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        更好地處理無定形PET邊角料

        2016-02-09 05:33:13PeteStoughton
        現(xiàn)代塑料 2016年11期
        關(guān)鍵詞:邊角料粒料無定形

        文/ Pete Stoughton

        更好地處理無定形PET邊角料

        文/ Pete Stoughton

        無論是吹塑成型PET瓶子還是擠出APET片材,在生產(chǎn)過程中都會產(chǎn)生無定形的邊角料。作為一種吸濕性非常強(qiáng)的聚合物,如果想對這些無定形PET邊角料進(jìn)行回收利用,要面臨的主要挑戰(zhàn)是如何進(jìn)行合理干燥,以避免熔融加工時水解反應(yīng)的發(fā)生。

        當(dāng)加工商們接收到“純PET”時,這些材料會是一種半結(jié)晶的狀態(tài),這可以通過粒料呈現(xiàn)出的乳白色來證實(shí)。但事實(shí)上,純PET是無色的,其乳白色的外觀是由于材料結(jié)晶造成的,這會導(dǎo)致進(jìn)入粒料的光發(fā)生分散,從而顯示為白色。

        在生產(chǎn)PET的第一階段,材料會離開熔融相反應(yīng)器并被切碎成圓柱狀的、小的透明粒料,此時的PET是100%的無定形態(tài)。而在其生產(chǎn)過程的最后階段里或最后階段之前,透明的無定形粒料會通過高溫加熱進(jìn)行結(jié)晶,在此期間,PET會被攪拌,以防止粘附或熔融在一起。當(dāng)被加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(約76.7~93.3 ℃)時,聚合物鏈將開始折疊起來,并在內(nèi)部形成大量的晶體,粒料的表面也將開始軟化或與相鄰的粒料熔融、粘附。

        當(dāng)溫度超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,PET表面將重新硬化且不會再軟化,除非溫度達(dá)到其熔融溫度(232.2~260 ℃)。一旦粒料的表面重新變硬,劇烈的攪拌就會破碎在結(jié)晶過程中形成的團(tuán)塊,并保持物料的自由流動。這種類型的結(jié)晶被稱為“熱定形結(jié)晶”,發(fā)生在無定形PET被加熱到某個高溫時。

        PET是一種吸濕性非常強(qiáng)的聚合物,當(dāng)其在運(yùn)輸和儲存過程中暴露于大氣時很容易吸收水分。此類材料將持續(xù)從大氣中吸收水分,直至達(dá)到與周圍空氣平衡的狀態(tài)為止。在加拿大和美國大部分地區(qū)的典型氣候條件下,PET的水分含量可能會達(dá)到0.2%~0.3%。

        在加工PET時碰到的最主要的問題之一是在熔融加工之前需要對其進(jìn)行預(yù)干燥。PET在熔融加工過程中對水極其敏感,會因?yàn)楦稍锊怀浞侄c留在聚合物中的殘留水分發(fā)生反應(yīng)。這種水解反應(yīng)會破壞一些聚合物鏈,降低聚合物的特性黏度,進(jìn)而影響其物理性能。

        為了避免水解,PET供應(yīng)商強(qiáng)烈建議在熔融加工之前,將PET預(yù)干燥至最后水分含量為0.003%~0.005%。所有PET材料供應(yīng)商建議的干燥參數(shù)都非常重要,應(yīng)該嚴(yán)格遵循:

        1.干燥溫度:148.9~176.7 ℃;

        2.干燥空氣的露點(diǎn):-28.9 ℃或更低;

        3.干燥時間:4~6 h。

        圖中通過3種透明的無定形PET碳酸軟飲料瓶胚展示了無定形PET粒料和不透明的PET結(jié)晶粒料的區(qū)別(上)。這些瓶子隨后將進(jìn)行注射拉伸吹塑(下)。值得注意的是,瓶胚和瓶子邊角料不應(yīng)該在通常的PET干燥溫度下進(jìn)行干燥(圖片來自Plastic Technologies公司)

        再結(jié)晶PET邊角料

        在回收由PET瓶或熱成型APET片材容器加工過程中產(chǎn)生的邊角料時,最主要的挑戰(zhàn)之一是干燥邊角料。此時切記,為了避免水解反應(yīng)的發(fā)生,材料供應(yīng)商建議在熔融加工之前將PET預(yù)干燥至最后水分含量為0.003%~0.005%,且要在148.9~176.7 ℃的環(huán)境下干燥。但問題也由此而生,兩種邊角料都是無定形的,當(dāng)無定形PET加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,它們將開始軟化,形成粘連,造成干燥料斗中物料流的中斷。

        根據(jù)具體過程,有兩種可能的方法來解決干燥回收的無定形PET邊角料時遇到的難題:

        1. PET瓶的生產(chǎn):PET瓶胚是無定形的且吹瓶會產(chǎn)生一個低水平的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶,因此瓶胚和瓶子邊角料不應(yīng)該以通常的PET干燥溫度進(jìn)行干燥,因?yàn)榇烁稍餃囟戎贿m用于預(yù)結(jié)晶的PET樹脂。但是,加工商可以將較小百分比(5%~10%,甚至15%)的瓶胚和/或瓶子邊角料與結(jié)晶純粒料進(jìn)行混合,干燥此種混合物不會有粘連的問題。

        但要注意的關(guān)鍵是,無定形邊角料必須占小百分比,且必須和結(jié)晶材料完全混合,這是因?yàn)楫?dāng)無定形的片料加熱時,它們確實(shí)會軟化并與相鄰的片料或粒料粘連,但是如果與其相鄰的絕大多數(shù)粒料都是結(jié)晶純粒料時,團(tuán)塊或團(tuán)聚都是很小的,可能總共兩、三個粒子。這些小的團(tuán)聚物可以自由地通過干燥料斗,不會引起流動中斷。

        2.片材擠出和APET容器熱成型:上述針對PET瓶子的方法在APET片材、容器的生產(chǎn)中也能發(fā)揮作用。但是,APET容器生產(chǎn)中所產(chǎn)生的邊角料量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過PET瓶子生產(chǎn)所產(chǎn)生的邊角料。片材的裁邊可能占到產(chǎn)量的3%,而片卷骨架可能超過50%,這取決于所生產(chǎn)的容器形狀(方形容器比圓形或橢圓形容器能更緊密地嵌套在一起)。如果臨時添加了不符合質(zhì)量控制要求的整卷片材,這一過程中產(chǎn)生的邊角料總量會很容易超過總產(chǎn)量的50%。

        當(dāng)APET邊角料超過生產(chǎn)線總產(chǎn)量的15%時,處理大量無定形邊角料的唯一可行方法是先對其進(jìn)行再結(jié)晶,這樣它們可以在更高的干燥溫度(148.9~176.7 ℃)下干燥,且在干燥料斗中不會熔融或粘附在一起。

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