CN102601888A - 从聚合物混合物分离异质聚合物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从聚合物混合物分离异质聚合物的方法和装置，该聚合物混合物包括非晶体PET颗粒和晶体PET颗粒，其中异质聚合物的软化点比晶体PET颗粒的软化点低，并且该方法包括如下步骤：从聚合物混合物分离非晶体PET颗粒，将由此形成的聚合物混合物加热至异质聚合物的软化点与晶体PET颗粒的软化点之间的温度，以及从形成的聚合物混合物分离异质聚合物。该装置包括：第一分离单元，用于从聚合物混合物分离非晶体PET颗粒；带有加热装置的第二分离单元，用于从由此形成的聚合物混合物分离异质聚合物。

Description

从聚合物混合物分离异质聚合物的方法和装置
技术领域
本发明涉及从聚合物混合物分离异质聚合物的方法和装置，所述聚合物混合物包括非晶体PET颗粒和晶体PET颗粒，并且具体地涉及由废PET瓶得到的聚合物薄片的纯化。
背景技术
在PET瓶的再利用中，收集的瓶材首先被碎片化以得到具有约1mm至10mm范围内的粒径的所谓的薄片。约70％至90％的薄片由来自瓶壁的晶体PET材料构成，其中瓶壁具有小于约0.5mm的壁厚。约10％至30％的薄片由来自瓶的颈部和底部区域的或者来自底材预制体的非晶体PET材料构成，其中所述颈部和底部区域或者底材预制体具有约1mm以上的壁厚或颗粒大小。另外，薄片通常含有例如异质聚合物等杂质，异质聚合物比如是聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、比如聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)等聚烯烃、聚乳酸(PLA)或者聚苯乙烯(PS)。
这些异质聚合物在PET材料的进一步热加工比如再结晶或挤出中是令人烦扰的，因为它们影响PET再生材料的质量。特别地，因为异质聚合物在热应力作用下至少部分分解，大量异质聚合物的存在使得PET再生材料变暗。另外，特别地PVC包含氯化物部分，所述氯化物部分引起聚合物链在再生材料的再次热处理中的分解。为避免该问题，异物必须被较大程度地分离，即优选地达到在PET再生材料中的残留量低于约100ppm。
传统的分离方法是例如根据具体的材料密度的差异而起作用的方法，通过该密度差异，比如PP或PE等具有比PET更低密度的聚合物能够易于被分离。但是，通过这些方法，例如PVC仅能够不充分地从PET分离。
另外，已知基于与PET相比较异质聚合物在表面上的附着趋势提高的原理的从PET材料分离异质聚合物的方法。这里，聚合物混合物被加热至比待分离的异质聚合物的软化点高但比PET材料的软化温度低的某一温度。随后，混合物与机械接触体接触。通过使异质聚合物机械附着到接触体，异质聚合物能够从PET分离。这些分离方法例如在D E4303500A1、DE4004300A1、DE3722777A1或者US5236603A中说明。特别地对于具有高比例的非晶体PET材料的薄片的PET瓶材的薄片，这些传统方法的缺点在于所要求的操作温度也高于非晶体PET薄片的软化点并且这些非晶体PET薄片因此也附着到接触体。这又降低了纯化的PET材料的产率，即传统的方法是不太有效的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供从包括非晶体PET颗粒和晶体PET颗粒的聚合物混合物分离异质聚合物的方法和装置，所述方法和装置使所形成的PET材料具有高的品质，并且通过所述方法和装置，能够有效地分离异质聚合物而不降低形成的PET材料的产率。
根据本发明，该目的通过如下方法实现。本方法的优选实施方式在下文中说明，其中也包括这些实施方式的任意组合。
用于从包括非晶体PET颗粒和晶体PET颗粒的聚合物混合物分离异质聚合物的本发明的方法包括下面的步骤，其中异质聚合物的软化点低于晶体PET颗粒的软化点：
-从聚合物混合物分离非晶体PET颗粒，
-将由此形成的聚合物混合物加热至异质聚合物的软化点与晶体PET颗粒的软化点之间的温度，和
-从形成的聚合物混合物分离异质聚合物。
术语“非晶体PET颗粒”指不包括或仅包括非常小比例的晶体区域、优选地包括小于1％的晶体区域的PET颗粒，具体是指来自PET瓶的颈部和底部区域或来自底材预制体的材料的PET薄片。术语“晶体PET颗粒”是指具有至少＞5％、优选地＞25％、特别优选地＞40％的晶化度的晶体和半晶体PET颗粒，即具体是指来自通过双向拉伸而受到冷晶化作用的PET瓶的壁材料的PET薄片。
术语“PET”是指能够包括其它通常的共聚物的聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物，具体是用于制造比如饮料瓶等封装容器的PET材料。术语“异质聚合物”包括在聚合物混合物中存在的任意类型的其它聚合物，特别是PVC、PP、PE、PS、PET-G、PA或者PLA。
术语“软化点”是指聚合物从固态转化为液态时的温度，即在非晶体聚合物中，软化点对应于玻璃化转变点，而在(部分)晶化聚合物中，软化点对应于熔点。
非晶体PET颗粒从聚合物混合物的分离，即具体地非晶体PET颗粒从晶体PET颗粒的分离能够通过任意的方式完成，例如可基于颗粒的密度差异、晶化度差异或者大小(壁厚)差异完成。
在非晶体PET颗粒已经从聚合物混合物分离之后，形成的聚合物混合物被加热到异质聚合物的软化点和晶体颗粒的软化点之间的温度，即特别地被加热到100℃和190℃之间的温度，优选地被加热至130℃和170℃之间的温度。
将聚合物混合物加热至仅比异质聚合物的软化点高的温度引起软化的异质聚合物颗粒从固态晶体PET颗粒的可分离性。一方面，异质聚合物的软化改变了它们的物理特性，比如它们的塑性或者到表面的附着性，这可被用于异质聚合物的分离。另一方面，当异质聚合物被加热至比它们的软化点高的温度时，它们被至少部分地分解而引起异质聚合物的变暗，这又能够用于分离步骤。
同时应注意到，上述温度范围高于非晶体PET颗粒的软化点。这意味着，在非晶体PET颗粒未事先从聚合物混合物分离的情况下，非晶体PET颗粒也将在异质聚合物从非晶体PET颗粒分离的步骤中从聚合物混合物分离并且由此不再可用于进一步的再利用处理。
由此，本方法由于能够有效地分离烦扰的异质聚合物而使形成的PET材料具有高的质量。形成的PET材料中的异质聚合物的比例在这里优选地小于100ppm，特别优选地小于10ppm。同时，与传统方法相比，非晶体PET颗粒也从异质聚合物分离，然后可用于再利用处理，即在本方法中，未降低PET材料的产率。
在异质聚合物已经从聚合物混合物分离之后，特别地能够执行使非晶体PET颗粒返回到晶体PET颗粒的步骤，从而形成的PET材料能够有效地被一起进一步处理。
优选地，从聚合物混合物分离非晶体PET颗粒的步骤包括空气分离处理(air separation process)。空气分离处理根据非晶体PET颗粒和晶体PET颗粒的壁厚、形状、密度或直径上的差异而将非晶体PET颗粒从晶体PET颗粒分离。特别地，空气分离能够经由所谓的锯齿式分离处理(zigzag separation process)、气动分选处理(pneumatic sorting process)或者分离表处理(separation table process)来完成。相应的处理是现有技术中所熟知的，这里不再详细说明。以此，非晶体PET颗粒能够有效地从聚合物混合物分离，即与晶体PET颗粒分离。仅极小比例的异质聚合物通过空气分离处理从聚合物混合物分离，即大部分的异质聚合物留在聚合物混合物中。
作为分离异质聚合物的步骤，本方法进一步优选的是包括使形成的聚合物混合物与机械接触体接触的步骤，所述接触体优选地是旋转金属辊。异质聚合物由于已经被加热到它们的软化点以上并且它们的附着趋势与固态晶体PET颗粒相比得以增大的事实而附着到机械接触体。这里，加热聚合物混合物的步骤尤其优选地通过加热机械接触体来完成，即加热聚合物混合物所需的能量经由被加热的接触体来引入。通过该分离，异质聚合物能够从聚合物混合物有效地分离。
作为替代或者组合，加热步骤由于加热而引起异质聚合物的颜色变化，特别优选地引起异质聚合物变暗。以此，通过根据该颜色变化检测并分选出异质聚合物而能够将异质聚合物从形成的聚合物混合物分离。由此，异质聚合物能够从聚合物混合物有效地去除。
另外，本方法优选地包括分离出的非晶体PET颗粒在返回到晶体PET颗粒的步骤之前通过热晶化被转变成为热晶化PET颗粒的步骤。由此，能够使晶体PET颗粒的产率最大化。
特别优选地，该热处理引起分离出的非晶体PET颗粒中的残余异质聚合物的颜色变化，优选地引起变暗。本方法包括通过异质聚合物的分离来制造纯化的热晶化PET颗粒的步骤，所述异质聚合物的分离通过根据它们的颜色变化从热晶化PET颗粒检测并分选出它们来实现。通过该附加的分离步骤，能够确保形成的PET材料具有特别高的质量。
上述的目的另外通过如下装置实现。本方法的优选实施方式在下文中说明，其中还包括这些实施方式的任意组合。
用于从包括非晶体PET颗粒和晶体PET颗粒的聚合物混合物分离异质聚合物的本发明的装置包括如下部件，其中异质聚合物的软化点低于晶体PET颗粒的软化点：
-第一分离单元，用于从聚合物混合物分离非晶体PET颗粒，
-带有加热装置的第二分离单元，用于从由此形成的聚合物混合物分离异质聚合物。
通过第一分离单元与第二分离单元的组合，由于在异质聚合物分离之前非晶体PET颗粒从聚合物混合物在先分离，该装置能够有效地操作。进而，能够通过本装置确保形成的PET材料具有高的质量。
优选地，本装置包括用于在异质聚合物的分离之后使非晶体PET颗粒返回到晶体PET颗粒的返回部件。以此，能够使PET材料的比例最大化，并且形成的PET材料能够有效地被一起进一步处理。
优选地，用于从聚合物混合物分离非晶体PET颗粒的第一分离单元包括空气分离器，优选地包括锯齿式分离器、气动分选器或者分离表分选器。相应的装置是现有技术中熟知的并且这里不再进一步详述。通过这些分离单元，非晶体PET颗粒能够有效地与晶体PET颗粒分离，特别是颈部或底部区域的材料与瓶材料的壁材料的PET薄片分离。
另外，用于从形成的聚合物混合物分离异质聚合物的第二分离单元优选地是机械接触体，特别优选地是用于附着异质聚合物的旋转金属辊。该机械接触体特别地包括加热装置，所述加热装置在非晶体PET颗粒的分离之后将聚合物混合物加热到异质聚合物的软化点与晶体PET颗粒的软化点之间的温度。通过该第二分离单元，异质聚合物能够有效地从PET材料分离，由此确保形成的PET材料具有高的质量。
作为替代或者组合，用于从形成的聚合物混合物分离异质聚合物的第二分离单元优选地是从形成的聚合物混合物检测并分选出异质聚合物的颜色分选单元。通过该颜色分选单元，由于被加热到高于异质聚合物的软化点而已经形成的变暗的异质聚合物能够被有效地分离，由此确保形成的PET材料具有高的质量。
该装置能够进一步包括用于从分离出的非晶体PET颗粒制造热晶化PET颗粒的晶化单元。通过该晶化单元，能够增大纯化的晶体PET颗粒的量，本装置由此能够设计成特别地有效。
这里，本装置特别优选地包括用于从热晶化PET颗粒检测并分选出残余的异质聚合物以制造纯化的热晶化PET颗粒的颜色分选单元。通过这样的颜色分选单元，可能残余的异质聚合物能够从分离出的非晶体PET颗粒分离，由此进一步提高了形成的PET材料的质量。
附图说明
将参考附图中表示的实施方式进一步说明本发明及其优点。在图中：
图1示出了根据本发明的装置的示意性组合图；
图2示出了根据本发明的装置的优选实施方式的示意性组合图；和
图3示出了根据本发明的装置的优选实施方式的示意性组合图。
具体实施方式
图1示出了具有第一分离单元(10)和第二分离单元(12)的装置，所述第一分离单元(10)用于从聚合物混合物(2)中分离非晶体PET颗粒(4)，所述第二分离单元(12)具有加热装置(未示出)并用于从形成的聚合物混合物(5)分离异质聚合物(6)。在处理中，产生纯化的晶体PET颗粒(8)。
在根据图1的装置中，能够如下地执行根据本发明的方法：
包括非晶体PET颗粒(4)、晶体PET颗粒(8)以及异质聚合物(6)的聚合物混合物(2)被输送到第一分离单元(10)。这里，非晶体PET颗粒(4)经由空气分离器从聚合物混合物(2)分离。形成的聚合物混合物(5)被传送到第二分离单元(12)并且通过加热装置(未示出)被加热到异质聚合物(6)的软化点与晶体PET颗粒的软化点之间的温度。在第二分离单元(12)中，异质聚合物(6)随后被分离，该分离通过使异质聚合物(6)与用于附着异质聚合物(6)的旋转金属辊接触来完成。另外，对形成的聚合物混合物(5)的加热使得异质聚合物变暗。在另外的或者替代的分离步骤中，经由颜色分选单元(未示出)根据该颜色变化检测并分选出异质聚合物(6)来分离异质聚合物(6)。在分离异质聚合物(6)的步骤之后，形成纯化的晶体PET颗粒(8)并从第二分离单元(12)排出纯化的晶体PET颗粒(8)。
图2说明了本装置的优选实施方式。其设计与根据图1装置类似，不同之处在于本实施方式另外包含返回单元(13)，分离出的非晶体PET颗粒(4)通过返回单元(13)被返回到晶体PET颗粒(8)，该返回在异质聚合物(6)从形成的聚合物混合物(5)分离之后实施。
在根据图2的装置中，根据本发明的方法能够以与上述方式类似的方式进行。仅有的差异在于分离出的非晶体PET颗粒(4)另外被返回到第二分离单元(12)下游的晶体PET颗粒，即在异质聚合物从形成的聚合物混合物(5)分离之后返回。
图3中说明了本装置的另一个优选实施方式。其设计与根据图1和图2的装置类似，不同之处在于返回单元(这里未示出)包含用于制造热晶化PET颗粒(7)的晶化单元(14)。该优选实施方式进一步包括颜色分选单元(16)以用于从热晶化PET颗粒(7)检测并分选出残余的异质聚合物(6)以制造纯化的热晶化PET颗粒(9)。
在根据图3的装置中，根据本发明的方法能够以与上述的方式类似的方式执行。与根据图2的实施方式的差异在于在返回非晶体PET颗粒(4)的步骤中，非晶体PET颗粒(4)通过热晶化作用被预先转变为热晶化PET颗粒(7)。该热晶化同时使残余的异质聚合物(6)变暗，在颜色分选单元(16)中通过检测并分选出变暗的残余异质聚合物(6)而从热晶化PET颗粒(7)分离残余的异质聚合物(6)。随后，纯化的晶化PET颗粒(9)被添加到晶体PET颗粒(8)。

Claims (14)

1.从聚合物混合物(2)分离异质聚合物(6)的方法，所述聚合物混合物(2)包括非晶体PET颗粒(4)和晶体PET颗粒(8)，其中所述异质聚合物(6)的软化点比所述晶体PET颗粒(8)的软化点低，并且所述方法包括如下步骤：
从所述聚合物混合物(2)分离所述非晶体PET颗粒(4)，
将由此形成的聚合物混合物(5)加热至所述异质聚合物(6)的软化点与所述晶体PET颗粒(8)的软化点之间的温度，和
从所述形成的聚合物混合物(5)分离所述异质聚合物(6)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：在从所述形成的聚合物混合物(5)分离所述异质聚合物(6)的步骤之后，使分离出的所述非晶体PET颗粒(4)返回到所述晶体PET颗粒(8)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从所述聚合物混合物(2)分离所述非晶体PET颗粒(4)的步骤是空气分离处理，优选地是锯齿式分离处理、气动分选处理或分离表分选处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，分离所述异质聚合物(6)的步骤包括使所述异质聚合物(6)与机械接触体接触，所述机械接触体优选地是用于附着所述异质聚合物(6)的旋转金属辊，并且加热所述形成的聚合物混合物(5)的步骤优选地通过加热所述机械接触体实施。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，加热步骤引起所述异质聚合物(6)的颜色变化，优选地导致变暗，并且从所述形成的聚合物混合物(5)分离所述异质聚合物(6)的步骤包括基于所述颜色变化而检测和分选出所述异质聚合物(6)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，分离出的所述非晶体PET颗粒(4)在返回到所述晶体PET颗粒(8)的步骤之前通过热晶化作用被转变为热晶化PET颗粒(7)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热晶化作用引起残余的异质聚合物(6)的颜色变化，优选地导致变暗，并且所述方法包括分离所述异质聚合物(6)而制造纯化的热晶化PET颗粒(9)的步骤，其中通过根据所述异质聚合物(6)的颜色变化从所述热晶化PET颗粒(7)检测并分选出所述异质聚合物(6)来分离所述异质聚合物(6)。
8.从聚合物混合物(2)分离异质聚合物(6)的装置，所述聚合物混合物(2)包括非晶体PET颗粒(4)和晶体PET颗粒(8)，其中所述异质聚合物(6)的软化点比所述晶体PET颗粒(8)的软化点低，所述装置包括：
-第一分离单元(10)，用于从所述聚合物混合物(2)分离所述非晶体PET颗粒(4)，
-带有加热装置的第二分离单元(12)，用于从由此形成的聚合物混合物(5)分离所述异质聚合物(6)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括返回单元(13)，所述返回单元用于在所述异质聚合物(6)的分离之后使所述非晶体PET颗粒(4)返回到所述晶体PET颗粒(8)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，用于从所述聚合物混合物(2)分离所述非晶体PET颗粒(4)的所述第一分离单元(10)是空气分离器，优选地是锯齿式分离器、气动分选器或者分离表分选器。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置，其特征在于，用于从所述形成的聚合物混合物(5)分离所述异质聚合物(6)的所述第二分离单元(12)包括用于附着所述异质聚合物(6)的机械接触体，所述机械接触体优选地是旋转金属辊，并且所述机械接触体优选地是所述加热装置。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其特征在于，用于从所述形成的聚合物混合物(5)分离所述异质聚合物(6)的所述第二分离单元(12)是用于从所述形成的聚合物混合物(5)检测并分选出所述异质聚合物(6)的颜色分选单元。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括从分离出的所述非晶体PET颗粒(4)制造热晶化PET颗粒(7)的晶化单元(14)。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括颜色分选单元(16)，所述颜色分选单元用于从所述热晶化PET颗粒(7)检测并分选出残余的异质聚合物(6)以制造纯化的热晶化PET颗粒(9)。
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