Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymerpartikeln, insbesondere Mikropolymerpartikeln, aus einem Polymersubstrat und ein Verfahren zum Herstellen von Polymerpartikeln sowie eine Verwendung von Polymerpartikeln als Polymerpartikelstandard.

Mikropolymerpartikel entstehen in der Umwelt meist durch eine Verwitterung und Fragmentierung größerer Kunststoffteile, welche auch als Makroplastikpartikel bezeichnet werden. Ursache hierfür sind neben einem Abrieb von Reifen und Schuhsohlen, dem Verschleiß größerer Plastikteile wie beispielsweise Verpackungen, dem Waschen von synthetischen Textilien, der Verwendung von Mikropolymerpartikeln in Kosmetika vor allem Müllablagerungen, von welchen aus Mikropolymerpartikel beispielsweise in Flüsse, Meere, Uferzonen und landwirtschaftliche Nutzflächen gelangen.

In die Umwelt gelangte größere Kunststoffteile, auch als Makroplastik bezeichnet, werden beispielsweise durch UV-Strahlung und mechanische Einwirkungen zu kleineren sogenannten Mikropolymerpartikeln bis hin zu sogenannten Nanoplastikpartikeln zerkleinert beziehungsweise gewandelt.

Da sich Mikropolymerpartikel auf natürlichem Wege nur sehr schwer oder nicht abbauen lassen, ist davon auszugehen, dass die Konzentration von Mikropolymerpartikeln immer weiter steigen wird. Die Frage, welche Auswirkungen dies auf den Menschen, andere Organismen und Ökosysteme hat, kann derzeit noch nicht abschließend beantwortet werden. Die Beantwortung dieser Frage ist mit einem erheblichen Forschungsbedarf verbunden.

Es konnte jedoch bereits nachgewiesen werden, dass Mikropolymerpartikel in Meereslebewesen, wie beispielsweise Miesmuscheln, Entzündungsreaktionen hervorrufen und bei planktischen Krebstieren eine Verringerung der Wachstumsrate verursacht wird. Ein weiteres großes Problem besteht in der Adsorption und Absorption von Schadstoffen, wie beispielsweise Pestiziden und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, an den Mikropolymerpartikeln, die dann mit diesen von Meeresorganismen aufgenommen werden und derart in die Nahrungskette gelangen.

Ungeklärt ist bislang, wie sich unterschiedliche Mikropolymerpartikelspezies in der Umwelt verteilen und welche Verweilzeit sie bis zum eventuellen Abbau aufweisen. Ebenso sind mögliche Interaktionen mit Substanzen der Umwelt nur ansatzweise bekannt und keineswegs vollständig verstanden.

Diesbezüglich werden Untersuchungen gefordert, wofür eine Bereitstellung von Mikropolymerpartikeln genormter Größe beziehungsweise nach festgelegten Standards notwendig wird. Derartige Mikropolymerpartikel sollen möglichst auch aus unterschiedlichen Polymeren bestehend bereitgestellt werden, um ähnliche Eigenschaften und Dichten simulieren zu können.

Notwendig sind also standardisierte Polymerpartikel, insbesondere Mikropolymerpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 mm, deren Parameter Partikelmasse, Partikelform, Partikeldurchmesser und Partikelvolumen vorgegeben werden können und welche reproduzierbar hergestellt werden können. Hierbei kann auch eine, beispielsweise hinsichtlich der Partikelgröße, definierte Streuung der vorgegebenen Parameter notwendig sein, um eine gezielte Verteilung der zu erzeugenden Mikropolymerpartikel beispielsweise in einem bestimmten Bereich der Masse oder der Durchmesser der Mikropolymerpartikel zu erreichen, da mittels einer derartigen Streuung das Vorkommen von Mikropolymerpartikeln in der Natur besser nachgebildet werden kann.

Derartige standardisierte Mikropolymerpartikel werden sowohl für eine Mikroplastik-Analytik, bei welcher beispielsweise die Polymerart und Polymermasse von potentiell enthaltenem Mikroplastik in einer Umweltprobe untersucht wird, für eine Kalibrierung von Analysegeräten und als Versuchsmaterial oder Marker (Tracer), zur Aufklärung von Eintragswegen von Mikroplastik oder dessen Verhalten beispielsweise in der Umwelt und in Wasseraufbereitungsprozessen, benötigt.

Mikroplastik ist nach der Definition der National Oceanic and Atmospheric Administration durch Partikelgrößen kleiner als 5 mm gekennzeichnet, wobei Partikel zwischen 1 nm bis maximal 1000 nm als Nanoplastik bezeichnet werden. Besonders von Interesse ist der Bereich von Partikeln mit einer Partikelgröße im Mikrometerbereich.

Einheitliche Standard-Mikropolymerpartikel werden insbesondere für die Validierung der Mikropolymerpartikelananalytik benötigt, bei welcher gezielt Standard-Mikropolymerpartikel zu einer Probe als interner Standard zugegeben werden können und so nach der Aufbereitung und Analyse der Probe eine Korrektur des Analyseergebnisses vorgenommen werden kann. Auch eine Kalibrierung und Validierung der Aufbereitungsprozesse und/oder Analyseprozesse kann anhand der hier vorgeschlagenen Standard- Mikropolymerpartikel durchgeführt werden. Somit können beispielsweise bei einem Probenaufbereitungsverfahren und/oder Analyseverfahren durch die Bestimmung der Wiederfindungsrate der zuvor zugegebenen Standard- Mikropolymerpartikel gezielt Fehlerquellen erkannt und optimiert werden. Da bei der Nutzung verschiedener Untersuchungsverfahren sehr unterschiedliche Ergebnisse entstehen, beispielsweise bei der dynamischen Differenzkalorimetrie (englisch differential scanning calorimetry, DSC) hinsichtlich der Partikelmasse und des Polymertyps sowie bei der Raman-Mikroskopie hinsichtlich der Partikelanzahl und des Polymertyps, ist eine Umrechnung der Ergebnisse aus Umweltproben oder bei verteilten Standardmatenalien mit hinreichender Genauigkeit bei einem vertretbaren Aufwand nicht möglich. Dies bedeutet, dass einheitliche Standards benötigt werden oder Verfahren mit mathematisch beschreibbaren Eigenschaftsgradienten, die es erlauben, die Ergebnisse verschiedener Methoden miteinander zu vergleichen, zu validieren und zu harmonisieren.

Gemäß dem Stand der Technik können Polymerdispersionen mit kolloidalen Polymerpartikeln hergestellt werden, indem eine Polymerisation einer Polymerspezies in einer vorgegebenen Emulsion oder Suspension erfolgt. Dieses Verfahren, bei welchem eine Dispersion von Polymerpartikeln in einer meist wässrigen Phase mit Durchmessern der Polymerpartikel zwischen einigen 10 Nanometern und wenigen Mikrometern entsteht, ist nur für bestimmte Polymerspezies durchführbar und im erzielbaren Partikeldurchmesser und der Partikelgrößenverteilung beschränkt.

Aus der KR 102357703 B1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Mikropolymerpartikeln bekannt. Die zu lösende Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikroplastik zur Anwendung in Testverfahren.

Zur Lösung ist eine Vorrichtung angegeben, welche in einem Behälter mehrere Strahlungseinheiten und Pulverisiereinheiten aufweist, wobei in dem Behälter Witterungseinflüsse sowie mechanische Einflüsse auf einen Kunststoff simuliert werden, um eine beschleunigte Alterung des Kunststoffs zu erreichen und um die Mikropolymerpartikel zu erzeugen.

Weiterhin ist bekannt, artifizielle Mikropolymerpartikel durch Abrieb oder Zerkleinerung größerer Partikel herzustellen, beispielsweise indem größere Kunststoffbestandteile in einer Mühle kryogen gemahlen und nachfolgend durch eine Siebung in die gewünschten Größenfraktionen fraktioniert werden. Dieses Verfahren führt in der Regel zu größenverteilten Mikropolymerpartikeln, was für engverteilten Standards eine zusätzliche Fraktionierung, beispielsweise durch eine siebende Klassierung notwendig macht. Die Kryogentechnik verursacht zudem ein Bruchverhalten, welches nicht den typischen Abrieb- und Bruchmechanismen bei mechanischer Belastung in der Umwelt entspricht. Ursache ist, dass das Material dabei unterhalb der üblichen Gebrauchstemperatur, meist sogar unterhalb der Glasübergangstemperatur, belastet und damit in einem spröderen Zustand zerkleinert wird, als dies bei typischen Umgebungsbedingungen der Fall ist.

Aus dem Bereich der Kunststoffverarbeitung ist auch das Kunststoff-Freiformen als ein additives Fertigungsverfahren zur Herstellung thermoplastischer Kunststoffbauteile bekannt, bei welchem dreidimensionale Bauteile aus qualifiziertem Standard-Kunststoffgranulat hergestellt werden können. Beim Kunststoff-Freiformen wird ein Standard-Kunststoffgranulat aufgeschmolzen und über eine Düse, welche einen Verschluss aufweist, in Tropfenform abgegeben. Mittels dieser Tropfen wird das zu fertigende Bauteil Schicht für Schicht aufgebaut.

Aus der DE 20 2020 101 503 U1 sind ein Druckkopf mit zumindest einer Zuführung für ein aufschmelzbares Filament sowie ein mit einem additiven Herstellungsverfahren hergestellter Körper bekannt. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, sowohl feine Konturen als auch grobe Konturen mit großen Schichtstärken mit derselben, an sich unveränderten Düse zu erzeugen.

Zur Lösung ist ein Druckkopf vorgesehen, der eine in Strömungsrichtung hinter der Düse angeordnete Maske mit zumindest einer Durchlassöffnung für zumindest ein über seine Schmelz- oder Erweichungstemperatur erwärmtes Filament aufweist, wobei die Maske austauschbar und/oder beweglich an einer Aufnahme des Druckkopfs angeordnet ist und/oder zumindest eine Durchlassöffnung der Maske eine einstellbare und/oder veränderliche Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche aufweist.

Nach dem bekannten Stand der Technik existiert keine hinreichend genaue Methode zur reproduzierbaren Erzeugung von Mikropolymerpartikeln mit festgelegten Parametern, wie Stückzahl, Größe beziehungsweise Durchmesser, Form oder Masse der Mikropolymerpartikel, wobei die erzeugten Mikropolymerpartikel eine Größe beziehungsweise einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,02 mm bis 2,0 mm aufweisen sollen. Außerdem ist der Zeitaufwand beispielsweise für die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung von Mikropolymerpartikeln durch Abrieb oder Zerkleinerung sehr hoch. Weiterhin treten hierbei Verluste beim Sieben auf und es wird flüssiger Stickstoff zum Mahlen benötigt, was zu hohen Kosten bei der Herstellung führt. Zudem entstehen in dem durch die Abkühlung versprödeten Material Oberflächen mit anderen Eigenschaften als bei natürlichen Prozessen.

Somit besteht ein Bedarf nach einer Möglichkeit zur Herstellung von Polymerpartikeln, insbesondere Mikropolymerpartikeln, aus einem Polymersubstrat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymerpartikeln, insbesondere Mikropolymerpartikeln, vorzuschlagen, mit welcher Polymerpartikel mit definierten Parametern wie Partikelmasse, Partikelform, Partikeldurchmesser und/oder Partikelvolumen aus unterschiedlichen Polymeren kontinuierlich und in einer vorgegebenen Anzahl erzeugt werden können, wobei die Größe beziehungsweise der Durchmesser der Polymerpartikel in einem Bereich kleiner als 5,0 mm liegt. Die Aufgabe der Erfindung besteht weiterhin darin, ein Verfahren zur Herstellung von Polymerpartikeln, insbesondere Mikropolymerpartikeln, in einer vorgegebenen Anzahl mit definierten Parametern wie Partikelmasse, Partikelform, Partikeldurchmesser und/oder Partikelvolumen, vorzuschlagen. Die Herstellung der Polymerpartikel soll sowohl kostengünstig als auch zeiteffektiv erfolgen.

Erfindungsgemäß sollen Polymerpartikel mit einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,02 mm und 2,0 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 1 ,0 mm, weiter insbesondere zwischen 0,1 mm und 0,5 mm hergestellt werden. Hierbei soll es auch ermöglicht werden, Polymerpartikel mit vorgegebenen Bereichsgrenzen ihrer Parameter zu erzeugen, so dass beispielsweise Mikropolymerpartikel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs mit unterschiedlicher Größe mit gleichverteilter Anzahl erzeugt werden.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 23 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Verwendungen der Polymerpartikel als Polymerpartikelstandard sind in Patentanspruch 36 angegeben.

Vorgesehen ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymerpartikeln, insbesondere Mikropolymerpartikeln, aus einem Polymersubstrat. Die Vorrichtung weist zwei wesentliche Komponenten auf - eine Bereitstellungskomponente und eine Aufnahmekomponente. Die Bereitstellungskomponente weist mindestens eine zur Durchleitung eines Polymersubstrats ausgebildete Leitungseinheit auf, welche an ihrem Ende mindestens eine Düse mit mindestens einer Austragsöffnung für das Polymersubstrat aufweist. Ein weiterer Bestandteil der Bereitstellungskomponente ist eine Temperiereinheit, mit welcher das Polymersubstrat entlang der Leitungseinheit zumindest bereichsweise temperierbar ist. Die Temperiereinheit ist vorgesehen, um das in der Leitungseinheit vorhandene Polymersubstrat entlang der Leitungseinheit zu temperieren, das heißt zu kühlen und/oder zu erwärmen. Eine Temperierung des Polymersubstrats kann erforderlich sein, um einerseits eine Festigkeit des Polymersubstrats zu gewährleisten und andererseits eine Fließfähigkeit des Polymersubstrats zu beeinflussen. Weiterhin umfasst die Bereitstellungskomponente eine Fördereinheit, mit welcher das Polymersubstrat durch die Leitungseinheit und durch die mindestens eine Austragsöffnung gepulst oder kontinuierlich förderbar ist. Eine kontinuierliche Förderung kann vorgesehen sein, um eine infolge der Temperierung bereitgestellte schmelzflüssige Form des Polymersubstrats als Polymersubstratstrahl durch die mindestens eine Austragsöffnung der mindestens einen Düse zu fördern.

Die Temperierung entlang der Leitungseinheit ist insbesondere von der Art der Förderung des Polymersubstrats durch die Leitungseinheit abhängig. Es kann daher vorgesehen sein, dass die Temperierung in Abhängigkeit einer Fördergeschwindigkeit des Polymersubstrats steuerbar ist.

Der Einfachheit halber wird das Merkmal mindestens eine Austragsöffnung nachfolgend lediglich als Austragsöffnung bezeichnet.

Die Aufnahmekomponente ist vorgesehen, um an der Austragsöffnung ausgegebenes Polymersubstrat aufzunehmen und gegebenenfalls zu trennen, das heißt zu separieren. Die der Bereitstellungskomponente nachgeordnete Aufnahmekomponente umfasst eine Einheit zur Aufnahme von durch die Austragsöffnung gepulst geförderten, vereinzelten Polymerpartikeln des ausgegebenen Polymersubstrats. Bei der Einheit zur Aufnahme handelt es sich im einfachsten Fall um einen Behälter, in welchen die erzeugten vereinzelten Polymerpartikel gesammelt werden. Alternativ oder zusätzlich weist die Aufnahmekomponente ein Trenneinheit zur Trennung, inbesondere Abscherung des kontinuierlich in Form eines Polymersubratstrahls durch die Austragsöffnung geförderten Polymersubstrats auf. Dabei ist die Trenneinheit vorgesehen, um das an der Austragsöffnung in Form eines Polymersubratstrahls austretende Polymersubtrat während oder nach der Ausgabe in einzelne Polymerpartikel zu trennen, das heißt abzuscheren, und zu separieren. Ein kontinuierlich ausgegebener Strang des Polymersubstrats kann mit der Trenneinheit in einzelne Polymerpartikel, insbesondere Mikropolymerpartikel, getrennt werden. Zur Trennung des durch die Autragsöffnung geförderten Polymersubratstrahls können unterschiedliche Mittel eingesetzt werden, welche eine gezielte Scherung des Polymersubratstrahls ermöglichen. Entsprechende Mittel und Einrichtungen der Trenneinheit sind weiter unten beschreiben. Der Trenneinheit ist vorzugsweise der Behälter zur Aufnahme von erzeugten vereinzelten Polymerpartikeln zugeordnet, so dass die vereinzelten Polymerpartikel von der Trenneinheit unmittelbar in den Behälter gelangen können.

Der Behälter der Aufnahmekomponente kann eine Flüssigkeit enthalten oder mit einem Gas gespült sein. Es hat sich gezeigt, dass die Partikeleigenschaften durch die Art des in dem Behälter vorhandenen Fluids und die Fluidtemperatur beeinflussbar sind. Von Vorteil ist eine Kühlung der im Behälter enthaltenen Flüssigkeit, wodurch eine rasche Verfestigung der eintauchenden erzeugten Polymerpartikel erreicht wird.

Die Bereitstellungskomponente kann Mittel zur Bevorratung in Form eines Vorratsbehälters aufweisen. Ferner können Mittel zum Transport des Polymersubstrats vorgesehen sein, um das bevorratete üblicherweise in fester Form vorliegende Polymersubstrat zur Leitungseinheit zu befördern.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Leitungseinheit in Form eines Rohrs ausgebildet sein, wobei das Rohrende, dessen Mündung die mindestens eine Austragsöffnung bildet, in der Form einer Düse ausgebildet ist. Demzufolge kann die Leitungseinheit als ein sich verengendes Rohr mit einer Düsenöffnungsseite ausgebildet sein, wobei sich die mindestens eine Austragsöffnung an der Düsenöffnungsseite befindet.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Fördereinheit einen Extruder mit einer Extruderschnecke aufweisen, welche in der Leitungseinheit angeordnet ist. Durch eine Rotation der Extruderschnecke wird ein festes zugeführtes Polymersubstrat in eine schmelzflüssige Masse verwandelt, welche durch die mindestens eine Austragsöffnung herausgepresst werden kann. Beim Extrudieren kann eine unterstützende Erwärmung oder auch ein Kühlen erforderlich sein. Hierzu ist die Temperiereinheit vorgesehen, um das in der Leitungseinheit vorhandene Polymersubstrat entlang der Leitungseinheit beziehungsweise entlang der Extrusionsstrecke zu temperieren. Ausgestaltungen der Temperiereinheit sind in der weiteren Beschreibung konkretisiert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Fördereinheit kann ein Filamentvorschub vorgesehen sein, wobei als Polymersubstrat ein festes Polymersubstratfilament eingesetzt wird. Dieses Polymersubstratfilament, welches als Abschnitt oder als Endlosfilament bereitgestellt sein kann, wird in die Leitungseinheit eingeführt und dabei zwischen zwei gegenläufig drehbaren, verzahnten Rollen eingeklemmt. Durch den Antrieb einer oder beider Rollen kann das Polymersubstratfilament mit einem definierten Weg beziehungsweise Vorschub in einer Förderrichtung beziehungsweise einer Polymervorschubrichtung oder entgegen dieser Förderrichtung bewegt beziehungsweise gefördert werden.

Der Filamentvorschub kann mit dem festen Polymersubstratfilament so Zusammenwirken, dass das Polymersubstratfilament innerhalb der Leitungseinheit einen Druckkolben bildet, welcher eine Druckkraft in Richtung der Austragsöffnung ausüben kann. Die Druckkraft wird ausgenutzt, um in der Leitungseinheit in schmelzflüssiger Form bereitgestelltes Polymersubstrat durch die Austragsöffnung zu fördern. Diese Ausgestaltung der Fördereinheit ist insbesondere auf ein Zusammenwirken mit der Temperiereinheit angewiesen. In Förderrichtung des Polymersubstratfilaments sind entlang der Leitungseinheit Temperierzonen vorgesehen. Zur Austragsöffnung hin erstreckt sich eine Heizzone zur Beheizung des Polymersubstratfilaments, um einen Durchtritt des Polymersubstrats in einer geschmolzenen Form, das heißt in einer fließfähigen schmelzflüssigen Form zu ermöglichen. Der Filamentvorschub ermöglicht eine Hin- und Her-Bewegung des Polymersubstratfilaments, wodurch eine gepulste Förderung des Polymersubstrats und demzufolge ein gepulster Austrag des Polymersubstrats aus der Austragsöffnung realisiert werden kann, so dass bereits beim Durchtritt durch die Austragsöffnung infolge eines Pulsstoßes einzelne Polymerpartikel herstellbar sind. Zur gepulsten Förderung kann beispielsweise ein Schrittmotor oder ein Piezoelement zum Einsatz kommen. Dementsprechend kann die Fördereinheit ein Piezoelement aufweisen. Mit dem Piezoelement können vorzugsweise vertikale mechanische Schwingungen erzeugt werden. Die vertikalen mechanischen Schwingungen bewirken einen Ausstoß definierter Volumina des schmelzflüssigen Polymersubstrats an der Austragsöffnung der Düse. Infolge eines Schwingungsimpulses reißt ein Tropfen vom schmelzflüssigen Polymerubstrat ab, welcher ein einzelnes Polymerpartikel bildet. Das Piezoelement kann eingesetzt werden, um Schwingungen mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz bis 400 kHz mit einer Amplitude von 1 mm zu erzeugen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Düse am Ende der Leitungseinheit in Schwingung versetzt wird, um die Herstellung von einzelnen Polymerpartikeln zu unterstützen.

Die Schwingungsanregung ermöglicht ein Vertropfen des schmelzflüssigen Polymersubstrats, um Polymerpartikel zu erzeugen.

Die Frequenz der vollständig ausgeführten Schwingungen lässt einen Rückschluss auf die Anzahl erzeugter Polymerpartikel zu, so dass die Anzahl der ausgeführten Schwingungen zur Überprüfung der Anzahl erzeugter Polymerpartikel eingesetzt werden kann. Ebenso kann eine vorgegebene zu erzeugende Polymerpartikelanzahl durch eine Einstellung einer konkreten Anzahl an auszuführenden Schwingungen vorgegeben werden.

Zur gepulsten Förderung ist die Fördereinheit alternativ oder zusätzlich eingerichtet, mittels des Filamentvorschubs innerhalb der Leitungseinheit eine Vor-Zurück-Bewegung beziehungsweise eine Hin- und Her-Bewegung des Polymersubstratfilaments auszuführen, wobei eine Zurückbewegung des Polymersubstratfilaments weg von der Austragsöffnung nur einem Teil der Wegstrecke der Vorbewegung des Polymersubstratfilaments entspricht. Eine Steuerung der Vor-Zurück-Bewegung beziehungsweise der Hin- und Her- Bewegung des Polymersubstratfilaments kann mittels einer Steuerkomponente erfolgen.

Sowohl die gepulste Förderung als auch die kontinuierliche Förderung des Polymersubstrats durch die Austragsöffnung der Leitungseinheit wird mittels der Fördereinheit realisiert. Diese Ausgestaltung erfordert ein Zusammenwirken mit der Trenneinheit, welche einen kontinuierlich austretenden Polymersubstratstrahl des Polymersubstrats in einzelne Polymerpartikel teilt.

Bei der alternativ gepulsten Förderung, welche neben einer Bewegung des Polymersubstrats in Richtung der Austragsöffnung (Polymervorschubrichtung) auch eine von der Fördereinheit erzeugte Bewegung des Polymersubstrats in der Gegenrichtung weg von der Austragsöffnung umfasst, wird es ermöglicht, vereinzelte Polymerpartikel des Polymersubstrats auszugeben beziehungsweise herzustellen.

Um einen wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass eine möglichst große Anzahl an Polymerpartikel pro Zeiteinheit hergestellt werden kann. Diesbezüglich sind die Einheiten der Bereitstellungskomponente und der Aufnahmekomponente aufeinander abgestimmt, wobei die Steuerkomponente eingerichtet ist, die Einheiten der Aufnahmekomponente in Abhängigkeit von den Einheiten der Bereitstellungskomponente zu steuern.

Die Komponenten der Vorrichtung zur Herstellung von Polymerpartikeln aus einem Polymersubstrat sind jeweils an die Eigenschaften der zu verarbeitenden Polymersubstrate sowie die für die Polymerpartikel vorgegebenen Parameter (Partikelmasse, Partikelform, Partikellänge, Partikelbreite, Partikelhöhe Partikeldurchmesser und Partikelvolumen) speziell angepasst, so dass Polymerpartikel für Standartuntersuchungen aus unterschiedlichen Polymeren erzeugt werden können. Zur Herstellung von Mikropolymerpartikeln können beispielsweise thermoplastische Polymere wie PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), PVC (Polyvinylchlorid), PS (Polystyrol), PCL (Polycaprolacton), PLA (Polylactide), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer), ASA (Acrylnitril- Styrol-Acrylat-Copolymer), TPU (Thermoplastisches Polyurethan) und PET (Polyethylenterephthalat) als Polymersubstrat eingesetzt werden. Das Polymersubstrat kann auch als Schüttgut vorliegen und zugeführt werden, sofern nicht ein Polymersubstratfilament mit Polymervorschub gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt wird.

Nachfolgend wird in dieser Beschreibung nur noch auf die Leitungseinheit der Bereitstellungskomponente Bezug genommen, wobei einem Fachmann klar ist, dass die Leitungseinheit in die Bereitstellungskomponente eingebunden ist und nicht losgelöst von anderen Mitteln der Bereitstellungskomponente arbeiten kann. In dieser Beschreibung wird allgemein auf ein verflüssigtes, schmelzflüssiges Polymersubstrat Bezug genommen, wobei auch Zustände des Polymers wie beispielsweise viskos, lederartig oder flüssig umfasst sein sollen.

Das durch die Leitungseinheit geleitete Polymersubstrat liegt gemäß der Erfindung letztendlich in Form von mikrovolumigen Polymerpartikeln, den herzustellenden Mikropolymerpartikeln vor. Hierbei kann eine Aufteilung beziehungsweise Vereinzelung des durch die Leitungseinheit geleiteten und über die Austragsöffnung der Leitungseinheit ausgegebenen Polymersubstrats durch ein Handling der Leitungseinheit selbst bei einer gepulsten Förderung oder durch Mittel der Aufnahmekomponente, wie eine Trenneinheit, erfolgen.

Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Steuerkomponente aufweist, mit welcher die Aufnahmekomponente in Abhängigkeit der Bereitstellungskomponente steuerbar ist.

Die Leitungseinheit der Bereitstellungskomponente kann beweglich angeordnet sein. Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Leitungseinheit mittels einer Antriebseinheit horizontal und vertikal entlang ihrer Längsachse bewegbar ist. Die vorgesehene Steuerkomponente ermöglicht eine koordinierte Bewegung der Leitungseinheit und der Aufnahmekomponente relativ zueinander. Somit ist es beispielsweise möglich, die Leitungseinheit horizontal über eine als Baubett ausgeführte Aufnahmekomponente in eine X-Richtung sowie in eine Y-Richtung zu verfahren beziehungsweise zu bewegen, während die Aufnahmekomponente nicht bewegt wird, um die gepulst geförderten Polymerpartikel beispielsweise nacheinander in verschiedenen Bereichen der Oberfläche der Aufnahmekomponente abzulegen. Alternativ wird für eine derartige Ablage die Aufnahmekomponente horizontal in eine X-Richtung sowie in eine Y-Richtung verfahren beziehungsweise bewegt, während die Leitungseinheit nicht bewegt wird.

Weiterhin wird durch die Steuerkomponente auch ein Abstand zwischen der auf einer Düsenöffnungsseite der Leitungseinheit angeordneten Austragsöffnung und der Oberfläche der Aufnahmekomponente beeinflusst, beispielsweise um sicherzustellen, dass die gepulst geförderten Polymerpartikel in einem geringen Abstand zur Oberfläche sicher auf der Oberfläche der Aufnahmekomponente abgelegt werden können.

Die Steuerkomponente kann weiterhin eingerichtet sein, die Aufnahmekomponente und/oder die Trenneinheit in Abhängigkeit einer Menge pro Zeiteinheit des durch die Austragsöffnung geförderten Polymersubstrats zu steuern.

In Abhängigkeit der Menge des pro Zeiteinheit gepulst geförderten Polymersubstrats ist vorgesehen, die Geschwindigkeit der Leitungseinheit bei ihrer Bewegung über der Oberfläche der sich nicht bewegenden Aufnahmekomponente anzupassen. So wird die Leitungseinheit schneller über die Oberfläche der Aufnahmekomponente bewegt, wenn eine größere Menge des Polymersubstrats über die Austragsöffnung gepulst gefördert wird und umgekehrt. Derart wird ein sicheres Ablegen beziehungsweise Aufnehmen der gepulst ausgegebenen Polymerpartikel auf der Oberfläche der Aufnahmekomponente oder in einem entsprechenden Aufnahmebehälter erreicht, wobei ein Abstand zwischen den abgelegten Polymerpartikeln sichergestellt ist. Alternativ ist bei einer sich nicht bewegenden Leitungseinheit die Geschwindigkeit der sich unter der Leitungseinheit bewegenden Aufnahmekomponente in Abhängigkeit der Menge des pro Zeiteinheit gepulst geförderten Polymersubstrats anpassbar.

In Abhängigkeit der Menge des pro Zeiteinheit kontinuierlich geförderten Polymersubstratstrahls ist vorgesehen, die Geschwindigkeit, mit welcher die Trenneinheit zur Trennung des kontinuierlich geförderten Polymersubstrats einzelne Polymerpartikel durch einen Trennvorgang erzeugt, anzupassen. So ist es vorgesehen, dass bei einer größeren Menge des über die Austragsöffnung geförderten Polymersubstratstrahls je Zeiteinheit die Anzahl der Trennvorgänge der Trenneinheit pro Zeiteinheit erhöht wird, um die für die Herstellung der Polymerpartikel festgelegten Parameter wie Partikelmasse, Partikelform, Partikeldurchmesser und Partikelvolumen konstant zu halten.

Die Austragsöffnung weist einen Durchmesser im Bereich von 0,02 mm bis 0,2 mm auf. Dabei kann die Größe und die Form der Austragsöffnung beispielsweise mittels eines Lasers oder eines Erodierverfahrens erzeugt werden.

Die Temperiereinheit kann ein Mittel zum Kühlen und ein Mittel zum Heizen aufweisen, wobei das Mittel zum Kühlen einer Kühlzone zugeordnet ist und das Mittel zum Heizen einer Heizzone zugeordnet ist. Dabei sind die Kühlzone und die Heizzone entlang der Leitungseinheit angeordnet. Zum Kühlen und/oder zum Heizen können elektrische Mittel, wie beispielsweise Peltier-Elemente eingesetzt werden. Als elektrisches Heizmittel kann auch ein elektrischer Heizstab oder eine elektrische Heizwendel vorgesehen sein. Auch der Einsatz von Mikrowellenstrahlung zur Erwärmung ist denkbar. Bevorzugt wird ein wärmeleitendes Temperierfluid als Mittel zum Heizen und/oder Kühlen eingesetzt.

Die Kühlmittel beziehungsweise die Heizmittel können außerhalb oder innerhalb der Leitungseinheit angeordnet sein.

Mittels derartiger Kühlmittel beziehungsweise Heizmittel erfolgt ein Kühlen oder ein Erwärmen des durch die Leitungseinheit geleiteten Polymersubstrats in verschiedenen Bereichen der Leitungseinheit unabhängig voneinander. Somit kann das Polymersubstrat im Bereich einer Heizzone durch das Heizmittel so erwärmt werden, dass es in eine fließfähige Form übergeht, während das Polymersubstrat zur gleichen Zeit in der Leitungseinheit im Bereich einer Kühlzone durch das Kühlmittel gekühlt in einer festen Form vorliegt. In fester Form vorliegend kann Polymersubstrat mittels der Fördereinheit gesteuert in der Leitungseinheit in Längsrichtung der Leitungseinheit in Richtung der Austragsöffnung bewegt werden. Das feste Polymersubstrat wirkt wie ein Kolben auf das im Bereich der Austragsöffnung verflüssigt vorliegende Polymersubstrat, wodurch das fließfähige Polymersubstrat durch die Austragsöffnung der Leitungseinheit gepresst wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Temperiereinheit fluidführende Kanäle auf, wobei in einer Wandung der Leitungseinheit um laufende erste Kanäle für ein erstes Temperierfluid angeordnet sind, wobei die ersten Kanäle der Heizzone zugeordnet sind. Weiter sind in der Wandung der Leitungseinheit umlaufende zweite Kanäle für ein zweites Temperierfluid ausgebildet, wobei die zweiten Kanäle der Kühlzone zugeordnet sind. Die ersten Kanäle sind von einem Temperierfluid durchströmbar, so dass das in der Leitungseinheit befindliche Polymersubstrat im Bereich dieser ersten Kanäle erwärmt und dadurch verflüssigt werden kann. Die in der Wandung der Leitungseinheit angeordneten zweiten Kanäle, welche von der Austragsöffnung der Leitungseinheit beabstandet sind, sind von einerzweiten Temperierflüssigkeit durchströmbar, so dass das Polymersubstrat in der Leitungseinheit gekühlt werden kann. Im Bereich der zweiten Kanäle kann somit ein Schmelzen des Polymersubstrats verhindert werden. Die Heizzone ist vorzugsweise an der Austragsöffnung oder in einem Bereich der Austragsöffnung der Leitungseinheit verortet, wobei die Kühlzone von dem Bereich der Austragsöffnung der Leitungseinheit beabstandet verortet ist. Vorteilhaft ist die Heizzone im Bereich der Austragsöffnung ausgebildet, um eine ausreichend gute Fließfähigkeit des Polymersubstrats zu erreichen, so dass dieses mit geringem Kraftaufwand durch die Austragsöffnung gelangen kann.

Durch eine derartige in Zonen unterteilte Temperierung ist es in Kombination mit einem gezielten, zeitlich begrenzten Vorschub des als Filament vorliegenden Polymersubstrats möglich, einen bestimmten Anteil des im Bereich der Austragsöffnung der Leitungseinheit verflüssigten Polymers durch die Austragsöffnung der Leitungseinheit gepulst auszugeben.

Alternativ ist die Möglichkeit gegeben, das im Bereich der ersten Kanäle in der Leitungseinheit schmelzflüssig vorliegende Polymersubstrat kontinuierlich aus der Austragsöffnung der Leitungseinheit in Form eines Polymersubstratstrahls auszugeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Leitungseinheit an der Düsenöffnungsseite der mindestens einen Düse mehrere Austragsöffnungen auf, wobei die mehreren Austragsöffnungen in einer Reihe oder in Form einer Matrix mit mehreren Reihen und mehreren Spalten angeordnet sein können.

Das Vorhandensein von mehreren Austragsöffnungen ermöglicht eine zeitgleiche Herstellung einer größeren Anzahl von Polymerpartikeln in einem Arbeitsgang beziehungsweise Verfahrensschritt. Bei der Verwendung einer Düse mit mehreren Austragsöffnungen ist ein gepulster Austrag oder eine Vertropfung des schmelzflüssig bereitgestellten Polymersubstrats bevorzugt, da eine Abscherung eine Ausbildung einzelner Polymerpartikel beeinträchtigen kann. Der gleichzeitige Austrag von mehreren Polymerpartikeln kann mit einer unmittelbaren Ablage der erzeugten Polymerpartikel auf eine Ablageoberfläche der Aufnahmekomponente verbunden sein, wobei die erzeugten Polymerpartikel auf der Ablageoberfläche voneinander getrennt auskühlen können.

Die Aufnahmekomponente kann als Einheit zur Aufnahme von durch die mindestens eine Austragsöffnung gepulst geförderten, vereinzelten Polymerpartikeln eine gegenüber der mindestens einen Austragsöffnung angeordnete Platte zum Ablegen erzeugter Polymerpartikel aufweisen. Die Platte kann aus einem Glasmaterial ausgebildet sein. Durch die Verwendung einer Düse mit mehreren Austragsöffnungen können gleichzeitig mehrere Polymerpartikel in einer Reihe oder Matrix auf die Oberfläche der Platte abgelegt werden.

Die Oberfläche der Platte oder die Platte als solche kann vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 °C bis 60 °C temperierbar sein. Die gepulst erzeugten Polymerpartikel werden separat auf die Platte abgelegt. Um dies zu ermöglichen sind die mindestens eine Düse mit der mindestens einen Austragsöffnung und die Platte relativ zueinander bewegbar. Die Temperierung der Platte verhindert vorteilhaft eine zu rasche Abkühlung der erzeugten Polymerpartikel. Darüber hinaus, kann infolge einer Abschaltung der Temperierung eine gleichzeitige Abkühlung der auf der Platte erzeugten, abgelegten Polymerpartikel erreicht werden. Aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Platte und der erzeugten, abgelegten Polymerpartikel wird eine vereinfachte Ablösung der Polymerpartikel von der Plattenoberfläche begünstigt, wenn die Temperierung abgeschaltet wird.

Das separate Ablegen von erzeugten Polymerpartikeln ermöglicht vorteilhaft eine Kontrolle der Anzahl herzustellender Polymerpartikel.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die Platte elastisch sein und/oder eine Antihaft- Beschichtung aufweisen oder aus einem Antihaft-Material gebildet sein. Als Antihaftbeschichtung kann eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (PTFE) vorgesehen sein oder die Platte ist aus PTFE ausgebildet. Eine elastisch ausgebildete Platte hat den Vorteil, dass die erzeugten, abgelegten Polymerpartikel infolge einer elastischen Verformung erleichtert abgelöst werden können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Aufnahmekomponente kann die Aufnahmekomponente als Einheit zur Aufnahme von durch die mindestens eine Austragsöffnung gepulst geförderten, vereinzelten Polymerpartikeln eine gegenüber der mindestens einen Austragsöffnung angeordnete rotierbare Walze zum Ablegen erzeugter Polymerpartikel aufweisen, wobei der rotierbaren Walze ein Abstreifer zugeordnet ist, mit welchem auf der rotierbaren Walze abgelegte Polymerpartikel abstreifbar sind. Erzeugte Polymerpartikel können separat auf die rotierbare Walze abgelegt werden, wobei die rotierbare Walze jeweils um einen vorgebebenen Winkelschritt rotiert. Zum Lösen von erzeugten, abgelegten Polymerpartikeln ist der Abstreifer vorgesehen, welcher infolge der Walzenrotation über die Walzenoberfläche streift. Dabei ist dem Abstreifer ein Sammelbehälter zugeordnet, in welchem die abgelösten Polymerpartikel gesammelt beziehungsweise aufgenommen werden. Durch die Verwendung einer Düse mit mehreren Austragsöffnungen können gleichzeitig mehrere Polymerpartikel in einer Reihe auf die Walzenoberfläche abgelegt werden.

Die rotierbare Walze kann vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 °C bis 60 °C temperiert werden. Darüber hinaus kann die Oberfläche der rotierbaren Walze eine Antihaft-Beschichtung mit PTFE oder einer anderen Antihaft- Beschichtung aufweisen, um ein Ablösen der auf der Oberfläche der rotierbaren Walze abgelegten Polymerpartikel zu erleichtern.

Die Austragsöffnungen weisen einen gleichen Durchmesser auf, welcher in einem Bereich zwischen 0,02 mm bis 0,2 mm liegen kann. Somit ist eine Serie gleicher beziehungsweise monodisperser Mikropolymerpartikel mittels einer Leitungseinheit in einem Arbeitsgang möglich, so dass die hergestellten Polymerpartikel gleiche Parameter insbesondere bezüglich ihrer Größe und Masse aufweisen. Der Durchmesser derart hergestellter Polymerpartikel ist wegen der möglichen beziehungsweise zu erwartenden sogenannten Strangaufweitung, bei welcher es zu einer Vergrößerung des Durchmessers des die enge Austragsöffnung verlassenden Polymersubstrats aufgrund von Elastitizität und Entropie kommt, meist größer als der Durchmesser der Austragsöffnung. Bei einem Durchmesser der Austragsöffnung im Bereich zwischen 0,02 mm bis 0,2 mm können somit beispielsweise in Abhängigkeit des verwendeten Polymersubstrats sowie der Austrittsgeschwindigkeit des Polymersubstrats an der Austragsöffnung Polymerpartikel mit einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,02 mm und 2,0 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 1 ,0 mm, weiter insbesondere in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,5 mm hergestellt hergestellt werden.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die mehreren Austragsöffnungen der Leitungseinheit unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Somit ist eine Serie unterschiedlicher Polymerpartikel mittels einer Leitungseinheit in einem Arbeitsgang herstellbar, wobei die hergestellten Polymerpartikel unterschiedliche Parameter insbesondere bezüglich ihrer Größe und Masse aufweisen.

Die Austragsöffnungen der Leitungseinheit können einen runden, elliptischen, rechteckigen, dreieckigen oder sternförmigen Querschnitt aufweisen. Ecken dieser Querschnitte können mit einem Radius abgerundet sein. Mittels derartig verschiedener Querschnitte der Geometrie der Austragsöffnung der Leitungseinheit wird insbesondere der Parameter Form der herzustellenden Mikropolymerpartikel beeinflussbar.

Die Leitungseinheit kann eine Düsennadel aufweisen, mittels welcher die Austragsöffnung verschließbar ist. Eine derartige Düsennadel wird aus dem Bereich der Austragsöffnung der Leitungseinheit wegbewegt, um die Austragsöffnung freizugeben und um dem beispielsweise verflüssigten Polymersubstrat im Bereich der Austragsöffnung der Leitungseinheit ein Austreten aus der Austragsöffnung zu ermöglichen. Ist eine festgelegte Menge des verflüssigten Polymersubstrats aus der Austragsöffnung ausgetreten, verschließt die Düsennadel die Austragsöffnung wieder dichtend. Derart wird ein Nachtropfen des verflüssigten Polymersubstrats verhindert. Durch die Steuerung der Bewegung der Düsennadel kann eine portionierte, gepulste Abgabe vereinzelter Anteile des verflüssigten Polymersubstrats erfolgen. Durch den Einsatz der Düsennadel ist anhand der mit der Düsennadel ausgeführten Bewegungen ein Rückschluss auf eine Anzahl der erzeugten Polymerpartikel möglich. Auf diese Weise kann eine herzustellende Polymerpartikelanzahl vorgegeben oder überprüft werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Trenneinheit ein Einzelrakel umfassen, welches zur Abscherung von aus der mindestens einen Austragsöffnung austretenden Polymersubstrat mit vorgegebener Geschwindigkeit über die mindestens eine Austragsöffnung hin- und her-bewegbar ist. Die Frequenz der Hin- und Her-Bewegung des Einzelrakels ist in Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit des aus der Austragsöffnung kontinuierlich austretenden Polymersubstratstroms steuerbar.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Trenneinheit eine mehrere Rakel aufweisende Rakel-Welle, wobei die Rakel-Welle rotierbar derart angeordnet ist, dass die Rakel über die mindestens eine Austragsöffnung streifen, wenn die Rakel-Welle rotiert. Ein solcher Mehrfachrakel wird derart vor der Düsenöffnungsseite einer Leitungseinheit der Bereitstellungskomponente angeordnet, dass die Rakel durch eine Drehbewegung der Rakel-Welle nacheinander an der auf der Düsenöffnungsseite befindlichen Austragsöffnung der Leitungseinheit vorbeigeführt werden. Ein Mehrfachrakel kann beispielsweise zwei, vier oder mehr mit der Welle rotierende Rakel umfassen. Die von den Rakeln von der Austragsöffnung der Leitungseinheit abgestreiften und aufgenommenen Polymerpartikel kühlen ab, härten aus und können in einem von der Leitungseinheit beabstandeten Bereich von den rotierenden Rakeln, beispielsweise mittels eines Abstreifers, abgestreift und in einem Sammelbehälter aufgenommen werden. Der Rakel-Welle ist der Aufnahmebehälter beziehungsweise Sammelbehälter derart zugeordnet, dass die abgerakelten Polymerpartikel aufgefangen werden.

Die Rotation der Rakel-Welle ist in Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit des aus der Austragsöffnung kontinuierlich austretenden Polymersubstratstrahls steuerbar. Alternativ kann das rotierende Rakel axial bewegt werden. Weiter alternativ ist die Düse horizontal in axialer Richtung zum rotierenden Rakel bewegbar. Der Rakel kann gekühlt werden, um ein Aushärten und Ablösen der erzeugten Polymerpartikel zu erleichtern.

Sowohl beim Einsatz von Einzelrakeln wie auch bei der Nutzung von mehreren Rakeln auf einer Rakel-Welle ist eine Regelung des Abstands des entsprechenden Rakels zur Austragsöffnung vorgesehen, wodurch auftretende thermische Längenänderungen kompensiert werden können.

Alternativ oder zusätzlich kann die Trenneinheit mindestens eine Gasdüse aufweisen, welche der mindestens einen Austragsöffnung zugeordnet ist, wobei mit der Gasdüse ein gerichteter Gasstoß auf an der mindestens einen Austragsöffnung austretendes Polymersubstrat ausgebbar ist, um einzelne Polymerpartikel von einem austretenden Polymersubstratstrahl abzuscheren. Vorzugsweise ist der Gasstoß quer zum austretenden Polymersubstratstrahl ausgerichtet. Die Frequenz der Gasstöße ist in Abhängigkeit der Fördergeschwindigkeit des Polymersubstratstrahls steuerbar. Die Steuerung der Fördergeschwindigkeit des Polymersubstratstrahls und der Gasausstoßfrequenz ermöglicht eine Herstellung von im Wesentlichen gleichen Polymerpartikeln, welche zur Herstellung von Polymerpartikelstandards eingesetzt werden können. Ferner lässt die Frequenz der Gasstöße einen Rückschluss auf die Anzahl erzeugter Polymerpartikel zu, so dass die Anzahl der ausgeführten Gasstöße zur Überprüfung der Anzahl erzeugter Polymerpartikel eingesetzt werden kann.

Die Steuerkomponente kann eingerichtet sein, eine Hin- und Her-Bewegung des Einzelrakels, eine Rotation der Rakel-Welle und eine Gasausstoßfrequenz der Gasdüse in Abhängigkeit der Fördergeschwindigkeit des Polymersubstrats durch die mindestens eine Austragsöffnung zu steuern. Durch eine Beeinflussung der Pulsfrequenz und/oder des Massenstroms des Polymersubstratstrahls sind zumindest die Parameter Größe und Masse der herzustellenden Polymerpartikel beeinflussbar. Die derart hergestellten Mikropolymerpartikel werden beispielsweise in einem Sammelbehälter aufgefangen. Weitere Möglichkeiten zum Auffangen der derart hergestellten Polymerpartikel sind eine elektrostatisch aufladbare Oberfläche, eine Flüssigkeit, eine klebende Oberfläche oder ein Vakuum-Filter-System wie ein Staubsauger.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Aufnahmekomponente eine Oberfläche mit Vertiefungen aufweisen, in welche gepulst gefördertes Polymersubstrat abgegeben wird. Derartige Vertiefungen sind vorgesehen, um zumindest einen Teil der Form der Polymerpartikel zu beeinflussen, da sich die von der Leitungseinheit gepulst abgegebenen Volumina des Polymersubstrats an den Vertiefungen abformen Die in den Vertiefungen ausgehärteten Polymerpartikel werden in einen Sammelbehälter überführt. Die Oberfläche der Vertiefungen kann eine Antihaft-Beschichtung, beispielsweise eine Polytetrafluorethylen- (PTFE-) Beschichtung aufweisen, um eine Ablösung zu erleichtern.

Die formgebenden Vertiefungen können auf einer Walze angeordnet sein. Dabei kann die Walze mit den Vertiefungen einer Austragsöffnung so zu geordnet sein, dass erzeugte Polymerpartikel in schmelzflüssiger Form in die Vertiefungen abgelegt werden können. Nachdem die Vertiefungen entlang einer Reihe befüllt sind, dreht sich die Walze um einen festgelegten Winkel weiter, bevor eine weitere Abgabe von schmelzflüssigem Polymersubstrat in die Vertiefungen der Walze erfolgt. Die in den Vertiefungen der Walze abgeformten Polymerpartikel werden entformt und fallen beispielsweise in einen unter der Walze angeordneten Sammelbehälter oder werden beispielsweise mit einem Rakel von der Oberfläche der Walze abgestreift und gelangen derart in den Sammelbehälter.

Zum Sammeln der Polymerpartikel nach dem Abstreifen durch den Einzelrakel kann auch eine elektrostatisch aufgeladene Oberfläche zum Einsatz kommen, welche die Polymerpartikel aufnimmt. Der Einsatz einer derartigen elektrostatisch aufgeladenen Oberfläche ist auch in anderen Ausgestaltungsvananten der Erfindung zur Aufnahme der Polymerpartikel denkbar, welche nachfolgend beispielsweise beim Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Polymerpartikeln abgestreift und portioniert werden können.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Aufnahmekomponente eine Einrichtung zur thermischen Behandlung von erzeugten Polymerpartikeln aufweisen. Eine solche Einrichtung kann einen Heizstrahler aufweisen, welcher entlang einer Fallstrecke für erzeugte Polymerpartikel angeordnet ist, um eine Wärmestrahlung auf die erzeugten Polymerpartikel einwirken zu lassen. Eine derartige thermische Behandlung kann vorgesehen sein, um die Formgebung und Aushärtung der erzeugten Polymerpartikel zu beeinflussen, bevor diese einen Sammelbehälter erreichen. Gemäß einer Ausgestaltung kann die Einrichtung zur thermischen Behandlung eine Mikrowellenstrahlenquelle aufweisen, mit welcher Mikrowellenstrahlung auf erzeugte Polymerpartikel gerichtet werden kann. Die thermische Behandlung kann weiterhin eine Temperierung in Form einer Kühlung umfassen, wobei eine solche Einrichtung Mittel zum Kühlen, wie beispielsweise einen Kühlgasstrom, bereitstellt.

Die Vorteile der Vorrichtung zur Herstellung von Polymerpartikeln liegen insbesondere in der Möglichkeit zur:

- hochfrequenten Herstellung von Polymerpartikeln mit definierten Parametern (Volumen, Masse), also Partikel einer Größenklasse,

- kostengünstigen Herstellung einer großen Anzahl an Polymerpartikeln,

- Festlegung der Anzahl der herzustellenden Polymerpartikel und

- einfachen AnpassungA/ariation der Form der herzustellenden Polymerpartikel.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Polymerpartikeln sind alle derzeit üblichen thermoplastischen Kunststoffe verarbeitbar. Darüber hinaus ist die Vorrichtung auch für einen Einsatz mit biologisch abbaubaren Materialien, wie beispielsweise Polymersubstraten aus PLA (Polylactide) und PCL (Polycaprolacton), geeignet.

Die Vorrichtung beziehungsweise Werkzeugmaschine zur Herstellung von Polymerpartikeln aus einem Polymersubstrat weist eine hohe statische, dynamische und thermische Steifigkeit auf, um entsprechende Parameter wie Partikelmasse, Partikelform, Partikeldurchmesser und Partikelvolumen bei der Herstellung der Polymerpartikel durch die Vorrichtung einhalten zu können. Konstruktiv ist die Vorrichtung derart ausgelegt, dass die thermische Symmetrieebene am Düsenende, also an der Austragsöffnung, liegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eingerichtet zur Herstellung von monodispersen Polymerpartikeln, bei welchen die Größe und die Form der Partikel einstellbar und kontrollierbar ist. Ferner kann eine die Partikelform beeinflussende thermische Nachbehandlung der Partikel vorgesehen sein.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von Polymerpartikeln. Das Verfahren ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar. Demzufolge kann die Vorrichtung zum Herstellen von Polymerpartikeln für einen Polymerpartikelstandard eingesetzt werden.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Herstellen von Polymerpartikeln, insbesondere Mikropolymerpartikeln, mit einer vorgegebenen Partikelform und einer vorgegebenen Partikelgröße, wobei die Polymerpartikel durch Vertropfen eines Polymersubstrats mittels einer Düse oder durch Abscheren eines durch eine Austragsöffnung der Düse geförderten Polymerstrahls des Polymersubstrats bereitgestellt werden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: In einem ersten Schritt wird ein Polymersubstrat in einer schmelzflüssigen Form bereitgestellt. Dabei wird ein zunächst festes Polymersubstrat durch Temperierung und/oder durch den Einfluss einer Druckkraft in eine fließfähige, schmelzflüssige Form überführt. In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird das schmelzflüssige Polymersubstrat vertropft, um vereinzelte Polymerpartikel zu erzeugen, wobei die Partikelform und Partikelgröße durch eine Kontrolle des Tropfenvolumens und der Tropfenabgabegeschwindigkeit gesteuert werden. Der Vorgang des Vertropfens kann beispielsweise durch eine gepulste Förderung des schmelzflüssigen Polymersubstrats unterstützt werden, wobei eine gepulste Förderung durch die Austragsöffnung eine Abtrennung von einzelnen Tropfen bewirkt. Dabei können das Tropfenvolumen und die Tropfenabgabegeschwindigkeit durch die Einstellung der Fördergeschwindigkeit, durch die Frequenz der Pulse und die Größe des Öffnungsquerschnitts der Austragsöffnung beeinflusst werden.

Alternativ kann als zweiter Schritt ein kontinuierlich geförderter Polymerstrahl des schmelzflüssigen Polymersubstrats abgeschert werden, um vereinzelte Polymerpartikel zu erzeugen, wobei die Partikelform und Partikelgröße durch eine Kontrolle der Abscherbreite und Abschergeschwindigkeit des Polymerstrahls in Abhängigkeit einer Fördergeschwindigkeit des Polymerstrahls des schmelzflüssigen Polymersubstrats gesteuert werden. Infolge des wiederholten Abscherens des kontinuierlich geförderten Polymerstrahls werden einzelne Polymerpartikel erzeugt. Die Abscherbreite entspricht der Länge eines von dem kontinuierlich geförderten Polymerstrahl abgescherten Polymerpartikels.

Als dritter Schritt ist ein Aufnehmen der vereinzelten Polymerpartikel in einen Behälter vorgesehen, wobei dieser Schritt mit weiteren Verfahrensschritten zur Nachbehandlung der erzeugten Polymerpartikel verbunden sein kann. Während oder nach der Erzeugung der Polymerpartikel wird die Anzahl der bereitgestellten Polymerpartikel überprüft. Die Überprüfung der Polymerpartikelanzahl ist vorgesehen, um einen Polymerpartikelstandard mit einer konkreten Polymerpartikelanzahl zu erhalten.

Die Überprüfung der Anzahl der bereitgestellten Polymerpartikel kann optisch beziehungsweise mit einer optischen Zähleinrichtung erfolgen. Hierzu kann ein zusätzlicher apparativer Aufbau erforderlich sein, welcher als Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet sein kann. Zur Überprüfung der Anzahl und der Größe kann auch die Verwendung einer Laserbeugungs- Partikelgrößenanalyse vorgesehen sein. Eine einfachere Möglichkeit zur Überprüfung der Anzahl der erhaltenen Polymerpartikel besteht in der Erfassung von Frequenzen von Komponentenbewegungen der erfindunsgemäßen Vorrichtung, welche zur Vereinzelung des schmelzflüssigen Polymersubstrats eingesetzt wird. So kann die Anzahl der Polymerpartikel alternativ oder zusätzlich anhand der Anzahl der durch das Vertropfen oder das Abscheren ausgeführten Vereinzelungen des bereitgestellten schmelzflüssigen Polymersubstrats überprüft werden. Konkret kann die Anzahl der erzeugten Polymerpartikel anhand der ausgeführten Pulse bei einer gepulsten Förderung des Polymersubstrats abgeleitet werden.

Das Vertropfen des fließfähigen Polymersubstrats in einzelne Polymerpartikel kann durch Einwirkung von vertikalen mechanischen Schwingungen auf das fließfähige Polymersubstrat in einem Bereich von 10 Hz bis 400 Hz erfolgen. Die Schwingungen können mit einer Fördereinrichtung erzeugt werden, welche einen Filamentvorschub für ein Polymersubstratfilament aufweist. Dabei kommt ein Polymersubstratfilament zum Einsatz, welches im Bereich des Filamentvorschubs fest ist und an einer Austragsöffnung der Düse in der schmelzflüssigen Form vorliegt. Zur Schwingungserzeugung wird das Polymersubstratfilament mittels eines Rollenvorschubs vor- und zurückbewegt. Alternativ können die Schwingungen mit einem Piezoelement erzeugt werden. Die vertikalen mechanischen Schwingungen bewirken einen Ausstoß definierter Volumina des schmelzflüssigen Polymersubstrats an der Austragsöffnung der Düse. Infolge eines Schwingungsimpulses reißt ein Tropfen ab, welcher ein Polymerpartikel bildet. Somit kann die Anzahl der erzeugten Polymerpartikel anhand der Anzahl an vollständig durchgeführten Schwingungen gemäß einer Vorgabe überprüft werden. Anhand der Anzahl der auszuführenden Schwingungen kann die Anzahl der für den Polymerpartikelstandard zu erzeugenden Polymerpartikel vorgegeben werden. Dabei kann angenommen werden, dass eine ausgeführte Schwingung einem erzeugten Polymerpartikel entspricht.

Die Anzahl der pro Schwingung ausgetragenen Tropfen kann durch die Verwendung von Düsen mit mehr als einer Austragsöffnung beeinflusst werden. Pro Schwingung können somit mehrere Tropfen und somit mehrere Polymerpartikel erzeugt werden. Vorteilhaft erfolgt die gleichzeitige Herstellung einer konkreten Anzahl von Polymerpartikeln unter identischen Verfahrensbedingungen, so dass die erzeugten Polymerpartikel eine im Wesentlichen gleiche Form und Größe aufweisen. Die Partikelgröße und die Partikelform werden durch die Kontrolle des Tropfenvolumens und der Tropfenabgabegeschwindigkeit gesteuert. Das Tropfenvolumen ist durch den Öffnungsquerschnitt der Austragsöffnung und den Schwingungshub der vertikalen mechanischen Schwingungen der Düse einstellbar. Die die Partikelform beeinflussende Tropfenabgabegeschwindigkeit kann durch die Schwingungsgeschwindigkeit beeinflusst werden.

Wichtig ist, dass zur Bereitstellung von im Wesentlichen gleichen Polymerpartikeln eines Polymerpartikelstandards gleichbleibende Verfahrensbedingungen gelten.

Zur Vereinzelung des Polymersubstrats kann alternativ ein Abscheren eines Polymerstrahls des schmelzflüssigen Polymersubstrats vorgesehen sein. Dabei wird der Polymerstrahl infolge einer kontinuierlichen Förderung des schmelzflüssigen Polymersubstrats durch die Austragsöffnung der Düse erzeugt. Zum Abscheren von einzelnen Partikeln kann eine Rakel über die Austragsöffnung der Düse geführt werden. Die Rakel wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Fördergeschwindigkeit des Polymerstrahls über die Austragsöffnung bewegt, wobei die Partikelform und die Partikelgröße in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Rakels und der Fördergeschwindigkeit des Polymerstrahls beeinflusst werden kann. Dabei kann die Anzahl der Polymerpartikel anhand der Anzahl der ausgeführten Rakelbewegungen vorgegeben und überprüft werden, um eine konkrete Partikelanzahl an Polymerpartikeln für den Polymerpartikelstandard zu erhalten.

Alternativ kann die Abscherung des Polymerstrahls des schmelzflüssigen Polymersubstrats mit einem gepulsten Gasstoß aus einer Gasdüse erfolgen. Eine solche Gasdüse kann an der Austragsöffnung der Düse angeordnet sein, um einen Gasstoß möglichst quer auf den Polymerstrahl zu richten. Der gezielte Gasstoß führt zu einer Unterbrechung des Polymerstrahls, so dass einzelne Polymerpartikel gebildet werden. Dabei kann die Anzahl der Polymerpartikel anhand der Anzahl der Gasstöße überprüft oder eingestellt werden, um eine konkrete Partikelanzahl an Polymerpartikeln für den Polymerpartikelstandard zu erhalten.

Die Bereitstellung des schmelzflüssigen und damit fließfähigen Polymersubstrats kann durch Erwärmung des Polymersubstrats allein oder in Verbindung mit einer Druckkrafteinwirkung erfolgen. Es kann daher vorgesehen sein, dass das Polymersubstrat, aus welchem die Polymerpartikel des Polymerpartikelstandards bereitgestellt werden, erwärmt wird und zusätzlich einer Druckkraft ausgesetzt wird, wobei der erhöhte Druck eine Schmelzverflüssigung des Polymersubstrats begünstigt. Es kann ferner vorgesehen werden, dass das Polymersubstrat zur Bereitstellung des schmelzflüssigen Zustandes des Polymersubstrats ausschließlich einer Druckkraft ausgesetzt wird, ohne dass eine Temperierung erforderlich ist. Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass das Polymersubstrat extrudiert wird, um das Polymersubstrat in die schmelzflüssige Form zu überführen.

Die Polymerpartikel des Polymerpartikelstandards können aus einem Polymersubstrat, ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polycaprolacton (PCL), Polylactide (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Acrylnitril- Styrol-Acrylat-Copolymer (ASA), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), hergestellt werden. Das Polymersubstrat, welches als Grundlage für die Herstellung der Polymerpartikel des Polymerpartikelstandards dient, kann auch aus einer Mischung der aufgezählten Polymere bestehen. Für die Herstellung des Polymerpartikelstandards können Polymersubstrate mit unterschiedlichen Zusammensetzungen von konkreten Anteilen von Polymeren bereitgestellt werden.

Die Polymerpartikelstandards werden mit Polymerpartikeln hergestellt, welche im Wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen. Ein Durchmesser der erzeugten Polymerpartikel kann zwischen 0,02 mm und 2,0 mm eingestellt werden. Als Mikropolymerpartikel werden im Sinne der Erfindung Polymerpartikel mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm verstanden.

Bei der Herstellung der Polymerpartikelstandards kann vorgesehen werden, dass die erzeugten Polymerpartikel nach dem Vertropfen oder Abscheren unmittelbar temperiert, beispielsweise gekühlt werden. Vorzugsweise erfolgt eine Temperierung der erzeugten Polymerpartikel unterhalb der Glasübergangstemperatur des verwendeten Polymersubstrats beziehungsweise der als Polymersubstrat verwendeten Polymerspezies oder Polymerspezieszusammensetzung. Dabei kann vorgesehen werden, dass die erhaltenen Polymerpartikel bei einer Temperatur kleiner -18 °C vorzugsweise bei einer Temperatur kleiner als -50 °C temperiert werden, um die gebildete Form infolge der Erstarrung der erzeugten Polymerpartikel zu fixieren.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erzeugten Polymerpartikel nach dem Vertropfen oder Abscheren unmittelbar einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Dies kann vorgesehen sein, um die Formgebung der gebildeten Polymerpartikel zu beeinflussen.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die erhaltenen Polymerpartikel nach dem Vertropfen oder Abscheren entlang einer vorgegebenen Fallstrecke in den Behälter fallen. Die Falldauer entlang der Fallstrecke kann zur Abkühlung und Beeinflussung der Form der erzeugten Polymerpartikel dienen. Entlang der Fallstrecke kann die zuvor erwähnte Temperierung vorgesehen sein. So kann ein Teil der Fallstrecke zum Erwärmen der erzeugten Polymerpartikel oder zum Halten einer vorgegebenen Temperatur der erzeugten Polymerpartikel vorgesehen sein. Beispielsweise kann diese Temperatur im Bereich einer Schmelztemperatur des eingesetzten Polymersubstrats liegen. Ein weiterer Teil der Fallstrecke kann zum Kühlen der erzeugten Polymerpartikel unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des eingesetzten Polymersubstrats vorgesehen sein. Entlang der Fallstrecke können daher Temperierungszonen vorgesehen sein, entlang welchen die fallenden, erzeugten Polymerpartikel einem Temperaturgradienten ausgesetzt sind. Als obere Grenztemperatur eines Temperaturgradienten kann eine Schmelztemperatur des eingesetzten Polymersubstrats eingestellt werden, wobei die untere Grenztemperatur des Temperaturgradienten einer Glasübergangstemperatur des eingesetzten Polymersubstrats entspricht. Die thermische Behandlung der erzeugten Polymerpartikel entlang der Fallstrecke kann zur Beeinflussung der Form oder der Formgebung der erzeugten Polymerpartikel eingesetzt werden.

Die erhaltenen erzeugten Polymerpartikel können in eine Flüssigkeit aufgenommen werden, welche sich in dem Behälter befindet. Die Flüssigkeit kann temperiert sein.

Die Form der erzeugten Polymerpartikel kann sphärisch, tropfenförmig, kubisch oder zylindrisch sein. Auch unregelmäßige Formen der Polymerpartikel können Bestandteil des Polymerpartikelstandards sein, wenn diese so hergestellt werden. Die Form der Polymerpartikel kann zusätzlich zu den bereits genannten Einflussgrößen Frequenz bei der Vertropfung und Fördergeschwindigkeit des Polymerstrahls bei der Abscherung sowie Abschergeschwindigkeit oder Gasstoßgeschwindigkeit zum Abscheren, durch die Form der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung der Düse beeinflusst werden.

Verwendung einer vorgegebenen Anzahl von aus einem Polymersubstrat nach dem vorstehenden Verfahren hergestellten Polymerpartikeln als Polymerpartikelstandard für Polymerpartikelanalyseverfahren. Insbesondere ist eine Verwendung solcher Polymerpartikelstandards in der Polymerpartikelanalytik von Umweltproben vorgesehen. Eine Verwendung von aus einer vorgegebenen Anzahl Polymerpartikel bereitgestellte Polymerpartikelstandards kann ferner vorgesehen sein in der Durchflusszytometrie, Raman-Spektroskopie, Raman-Mikroskopie, Laserbeugungs-Partikelgrößenanalyse, FT-IR, DSC, Pyrolyse-GC/MS oder Thermal-Extraction-Desorption-GC/MS (TED-GC/MS).

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Schnittdarstellung einer Ausgestaltung einer Leitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2: eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Leitungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3: die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit mit einem Einzelrakel einer Aufnahmekomponente,

Fig. 4: die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit mit einem Mehrfachrakel einer Aufnahmekomponente,

Fig. 5: die mit Figur 1 gezeigte Leitungseinheit mit einem Mehrfachrakel einer Aufnahmekomponente in einer alternativen Ausgestaltung,

Fig. 6: die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit mit einer Gasdüse einer Aufnahmekomponente und

Fig. 7: die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit mit einer rotierbaren Walze einer Aufnahmekomponente.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausgestaltung einer Leitungseinheit 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Leitungseinheit 1 ist Teil einer in der Figur 1 nicht dargestellten Bereitstellungskomponente, welche neben der Leitungseinheit 1 noch Mittel zur Bevorratung und zum Transport eines Polymersubstrats aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Leitungseinheit 1 einen rohrförmigen Abschnitt und einen sich in Richtung einer Austragsöffnung 2 verjüngenden düsenförmigen Abschnitt auf. Die Austragsöffnung 2, welche an einer Düsenöffnungsseite 3 ausgebildet ist, weist einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,02 mm bis 0,2 mm auf. Die Düsenöffnungsseite 3 weist eine ebene Oberfläche auf, in welcher die Austragsöffnung ausgebildet ist.

Die Leitungseinheit 1 weist mehrere erste Kanäle 5 auf, welche im Wandmaterial der Leitungseinheit 1 umlaufend ausgebildet sind. Die ersten Kanäle 5 sind Bestandteil einer fluidführenden Temperiereinheit (nicht gezeigt). Die ersten Kanäle 5 sind mit einer von der Temperiereinheit bereitgestellten, erwärmten Flüssigkeit durchströmbar und bilden eine Heizzone 4 am düsenförmigen Abschnitt der Leitungseinheit 1 . Die Heizzone 4 ist vorgesehen, um ein in diesem Bereich der Leitungseinheit 1 befindliches Polymersubstrat 8 so zu erwärmen, dass es geschmolzen wird und in dieser schmelzflüssigen Form über die Austragsöffnung 2 ausgegeben werden kann.

Weiterhin weist die Leitungseinheit 1 mehrere im Wandmaterial umlaufend ausgebildete zweite Kanäle 7 auf, welche einer Kühlzone 6 zugeordnet sind. Die Kühlzone 6 erstreckt sich entlang des rohrförmigen Abschnitts der Leitungseinheit 1. Die zweiten Kanäle 7 sind ebenfalls Bestandteil der fluidführenden Temperiereinheit. Die zweiten Kanäle 7 sind von einem Kühlmittel durchströmbar, welches von der Temperiereinheit mit der gewünschten Temperatur bereitgestellt wird, um die Leitungseinheit 1 im Bereich der Kühlzone 6 zu kühlen. Dies kann erforderlich sein, um ein in diesem Bereich in der Leitungseinheit 1 befindliches Polymersubstrat 8 zu kühlen. Das Kühlen verhindert eine Verflüssigung des Polymersubstrats 8, so dass es im festen Zustand verbleibt, auch wenn der Druck in Richtung der Austragsöffnung 2 erhöht wird. Die Kanäle 5 und 7 können so ausgebildet sein, dass entlang der Leitungseinheit 1 in Richtung der Austragsöffnung 2 ein Temperaturgradient erzeugt wird.

Der Innendurchmesser der Leitungseinheit 1 im Bereich der Kühlzone 6 entspricht dem Außendurchmesser eines in Vorschubrichtung 9 zugeführten Polymersubstrats 8 oder der Innendurchmesser der Leitungseinheit 1 ist minimal größer als der Außendurchmesser des Polymersubstrats 8, insbesondere unter Beachtung einer zu erwartenden Wärmeausdehnung des noch nicht geschmolzenen Polymersubstrats 8. Im gezeigten Beispiel wird das Polymersubstrat 8 in Form eines festen Polymersubstratfilaments eingesetzt. Dieses Filament, welches als Rohmaterial für die Herstellung von Polymerpartikeln dient, kann mit einem Filamentvorschub einer nicht dargestellten Fördereinheit in die Leitungseinheit 1 zugeführt werden. Gegenüber der Innenwandung der Leitungseinheit 1 hat das Polymersubstratfilament 8 eine selbstabdichtende Wirkung. Im festen Zustand dient das Polymersubstratfilament 8 als Kolben, welcher mit einer nicht dargestellten Fördereinheit in Richtung der Austragsöffnung 2 bewegbar ist. Die Vorschubrichtung ist mit dem Pfeil 9 gekennzeichnet. Der dabei ausgeübte Druck wirkt auf das in der Heizzone 4 schmelzverflüssigte Polymersubstrat 8, so dass das schmelzverflüssigte Polymersubstrat 8 durch die Austragsöffnung 2 austreten kann. Durch einen kontinuierlichen Vorschub des Polymersubstratfilaments 8 kann ein kontinuierlicher Polymersubstratstrahl erzeugt werden, welcher über die Austragsöffnung 2 austragbar ist.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Leitungseinheit 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Leitungseinheit 1 , weist die in Figur 2 gezeigte Leitungseinheit 1 mehrere in der Ebene der Düsenöffnungsseite 3 ausgebildete Austragsöffnungen 2 auf. Die Austragsöffnungen 2 können in einer Reihe oder in einer Matrix angeordnet sein. Es ist anzumerken, dass die Figuren rein schematisch und nicht maßstabsgerecht sind. Die Anzahl der Austragsöffnungen 2 kann in Abhängigkeit der Dimensionierung der Leitungseinheit 1 variieren. Im Sinne der Erfindung ist eine große Anzahl an Austragsöffnungen 2 bevorzugt, um eine hohe Polymerpartikelanzahl zu erhalten.

Die Leitungseinheit 1 weist mehrere erste Kanäle 5 auf, welche um laufend im Wandmaterial der Leitungseinheit 1 ausgebildet sind. Dabei sind die ersten Kanäle 5 der Heizzone 4 zugeordnet, welche sich im düsenförmigen Abschnitt der Leitungseinheit 1 befindet. Die ersten Kanäle 5 sind mit einem von der Temperiereinheit bereitgestellten Fluid durchströmbar, um diesen Bereich in der Leitungseinheit 1 zu erwärmen und dort befindliches Polymersubstrat 8 durch einen Wärmeeintrag zu schmelzen beziehungsweise zu verflüssigen.

Weiterhin weist die Leitungseinheit 1 mehrere im Wandmaterial umlaufend ausgebildete zweite Kanäle 7 auf, welche einer Kühlzone 6 zugeordnet sind. Die Kühlzone 6 erstreckt sich entlang des rohrförmigen Abschnitts der Leitungseinheit 1. Die zweiten Kanäle 7 sind ebenfalls Bestandteil einer fluidführenden Temperiereinheit. Die zweiten Kanäle 7 sind von einem Kühlmittel durchströmbar, welches von der Temperiereinheit mit der gewünschten Temperatur bereitgestellt wird, um die Leitungseinheit 1 im Bereich der Kühlzone 6 zu kühlen.

Auch in der Ausgestaltung der Figur 2 dichtet das Polymersubstrat 8 im Bereich der Kühlzone 6 zur Innenwandung der Leitungseinheit 1 ab und kann von der Fördereinheit als Kolben innerhalb der Leitungseinheit 1 genutzt werden. Der Kolben drückt auf das in der Heizzone 4 verflüssigte Polymersubstrat 8, wodurch das schmelzverflüssigte Polymersubstrat 8 durch die Austragsöffnungen 2 der Leitungseinheit 1 aus der Leitungseinheit 1 in einer Vorschubrichtung 9 herausgedrückt wird. Derart können mehrere parallele Polymerströme an den Austragsöffnungen 2 der Leitungseinheit 1 erzeugt werden. Mit dieser mehrere Austragsöffnungen 2 aufweisenden Mehrfachdüse kann ein Rakel oder eine Klinge genutzt werden, um die durch die Austragsöffnungen 2 austretenden Polymerströme in einzelne Polymerpartikel zu teilen. Weiter alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Luftstrom die durch die Austragsöffnungen 2 austretenden Polymerströme in einzelne Polymerpartikel teilt.

Die Figur 3 zeigt die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit 1 mit einem Einzelrakel 10 einer Aufnahmekomponente.

Die in der Figur 3 dargestellte Leitungseinheit 1 entspricht der in Figur 1 gezeigten Leitungseinheit 1 , weshalb auf eine wiederholende Beschreibung der einzelnen Komponenten verzichtet und auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen wird.

An der Düsenöffnungsseite 3 der Leitungseinheit 1 ist ein zu einer Aufnahmekomponente zugehöriger Einzelrakel 10 dargestellt. Dieser Einzelrakel 10 ist über die Ebene der Düsenöffnungsseite 3 der Leitungseinheit 1 in den mit dem Doppelpfeil dargestellten Bewegungsrichtungen 11 bewegbar. Infolge der Hin- und Her-Bewegung des Einzelrakels 10 ist ein über die Austragsöffnung 2 der Leitungseinheit 1 ausgegebener Polymersubstratstrahl in einzelne Polymerpartikel trennbar. Der Einzelrakel 10 bewirkt eine Abscherung von Polymerpartikeln an der Austragsöffnung 2.

Die so hergestellten Polymerpartikel sind in einem nicht dargestellten Sammelbehälter aufnehmbar. Es solcher Sammelbehälter ist Bestandteil der Aufnahmekomponente.

Nicht dargestellt ist eine Steuerkomponente, mit welcher die Bewegungsgeschwindigkeit des Einzelrakels 10 in Abhängigkeit des Fördervolumens des Polymersubstrats 8 als Polymersubstratstrahl durch die Austragsöffnung 2 steuerbar ist.

Der Einzelrakel 10 ist ebenfalls in Kombination mit der in Figur 2 dargestellten Ausgestaltung der Leitungseinheit 1 einsetzbar. Die Figur 4 zeigt die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit 1 mit einem Mehrfachrakel 12 einer Aufnahmekomponente.

Die in der Figur 4 dargestellte Leitungseinheit 1 entspricht ebenfalls der in Figur 1 gezeigten Leitungseinheit 1 , weshalb auf eine wiederholende Beschreibung der einzelnen Komponenten verzichtet und auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen wird.

An der Düsenöffnungsseite 3 der Leitungseinheit 1 ist ein zu einer Aufnahmekomponente zugehöriger Mehrfachrakel 12 dargestellt. Dieser Mehrfachrakel 12 umfasst vier in der Bewegungsrichtung 11 rotierende Rakel 12.1 , welche gleichmäßig an einer rotierenden Rakel-Welle angeordnet sind.

Infolge der Rotation des Mehrfachrakels 12 streifen die einzelnen Rakel 12.1 über die Düsenöffnungsseite 3 der Leitungseinheit i , wodurch ein über die Austragsöffnung 2 ausgegebener Polymersubstratstrahl in einzelne Polymerpartikel geteilt wird. Bei Bedarf kann der Mehrfachrakel 12 axial oder radial bewegt werden, um beispielsweise einen definierten Abstand zur Düsenöffnungsseite 3 der Leitungseinheit 1 beziehungsweise zur Austragsöffnung 2 einzuhalten.

Die hergestellten Polymerpartikel können in der Aufnahmekomponente in einem nicht dargestellten Sammelbehälter aufgenommen werden. Die Polymerpartikel, die Aufnahmekomponente sowie der Sammelbehälter sind in der Figur 4 nicht dargestellt.

Die in der Figur 4 dargestellte Leitungseinheit i kann mit ihrer Längsachse horizontal ausgerichtet sein. Derart werden die Polymerpartikel beispielsweise von dem sich von oben nach unten über die Düsenöffnungsseite 3 bewegenden Rakeln 12.1 getrennt und in einem unterhalb angeordneten Sammelbehälter der Aufnahmekomponente aufgenommen. In einer alternativen Ausführung weist die Aufnahmekomponente ein nicht dargestelltes Flüssigkeitsbad auf, in welches die gebildeten Mikropolymerpartikel hineinfallen können.

Optional kann ein Abstreifer 13 angeordnet sein, welcher die von den Rakeln 12.1 vereinzelten Mikropolymerpartikel, welche noch an den Rakeln 12.1 haften, abstreift und in einen Sammelbehälter überführt.

Nicht dargestellt ist eine Steuerkomponente, mit welcher die Rotationsgeschwindigkeit des Mehrfachrakels 12 in Abhängigkeit des Fördervolumens des Polymersubstrats 8 durch die Austragsöffnung 2 steuerbar ist.

Der Mehrfachrakel 12 ist ebenfalls in Kombination mit der in Figur 2 dargestellten Ausgestaltung der Leitungseinheit 1 einsetzbar.

Die Figur 5 zeigt die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit 1 mit einem Mehrfachrakel 12 einer Aufnahmekomponente in einer alternativen Ausgestaltung.

Die in der Figur 5 dargestellte Leitungseinheit 1 entspricht der in Figur 1 gezeigten Leitungseinheit 1 , weshalb auf eine wiederholende Beschreibung der einzelnen Komponenten verzichtet und auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen wird.

Der Düsenöffnungsseite 3 der Leitungseinheit 1 ist ein zu einer Aufnahmekomponente zugehöriger Mehrfachrakel 12 zugeordnet. Dieser Mehrfachrakel 12 umfasst beispielsweise zwei in der Bewegungsrichtung 11 horizontal rotierende Rakel 12.2. Die Rotorachse des Mehrfachrakels 12 ist parallel zur Längsachse der Leitungseinheit 1 ausgerichtet.

Die hergestellten Polymerpartikel werden in der Aufnahmekomponente in einem nicht dargestellten Sammelbehälter aufgenommen. Die Polymerpartikel, die Aufnahmekomponente sowie der Sammelbehälter sind in der Figur 5 nicht oder nicht vollständig dargestellt.

Die Figur 6 zeigt die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit 1 mit einer Gasdüse 14 als Bestandteil einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in der Figur 6 dargestellte Leitungseinheit 1 entspricht der in Figur 1 gezeigten Leitungseinheit 1 , weshalb auf eine wiederholende Beschreibung der einzelnen Komponenten verzichtet und auf die Beschreibung zur Figur 1 verwiesen wird.

Im Unterschied zu den in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Trenneinheiten, welche Rakel zur Trennung eines kontinuierlichen Polymerstroms einsetzen, ist bei dieser Ausgestaltung eine Gasdüse 14 neben der Austragsöffnung 2 so angeordnet, dass ein Gasstrom beziehungsweise Gasstoß auf einen aus der Austragsöffnung 2 austretenden Polymerstrahl gerichtet ist. Die Gasdüse 14 kann in einem Winkel 15 zu dem von der Austragsöffnung 2 abgegebenen kontinuierlichen Polymerstrom angeordnet sein. Dieser Winkel 15 wird zwischen einer Längsachse der Leitungseinheit 1 und einer Richtung des aus der Gasdüse 14 austretenden Gasstroms gebildet. Der Winkel 15, welcher in einem Bereich zwischen 45° und 90° liegen kann, liegt im Beispiel der Figur 6 bei etwa 70°.

Die Gasdüse 14 ist als Bestandteil der Trenneinheit mit gepulster oder kontinuierlicher Polymersubstratförderung einsetzbar.

Die Figur 7 zeigt die in Figur 1 gezeigte Leitungseinheit 1 mit einer rotierbaren Walze 16 einer Aufnahmekomponente. Die rotierbare Walze 16 ist der Austragsöffnung 2 so zugeordnet, dass gepulst geförderte, vereinzelte Polymerpartikel von der Austragsöffnung 2 auf die Oberfläche der rotierbaren Walze 16 abgelegt werden können. Dabei ist der rotierbaren Walze 16 ein Abstreifer 17 zugeordnet, mit welchem auf der rotierbaren Walze 16 abgelegte Polymerpartikel abstreifbar sind. Erzeugte Polymerpartikel können separat auf die rotierbare Walze 16 abgelegt werden, wobei die rotierbare Walze 16 jeweils um einen vorgebebenen Winkelschritt in Pfeilrichtung rotiert. Zum Lösen von erzeugten, abgelegten Polymerpartikeln ist der Abstreifer 17 vorgesehen, welcher infolge der Walzenrotation über die Walzenoberfläche streift. Dabei ist dem Abstreifer 17 ein nicht dargestellter Sammelbehälter zugeordnet, in welchem die abgelösten Polymerpartikel gesammelt beziehungsweise aufgenommen werden.

Die rotierbare Walze 16 kann vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 °C bis 60 °C temperiert werden.

Diese Ausgestaltung der Aufnahmekomponente ist mit einer wie in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung einer Düse mit mehreren Austragsöffnungen 2 kombinierbar.

Bezugszeichenliste

1 Leitungseinheit

2 Austragsöffnung

3 Düsenöffnungsseite

4 Heizzone

5 erste Kanäle

6 Kühlzone

7 zweite Kanäle

8 Polymersubstrat

9 Polymervorschubrichtung

10 Einzelrakel

11 Bewegungsrichtung

12 Mehrfachrakel / Rakel-Welle

12.1 Rakel

12.2 Rakel

13 Abstreifer

14 Gasdüse

15 Winkel

16 rotierbare Walze

17 Abstreifer