用於製造塑料綑紮帶的聚對苯二甲酸乙二醇酯碎片的在線固態聚合的製作方法
2023-04-25 23:35:21
專利名稱：用於製造塑料綑紮帶的聚對苯二甲酸乙二醇酯碎片的在線固態聚合的製作方法
這項專利申請是Donald Van Erden等人於1997年2月3日申請的美國專利申請第08/794,538號的部分繼續申請，該專利申請題為「INLINE SOLID STATE POLYMERIZATION OF PETFLAKES FOR MANUFACTURING PLASTIC STRAP(用於製造塑料綑紮帶的PET碎片的在線固態聚合)」。
本發明一般地涉及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料的固態聚合(SSP)方法，以及用這種方法生產的材料，更具體地說，涉及用過的和沒用過的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料的固態聚合(SSP)方法，一種特別適合製造高性能綑紮帶的方法，以及用這種方法生產的高性能的綑紮帶。
現在已經能夠從材料回收站獲得用過的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，它們主要是來自塑料軟飲料瓶。但是，這種材料呈現比較低且不純一的(即寬分布的)特性粘度(IV)值，而且這種特徵已經妨礙了這種PET材料直接用於生產實際上需要比較高的純一特性粘度(IV)值的產品，如高性能的塑料綑紮帶。在上述的美國專利申請第08/794,538號中所揭示的發明的發現之一是PET材料的特性粘度(IV)值的這種不純一性(即比較寬的分布)事實上不對這種高性能綑紮帶的生產產生不利影響，而且本發明進一步定義在將這種PET材料加工成高性能塑料綑紮帶時使用的PET原材料的特性粘度(IV)參數(即值)。
按照現有的處理技術，PET材料(無論是用過的還是沒用過的)最初都被粉碎成碎片和碎塊，然後將這些碎片和碎塊擠塑成顆粒。因為各種各樣的軟飲料瓶是由不同的公司用呈現不同的IV值的不同材料製造的，所以經粉碎的PET材料具有比較低IV值而且分布範圍比較寬。該IV值通常在0.60-0.80g/dl範圍內。按照現有的處理技術，人們進一步認為為了用這種用過的PET材料製作高性能產品(如高性能的塑料綑紮帶)，在固態處理之後該材料必須呈現(即達到)比較高的IV值和比較窄的IV值分布範圍，所以該處理在開始固態聚合之前需要以碎片造粒作為初始步驟。然後，在PET顆粒經歷固態聚合(SSP)時，這些顆粒將升高其IV值並呈現比較高的IV值和比較窄的IV值範圍，然後用這種得到增強的顆粒生產高性能產品，如高性能綑紮帶。
如上所述，按照現有的處理技術，現有技術的PET材料固態聚合(SSP)是從幾何形狀一致的顆粒開始的。但是，為了生產所需的綑紮帶，現有技術的顆粒固態聚合(SSP)需要相當長的時間(即約12至19小時)才能完成，而且人們在美國專利申請第08/794,538號所揭示的發明之前並未意識到片狀和塊狀PET材料的不均勻混合物不必經過最初的造粒就能夠以快得多的方式(即大約只需顆粒材料固態聚合所需時間的1/4)直接通過固態聚合達到與現有技術造粒所達到平均IV值相同的或更高的平均IV值。
更具體地說，人們認為按照現有技術的教導，IV值分布寬的碎片不能直接固態化並且必須首先造粒才能達到「適合」生產高性能綑紮帶的狀態。在這種環境中，術語「適合」意味著該材料不僅呈現比較高的平均IV值，而且該材料還呈現比較窄的IV值範圍。顆粒的固態聚合傾向於導致，事實上也確實導致材料呈現狹窄的IV值範圍，該範圍被本領域技術人員看作是製作高性能產品必不可少的。但是，現有技術最終獲得的綑紮帶呈現不超過0.90g/dl的平均IV值。與上述的現有技術相反，人們發現按照在上述的美國專利申請第08/794,538號中揭示的處理技術製作的高性能綑紮帶呈現高於0.90g/dl的平均IV值。所以，按照在上述的美國專利申請第08/794,538號中體現的發明的教導有可能以經濟的方式並作為不經過最初的造粒直接從壓成片狀的材料經歷固態聚合的結果利用IV值分布比較寬的PET材料大批量製造高性能的塑料綑紮帶。
現有技術還被以美國專利第3,767,601(Knox)號所揭示的那種類型的固態聚合處理予以說明，其中廢PET的固態聚合不需要最初的造粒步驟。但是，與上述類型現有技術一樣，作為原材料與Knox專利所揭示的方法結合使用的廢PET薄膜是從製造PET薄膜的生產線上收集的，其特徵是特性粘度(IV)比較低而且分布範圍非常狹窄，例如0.50-0.55g/dl。但是，與Knox專利的教導相反，按照本發明的教導，原材料具有寬得多的特性粘度值分布或離散度，例如在0.6-0.8g/dl範圍內，以及象0.90g/dl那樣高，或者更具體地說，在不同原材料或不同類型的原材料之間特性粘度(IV)值的差異至少是(或大於)0.05g/dl，可能至少是0.1g/dl，而且原材料的特性粘度(IV)值的差異範圍可以是0.10-0.30g/dl。
因此，本發明的一個目標是尋找一種能夠重新使用用過的和其它形式的PET的通用方法，所以本發明提供一種經過改進的在線固態聚合(SSP)新方法，這種方法將提高這種PET材料的IV值，以使PET碎片能夠被利用，隨後被加工成高性能的塑料綑紮帶。
本發明的另一個目標是提供一種將PET碎片加工成高性能綑紮帶的經過改進的固態聚合(SSP)新方法，藉此使碎片的固態聚合比現有的造粒技術處理快。
本發明的第三個目標是提供一種將PET碎片加工成高性能綑紮帶的經過改進的固態聚合(SSP)新方法，例如，該方法可以充分利用用過的PET軟飲料瓶，包括比較厚的或塊狀的瓶頸部分，因為這些瓶頸部分被輥壓成比較薄的片狀，從而有效地改進了這部分的幾何形狀，以便經歷更有效的固態聚合。
上述的和其它的目標是這樣實現的，即依據本發明的教導通過提供一種直接將用過的PET碎片材料轉變成特性粘度(IV)平均值比較高的材料，藉此使最終獲得的材料可以在製造所需的產品(如高性能綑紮帶)中使用。高性能綑紮帶呈現增強的焊接強度。鑑於焊接強度往往是綑紮產品中的薄弱環節這一事實，焊接強度是至關重要的。就常規的或現有技術的高性能綑紮帶而言，焊接強度等於綑紮帶抗張強度的50％被認為是正常的。但是，作為依據本發明進行處理的結果，所生產的綑紮帶的抗張強度以及焊接強度的比例百分數與常規的或現有技術的高性能綑紮帶相比可以提高大約30％。通常，抗張強度增加時，焊接強度百分比下降，但是，本發明的方法不僅保持焊接強度，而且實際上提高了焊接強度百分比。本發明的方法不僅生產焊接強度至少為50％的綑紮帶，而且能夠生產焊接強度高達80％的綑紮帶。這些綑紮產品特徵有助於在技術上澄清「高性能」綑紮到底意味著什麼。
按照本發明的方法，這種創新方法是從獲取包含PET的用過的和沒用過的材料開始的。這些材料可以從回收綑紮帶或材料的場所獲得，而且這些材料具有比較寬的初始IV值分布或離散度，例如在0.60g/dl至0.80g/dl之間，以及象0.90g/dl那樣高，更具體地說，在不同的原材料或不同類型的原材料之間特性粘度(IV)值的差異至少是(或大於)0.05g/dl，可能至少是0.1g/dl，而且可能在0.10-0.30g/dl範圍內。這種PET材料通常包含各種各樣的雜質，如PVC。
然後，將PVC和PET材料粉碎成不均勻的碎片和碎塊的混合物，並且將這些PET和PVC碎片和碎塊置於烘箱或預熱器中，在大約270-350°F下預熱大約3.5-4小時。作為這個預熱處理步驟的結果，PET材料被乾燥，從中除去了分子水，而PVC碎片和碎塊變成棕色。將PET和棕色的PVC材料從烘箱或預熱器中取出並讓它們通過一對壓平輥，這對壓平輥通常對碎片不起作用但將碎塊壓成碎片狀態。藉助對顏色敏感的攝像機裝置或設備將棕色的PVC碎片或碎片狀的碎塊除去。隨後，準備讓除去了PVC碎片的PET碎片進入固態聚合的第一階段，即將該PET碎片放入料鬥並在無氧和有氮氣的條件下加熱，直到它們達到420°F至430°F之間的溫度為止。
在用大約1小時或更多的時間經歷固態聚合第一階段之後，這些碎片準備進入固態聚合的第二階段，即將經過加熱的PET碎片從料鬥中取出、放入沒有氧氣存在而有氮氣存在的儲艙中。將這些碎片加熱到大約425°F並在該儲艙中保持大約4小時。
一旦所述碎片完成固態聚合的第一和第二階段，所獲得的PET材料的IV值就已經增加到至少0.90g/dl以上，甚至高達1.50g/dl，平均IV值大約為0.95g/dl。然後，讓IV值已被提高的PET碎片通過適當的擠塑機完成擠塑，以便生產高性能的綑紮帶。所以，藉助本發明的方法生產的綑紮帶，即利用直接經歷固態聚合的PET碎片生產的綑紮帶可以包括呈現良好的抗張強度、焊接強度和連接強度特徵的高性能綑紮帶，其中所用PET碎片不必再經歷造粒中間過程就已達到大約為0.95g/dl的平均IV值以及在0.90g/dl至1.50g/dl範圍內的IV值分布。此外，固態聚合所需要的時間僅僅是現有技術處理PET材料顆粒所需時間的幾分之一。由於本發明有利於大大縮短處理時間，在SSP處理期間可以有更長的駐留時間，所以能夠經濟地生產IV值和特徵性能(即抗張強度和焊接強度)更高的材料。
結合附圖從下面的詳細介紹可以更全面地了解本發明的各種其它目標、特徵和優點，在附圖中相同的參考符號始終代表相同的即對應的零部件。其中
圖1A-1C是說明本發明的PET碎片處理方法各個步驟的流程圖；圖2是本發明的固態聚合階段的氮氣循環部分的流程圖，包括用於清除HCl的防護床；以及圖3說明原材料中PET材料的含量和特性粘度(IV)與不同條件下所獲得的各種材料之間的關係。
現在參照附圖1A，用過的和沒用過的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料是從一個或多個不同的來源(包括材料回收場所)收集到的，並且這些材料經過共混形成不均勻的混合物。除了包含或包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)之外，該混合物通常還包含各種各樣的其它物質(即雜質)，如PVC、聚丙烯、聚乙烯、紙等，按照本發明，在PET材料的固態聚合期間不希望有這些物質存在。因此，以用過的PET材料為主要成分、以用過的PVC材料和其它雜質為次要成分的不均勻的混合物首先被粉碎成碎片和碎塊，以使這些成分或組分適合按照下一個代表本發明特徵的處理步驟進行進一步的處理。這些碎片和碎塊分別來源於(例如)軟飲料的塑料瓶的瓶壁和瓶頸，其中瓶頸部分(即碎塊)比瓶壁部分(即碎片)厚實。然後，讓這些材料經歷浮選分離處理，這種處理的作用是藉助堆積密度將聚乙烯、聚丙烯和任何紙材料與PET材料分開，藉此聚乙烯、聚丙烯和紙材料成分浮在浮選裝置的頂部而PET材料沉在浮選裝置的底部。
按照上述處理步驟進行過初步處理的PET材料具有相當寬的特性粘度(IV)值範圍，事實上該範圍從比較低的IV值(大約0.60g/dl)延伸到比較高的IV值(大約0.80g/dl)，平均的初始IV值大約為0.70g/dl，如圖3中曲線A所示。形成這種比較寬的IV值分布範圍的原因之一是軟飲料的塑料瓶是由不同的飲料瓶製造商用不同的材料製造的。還應當進一步理解PET的初始混合物可能依據該材料的具體來源具有不同於上述數值的IV值。例如，有可能使用回收的材料而不是使用以IV值比較低為特徵的軟飲料塑料瓶，換言之，使用回收的高性能綑紮帶，這些綑紮帶既可以是通過現有的處理技術製作的，也可以是藉助本發明的處理技術製造的並且可以呈現0.90g/dl或更高的IV值的那種綑紮帶。在任何情況下，人們都將體會到初始材料可能是並且通常是十分不同的而且包括特性粘度(IV)值彼此至少相差0.05g/dl並可能彼此至少相差0.10-0.30g/dl(換言之彼此的差異介於0.10和0.30g/dl之間)的材料。人們應當進一步理解按照本發明的各種教導由IV值分布比較寬(例如0.60-0.80g/dl，而且高達0.90)且平均IV值比較低(例如0.70g/dl)的不均勻的混合物生產用圖3所示曲線B說明的IV值分布比較寬(例如0.70-1.50g/dl)且平均IV值比較高(例如0.95g/dl)的材料是可能的。
當然，精確的曲線和材料的結果或特徵將取決於最初輸入的材料特徵以及具體的處理參數，因此，圖3中的曲線C和D說明IV值分布比較寬廣且具有不同的平均IV值的兩種最終材料，即採用不同的駐留時間生產的不同的材料。所以，應當理解，事實上按照代表本發明的處理技術和參數僅僅通過減少材料在處理過程中的駐留時間就可以製造經固態聚合(SSP)處理的最終材料，該材料具有平均IV值(例如大約0.80-0.85g/dl)並且適合製造呈現當前按常規可接受的質量和性能特徵的高性能綑紮帶。因此，就具體應用而言事實上不需要超高性能的綑紮帶(按照代表本發明特徵的各種處理技術還能製造平均IV值達到1.15g/dl的綑紮帶)時，可以更迅速、更經濟地製造呈現按常規可接受的平均IV值的高性能、高抗拉強度和焊接強度的綑紮帶。
繼續參照圖1A，在聚乙烯、聚丙烯和紙材料或雜質已從加載物料或各批物料中分離出來之後，將PET和PVC碎片物料置於適當的預熱罐或烘箱中，以便經歷預熱階段。在預熱罐或烘箱中，PET和PVC物料被加熱到大約270°F-352°F的溫度水平並持續大約3.5至4.0小時的時間周期。預熱階段的目的基本上是乾燥碎片物料從中除去分子水以及使PVC變成棕色。將經過預熱的物料(包括棕色的PVC物料)從預熱罐或烘箱中取出並且朝一對壓平輥輸送。
這對壓平輥允許瓶壁碎片不受幹擾地通過輥隙，但是瓶頸碎塊被壓平。通過將比較厚的瓶頸碎塊壓平來改變這部分碎塊的幾何形狀，以使壓平的瓶頸碎塊與瓶壁碎片相似。當這些經過輥壓即壓平的瓶頸碎塊隨後被加熱到大約420°F-430°F的固態化溫度(solid stating temperature)時，人們發現這些碎塊傾向於恢復它們自己本來的形狀或構型，但是，由於按照本發明的教導處理這些物料，當這些物料在其固態化期間被加熱到420°F-430°F時，當它們傾向於恢復它們自己本來的形狀或構型時，它們這樣做並且在這些物料塊內形成許多裂紋和裂縫。這些裂紋和裂縫減少了塊內任何一點至其表面區的距離，所以這些經過重新成形形成裂紋或裂縫的原本呈塊狀的瓶頸碎塊的固體狀態本質上類似於原本呈片狀的瓶壁碎片。
在壓平之後，沿著傳送帶輸送碎片和壓平的碎塊並用對顏色高度敏感的攝像機研究它們。這些攝像機能夠分辨棕色的PVC碎片。然後，識別這些棕色PVC的碎片的位置並啟動鼓風機或其它適當的設備將這些棕色的PVC碎片從傳送帶排放到卸料艙。在處理過程的這個點，物料已經除去無用的PVC碎片而得到純化，基本上只由PET碎片組成。給這些棕色的PVC碎片稱重，然後確定與經過預熱的PET碎片重量的關係，並且與通過預熱器的PET和PVC碎片樣品的原始總重量進行比較，藉此確定所有的PVC碎片是否已經全部從準備按照本發明的固態化技術進一步處理的那批PET碎片物料中清除。
重要的是從待進行固態化處理的物料中除去PVC碎片，以防止產生有損壞固態聚合處理設備或裝置傾向的鹽酸(HCl)。此外，如果在經歷固態聚合的物料中有PVC存在，棕色條紋將出現在擠塑薄膜或擠塑材料上，隨後將出現在所生產的綑紮帶中。此外，有PVC物料存在還將導致堵塞擠塑機的熔體過濾零件，而且PVC還有降低經歷固態聚合的碎片的特性粘度(IV)值的傾向。
現在，PET碎片已準備好進入固態聚合處理的第一階段。眾所周知，不同產品或材料的不同厚度特徵或尺寸將影響使物料固態化到預定的IV值所需要的時間，而且正象在上述的相關原始專利申請中所提及的那樣，比較厚的瓶頸碎塊部分的固態化比較薄的瓶壁碎片部分慢。固態聚合的第一階段包括提高PET物料的溫度，而且鑑於碎塊部分或塊狀物料事先已通過壓平或輥壓處理有效地轉變成碎片部分或碎片物料，所以能夠用比較短的時間處理這些瓶壁物料或碎片物料，從而提高處理效率，包括處理流動的碎片物料或瓶壁物料。更具體地說，PET物料堆積在料鬥內，該料鬥提供一個有氮氣擾動的無氧環境。將物料的溫度升高到大約420°F-430°F。碎片連續地向料鬥中堆積並且連續地從料鬥的頂部向料鬥的底部移動，在這段時間裡該物料的IV值略有增加。按照本發明的一個實施方案或實施例，固態聚合的第一階段大約需要1小時。
現在，經過加熱的PET物料已準備好進入固態聚合的第二階段。因此，將這些碎片從預熱料鬥中取出並連續地堆積到一個儲艙中。經過預熱的PET碎片在該儲艙中保持大約4小時的處理時間周期，在此期間碎片從該儲艙的頂部向底部行進並且該儲艙內的溫度水平依據氮氣循環在380°F至425°F範圍內(下面將予以更全面的解釋)。由於這樣的處理，PET碎片的特性粘度(IV)值(最初在大約0.60g/dl至0.80g/dl範圍內，但可能高達0.90g/dl)將大幅度地增加到大約0.95g/dl的平均IV值並且具有IV值的寬分布(例如，如圖3中的曲線B所示，分布在大約0.70g/dl至1.5g/dl的範圍內)，然後，可以將高特性粘度的碎片從該儲艙中取出，直接送到擠塑機，由該擠塑機製造IV值至少為0.90g/dl的高性能綑紮帶。
在固態聚合過程中，形成各種各樣的揮發性有機化合物。例如，乙二醇是由聚酯產生的副產物、乙醛是乙二醇分解的副產物、而鹽酸(HCl)是由於聚氯乙烯(PVC)受熱產生的。在固態聚合的第二階段採用氮氣循環是為了清理該系統，即處理這些汙染物。用圖2可以更全面說明，氮氣循環包括在該儲艙底部提供純淨的氮氣並從該儲艙的頂部抽吸汙染物。氮氣向上流動通過該儲艙和碎片，並且在這樣做時氮氣降低該系統內的分壓並允許汙染物蒸發，藉此使乙醛、乙二醇和鹽酸(HCl)有效地析出並進入氮氣流。在氮氣循環中提供的或使用的氮氣既可以是連續提供的純淨氮氣也可以是來源於該循環並清除了汙染物的氮氣。如果選擇後者，當然能夠重複使用氮氣，這將提供一種更經濟的方法。
可以按照幾種不同的技術或方法清除氮氣中的汙染物。其中之一是通過BEPEX正式提出的乾燥劑法。另一種方法是通過BUHLER研製的氧氣催化法清除廢棄的產物。從氮氣循環中進一步清除鹽酸(HCl)的方法是通過使用石灰袋過濾裝置，該裝置將消除氣流中的HCl。另一種在氮氣循環中清除HCl的方法是引導氣體通過水霧，藉此吸收HCl。進一步的努力可以包括使用鹼性物質防護床，下面將更全面地討論它。
由於幾條理由，清除汙染物(特別是清除HCl)是尤為重要的。在固態聚合的第二階段放出的HCl的量比較少，儘管如此，HCl的存在還可能給本發明的裝置和方法帶來至少兩個方面的問題，即催化活性方面的問題和腐蝕問題，特別是在有或可能有液態水存在的時候。儘管並非確切地了解在實施本發明的方法期間所遇到的HCl使鉑催化劑去活的程度，但是，這種去活作用是眾所周知的。升高溫度可能彌補一些催化劑的去活作用，但這將以增大燒結(即永久性去活)的風險為代價。增大催化床的尺寸也是彌補較低的催化劑活性的一種選擇，但是，這種選擇將增加催化劑成本、降低系統內的壓力以及需要更大的鼓風能力。與腐蝕問題有關的是液態水傾向於吸收通過氣流中的HCl，並且將HCl濃縮到腐蝕速度變成問題的程度。這種情況似乎是在介於冷卻生產液流的冷卻器和吸收床之間的位置上出現的。
按照本發明的教導所設想的各種實施方案，正象在圖2中更具體地展示和前面簡要地介紹的那樣，由於HCl反應引起的催化劑去活和腐蝕問題可以通過利用鹼性物質防護床儘快地清除在本發明的方法中出現的HCl來解決。這種防護床可以添加到BUHLER線中，直接接在催化劑床的前面，或者用另一種辦法，將防護床併入袋艙過濾器組件，直接接在固態流化床的後面。按照另一個實施方案，防護床可以置於袋艙過濾器組件的後面，以避免被PET顆粒堵塞。按照又一個實施方案，比較小的BEPEX設計省略催化劑床，因此，防護床直接安排在固態流化床的後面或袋艙過濾器組件中。按照與安排在袋艙過濾器組件內的防護床結合使用的技術，袋艙過濾器可以用鹼性固體(如氧化鈣、石灰、苛性蘇打或碳酸氫鹽)塗敷，以便中和酸。在這種情況下，常規的濾袋將用本發明的濾袋代替。再者，防護床還可以採用噴灑水或碳酸氫鹽的噴霧艙形式。
繼續參照圖2，還可以將適當的監視器併入生產線(即系統)，以檢測在該系統或該系統的各個處理部件中存在的HCl含量。有時，由於有PVC物料存在，固態流化床內的HCl含量可能上升。簡單的HCl監測可以包括讓少量流體以已知的流速流入安裝在自動滴定單元上的洗滌瓶，並確定為了保持pH值不變所消耗的鹼或鹼性物質的量，藉此提供一種簡捷的測量HCl含量的方法。
由於液態水與HCl或Cl2同時存在時鋼材甚至不鏽鋼都可能以驚人的速度受到腐蝕，所以本發明的裝置可以另選有前途的結構材料(如CPPC、PP或有耐腐蝕塗層的鋼材)構成。在有酸存在時用於BEPEX乾燥處理的13x分子篩將降解也是已知的。因此，為了補償損失的乾燥能力可能不得不使用更大的床。分子篩變質還可能產生粉末。如果發生這種情況，這些粉末可能被帶進PET生產物料和/或堆積在乾燥容器的下端並因此阻礙氣體流動。為了防止發生這種情況，可以在生產設備上提供適當的過濾器，將所產生的粉末物質濾掉並藉此防止粉末物質對PET的汙染，並且可以在設備的底部提供易於出入的出入口，以便於清理該設備。按照另一個實施方案，可以灌入氮氣，在它通過流化床時產生旁路乾燥劑煙塵。在任何情況下，一旦藉助上述方法之一清除汙染物使氮氣得到純化，經過純化的氮氣就可以通過管道送回，從儲艙底部送入，以便經歷另一個氮氣循環。
本發明的方法可以分批式或連續式實施。與本發明的方法有關的重要因素之一是用氮氣清除可能引起不希望的二次反應的揮發性的聚合反應產物，包括乙二醇和其它雜質。例如，如果在預熱階段之後在碎片內還包含20ppm PVC，那麼該碎片將產生HCl並使在固態聚合(SSP)處理的第二階段中用於純化氮氣的乾燥劑降解。因而，由於HCl和乾燥劑之間的反應，乾燥劑不得不每年更換一次以上。
正象前面簡要地介紹的那樣，在碎片分別在固態聚合處理的第一和第二階段通過料鬥和儲艙之後，將碎片產物從固態聚合處理第二階段的儲艙中取出並且以灼熱狀態直接送入生產高性能綑紮帶的擠塑機的餵料料鬥。將灼熱的碎片產物即物料從固態聚合第二階段的儲艙直接送到生產綑紮帶的擠塑機在經濟上是優越的，因為這樣處理將大量熱量儲存在聚合物物料內，因此減少了擠塑每磅聚合物所需要的功率。
鑑於原材料特性粘度(IV)值的多樣性和寬範圍，來源於本發明的方法的產品均勻程度是令人吃驚的。此外，PET碎片的加熱和固態聚合迅速而容易進行，而且沒有在採用顆粒的情況下經常出現的那些諸如聚合物結塊、聚合物粘著處理設備或聚合物降解之類的問題。藉助本發明的方法實現的出乎意料的結果是能夠利用各種各樣初始IV值比較低的物料生產平均IV值比較高的產品。換言之，事實上為了獲得高品質高性能的塑料綑紮帶無論是在經歷固態聚合處理用於製造綑紮帶的原材料中還是在最後的綑紮帶本身中都不需要初值範圍狹窄的IV值。
因此，可以明了的是，本發明的固態聚合處理有利地導致以在物料流動和生產停機時間方面都符合經濟要求的方式生產高性能的綑紮帶，然而依據上述教導顯然本發明可能還有許多改進方案和變型。例如，為了達到所需的特性粘度(IV)值，可以少許改變在本發明的方法中使用的精確的操作參數和程序參數。特性粘度隨著氮氣量增大而增加、隨著固態聚合階段內溫度水平的增高而增加、隨著在固態聚合階段內的駐留時間的延長而增加。業已確定，將碎片預熱到反應溫度的水平將減小有效的固態聚合所必需的儲艙尺寸。此外，業已進一步確定，比較薄的碎片比顆粒或比較厚的碎塊更快地呈現增大的IV值，並且獲得高IV值，而且最重要的是鑑於碎片無論是在固態聚合的第一階段還是在第二階段中都不會變成粘稠的或引起結塊這一事實，碎片(不同於顆粒或碎塊)是最符合要求的。由於氧氣將使聚合物降解和著色，所以無論是在預熱階段還是在固態聚合階段都不添加氧氣，而氮氣是在固態聚合處理中使用的優選氣體，因為它不導致氧氣所引起的副作用，還因為它比較經濟且容易利用。所以，應當理解，在權利要求書的範圍內，本發明可以以不同於本說明書介紹的方式實現。
權利要求
1.一種製作聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料的方法，該方法包括下述步驟收集各種各樣的PET材料，這些材料具有寬廣的特性粘度(IV)值分布，主要分布在0.60至0.80g/dl(而且高達0.90g/dl)範圍內，並且所述收集到的PET材料的所述IV值的差異至少是0.05g/dl；將所述收集到的PET材料共混，並使經過共混的所述PET材料重新形成IV不純一的本質上包括大量不均勻的片狀和塊狀碎片的PET材料混合物；以及直接讓所述IV不純一的PET材料混合物經歷固態聚合(SSP)以便形成一種IV平均值至少為0.85g/dl的不均勻的PET材料。
2.根據權利要求1的方法，其中所述收集到的PET材料的所述IV值的差異至少是0.10g/dl。
3.根據權利要求1的方法，其中所形成的不均勻的PET材料具有至少為0.9g/dl的平均IV值。
4.根據權利要求1的方法，其中所形成的不均勻的PET材料的特性粘度(IV)值在0.9g/dl至1.5g/dl的範圍內。
5.根據權利要求1的方法，進一步包括下述步驟通過將所述塊狀碎片精製成片狀碎片使片狀和塊狀碎片再次形成所述經共混的IV不純一的混合物。
6.根據權利要求5的方法，其中再次形成所述經共混的IV不純一的混合物的步驟包括輥壓由片狀和塊狀碎片組成的所述IV不純一的混合物，以便將所述塊狀碎片壓成片狀碎片。
7.根據權利要求1的方法，進一步包括下述步驟將在所述的收集、共混和再次形成步驟中形成的PET材料的所述IV不純一的混合物中發現的任何PVC顆粒識別出來，並在所述固態聚合之前將所述識別出來的PVC顆粒清除掉。
8.根據權利要求7的方法，其中識別和清除所述PVC顆粒的步驟包括下述步驟將所述的再次形成的IV不純一的混合物加熱到使所述PVC顆粒變成棕色的溫度；以及將所有的所述棕色顆粒從所述的再次形成的IV不純一的混合物中全部清除掉。
9.根據權利要求1的方法，其中所述固態聚合步驟包括下述步驟將氮氣循環合併到所述固態聚合之內；以及將在所述固態聚合步驟的所述氮氣循環階段形成的HCl汙染物清除出去，其方法是在所述氮氣循環期間使氮氣(並包括所述HCl汙染物)通過鹼性物質的防護床。
10.一種製作適合用於製作高性能的塑料綑紮帶的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料的方法，該方法包括下述步驟收集各種各樣的PET材料，這些材料具有寬廣的特性粘度(IV)值分布，主要分布在0.60至0.80g/dl(而且高達0.90g/dl)範圍內，並且所述收集到的PET材料的所述IV值的差異至少是0.05g/dl；將所述收集到的PET材料共混，並使經過共混的所述PET材料重新形成PET材料的IV不純一的混合物，該混合物包括大量的不均勻的片狀和塊狀的碎片；以及直接讓PET材料的所述IV不純一的混合物經歷固態聚合(SSP)以便形成一種IV值至少為0.85g/dl的不均勻的PET材料。
11.根據權利要求10的方法，其中所述收集到的PET材料的所述IV值的所述差異至少是0.10g/dl。
12.根據權利要求10的方法，其中所形成的不均勻的PET材料具有至少為0.9g/dl的平均IV值。
13.根據權利要求10的方法，其中所形成的不均勻的PET材料所具有的特性粘度(IV)值在0.9g/dl至1.5g/dl的範圍內。
14.根據權利要求10的方法，進一步包括下述步驟通過將所述塊狀碎片精製成片狀碎片使片狀和塊狀碎片再次形成所述經共混的IV不純一的混合物。
15.根據權利要求14的方法，其中再次形成所述經共混的IV不純一的混合物的步驟包括輥壓所述的片狀和塊狀碎片的IV不純一的混合物，以便將所述塊狀碎片壓成片狀碎片。
16.根據權利要求10的方法，進一步包括下述步驟將在所述的收集、共混和再次形成步驟中形成的PET材料的所述IV不純一的混合物中發現的任何PVC顆粒識別出來，並在所述固態聚合之前將所述識別出來的PVC顆粒清除掉。
17.根據權利要求16的方法，其中識別和清除所述PVC顆粒的步驟包括下述步驟將所述的再次形成的IV不純一的混合物加熱到使所述PVC顆粒變成棕色的溫度；以及將所有的所述棕色顆粒從所述的經再次形成的IV不純一的混合物中全部清除掉。
18.根據權利要求10的方法，其中所述固態聚合步驟包括下述步驟將氮氣循環合併到所述固態聚合之內；以及將在所述固態聚合步驟的所述氮氣循環階段形成的HCl汙染物清除出去，其方法是在所述氮氣循環期間使氮氣(並包括所述HCl汙染物)通過鹼性物質的防護床。
19.根據權利要求10的方法，進一步包括下述步驟擠塑所述的固態PET材料，以便製作高性能的塑料綑紮帶。
20.根據權利要求19方法，其中由所述的固態PET材料製作的高性能的綑紮帶具有至少為0.90g/dl的IV值。
全文摘要
一種與製作高性能綑紮帶結合使用的製備PET碎片混合物的方法,該方法包括下述步驟:收集用過的和沒用過的具有比較低的特性粘度(Ⅳ)值和比較低的平均特性粘度值的PET材料;通過固態聚合(SSP)處理這些材料以便獲得寬範圍的比較高的特性粘度(Ⅳ)值和比較高的平均特性粘度值。最初收集的材料被粉碎成碎片和碎塊,以便在比較短的時間周期內大幅度提高特性粘度值。
文檔編號C08F2/36GK1272508SQ9912248
公開日2000年11月8日 申請日期1999年11月10日 優先權日1998年11月13日
發明者唐納德·范·愛爾登, 加裡·L·瓦德耐斯, 曼紐爾·C·恩瑞奎斯, 卡爾·G·亞當斯, 詹姆斯·P·內爾森 申請人:伊利諾伊工具公司