文/ Pete Stoughton

更好地處理無(wú)定形PET邊角料

文/ Pete Stoughton

無(wú)論是吹塑成型PET瓶子還是擠出APET片材，在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生無(wú)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(duì)這些無(wú)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(shí)水解反應(yīng)的發(fā)生。

當(dāng)加工商們接收到“純PET”時(shí)，這些材料會(huì)是一種半結(jié)晶的狀態(tài)，這可以通過(guò)粒料呈現(xiàn)出的乳白色來(lái)證實(shí)。但事實(shí)上，純PET是無(wú)色的，其乳白色的外觀是由于材料結(jié)晶造成的，這會(huì)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(huì)離開(kāi)熔融相反應(yīng)器并被切碎成圓柱狀的、小的透明粒料，此時(shí)的PET是100%的無(wú)定形態(tài)。而在其生產(chǎn)過(guò)程的最后階段里或最后階段之前，透明的無(wú)定形粒料會(huì)通過(guò)高溫加熱進(jìn)行結(jié)晶，在此期間，PET會(huì)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(shí)，聚合物鏈將開(kāi)始折疊起來(lái)，并在內(nèi)部形成大量的晶體，粒料的表面也將開(kāi)始軟化或與相鄰的粒料熔融、粘附。

當(dāng)溫度超過(guò)其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，PET表面將重新硬化且不會(huì)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(huì)破碎在結(jié)晶過(guò)程中形成的團(tuán)塊，并保持物料的自由流動(dòng)。這種類型的結(jié)晶被稱為“熱定形結(jié)晶”，發(fā)生在無(wú)定形PET被加熱到某個(gè)高溫時(shí)。

PET是一種吸濕性非常強(qiáng)的聚合物，當(dāng)其在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中暴露于大氣時(shí)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(guó)大部分地區(qū)的典型氣候條件下，PET的水分含量可能會(huì)達(dá)到0.2%～0.3%。

在加工PET時(shí)碰到的最主要的問(wèn)題之一是在熔融加工之前需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)干燥。PET在熔融加工過(guò)程中對(duì)水極其敏感，會(huì)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(huì)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(shí)間：4～6 h。

圖中通過(guò)3種透明的無(wú)定形PET碳酸軟飲料瓶胚展示了無(wú)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(lái)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(guò)程中產(chǎn)生的邊角料時(shí)，最主要的挑戰(zhàn)之一是干燥邊角料。此時(shí)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(wèn)題也由此而生，兩種邊角料都是無(wú)定形的，當(dāng)無(wú)定形PET加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，它們將開(kāi)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(guò)程，有兩種可能的方法來(lái)解決干燥回收的無(wú)定形PET邊角料時(shí)遇到的難題：

1. PET瓶的生產(chǎn)：PET瓶胚是無(wú)定形的且吹瓶會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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(shù)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(huì)有粘連的問(wèn)題。

但要注意的關(guān)鍵是，無(wú)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(wú)定形的片料加熱時(shí)，它們確實(shí)會(huì)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(shí)，團(tuán)塊或團(tuán)聚都是很小的，可能總共兩、三個(gè)粒子。這些小的團(tuán)聚物可以自由地通過(guò)干燥料斗，不會(huì)引起流動(dòng)中斷。

2.片材擠出和APET容器熱成型：上述針對(duì)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(guò)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(guò)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(shí)添加了不符合質(zhì)量控制要求的整卷片材，這一過(guò)程中產(chǎn)生的邊角料總量會(huì)很容易超過(guò)總產(chǎn)量的50%。

當(dāng)APET邊角料超過(guò)生產(chǎn)線總產(chǎn)量的15%時(shí)，處理大量無(wú)定形邊角料的唯一可行方法是先對(duì)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(huì)熔融或粘附在一起。