更好地處理無定形PET邊角料

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的聚合物，如果想對這些無定形PET邊角料進行回收利用，要面臨的主要挑戰(zhàn)是如何進行合理干燥，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。但事實上，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的聚合物，當(dāng)其在運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行預(yù)干燥。PET在熔融加工過程中對水極其敏感，會因為干燥不充分而與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，進而影響其物理性能。

為了避免水解，PET供應(yīng)商強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)該嚴格遵循：

1．干燥溫度：148.9～176.7 ℃；

2．干燥空氣的露點：-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干燥溫度進行干燥，因為此干燥溫度只適用于預(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，這是因為當(dāng)無定形的片料加熱時，它們確實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，團塊或團聚都是很小的，可能總共兩、三個粒子。這些小的團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)生的邊角料量要遠遠超過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。