從聚合物混合物分離異質聚合物的方法和裝置的製作方法

2023-07-28 21:06:01 1

專利名稱：：從聚合物混合物分離異質聚合物的方法和裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及從聚合物混合物分離異質聚合物的方法和裝置，所述聚合物混合物包括非晶體PET顆粒和晶體PET顆粒，並且具體地涉及由廢PET瓶得到的聚合物薄片的純化。
背景技術：
：在PET瓶的再利用中，收集的瓶材首先被碎片化以得到具有約Imm至IOmm範圍內的粒徑的所謂的薄片。約70%至90%的薄片由來自瓶壁的晶體PET材料構成，其中瓶壁具有小於約0.5mm的壁厚。約10%至30%的薄片由來自瓶的頸部和底部區域的或者來自底材預製體的非晶體PET材料構成，其中所述頸部和底部區域或者底材預製體具有約Imm以上的壁厚或顆粒大小。另外，薄片通常含有例如異質聚合物等雜質，異質聚合物比如是聚氯乙烯(PVC)、聚醯胺(PA)、比如聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)等聚烯烴、聚乳酸(PLA)或者聚苯乙烯(PS)。這些異質聚合物在PET材料的進一步熱加工比如再結晶或擠出中是令人煩擾的，因為它們影響PET再生材料的質量。特別地，因為異質聚合物在熱應力作用下至少部分分解，大量異質聚合物的存在使得PET再生材料變暗。另外，特別地PVC包含氯化物部分，所述氯化物部分引起聚合物鏈在再生材料的再次熱處理中的分解。為避免該問題，異物必須被較大程度地分離，即優選地達到在PET再生材料中的殘留量低於約lOOppm。傳統的分離方法是例如根據具體的材料密度的差異而起作用的方法，通過該密度差異，比如PP或PE等具有比PET更低密度的聚合物能夠易於被分離。但是，通過這些方法，例如PVC僅能夠不充分地從PET分離。另外，已知基於與PET相比較異質聚合物在表面上的附著趨勢提高的原理的從PET材料分離異質聚合物的方法。這裡，聚合物混合物被加熱至比待分離的異質聚合物的軟化點高但比PET材料的軟化溫度低的某一溫度。隨後，混合物與機械接觸體接觸。通過使異質聚合物機械附著到接觸體，異質聚合物能夠從PET分離。這些分離方法例如在DE4303500AUDE4004300AUDE3722777A1或者US5236603A中說明。特別地對於具有高比例的非晶體PET材料的薄片的PET瓶材的薄片，這些傳統方法的缺點在於所要求的操作溫度也高於非晶體PET薄片的軟化點並且這些非晶體PET薄片因此也附著到接觸體。這又降低了純化的PET材料的產率，即傳統的方法是不太有效的。
發明內容因此，本發明的目的在於提供從包括非晶體PET顆粒和晶體PET顆粒的聚合物混合物分離異質聚合物的方法和裝置，所述方法和裝置使所形成的PET材料具有高的品質，並且通過所述方法和裝置，能夠有效地分離異質聚合物而不降低形成的PET材料的產率。根據本發明，該目的通過如下方法實現。本方法的優選實施方式在下文中說明，其中也包括這些實施方式的任意組合。用於從包括非晶體PET顆粒和晶體PET顆粒的聚合物混合物分離異質聚合物的本發明的方法包括下面的步驟，其中異質聚合物的軟化點低於晶體PET顆粒的軟化點-從聚合物混合物分離非晶體PET顆粒，-將由此形成的聚合物混合物加熱至異質聚合物的軟化點與晶體PET顆粒的軟化點之間的溫度，和-從形成的聚合物混合物分離異質聚合物。術語「非晶體PET顆粒」指不包括或僅包括非常小比例的晶體區域、優選地包括小於I%的晶體區域的PET顆粒，具體是指來自PET瓶的頸部和底部區域或來自底材預製體的材料的PET薄片。術語「晶體PET顆粒」是指具有至少>5%、優選地>25%、特別優選地>40%的晶化度的晶體和半晶體PET顆粒，即具體是指來自通過雙向拉伸而受到冷晶化作用的PET瓶的壁材料的PET薄片。術語「PET」是指能夠包括其它通常的共聚物的聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚物，具體是用於製造比如飲料瓶等封裝容器的PET材料。術語「異質聚合物」包括在聚合物混合物中存在的任意類型的其它聚合物，特別是PVC、PP、PE、PS、PET-G,PA或者PLA。術語「軟化點」是指聚合物從固態轉化為液態時的溫度，即在非晶體聚合物中，軟化點對應於玻璃化轉變點，而在(部分)晶化聚合物中，軟化點對應於熔點。非晶體PET顆粒從聚合物混合物的分離，即具體地非晶體PET顆粒從晶體PET顆粒的分離能夠通過任意的方式完成，例如可基於顆粒的密度差異、晶化度差異或者大小(壁厚)差異完成。在非晶體PET顆粒已經從聚合物混合物分離之後，形成的聚合物混合物被加熱到異質聚合物的軟化點和晶體顆粒的軟化點之間的溫度，即特別地被加熱到100°c和190°C之間的溫度，優選地被加熱至130°C和170°C之間的溫度。將聚合物混合物加熱至僅比異質聚合物的軟化點高的溫度引起軟化的異質聚合物顆粒從固態晶體PET顆粒的可分離性。一方面，異質聚合物的軟化改變了它們的物理特性，比如它們的塑性或者到表面的附著性，這可被用於異質聚合物的分離。另一方面，當異質聚合物被加熱至比它們的軟化點高的溫度時，它們被至少部分地分解而引起異質聚合物的變暗，這又能夠用於分離步驟。同時應注意到，上述溫度範圍高於非晶體PET顆粒的軟化點。這意味著，在非晶體PET顆粒未事先從聚合物混合物分離的情況下，非晶體PET顆粒也將在異質聚合物從非晶體PET顆粒分離的步驟中從聚合物混合物分離並且由此不再可用於進一步的再利用處理。由此，本方法由於能夠有效地分離煩擾的異質聚合物而使形成的PET材料具有高的質量。形成的PET材料中的異質聚合物的比例在這裡優選地小於lOOppm，特別優選地小於lOppm。同時，與傳統方法相比，非晶體PET顆粒也從異質聚合物分離，然後可用於再利用處理，即在本方法中，未降低PET材料的產率。在異質聚合物已經從聚合物混合物分離之後，特別地能夠執行使非晶體PET顆粒返回到晶體PET顆粒的步驟，從而形成的PET材料能夠有效地被一起進一步處理。優選地，從聚合物混合物分離非晶體PET顆粒的步驟包括空氣分離處理(airseparationprocess)。空氣分離處理根據非晶體PET顆粒和晶體PET顆粒的壁厚、形狀、密度或直徑上的差異而將非晶體PET顆粒從晶體PET顆粒分離。特別地，空氣分離能夠經由所謂的鋸齒式分離處理(zigzagseparationprocess)、氣動分選處理(pneumaticsortingprocess)或者分離表處理(separationtableprocess)來完成。相應的處理是現有技術中所熟知的，這裡不再詳細說明。以此，非晶體PET顆粒能夠有效地從聚合物混合物分離，即與晶體PET顆粒分離。僅極小比例的異質聚合物通過空氣分離處理從聚合物混合物分離，即大部分的異質聚合物留在聚合物混合物中。作為分離異質聚合物的步驟，本方法進一步優選的是包括使形成的聚合物混合物與機械接觸體接觸的步驟，所述接觸體優選地是旋轉金屬輥。異質聚合物由於已經被加熱到它們的軟化點以上並且它們的附著趨勢與固態晶體PET顆粒相比得以增大的事實而附著到機械接觸體。這裡，加熱聚合物混合物的步驟尤其優選地通過加熱機械接觸體來完成，即加熱聚合物混合物所需的能量經由被加熱的接觸體來引入。通過該分離，異質聚合物能夠從聚合物混合物有效地分離。作為替代或者組合，加熱步驟由於加熱而引起異質聚合物的顏色變化，特別優選地引起異質聚合物變暗。以此，通過根據該顏色變化檢測並分選出異質聚合物而能夠將異質聚合物從形成的聚合物混合物分離。由此，異質聚合物能夠從聚合物混合物有效地去除。另外，本方法優選地包括分離出的非晶體PET顆粒在返回到晶體PET顆粒的步驟之前通過熱晶化被轉變成為熱晶化PET顆粒的步驟。由此，能夠使晶體PET顆粒的產率最大化。特別優選地，該熱處理引起分離出的非晶體PET顆粒中的殘餘異質聚合物的顏色變化，優選地引起變暗。本方法包括通過異質聚合物的分離來製造純化的熱晶化PET顆粒的步驟，所述異質聚合物的分離通過根據它們的顏色變化從熱晶化PET顆粒檢測並分選出它們來實現。通過該附加的分離步驟，能夠確保形成的PET材料具有特別高的質量。上述的目的另外通過如下裝置實現。本方法的優選實施方式在下文中說明，其中還包括這些實施方式的任意組合。用於從包括非晶體PET顆粒和晶體PET顆粒的聚合物混合物分離異質聚合物的本發明的裝置包括如下部件，其中異質聚合物的軟化點低於晶體PET顆粒的軟化點-第一分離單元，用於從聚合物混合物分離非晶體PET顆粒，-帶有加熱裝置的第二分離單元，用於從由此形成的聚合物混合物分離異質聚合物。通過第一分離單元與第二分離單元的組合，由於在異質聚合物分離之前非晶體PET顆粒從聚合物混合物在先分離，該裝置能夠有效地操作。進而，能夠通過本裝置確保形成的PET材料具有高的質量。優選地，本裝置包括用於在異質聚合物的分離之後使非晶體PET顆粒返回到晶體PET顆粒的返回部件。以此，能夠使PET材料的比例最大化，並且形成的PET材料能夠有效地被一起進一步處理。優選地，用於從聚合物混合物分離非晶體PET顆粒的第一分離單元包括空氣分離器，優選地包括鋸齒式分離器、氣動分選器或者分離表分選器。相應的裝置是現有技術中熟知的並且這裡不再進一步詳述。通過這些分離單元，非晶體PET顆粒能夠有效地與晶體PET顆粒分離，特別是頸部或底部區域的材料與瓶材料的壁材料的PET薄片分離。另外，用於從形成的聚合物混合物分離異質聚合物的第二分離單元優選地是機械接觸體，特別優選地是用於附著異質聚合物的旋轉金屬輥。該機械接觸體特別地包括加熱裝置，所述加熱裝置在非晶體PET顆粒的分離之後將聚合物混合物加熱到異質聚合物的軟化點與晶體PET顆粒的軟化點之間的溫度。通過該第二分離單元，異質聚合物能夠有效地從PET材料分離，由此確保形成的PET材料具有高的質量。作為替代或者組合，用於從形成的聚合物混合物分離異質聚合物的第二分離單元優選地是從形成的聚合物混合物檢測並分選出異質聚合物的顏色分選單元。通過該顏色分選單元，由於被加熱到高於異質聚合物的軟化點而已經形成的變暗的異質聚合物能夠被有效地分離，由此確保形成的PET材料具有高的質量。該裝置能夠進一步包括用於從分離出的非晶體PET顆粒製造熱晶化PET顆粒的晶化單元。通過該晶化單元，能夠增大純化的晶體PET顆粒的量，本裝置由此能夠設計成特別地有效。這裡，本裝置特別優選地包括用於從熱晶化PET顆粒檢測並分選出殘餘的異質聚合物以製造純化的熱晶化PET顆粒的顏色分選單元。通過這樣的顏色分選單元，可能殘餘的異質聚合物能夠從分離出的非晶體PET顆粒分離，由此進一步提高了形成的PET材料的質量。將參考附圖中表示的實施方式進一步說明本發明及其優點。在圖中圖I示出了根據本發明的裝置的示意性組合圖；圖2示出了根據本發明的裝置的優選實施方式的示意性組合圖；和圖3示出了根據本發明的裝置的優選實施方式的示意性組合圖。具體實施例方式圖I示出了具有第一分離單元(10)和第二分離單元(12)的裝置，所述第一分離單元(10)用於從聚合物混合物(2)中分離非晶體PET顆粒(4)，所述第二分離單元(12)具有加熱裝置(未示出)並用於從形成的聚合物混合物(5)分離異質聚合物(6)。在處理中，產生純化的晶體PET顆粒⑶。在根據圖I的裝置中，能夠如下地執行根據本發明的方法包括非晶體PET顆粒(4)、晶體PET顆粒(8)以及異質聚合物(6)的聚合物混合物(2)被輸送到第一分離單元(10)。這裡，非晶體PET顆粒(4)經由空氣分離器從聚合物混合物(2)分離。形成的聚合物混合物(5)被傳送到第二分離單元(12)並且通過加熱裝置(未示出)被加熱到異質聚合物(6)的軟化點與晶體PET顆粒的軟化點之間的溫度。在第二分離單元(12)中，異質聚合物(6)隨後被分離，該分離通過使異質聚合物(6)與用於附著異質聚合物￠)的旋轉金屬輥接觸來完成。另外，對形成的聚合物混合物(5)的加熱使得異質聚合物變暗。在另外的或者替代的分離步驟中，經由顏色分選單元(未示出)根據該顏色變化檢測並分選出異質聚合物(6)來分離異質聚合物出)。在分離異質聚合物(6)的步驟之後，形成純化的晶體PET顆粒(8)並從第二分離單元(12)排出純化的晶體PET顆粒(8)。圖2說明了本裝置的優選實施方式。其設計與根據圖I裝置類似，不同之處在於本實施方式另外包含返回單元(13)，分離出的非晶體PET顆粒(4)通過返回單元(13)被返回到晶體PET顆粒(8)，該返回在異質聚合物(6)從形成的聚合物混合物(5)分離之後實施。在根據圖2的裝置中，根據本發明的方法能夠以與上述方式類似的方式進行。僅有的差異在於分離出的非晶體PET顆粒(4)另外被返回到第二分離單元(12)下遊的晶體PET顆粒，即在異質聚合物從形成的聚合物混合物(5)分離之後返回。圖3中說明了本裝置的另一個優選實施方式。其設計與根據圖I和圖2的裝置類似，不同之處在於返回單元(這裡未示出)包含用於製造熱晶化PET顆粒(7)的晶化單元(14)。該優選實施方式進一步包括顏色分選單元(16)以用於從熱晶化PET顆粒(7)檢測並分選出殘餘的異質聚合物出)以製造純化的熱晶化PET顆粒(9)。在根據圖3的裝置中，根據本發明的方法能夠以與上述的方式類似的方式執行。與根據圖2的實施方式的差異在於在返回非晶體PET顆粒(4)的步驟中，非晶體PET顆粒(4)通過熱晶化作用被預先轉變為熱晶化PET顆粒(7)。該熱晶化同時使殘餘的異質聚合物(6)變暗，在顏色分選單元(16)中通過檢測並分選出變暗的殘餘異質聚合物(6)而從熱晶化PET顆粒(7)分離殘餘的異質聚合物(6)。隨後，純化的晶化PET顆粒(9)被添加到晶體PET顆粒(8)。權利要求1.從聚合物混合物(2)分離異質聚合物￠)的方法，所述聚合物混合物(2)包括非晶體PET顆粒(4)和晶體PET顆粒(8)，其中所述異質聚合物(6)的軟化點比所述晶體PET顆粒(8)的軟化點低，並且所述方法包括如下步驟從所述聚合物混合物(2)分離所述非晶體PET顆粒(4)，將由此形成的聚合物混合物(5)加熱至所述異質聚合物￠)的軟化點與所述晶體PET顆粒(8)的軟化點之間的溫度，和從所述形成的聚合物混合物(5)分離所述異質聚合物(6)。2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括如下步驟在從所述形成的聚合物混合物(5)分離所述異質聚合物(6)的步驟之後，使分離出的所述非晶體PET顆粒⑷返回到所述晶體PET顆粒(8)。3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，從所述聚合物混合物(2)分離所述非晶體PET顆粒(4)的步驟是空氣分離處理，優選地是鋸齒式分離處理、氣動分選處理或分離表分選處理。4.根據權利要求I至3中任一項所述的方法，其特徵在於，分離所述異質聚合物(6)的步驟包括使所述異質聚合物(6)與機械接觸體接觸，所述機械接觸體優選地是用於附著所述異質聚合物出)的旋轉金屬輥，並且加熱所述形成的聚合物混合物(5)的步驟優選地通過加熱所述機械接觸體實施。5.根據權利要求I至4中任一項所述的方法，其特徵在於，加熱步驟引起所述異質聚合物(6)的顏色變化，優選地導致變暗，並且從所述形成的聚合物混合物(5)分離所述異質聚合物出)的步驟包括基於所述顏色變化而檢測和分選出所述異質聚合物(6)。6.根據權利要求2至5中任一項所述的方法，其特徵在於，分離出的所述非晶體PET顆粒(4)在返回到所述晶體PET顆粒(8)的步驟之前通過熱晶化作用被轉變為熱晶化PET顆粒⑵。7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述熱晶化作用引起殘餘的異質聚合物(6)的顏色變化，優選地導致變暗，並且所述方法包括分離所述異質聚合物(6)而製造純化的熱晶化PET顆粒(9)的步驟，其中通過根據所述異質聚合物￠)的顏色變化從所述熱晶化PET顆粒(7)檢測並分選出所述異質聚合物(6)來分離所述異質聚合物(6)。8.從聚合物混合物(2)分離異質聚合物￠)的裝置，所述聚合物混合物(2)包括非晶體PET顆粒(4)和晶體PET顆粒(8)，其中所述異質聚合物(6)的軟化點比所述晶體PET顆粒(8)的軟化點低，所述裝置包括-第一分離單元(10)，用於從所述聚合物混合物(2)分離所述非晶體PET顆粒(4)，-帶有加熱裝置的第二分離單元(12)，用於從由此形成的聚合物混合物(5)分離所述異質聚合物(6)。9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述裝置進一步包括返回單元(13)，所述返回單元用於在所述異質聚合物(6)的分離之後使所述非晶體PET顆粒(4)返回到所述晶體PET顆粒(8)。10.根據權利要求8或9所述的裝置，其特徵在於，用於從所述聚合物混合物(2)分離所述非晶體PET顆粒(4)的所述第一分離單元(10)是空氣分離器，優選地是鋸齒式分離器、氣動分選器或者分離表分選器。11.根據權利要求8至10中任一項所述的裝置，其特徵在於，用於從所述形成的聚合物混合物(5)分離所述異質聚合物￠)的所述第二分離單元(12)包括用於附著所述異質聚合物￠)的機械接觸體，所述機械接觸體優選地是旋轉金屬輥，並且所述機械接觸體優選地是所述加熱裝置。12.根據權利要求8至11中任一項所述的裝置，其特徵在於，用於從所述形成的聚合物混合物(5)分離所述異質聚合物￠)的所述第二分離單元(12)是用於從所述形成的聚合物混合物(5)檢測並分選出所述異質聚合物￠)的顏色分選單元。13.根據權利要求8至12中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述裝置進一步包括從分離出的所述非晶體PET顆粒⑷製造熱晶化PET顆粒(7)的晶化單元(14)。14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述裝置進一步包括顏色分選單元(16)，所述顏色分選單元用於從所述熱晶化PET顆粒(7)檢測並分選出殘餘的異質聚合物(6)以製造純化的熱晶化PET顆粒(9)。全文摘要本發明涉及從聚合物混合物分離異質聚合物的方法和裝置，該聚合物混合物包括非晶體PET顆粒和晶體PET顆粒，其中異質聚合物的軟化點比晶體PET顆粒的軟化點低，並且該方法包括如下步驟從聚合物混合物分離非晶體PET顆粒，將由此形成的聚合物混合物加熱至異質聚合物的軟化點與晶體PET顆粒的軟化點之間的溫度，以及從形成的聚合物混合物分離異質聚合物。該裝置包括第一分離單元，用於從聚合物混合物分離非晶體PET顆粒；帶有加熱裝置的第二分離單元，用於從由此形成的聚合物混合物分離異質聚合物。文檔編號B29B17/00GK102601888SQ20111043086公開日2012年7月25日申請日期2011年12月20日優先權日2010年12月20日發明者託馬斯·弗裡德蘭德申請人:克朗斯股份公司