製造用於食品容器的板材的方法
2023-12-09 05:38:31 2
專利名稱：製造用於食品容器的板材的方法
技術領域：
本發明涉及製造用於食品容器的板材(sheet)的方法，更特別的是，涉及利用由 PET瓶或PET盤製得的回收的PET薄片(flake)製造用於食品容器的板材的方法，其改善了用於食品容器的板材的性能並且使得無殘留乙醛。
背景技術：
近來，由於其優異的機械強度、透明度和高的食品安全以及衛生性，以PET瓶和 PET盤為代表的由PET樹脂製得的容器使用量很大。然而，一旦模塑成容器，PET樹脂就會由於在模塑時的熱量被解聚而切斷分子鏈。低分子量的PET分子由此產生了降低性能。因此，回收的PET不能再次重新用作食品容器。那麼，回收的PET僅再循環為纖維材料，如用於填充棉(cotton stuffing)和衣服、蛋箱(egg carton)、建築材料或者化學再循環成一部分原始化工原材料。一些改進較低分子量PET性能的方法被提出。一種方法是通過對回收的PET薄片進行固相聚合來提供高分子量，這些薄片已經在200°C以上的溫度和7kPa以下的壓力下完全乾燥(日本專利4013031)。另一種方法是利用改性劑，其結合較低分子鏈以提供高分子量(日本專利3503952、4255838和JP2006-176711A)。它也已知為無乾燥下進行PET樹脂的擠壓成型(JP4-278310A 和 JP2004-155968A)。然而，固相聚合需要徹底乾燥和乾燥後長時間處於200°C以上的高溫，這需要大量的設備成本和能源成本。利用改性劑的方法存在殘留乙醛的問題，並且鑑於食品安全和衛生方面這也是不利的。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用回收的PET薄片製造用於食品容器的板材的方法， 其改善了回收的PET樹脂的性能並且使得無殘留乙醛。為了解決上述問題，發明人熱切地研究，並發現，通過在回收PET薄片中添加擴鏈劑並且在具有兩個或更多的排氣孔的擠出機中熔融和捏合這些薄片，同時抽吸以從該回收 PET中脫氣(degas)水、乙醛等，即使回收PET的薄片沒有變幹(dry up)，較低分子量PET 的分子鏈也可以有效地互相鍵合以提供較高的分子量，並且可以捕獲通過由水和熱量解聚生成的乙二醇以及由乙二醇生成的乙醛，從而完成了本發明。因此，本發明的製造用於食品容器的板材的方法包括在回收PET溼薄片中加入擴鏈劑；將包含擴鏈劑的回收PET的薄片裝入具有兩個或多個排氣孔的擠出機內；隨著通過排氣孔抽吸以脫氣，熔融並捏合該回收PET的薄片，同時分子量已經被降低的回收PET的分子鏈通過擴鏈劑互相鍵合而提供較高的分子量；同時，擴鏈劑捕獲由水和解聚過程中產生的乙二醇和乙醛，以清除殘留醛；以及從擠出機裡將回收PET擠出成板材。本發明的一個方面，上述擴鏈劑有兩個或多個環氧基團。
本發明的另一個方面，上述回收PET的溼薄片在加入擴鏈劑之前用0. 05-0. 2wt% 的液體石蠟或蓖麻油塗覆。本發明的另一個方面，擠出是通過T型模口共擠出或通過膨脹工藝共擠出進行。仍然是本發明的另一個方面，用於食品容器的板材是通過具有回收PET層/作為接觸食品的最裡層設置的純淨PET層或純淨PET層/回收PET層/純淨PET層的層結構共擠出形成的。本發明的方法中，使用沒有變幹的回收PET薄片來製造用於食品容器的板材。因此，可以省去大量的用於乾燥的設備成本和能源成本，並且可以便宜地生產該板材。由於在擠出機裡加熱和熔融之前將擴鏈劑加到回收PET的薄片裡，較低分子量 PET的分子鏈可以在放入擠出機後立即通過擴鏈劑互相鍵合，以提供較高的分子量。此外， 通過水和熱的解聚產生的乙二醇和由乙二醇生成的乙醛可以通過擴鏈劑鍵合到PET分子鏈上以捕捉它們。作為加熱、熔融和擠出該回收PET的薄片的擠出機，由於使用具有兩個或多個排氣孔的擠出機，通過排氣孔抽吸乙二醇和乙醛以從回收PET中去除它們，該乙二醇和乙醛由於擠出機內在常壓下的高溫處於氣態。因此，與擴鏈劑一起作用，乙醛不會留在樹脂上。 此外，由於水分也通過排氣孔被抽吸去除，即使使用未乾燥的溼PET薄片也沒有問題發生。第一方面，由於使用了具有兩個或多個環氧基團的擴鏈劑，在結合PET分子鏈的同時形成三維網狀結構，從而，性能得到改善。第二方面，由於在加入擴鏈劑之前，用液體石蠟或蓖麻油塗覆回收的PET的薄片， 擴鏈劑可以均勻混合。因此不必製備母料，可以降低板材的製造成本。第三方面，由於擠出是通過T型模口共擠出或通過膨脹工藝共擠出進行，擠出模塑可以利用現有設備簡單地進行。第四方面，由於純淨PET層作為最裡層設置以接觸食品，該回收PET層並不接觸食品。
圖1為具有兩個排氣孔的擠出機的機筒部分的示意圖，該擠出機適用於本發明的方法。1…機筒2…螺杆3…第一排氣孔4…第二排氣孔21…捏合部分22…密封部分
具體實施例方式製造用於食品容器的板材的主要原材料是以容器或類似物形式的回收PET材料， 例如，PET瓶或盤。回收PET材料首先被篩選、粉碎和清洗。例如，回收的PET瓶、盤和類似物通過目視觀察手工挑選，然後被粉碎。被粉碎的物料經歷氣流分級(air classification)去除標籤等，經歷洗滌，然後經歷重選(gravity concentration)去除聚烯烴等。粉碎通過使用粉碎機、切割機等進行，以將回收PET材料粉碎成薄片，這些薄片優選具有約10-20mm 或更小的直徑。粉碎的PET薄片的清洗通常首先用鹼水，然後用水進行。清洗過的薄片經離心脫水，並空氣乾燥。在這種情況下，薄片的含溼量一般為0.3-1.0%，典型地為 0. 3-0. 5%，以重量計。將擴鏈劑加入到回收PET的溼薄片中。擴鏈劑的示例為環氧化合物，例如丙烯酸縮水甘油脂、甲基丙烯酸縮水甘油酯、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、環氧大豆油、環氧亞麻油以及類似物。優選的擴鏈劑具有至少兩個環氧基。通過使用擴鏈劑，在結合PET分子鏈時形成了三維網絡結構，其性能得到進一步地改善。優選的用量為薄片的0. 2-2%重量，並且其可以根據擴鏈劑的性能進行變化。在加入擴鏈劑之前，優選用液體石蠟、蓖麻油或類似物塗覆回收PET的薄片，優選的用量為薄片的0. 05-2%重量。液體石蠟、蓖麻油或類似物可以用亨舍爾混合器等塗覆在回收PET的薄片的表面上。通過用液體石蠟、蓖麻油或類似物塗覆薄片，擴鏈劑可以均勻地加入。至於擴鏈劑的粒徑，當尺寸太小時，容易產生團塊(lump)；當尺寸過大時，分布趨於不均勻。鑑於均勻混合和粘合，優選的粒徑為平均約30 μ m-約300 μ m。雖然可以製備擴鏈劑與PET樹脂的母料，但是其增加了成本。反之，通過一開始就加入擴鏈劑，可以節省成本。此外，即使發生解聚，由此產生的PET分子鏈可以立即鍵合。該反應可以在擠出機螺杆的全長內發生。隨後，已經添加了擴鏈劑的回收PET的薄片被裝入到具有兩個或更多個的排氣孔的擠出機裡。薄片在擠出機裡加熱到熔融，並通過排氣孔抽吸以脫氣，優選用高真空度， 如-750mmHg或更高。圖1是適用於本發明的具有兩個或更多個的排氣孔的擠出機的示意圖。在圖1中， 數字1表示水平設置的機筒，其中裝有螺杆2。第一排氣孔3和第二排氣孔4形成於機筒1 的上部，將第一排氣孔3設置於上遊側。機筒1的內部間隔地分為三個捏合部分21和兩個密封部分22。對填充在捏合部分21的熔融樹脂施加100-200kg/cm2的背壓，並且對排氣孔 3和4世施加-750mmHg或更大的高真空。在密封部分22中，螺紋間距比在捏合部分21中的螺紋間距窄，以延緩熔融樹脂的前進以形成密封。此外，機筒1的內壁與螺紋上端之間的間隙也縮小了。因此，密封部分22防止熔融樹脂通過間隙滑走，並且強迫熔融樹脂只能通過螺杆2旋轉前進，以防止熔融的樹脂通過排氣孔3和4吹走。排氣孔3和4中的每一個均通過冷凝器(未示出)連接到油封式旋轉真空泵(未示出)。冷凝器要保持真空度，並要維持油封式旋轉真空泵的油量。如果冷凝器不存在，例如，當具有5，OOOppm含溼量的回收PET的薄片以500Kg/hr的排放速率進行處理時，水蒸氣以500，OOOgXO. 5/100 = 2，500g/hr的速率產生。結果，不能保持高真空，並且油封式旋轉真空泵裡的油會由於水的汙染而變質。在操作中，將回收PET的薄片裝入擠出機的機筒1中，擠出機在270-300°C的擠出溫度下工作，典型地約280°C並伴隨100-200kg/cm2的背壓，同時在一 750mmHg或更高的真空度下從排氣孔3，4抽吸以脫氣，以將回收PET擠出成片狀。在第一區域中，將裝入的回收PET加熱至熔融，並與之前加入的擴鏈劑一起捏合。 據認為，在熔融PET中，解聚反應是利用水和熱通過水解和熱解發生的，以生成較低分子量PET鏈、乙二醇和乙醛。但是，也認為，由於擴鏈劑從開始就加入並捏合，將較低分子量PET
鏈鍵合以生成高分子量三維結構，並且發生捕獲乙二醇和乙醛的聚合反應。也就是說，環氧基(
權利要求
1.製造用於食品容器的板材的方法，該方法包括在回收PET的溼薄片中加入擴鏈劑；將包含該擴鏈劑的該回收PET的薄片裝入具有兩個或多個排氣孔的擠出機中；隨著通過排氣孔抽吸以脫氣，熔融和捏合該回收PET的薄片，同時分子量已經被降低的該回收PET的分子鏈通過該擴鏈劑互相鍵合以提供較高分子量，和同時，在通過水和熱降解的過程中產生的乙二醇和乙醛通過該擴鏈劑被捕獲以除去殘餘醛；以及將該回收PET從該擠出機擠出成為板材。
2.根據權利要求1的方法，其中該擴鏈劑具有兩個或多個環氧基。
3.根據權利要求1的方法，其中在加入該擴鏈劑之前，該回收PET的溼薄片用 0. 05-0. 2wt%的液體石蠟或蓖麻油塗覆。
4.根據權利要求1的方法，其中該擠出通過T型模口共擠出或通過膨脹工藝共擠出來進行。
5.根據權利要求1的方法，其中用於食品容器的板材通過共擠出形成，該板材具有回收PET層/作為接觸食品的最內層設置的純淨PET層，或純淨PET層/回收PET層/純淨 PET層的層結構。
全文摘要
本發明涉及製造用於食品容器的板材的方法，該方法包括在回收PET的溼薄片中加入擴鏈劑；將包含該擴鏈劑的該回收PET的薄片裝入具有兩個或多個排氣孔的擠出機中；隨著通過排氣孔抽吸以脫氣，熔融和捏合該回收PET的薄片，同時分子量已經被降低的該回收PET的分子鏈通過擴鏈劑互相鍵合以提供較高分子量，和同時，在通過水和熱降解的過程中產生的乙二醇和乙醛通過該擴鏈劑被捕獲以除去殘餘醛；以及將該回收PET從該擠出機擠出成為板材。
文檔編號C08G63/183GK102206405SQ20111009318
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月9日 優先權日2010年3月9日
發明者小西禮一, 笹內克郎 申請人:中本包裝株式會社