不必要な制限が暗に意味されるべきではない。さらに、本発明は実施態様で記載されてきたものである。本発明の範囲は、図示されあるいは記述された説明そのものに制限されないので、この説明は実施例によるもので、限定によるものではないと理解されなければならない。可能な改良と変更は、この開示の通読と理解により生まれるので、本発明はそのような改良と変更およびその均等物を全て包含すると理解される。
さて、本発明の特徴、発見および原理を記載したので、改良された脱水用機械と方法が構築され、配置され且つ用いられる方法、構造と配置の特徴および得られた、有利な、新規且つ有用な結果、新規且つ有用な構造、装置、素子、配置、部品およびそれらの組み合わせが以下の請求の範囲に記載されている。

Claims (22)

1. ポリマーおよびエラストマーの少なくとも1つの水分を低減させるための脱水用機械であって、該機械は、
   ほぼ一体の筒体；
   該筒体中に配設された一組のスクリュー、該スクリューの１部分は噛み合っている；
   該スクリューに結合された駆動手段；
   該ポリマーと該エラストマーの該少なくとも一方から水分を除去するための該筒体に結合された少なくとも1つの機械的フィルター；および
   該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一方の粒子を該機械が溶融することを可能とするための手段、
   からなり、それによって該機械から逃散する微粉の量が低減され、そして少なくとも1つのポリマーの該水分が最大約２０重量％から約０．５重量％未満に低減されそして少なくとも1つのエラストマーの該水分が最大約５０重量％から約３．０重量％未満に低減される、上記機械。
2. 該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一方の粒子を該機械が溶融することを可能にするための該手段が、
   添加材を受け取るとるための該筒体中に形成された供給域；
   該供給域の下流で該筒体中に水蒸気を導入するための手段；および該供給域および水蒸気を導入するための該手段の下流で該筒体に結合された供給器を有し、それによって該供給器が該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一方を受け取る、請求項１に記載の脱水用機械。
3. 該供給器の下流で該筒体中に制限をさらに有する請求項２に記載の脱水用機械。
4. 該少なくとも１つの機械的フィルターの下流で該筒体に結合された減圧フィルターをさらに有する請求項１に記載の脱水用機械。
5. 該機械が該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一方の粒子を溶融することを可能とするための該手段が、該筒体の供給域の噛み合う部分および該供給域の下流で噛み合わない部分とで形成されている該スクリューを有する請求項１に記載の脱水用機械。
6. 該筒体の穴直径対該筒体の内壁から該スクリュー間の中心線に亘る距離の比が約１．４〜約１．７８である請求項５に記載の脱水用機械。
7. 該スクリューが異方向回転性である請求項１に記載の脱水用機械。
8. 該スクリューが同方向回転性である請求項１に記載の脱水用機械。
9. くさび型棒ドレインをさらに有する請求項１に記載の脱水用機械。
10. 該機械の直接接触加熱のための該筒体の結合された手段をさらに有する請求項１に記載の脱水用機械。
11. 該機械の直接接触冷却のための該筒体に結合された手段をさらに有する請求項１に記載の脱水用機械。
12. 該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも１つが、アクリロニトリルブ タジエンスチレン、スチレンアクリロニトリル、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ブチルまたはイソブチレン−イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリレートゴム、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンスチレンゴム、スチレンイソプレンスチレン、エチレンプロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、合成ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ゴムおよびバイオマス材よりなる群から選ばれる請求項１に記載の脱水用機械。
13. ポリマーとエラストマーの少なくとも１つの水分を低減させるための脱水方法であって、該方法は、下記工程：
    ほぼ一体の筒体を有する脱水用機械を準備し；
    該筒体中に一組のスクリューを配設し、該スクリューの少なくとも１部分は噛み合っている；
    該スクリューは駆動手段により回転され；
    該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一つを該筒体中および該スクリュー中に供給し；
    該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一つの粒子を溶融して該機械から逃散する微粉の量を低減させ；
    該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一つから該筒体に結合された少なくとも一つの機械的フィルターで水分を除去し；そして
    該少なくとも一つのポリマーの該水分を最大約２０重量％から約０．５重量％未満にそして該少なくとも一つのエラストマーの該水分を最大約５０重量％から約３．０重量％未満に、低減させる、
    からなる、上記方法。
14. 該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも１つの粒子を溶融する該工程が、
    該筒体中に形成された供給域中に添加材を供給し；および
    該供給域の下流で該筒体中に水蒸気を導入する、
    ことを含み；そして
    該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも１つを該筒体中および該スクリュー中に供給する該工程は、該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも１つを、該供給域および該水蒸気導入の下流で該筒体中に供給することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 該筒体中の圧力を、該供給器の下流での該筒体中の制限によって維持する工程をさらに有する請求項１３に記載の方法。
16. 該少なくとも一つの機械的フィルターの下流で筒体に結合された減圧フィルターで該筒体中の真空吸引を行う工程をさらに有する請求項１３に記載の方法。
17. 該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも１つの粒子を溶融する該工程が、該筒体の供給域の噛み合う部分と該供給域の下流の噛み合わない部分で該スクリューを形成することを包含する請求項１３に記載の方法。
18. 該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも１つの粒子を溶融する工程がポリマーとエラストマーの少なくとも一つを約１３２℃〜約１５７℃の範囲に加熱し且つ該筒体中の圧力を約４４ｐｓｉａ〜７２ｐｓｉａに維持することを包含する請求項１３に記載の方法。
19. 筒体の供給域のくさび型棒ドレインで該筒体から遊離水を抜く工程をさらに有する請求項１３に記載の方法。
20. 該機械を水蒸気噴射で加熱する工程をさらに有する請求項１３に記載の方法。
21. 該機械を調節された水の導入で冷却する工程をさらに有する請求項１３に記載の方法。
22. 該ポリマーおよび該エラストマーの該少なくとも一つが、アクリロニトリルブ タジエンスチレン、スチレンアクリロニトリル、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ブチルまたはイソブチレン−イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリレートゴム、スチレンブタジエンゴム、スチレンブタジエンスチレンゴム、スチレンイソプレンスチレン、エチレンプロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、合成ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ゴムおよびバイオマス材よりなる群から選ばれる請求項１３に記載の方法。
    

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