聚对苯二甲酸乙二醇酯固相聚合的方法

摘要

一种PET固相聚合的方法，包括以下步骤：在惰性气氛下对固有粘度在0.60－0.80dl/g之间的细碎PET材料进行加热，同时所述PET材料在与被加热到至少200摄氏度的壁接触的状态下以薄的、湍流的、动态层的形式流动，从而获得平均固有粘度高于或等于0.85dl/g的PET材料；有益的是，借助于涡轮加热器(T)实施上述方法，其中所述涡轮加热器(T)包括圆筒形的管状主体(1)，其装备有加热套(4)、进口(5)和出口(6)以及可转动地被支撑在其内侧的装有叶片的转子(7)。

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)固相聚合的方法，尤其是来自被单独收集的固态废物(诸如空的矿泉水瓶和饮料瓶等)的PET的固相聚合的方法。

尤其是，本发明涉及一种由具有高可变性、低固有粘度的PET(诸如来自被单独收集的碎片的瓶子等的PET)，获得具有高的固有粘度因而适于用在后续的挤压和模塑过程中的PET的方法。

背景技术

目前，由被单独收集的固态废物重新回收的PET制成的空瓶子和其他产品经过洗涤、切削和研磨操作，获得或多或少的细薄片或粉末产品，然后它们以低的百分比被加入初始混合物中的纯PET中，以便通过传统的挤压方法制造瓶子。然而，通过这样的操作，最终获得的容器的机械性能比那些通过纯PET所获得的容器的机械性能差。

已知通过对苯二甲酸与乙二醇之间的反应及后续的聚合制成的PET，对于瓶子和类似容器的挤压过程来说其聚合程度是不够的。通过测量固有粘度来评估聚合程度，对于聚合反应器所排出的PET来说，其固有粘度为大约0.60-0.63dl/g。

为了增大固有粘度，从而增大PET的聚合程度，根据已知的技术，依据所需要的固有粘度，接着在220摄氏度的氮氛围下在炉中实施固相聚合并且持续几个小时。

已知对由单独收集的废物所获得的空瓶子的PET(以下为了简便起见称其为“使用过的PET”或“消费后PET”)进行改善的方法。根据该已知方法，已经被洗涤和研磨的、固有粘度值在大约0.60-0.80dl/g的使用过的PET首先经受制粒过程。所获得的小球接着经受固相聚合，这意味着以高于200摄氏度的温度在惰性气氛中在炉里对小球加热约12至20小时。

然而，很显然，就能量消耗和时间消耗来说，这种方法非常昂贵，并且它还意味着要进行不连续操作。该方法的缺点通过欧洲专利申请EP0856537中所描述的方法而部分地被克服，所述方法直接对薄片或粉末状的、使用过的PET进行固相聚合，而不需要之前的制粒步骤。

然而，根据该方法，其包括预加热薄片或粉末状PET的步骤和两个固相聚合的步骤，该方法利用固有粘度为0.60-0.80dl/g的、使用过的PET进行大约3、5小时的操作获得平均固有粘度至少为0.85dl/g的PET。

根据EP0856537的方法，尽管比已知方法快，但是存在操作不连续的缺点，因为它总是使用炉子或类似装置。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种用于PET固相聚合的方法，尤其是对于使用过的PET的固相聚合的方法，该方法比已知方法快，并且允许连续进行操作。

根据本发明，利用包括以下步骤的方法解决上述问题：

在惰性气氛下对固有粘度在0.60-0.80dl/g之间的细碎PET材料进行加热，同时所述PET材料在与被加热到至少200摄氏度的壁接触的状态下以薄的、湍流的、动态层的形式流动，从而获得平均固有粘度高于或等于0.85dl/g的PET材料。

来自被单独收集的废物的、预先被研磨的PET材料可有益地被用作初始PET材料。

传统上，根据本发明的方法可借助被称为涡轮加热器的装置来实施，其中所述涡轮加热器包括圆筒形的管状主体，其装备有加热套并且在相对的端部处被端板封闭，所述管状主体还装备有进口和出口，并具有可转动地被支撑在其内侧的同轴的装有叶片的转子。在这种情况下，根据本发明的方法包括以下步骤：

将固有粘度在0.60和0.80dl/g范围之间的细碎PET材料的连续流输送到上述涡轮加热器中，所述涡轮加热器的壁的温度在至少200摄氏度；

将惰性气体的连续流同向地输送到涡轮加热器中；

使PET材料流经受以每分钟至少200转的速度转动的装有叶片的转子的机械作用，结果上述材料相对被加热的壁产生离心作用，从而，确定上述材料的固相聚合以及所述材料向着出口的传送；

连续地排放平均固有粘度在至少0.85dl/g的PET产品流。

优选的是，输送到涡轮加热器中的惰性气体是氮气，有可能是经过加热的。

装有叶片的转子的旋转速度优选在200至1500rpm的范围内。

进入涡轮加热器的PET材料流的流动速率大致在150至400kg/h的范围内，惰性气体流的流动速率在200至400Nm³/h的范围内。

所述壁的温度优选保持在大约240至260摄氏度，PET材料在涡轮加热器中的平均驻留时间一般在30秒至2分钟的范围内。

用在根据本发明的方法中的细碎PET材料可以是未经过固相聚合的纯PET，或者所述细碎PET材料可通过对来自被单独收集的固态废物的PET材料进行研磨而获得。

从以上可以注意到，通过根据本发明的方法所提供的相对于现有技术的主要优点在于：时间非常短(是若干分钟，而不是若干小时)，并且能够连续操作，因此能够增加小时生产量。

并且，通过使用上述的涡轮加热器，根据本发明的方法的特征在于非常适度的能量消耗。

参考附图，通过对本发明的一个实施例的描述，根据本发明的方法的另一些优点和特征将更加清楚，其中本发明的实施例以示例性、非限定性例子的形式被给出，附图示意性地示出了用于实施本发明的装置。

具体实施方式

参考附图，用于PET固相聚合的装置包括涡轮加热器T。

涡轮加热器T(例如通过VOMM Impianti e Processi of Rozzano(I-Milano)公司制造的)主要包括圆筒形管状主体l，在其相对端部处被端板2，3封闭，并且装备有同轴加热套4，例如透热性油等流体将流过所述同轴加热套4。

管状主体1具有用于薄片或粉末状PET材料的进口5以及用于已经经过固相聚合处理的产品的出口6。

在管状主体1中，装有叶片的转子7被可转动地支撑。该转子的叶片8螺旋地排列和取向，以便产生离心作用，同时使经过处理的产品向着出口前进。电动机M以200至1500rpm的速度旋转转子7，优选以400-600rpm的速度旋转转子7。

考虑到可能的技术原因，显然涡轮加热器能够具有多于一个的进口。

固有粘度在0.60至0.80dl/g范围之间的用过的、薄片或粉末状PET材料通过进口5被连续地输送到涡轮加热器T中，同时供以同向的氮气流。PET材料从进入涡轮加热器开始就相对被加热的内壁9通过转子叶片产生离心作用，同时借助于上述叶片的螺旋方向，PET材料向着出口6传送。

由于PET材料的薄的、动态的、湍流的、管状层的形成，其中材料的颗粒吸收大量能量，所述能量包括由高速旋转的装有叶片的转子的作用所提供的机械能形式的能量，以及涡轮加热器T的被加热的内壁所提供的热能形式的能量，PET材料在几秒或几分钟内经受固相聚合。该聚合获得与通过已知技术中的不连续方法所获得的实体相同的实体，就反应时间来说两种技术的差别是显著的。

在干燥机中驻留大约30至120秒之后，固有粘度高于或等于0.85并且温度一般大于200摄氏度的PET产品被连续排出。

例子

通过使用上述示例性装置以及通过本发明的方法，来自被单独收集的城市固态废物的预先被研磨、洗涤和干燥并且固有粘度为0.60至0.65dl/g的PET材料被连续地输送到涡轮加热器T中，流速为300kg/h，同时供以同向的氮气流，氮气的流速为600Nm³/h。

壁9的温度保持在大约250摄氏度，而装有叶片的转子7的旋转速度保持恒定，为500rpm。

在涡轮加热器T中经过45秒的平均驻留时间之后，氮气流和平均固有粘度为0.90dl/g的最终粉末状产品流(T＝200摄氏度)被连续排出。