P. Niedl， A. Hackl

Starlinger公司 回收技術(shù)部(奧地利)

1 聚酯的升級回收和降級回收

歐盟廢棄物框架指令2008/98/EC將回收定義為“任何將廢棄物再加工成原始用途或其他用途的產(chǎn)品、材料或物質(zhì)的回收操作”。理想情況下，回收的塑料可以像原來的產(chǎn)品一樣重復(fù)使用，例如PET瓶可再次制成PET瓶，因此出現(xiàn)了瓶對瓶回收的概念。除了這種循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念外，工業(yè)上還將回收分為升級回收和降級回收兩種類型。升級回收定義為材料回收后可再用于高端應(yīng)用(本文的升級回收指將回收材料制成聚酯連續(xù)長絲，用于制備汽車座椅、汽車內(nèi)飾及戶外運(yùn)動(dòng)用織物等)。降級回收則定義為材料回收后再用于制備比原來產(chǎn)品價(jià)值低的產(chǎn)品，如聚酯纖維或長絲回收后制成聚酯短纖維，用于制作毛絨玩具、填充材料或室內(nèi)裝飾品等。后文將介紹對PET和聚酯進(jìn)行升級回收，用于再生產(chǎn)聚酯連續(xù)長絲的機(jī)械回收方式。

2 聚酯升級回收的設(shè)備選擇

奧地利Starlinger公司是一家專業(yè)從事聚酯纖維回收的機(jī)械制造商，于1987年開始回收業(yè)務(wù)。Starlinger回收技術(shù)部作為Starlinger公司的一個(gè)業(yè)務(wù)部門，于2002年成立。該業(yè)務(wù)部門在全球共安裝了超過500條不同種類的塑料回收生產(chǎn)線(包括60多家PET瓶對瓶回收工廠)。

在聚酯回收領(lǐng)域，該公司提供兩種主要的回收裝置，裝置類型的選擇主要取決于回收材料的性質(zhì)：如，回收材料是預(yù)先切斷的還是連續(xù)的，是染色的還是白色的，是干燥的還是潮濕的，是單一種類的還是不同來源的混合物?；谶@些選型標(biāo)準(zhǔn)，纖維或長絲要么通過Starlinger公司的動(dòng)態(tài)recoStar裝置回收，這種裝置由于可在其智能進(jìn)料器的制備單元中進(jìn)行回收材料的干燥和混合，因而能處理較高含水量的材料，要么采用通用的recoStar裝置回收，由于該裝置中配備的主動(dòng)式切碎機(jī)可對回收材料進(jìn)行預(yù)先切割，因而通用recoStar裝置可回收處理大塊的材料。表1詳細(xì)列出了根據(jù)材料主要特性選擇回收設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 基于材料特性的回收設(shè)備選擇

3 聚酯升級回收的過濾裝置

除選擇合適的回收裝置外，在聚酯/PET用于制備長絲的回收中，還有2項(xiàng)需求起著重要作用，即熔體過濾和材料特性黏度(IV)的增加。其中，聚酯過濾是一個(gè)核心問題，因?yàn)榛厥詹牧现锌赡芎懈鞣N污染物，如鋁、紙質(zhì)標(biāo)簽、聚氯乙烯(PVC)、凝膠、砂子或玻璃等，需要經(jīng)過過濾精度達(dá)20 μm的過濾后，才能在下游紡絲生產(chǎn)線上加工成長絲。否則，原料中較小的雜質(zhì)將導(dǎo)致纖維斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致長絲生產(chǎn)線停機(jī)?？傮w而言，有多種過濾方式可供選擇，包括采用非常精細(xì)的單活塞或多活塞動(dòng)力反沖式過濾器進(jìn)行過濾，以及采用由前置過濾器和燭型過濾器組成的級聯(lián)裝置進(jìn)行精細(xì)過濾。由于聚酯回收料用于長絲生產(chǎn)時(shí)需要非常精細(xì)的過濾，因此由前置過濾器和后置過濾器組成的級聯(lián)裝置是用于長絲生產(chǎn)回收料過濾的最佳選擇。前置過濾器采用帶反沖功能的活塞式過濾器，過濾面積大，停留時(shí)間短；后置過濾器則采用專為聚酯回收而設(shè)計(jì)的燭型過濾器(圖1)。

圖1 帶有前置和后置過濾器的通用recoStar回收線 (圖片來源：Starlinger公司)

鑒于市售的燭型過濾器產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮了過濾初生聚酯，Starlinger公司開發(fā)出一款專門用于處理回收料的燭型過濾器?？焖贋V筒更換器(RSC，圖2)是一種基于燭型過濾器而設(shè)計(jì)的連續(xù)聚合物過濾器，可容納2， 4， 6或8個(gè)濾筒，根據(jù)過濾精度的不同，過濾輸出量可達(dá)500～4 000 kg/h。RSC采用非織造纖維毛氈作為過濾介質(zhì)，過濾精度可達(dá)15 μm，與使用編織鋼絲網(wǎng)的傳統(tǒng)活塞式過濾器相比，它具有許多優(yōu)點(diǎn)。其中一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是濾筒(即過濾元件)可在20 min內(nèi)完成更換，因此也被稱為快速濾筒更換器，并且在更換其中一個(gè)過濾器的濾芯時(shí)，其他過濾器仍保持工作狀態(tài)。一旦操作者更換完過濾器中的所有濾筒，該過濾器即可恢復(fù)運(yùn)行。

圖2 快速濾筒更換器的更換過濾器濾筒操作 (圖片來源：Starlinger公司)

除了快速更換濾筒外，該過濾器的其他優(yōu)點(diǎn)還包括：設(shè)計(jì)堅(jiān)固牢靠、采用纖維氈作為過濾介質(zhì)帶來的低運(yùn)行成本、過濾器采用無接觸式紅外加熱、較長的運(yùn)行時(shí)間及較低的熔體損失等。在過濾精度達(dá)20 μm的情況下，采用傳統(tǒng)活塞式過濾器過濾的100%回收料在用于紡絲時(shí)，噴絲板的更換周期為1 d甚至更短，而使用RSC后，噴絲板的更換周期可延長至15 d，甚至還可以進(jìn)一步延長。更換周期具體取決于紡絲線生產(chǎn)的纖維的線密度、產(chǎn)品類型及采用的熔體過濾器類型。過濾精度為20 μm時(shí)，快速濾筒更換器與傳統(tǒng)活塞式過濾器過濾壓力隨時(shí)間的變化如圖3所示。由圖3可以看出，快速濾筒更換器的過濾壓力更穩(wěn)定。

圖3 快速濾筒更換器的過濾壓力試驗(yàn) (圖片來源：Starlinger公司)

4 聚酯升級回收中IV的增加

采用回收聚酯制備纖維長絲的第二個(gè)要求是增加聚酯的IV。從本質(zhì)上而言，可用兩種方法來增加回收材料的IV：將纖維與具有更高IV的PET切片混合，或?qū)⒒厥盏木埘ヮw粒置于固相縮聚(SSP)反應(yīng)器中進(jìn)行固相縮聚。根據(jù)回收材料特性的不同，IV的優(yōu)化可能需要下述一個(gè)或多個(gè)步驟完成。

——步驟1：干燥。這是一項(xiàng)基本要求，在回收生產(chǎn)線的預(yù)處理階段進(jìn)行。動(dòng)態(tài)recoStar裝置可以處理含水率高達(dá)30%的材料，采用空氣沖洗機(jī)理，利用擠出機(jī)回用的熱量以熱空氣和/或干燥空氣的形式對材料進(jìn)行干燥。此干燥過程在主動(dòng)式切碎機(jī)(可作為選項(xiàng)添加到回收線上)中進(jìn)行，或者在回收線上的智能進(jìn)料器中進(jìn)行。在通用recoStar裝置上，采用類似的空氣沖洗機(jī)理，通過向裝置的主動(dòng)式切碎機(jī)中吹入干燥空氣的方式，可對低含水率的材料進(jìn)行干燥，以增加材料的IV。

——步驟2：在回收聚酯纖維中添加PET切片。該步驟也屬于預(yù)處理的一部分，PET切片采用“先進(jìn)先出”形式的干燥機(jī)干燥后，再通過側(cè)喂料器直接送入回收裝置的擠出機(jī)中。

——步驟3：在固相縮聚反應(yīng)器中提高IV。該步驟直接針對回收顆粒進(jìn)行操作，因而屬于后處理步驟。采用recoStar固相縮聚反應(yīng)器，在半連續(xù)處理過程中，真空下PET顆粒的IV每小時(shí)可增加0.01～0.03 dL/g。該裝置按照“先進(jìn)先出”的原則設(shè)計(jì)，具有可追溯的單向流動(dòng)性，可進(jìn)行批次控制，并配備能量回收裝置，減少能源浪費(fèi)。

總體而言，所需的IV增加值取決于聚酯纖維和PET切片的初始IV、切片/纖維的混合比例、回收材料的預(yù)干燥程度，以及待生產(chǎn)長絲的目標(biāo)IV。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了PET和聚酯升級回收用于生產(chǎn)聚酯連續(xù)長絲時(shí)的機(jī)械回收方式?；镜幕厥諜C(jī)械裝置取決于回收材料的特性(形狀、顏色、濕度和不同類型纖維的混合)。在聚酯升級回收中，精細(xì)過濾和增加其IV是需解決的關(guān)鍵問題。理想的過濾裝置通常包含前置過濾器和后置過濾器。對于后置過濾器，Starlinger公司開發(fā)出一種專門用于回收材料加工的燭型過濾器。這種過濾器為一種采用非織造纖維毛氈為過濾介質(zhì)的快速濾筒更換器，過濾精度達(dá)15 μm。與使用編織鋼絲網(wǎng)的傳統(tǒng)活塞式過濾器相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)。本文提出了兩種增加回收材料IV的方式：將回收纖維與PET瓶片混合以增大其IV，或在固相縮聚反應(yīng)器中增大回收顆粒的IV。