CN107107387A - 用于制造膨体连续丝的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将PET回收制造成PET胶粒的方法，包括：（A）将回收的PET瓶研磨成一组片料；（B）清洗该片料；（C）识别杂质并且从该组片料中移除杂质，包括不纯的片料；（D）在将该MRS挤出机的MRS部分内的压力维持在约18毫巴以下的同时使该组片料经过MRS挤出机；（E）使产生的聚合物熔体经过具有小于约50微米的过滤孔径的至少一个过滤器；以及（F）将回收的聚合物形成为PET胶粒。在各种实施例中，使用任何合适的技术将聚合物熔体形成为PET胶粒，诸如例如，任何合适的条带造粒技术或熔融造粒技术。
Description
背景技术
因为纯的原始PET聚合物比回收的PET聚合物更贵，以及由于与使用回收的聚合物相关联的环境益处，所以能够用100%的回收PET聚合物(例如，来自消费后的PET瓶的PET聚合物)来制造膨体连续地毯丝将是期望的。
发明内容
在各种实施例中，一种制造PET胶粒（nurdles）的方法包括：提供多螺杆挤出机，所述多螺杆挤出机包括：（i）第一卫星式螺杆挤出机，所述第一卫星式螺杆挤出机包括第一卫星式螺杆，所述第一卫星式螺杆被安装成围绕所述第一卫星式螺杆的中心轴线旋转；（ii）第二卫星式螺杆挤出机，所述第二卫星式螺杆挤出机包括第二卫星式螺杆，所述第二卫星式螺杆被安装成围绕所述第二卫星式螺杆的中心轴线旋转；以及（iii）压力调节系统，所述压力调节系统适于将所述第一和第二卫星式螺杆挤出机内的压力维持在约18毫巴以下。在特定实施例中，所述方法进一步包括：（A）使用所述压力调节系统将所述第一和第二卫星式螺杆挤出机内的压力降低至约18毫巴以下；（B）在将所述第一和第二卫星式螺杆挤出机内的压力维持在约18毫巴以下的同时，使包括回收的聚合物的熔体经过所述多螺杆挤出机，以使得：（1）所述熔体的第一部分经过所述第一卫星式螺杆挤出机；以及（2）所述熔体的第二部分经过所述第二卫星式螺杆挤出机；以及（C）在使所述回收的聚合物的熔体经过所述多螺杆挤出机的所述步骤之后，将所述聚合物熔体造粒成多个聚合物胶粒。
在特定实施例中，一种制造PET胶粒的方法包括以下步骤：（A）将多个回收的PET瓶研磨成一组聚合物片料；（B）清洗该组聚合物片料以便从片料的表面移除一个或多个污染物的至少一部分，该组片料包括基本上由PET组成的第一多个片料以及基本上不由PET组成的第二多个片料；（C）在清洗第一多个片料的步骤之后：（i）扫描清洗的该组片料以便识别第二多个片料，以及（ii）将第二多个片料与第一多个片料分开；（D）使第二多个片料熔化以便产生聚合物熔体；（E）提供挤出机，该挤出机在多个不同的挤出流中挤出材料；（F）将所述挤出机内的压力降低至约0毫巴和约25毫巴之间；（G）在将所述挤出机内的所述压力维持在约0毫巴和约25毫巴之间的同时，使所述聚合物熔体经过所述挤出机以使得所述聚合物熔体被分成多个挤出流，每个挤出流具有在约0毫巴和约25毫巴之间的压力；（H）在使所述聚合物熔体经过所述挤出机之后，通过至少一个过滤器过滤所述聚合物熔体；以及（I）在使所述聚合物熔体经过所述过滤器之后，将所述聚合物熔体造粒以便形成多个PET胶粒。
在特定实施例中，一种用回收的PET制造PET胶粒的方法包括：（A）使基本上由回收的PET组成的多个片料熔化以便形成聚合物熔体；以及（B）提供多螺杆挤出机，所述多螺杆挤出机包括：（i）第一卫星式螺杆挤出机，所述第一卫星式螺杆挤出机包括第一卫星式螺杆，所述第一卫星式螺杆被安装成围绕所述第一卫星式螺杆的中心轴线旋转；（ii）第二卫星式螺杆挤出机，所述第二卫星式螺杆挤出机包括第二卫星式螺杆，所述第二卫星式螺杆被安装成围绕所述第二卫星式螺杆的中心轴线旋转；（iii）第三卫星式螺杆挤出机，所述第三卫星式螺杆挤出机包括第三卫星式螺杆，所述第三卫星式螺杆被安装成围绕所述第三卫星式螺杆的中心轴线旋转；（iv）第四卫星式螺杆挤出机，所述第四卫星式螺杆挤出机包括第四卫星式螺杆，所述第四卫星式螺杆被安装成围绕所述第四卫星式螺杆的中心轴线旋转；以及（v）压力调节系统，所述压力调节系统适于将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的压力维持在约0毫巴和约5毫巴之间。在各种实施例中，所述方法进一步包括：（C）使用所述压力调节系统以便将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的压力降低至约0毫巴和约5毫巴之间；（D）在将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的所述压力维持在约0毫巴和约5毫巴之间的同时，使包括回收的聚合物的熔体经过所述多螺杆挤出机，以使得：（1）所述熔体的第一部分经过所述第一卫星式螺杆挤出机；（2）所述熔体的第二部分经过所述第二卫星式螺杆挤出机；（3）所述熔体的第三部分经过所述第三卫星式螺杆挤出机；以及（4）所述熔体的第四部分经过所述第四卫星式螺杆挤出机；以及（E）在使所述聚合物熔体经过所述多螺杆挤出机的所述步骤之后，将所述聚合物形成为多个PET胶粒。
附图说明
已经概括地描述了各种实施例，现在将参照附图，附图不必按比例绘制，以及其中：
图1描绘了根据特定实施例的用于制造膨体连续地毯丝的工艺流程。
图2是适合在图1的工艺中使用的MRS挤出机的透视图。
图3是图2的MRS挤出机的示例性MRS区段的横截面视图。
图4描绘了根据特定实施例的工艺流程，其描绘了通过MRS挤出机和过滤系统的聚合物的流动。
图5是根据各种实施例的用于制造膨体连续地毯丝的方法的概要流程图。
具体实施方式
现在将更详细地描述各种实施例。应该理解的是，本发明可以以多种不同的形式实施并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开内容将是详尽和完整的，并且这些实施例将对本领域技术人员全面地传达本发明的范围。相同的附图标记在图中表示相同的元件。
I.综述
下面描述了一种用于用回收的聚合物(例如，回收的PET聚合物)制作纤维的新工艺。在各种实施例中，这个新工艺：(1)比以前的从回收的聚合物中移除污染物和水的工艺更有效；和/或(2)不需要像以前的工艺中那样多次熔化和冷却聚合物。在至少一个实施例中，改进的工艺产生回收的PET聚合物，该聚合物具有足够高的聚合物品质，使得PET聚合物可以用来用100%的回收的PET内容物(例如，100%的从之前使用过的PET瓶中获得的PET)来制造膨体连续地毯丝。在特定实施例中，回收的PET聚合物具有至少约0.79 dL/g(例如，在约0.79 dL/g和约1.00 dL/g之间)的固有粘度。
II.更详细的讨论
根据特定实施例，BCF(膨体连续丝)制造工艺可以大体上分成三个步骤：(1)用消费后的瓶制备PET聚合物的片料以在该工艺中使用；(2)将片料传送通过挤出机，挤出机使片料熔化并且纯化产生的PET聚合物；以及(3)将纯化的聚合物进给到纺纱机中，纺纱机使聚合物变成丝以用于制造地毯。下面更详细地描述这三个步骤。
步骤1：用消费后的瓶制备PET聚合物的片料
在特定实施例中，用消费后的瓶制备PET聚合物片料的步骤包括：（A）对消费后的PET瓶进行分类并且将瓶磨成片料；（B）清洗片料；以及（C）识别并且移除任何杂质或不纯的片料。
A.对消费后的PET瓶进行分类并且将瓶磨成片料
在特定实施例中，从各种回收设施获得的大量单色和彩色的回收的消费后(例如，“路边回收”)的PET瓶(或其它容器)构成用于在工艺中使用的消费后的PET容器。在其它实施例中，消费后的PET容器源可以是归还的“押金”瓶(例如，PET瓶，其价格包括当顾客在消费完瓶的内容物之后归还瓶时退给顾客的押金)。路边回收或归还的“消费后的”或“回收的”容器可能包含少量非PET污染物。容器中的污染物可能包括例如非PET聚合物污染物(例如，PVC、PLA、PP、PE、PS、PA等)、金属(例如，含铁和非含铁金属)、纸、纸板、砂、玻璃或者可能在收集回收PET时进入的其它不需要的材料。例如，可以通过下面描述的一个或多个各种工艺来从期望的PET成分中移除非PET污染物。
在特定实施例中，经由旋转网从整个瓶中移除较小的成分和碎屑(例如，其大小大于2英寸的成分和碎屑)。可以将各种金属移除磁体和涡流系统结合到工艺中以便移除任何金属污染物。可以利用近红外光学分类装备，诸如来自俄勒冈州尤金的Bulk HandlingSystems公司的NRT多分类IR机，或者来自田纳西州纳什维尔的国家回收技术公司的SpyderIR机，以便移除可能混合在PET片料中的任意松散的聚合物污染物(例如，PVC、PLA、PP、PE、PS和PA)。额外地，可以利用自动化X光分类装备(诸如来自田纳西州纳什维尔的国家回收技术公司的VINYLCYCLE机器)来移除残留的PVC污染物。。
在特定实施例中，使用配备有摄像机检测系统的自动化颜色分类装备(例如，来自田纳西州纳什维尔的国家回收技术公司的多分类ES机器)来实现透明材料与有色材料的二元分离。在各种实施例中，将人工分类器置于流水线的各种点处以便移除未被分类器移除的污染物和任何有色瓶。在特定实施例中，对已分类的材料进行粒化步骤(例如，使用来自威斯康星州新柏林的Cumberland工程公司的50B制粒机)以便在大小上使瓶减小(例如，研磨)到小于半英寸的大小。在各种实施例中，在进入清洗工艺之前，通过空气分离系统从产生的“脏片料”(例如，在粒化步骤期间形成的PET片料)上移除瓶标签。
B. 清洗片料
在特定实施例中，然后将“脏片料”混合到一系列清洗箱中。作为清洗工艺的一部分，在各种实施例中，利用水相密度分离来分开烯烃瓶盖(例如，其可能存在于“脏片料”中，作为回收PET瓶的残余物)与比重较高的PET片料。在特定实施例中，在被加热到约190华氏度的腐蚀性浴中清洗片料。在特定实施例中，腐蚀性浴被保持处于约0.6%的氢氧化钠和约1.2%的氢氧化钠之间的浓度。在各种实施例中，肥皂表面活性剂和消泡剂被添加到腐蚀性浴，例如，以便进一步提高片料的分离和清洁。然后双清洗系统从片料中清洗掉腐蚀剂。
在各种实施例中，对片料进行离心脱水并且然后用热空气干燥片料以便至少基本移除任何表面水分。然后通过静电分离系统(例如，来自佛罗里达的杰克逊维尔的Carpco公司的静电分离器)和片料金属检测系统(例如，MSS金属分类系统)来处理产生的“清洁的片料”，以便进一步移除残留在片料中的任何金属污染物。在特定实施例中，空气分离步骤从清洁的片料中移除任何残留标签。在各种实施例中，然后对片料进行片料颜色分类步骤(例如，使用来自爱尔兰的唐道克的TSM控制系统公司的OPTIMIX机器)，以便移除残留在片料中的任何残留的有色污染物。在各种实施例中，至少部分地基于Raman技术的光电片料分类器(例如，德国的卡尔斯鲁厄的Unisensor Sensorsysteme GmbH 公司的Powersort 200)执行最终的聚合物分离，以便移除残留在片料中的任何非PET聚合物。这个步骤还可以进一步移除任何剩余的金属污染物和有色污染物。
在各种实施例中，这些步骤的组合提供用于在下面描述的下游挤出工艺中使用的基本上清洁的(例如，清洁的)PET瓶片料，该片料包括小于约百万分之50的PVC(例如，25ppm PVC)和小于约百万分之15的金属。
C. 识别并移除杂质和不纯的片料
在特定实施例中，在清洗片料之后，片料被沿着传送器进给并且被高速激光系统300扫描。在各种实施例中，构成高速激光系统300的特定激光器被构造成检测特定污染物(例如，PVC或铝)的存在。可以用空气射流将被识别成基本不含PET的片料吹出主片料流。在各种实施例中，产生的非PET片料的水平小于25 ppm。
在各种实施例中，系统适于确保被处理成丝的PET聚合物基本不含水(例如，完全不含水)。在特定实施例中，将片料置于预调节器中约20至约40分钟(例如，约30分钟)，在此期间预调节器从片料上吹掉表面水。在特定实施例中，间质水(interstitial water)仍然在片料内。在各种实施例中，这些“湿”片料(例如，包括间质水的片料)然后被进给到挤出机中(例如，如下面在步骤2中描述的那样)，挤出机包括真空装置，除了其他的之外，该真空装置被设计成移除在上面描述的快速干燥工艺之后仍然在片料中的间质水。
步骤2：使用挤出系统来熔化和纯化PET片料
在特定实施例中，使用挤出机将上面描述的湿片料变成熔融的回收的PET聚合物，并且执行多次纯化工艺来制备待变成地毯的BCF的聚合物。如上面提到的，在各种实施例中，在步骤1完成之后，回收的PET聚合物片料是湿的(例如，基本从片料中移除(例如，完全移除)表面水，但间质水仍在片料中)。在特定实施例中，这些湿片料被进给到多旋转螺杆(“MRS”)挤出机400中。在其它实施例中，湿片料被进给到任何其它合适的挤出机(例如，双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、行星式挤出机或任何其它合适的挤出系统)中。在图2和3中示出了示例性MRS挤出机400。在2005年3月3日公布的名称为“Extruder for Producing MoltenPlastic Materials(用于产生熔融塑料材料的挤出机)”的美国公布的专利申请2005/0047267中描述了这种MRS挤出机的特定示例，而且该申请通过引用而结合在本文中。
如可以从这个图中理解的，在特定实施例中，MRS挤出机包括用于将材料进给到MRS区段420中的第一单螺杆挤出机区段410，以及用于将材料输送离开MRS区段的第二单螺杆挤出机区段440。
在各种实施例中，在上面描述的清洗步骤之后，湿片料被基本上立即(例如，立刻)直接进给到MRS挤出机400中(例如，不干燥片料或不允许干燥片料)。在特定实施例中，与在挤出之前使片料基本上完全预干燥的系统(例如，通过使热空气经过湿片料上面达延长的一段时间来使片料预干燥的系统)相比，在上面描述的清洗步骤之后基本上立即(例如，立刻)将湿片料直接进给到MRS挤出机400中的系统消耗的能量可以少约20%。在各种实施例中，在上面描述的清洗步骤之后基本上立即(例如，立刻)将湿片料直接进给到MRS挤出机400中的系统避免了需要等待使片料完全干燥(例如，从片料上移除所有表面水和间质水)大体上所需的一段时间(例如，高达八小时)。
图4描绘了示出由特定实施例中的MRS挤出机400执行的各种工艺的工艺流程。在这个图中所示的实施例中，湿片料首先被进给通过MRS挤出机的第一单螺杆挤出机区段410，该第一单螺杆挤出机区段410例如可以产生(例如，经由剪切)足以至少基本上熔化(例如熔化)湿片料的热量。
在各种实施例中，产生的聚合物熔体(例如，包括熔融片料)然后被进给到挤出机的MRS区段420中，其中，挤出机通过多个开放室使熔体流分成多个不同的流(例如，4个、6个、8个或更多个流)。图3示出了根据特定实施例的MRS区段420的详细剖面图。在特定实施例(诸如这个图中所示的实施例)中，MRS区段420使熔体流分成八个不同的流，随后它们被进给通过八个行星螺杆425A-H。如从图2中可以理解的，在特定实施例中，这些行星螺杆彼此基本上平行(例如，平行)并且平行于MRS机器400的主螺杆轴线。
在各种实施例中，在MRS区段420中，行星螺杆425例如可比在以前的系统中更快速地旋转(例如，约快四倍)。如图3中所示，在特定实施例中：(1)行星螺杆425A-H设置在单螺杆转筒（drum）428内，单螺杆转筒428安装成围绕其中心轴线旋转；以及(2)行星螺杆425A-H被构造成在与单螺杆转筒428的旋转方向相反的方向上旋转。在各种其它实施例中，行星螺杆425A-H和单螺杆转筒428在相同的方向上旋转。在特定实施例中，行星螺杆425A-H的旋转由环形齿轮驱动。而且，在各种实施例中，单螺杆转筒428的旋转速度为每个单独的行星螺杆425A-H的约四倍。在一些实施例中，行星螺杆425A-H以基本上近似的(例如，相同的)速度旋转。
在各种实施例中，如从图4中可以理解的，行星螺杆425A-H容纳在相应的挤出机筒内，挤出机筒例如可以对MRS区段420的外部室开放约30%。在特定实施例中，行星螺杆425A-H和单螺杆转筒428的旋转会增加聚合物熔体的表面交换(例如，与以前的系统相比，使熔融聚合物的更大的表面积暴露于开放室)。在各种实施例中，与通过共同旋转的双螺杆挤出机形成的熔体表面积相比，MRS区段420形成例如在约二十倍至约三十倍之间的熔体表面积。在特定实施例中，与通过共同旋转的双螺杆挤出机形成的熔体表面积相比，MRS区段420形成例如约二十五倍的熔体表面积。
在各种实施例中，MRS挤出机的MRS区段420装配有真空泵430，真空泵430附接到MRS区段420的真空附连部分422上，使得真空泵430经由MRS区段的壳体中的合适的开口424而与MRS区段的内部连通。在另外的其它实施例中，MRS区段420装配有一系列真空泵。在特定实施例中，真空泵430被构造成使MRS区段420的内部内的压力降低到在约0.5毫巴和约5毫巴之间的压力。在特定实施例中，真空泵430被构造成使MRS区段420中的压力降低到小于约1.5毫巴(例如，约1毫巴或更低)。由MRS区段420中的真空泵430产生的低压真空例如可以移除：(1)在熔融聚合物经过MRS区段420时存在于熔融聚合物中的挥发性有机物；和/或(2)当湿片料进入MRS挤出机400时存在于湿片料中的任何间质水的至少一部分。在各种实施例中，低压真空从聚合物流中移除基本上所有(例如，全部)水和污染物。
在特定示例中，真空泵430包括三个机械的凸轮真空泵(例如，串联设置的)以便使室中的压力降低到合适的水平(例如，约1.0毫巴的压力)。在其它实施例中，与上面论述的三个机械凸轮真空泵结构不同，真空泵430包括装配到MRS挤出机上的射流真空泵。在各种实施例中，射流真空泵被构造成在MRS区段420的内部中实现约1毫巴的压力以及与上面关于聚合物熔体的最终固有粘度描述的大约相同的结果。在各种实施例中，使用射流真空泵能够是有利的，因为射流真空泵由蒸汽提供动力，并且因此是基本上自清洁的(例如，自清洁的)，由此与机械凸轮泵(例如，机械凸轮泵可能需要反复清洁，因为挥发物会挥发出来并且在凸轮上凝结)相比需要的维护减少。在特定实施例中，真空泵430是德国贝格海姆的Arpuma GmbH公司制造的射流真空泵。
在特定实施例中，在熔融聚合物通过多流MRS区段420之后，熔融聚合物流重新结合并且流到MRS挤出机的第二单螺杆区段440中。在各种实施例中，熔融聚合物的单个流接下来通过包括至少一个过滤器的过滤系统450。在特定实施例中，过滤系统450包括两级过滤(例如，40微米筛网过滤器，接着的是25微米筛网过滤器)。虽然在各种实施例中，在上面论述的真空工艺期间移除水和易挥发的有机杂质，但是颗粒污染物，诸如例如，铝颗粒、砂、污垢和其它污染物可能仍在聚合物熔体中。因而，这个过滤步骤对于移除颗粒污染物(例如，在MRS区段420中未移除的颗粒污染物)可以是有利的。
在特定实施例中，在熔融聚合物流经过过滤系统450之后，使用粘度传感器460(参见图4)来感测熔融聚合物流的熔体粘度。在各种实施例中，粘度传感器460例如通过测量跨过已知区域的流的压降来测量流的熔体粘度。在特定实施例中，响应于测量的流的固有粘度低于预定水平(例如，低于约0.8 g/dL)，系统可以：(1)丢弃具有低固有粘度的流的一部分；和/或(2)降低MRS区段420中的压力，从而在聚合物熔体中实现较高的固有粘度。在特定实施例中，利用在具有真空区段430的计算机控制的反馈控制环中的粘度传感器来以基本上自动化的方式(例如，自动地)降低MRS区段420中的压力。
在特定实施例中，从聚合物中移除水和污染物可通过允许聚合物中的聚合物链重新连接以及延长链长度来改进回收的PET聚合物的固有粘度。在特定实施例中，在经过MRS区段420(其附连有真空泵430)之后，回收的聚合物熔体具有至少约0.79 dL/g的固有粘度(例如，在约0.79 dL/g和约1.00 dL/g之间)。在特定实施例中，经过低压MRS区段420可纯化回收的聚合物熔体(例如，通过移除污染物和间质水)并且使回收的聚合物在结构上基本上类似于纯的原始PET聚合物(例如，在结构上与纯的原始PET聚合物相同)。在特定实施例中，通过真空移除的水包括以下两者：来自如上面描述的用来清洁回收PET瓶的清洗水的水，以及来自由在单螺杆加热器410中熔化PET聚合物而产生的未反应水的水(例如，间质水)。在特定实施例中，聚合物中存在的水的大部分是清洗水，但一定百分比的水可以是未反应水。
在特定实施例中，产生的聚合物是回收的PET聚合物(例如，100%从消费后的PET产品获得，诸如PET瓶或容器)，该回收的PET聚合物具有适合用于基本上仅(例如，仅仅)使用来自回收的PET产品的PET制造PET地毯丝的聚合物品质。
步骤3：将纯化的PET聚合物进给到纺纱机中以使其变成地毯纱
在特定实施例中，在回收的PET聚合物已经由上面描述的挤出工艺挤出和纯化之后，产生的熔融的回收PET聚合物直接被进给到BCF(或“纺纱”)机500中，BCF机500被构造成使熔融聚合物变成膨体连续丝。例如，在各种实施例中， MRS挤出机400的输出基本上直接(例如，直接)连接到纺纱机500的输入，使得来自挤出机的熔融聚合物直接被进给到纺纱机500中。这个工艺可以是有利的，因为在某些实施例中，熔融聚合物可以不必在挤出之后冷却成粒料(如果回收的聚合物与原始PET聚合物混合的话就将需要)。在特定实施例中，不将回收的熔融聚合物冷却成粒料用于避免聚合物中的潜在的断链，该断链可能会降低聚合物的固有粘度。
在特定实施例中，纺纱机500通过喷丝头中的小孔挤出熔融聚合物，以便用聚合物产生地毯纱丝。在特定实施例中，熔融的回收PET聚合物在离开喷丝头之后冷却。然后辊子卷取地毯纱，并且地毯纱最终变成用来制造地毯的丝。在各种实施例中，由纺纱机500制造的地毯纱可以具有在约3克力每单位旦尼尔(gf/den)和约9 gf/den之间的韧度。在特定实施例中，所得到的地毯纱具有至少约3 gf/den的韧度。
在特定实施例中，上面描述的工艺中使用的纺纱机500是德国的新明斯特的Oerlika Neumag公司制造的Sytec One纺纱机。Sytec One机器可特别地适于难以操作的纤维，诸如，尼龙或纺染纤维，其中，丝在处理期间易于断裂。在各种实施例中，Sytec One机器使喷丝头的下游的操作保持得尽可能直，仅使用一个纺丝流水线，并且设计成在丝断裂时快速重新穿眼。
虽然上面描述的示例描述了使用Sytec One纺纱机来用聚合物制造地毯纱丝，但应该理解的是，可以使用任何其它合适的纺纱机。这样的纺纱机可以包括例如德国的新明斯特的Oerlika Neumag公司或任何其它公司制造的任何合适的一个纺丝流水线或三个纺丝流水线的纺纱机。
在各种实施例中，与使用纯的原始PET聚合物相比，使用以上工艺产生的回收的PET聚合物的改进的强度允许它以更高的速度通过纺纱机500。与在使用原始PET聚合物时相比，这可允许更高的处理速度。
示例性工艺的总结
图5提供制造上面描述的膨体连续的丝的方法的概要性总结。如图中所示，该方法在步骤602处开始，在这里，回收的PET瓶被分成片料组。接下来，在步骤604处，该片料组被清洗以便从片料的相应的外表面移除污染物。接下来，在步骤606处，该片料组被扫描(例如，使用上面讨论的方法中的一种或多种)以便识别杂质，包括不纯的片料。然后从该片料组中移除这些杂质和不纯的片料。
接下来，在步骤608处，片料组经过MRS挤出机，同时保持挤出机的MRS部分内的压力低于约1.5毫巴。在步骤610处，产生的聚合物熔体经过至少一个过滤器，该过滤器具有小于约50微米的过滤孔径(micron rating)。最后，在步骤612处，回收的聚合物形成膨体连续地毯丝，膨体连续地毯丝可以用来制造地毯。然后该方法在步骤614处结束。
替代实施例
在特定实施例中，系统可以包括替代构件或执行替代工艺以便用100%的回收PET或其它回收的聚合物制造基本上连续的BCF。下面对示例性替代方案进行讨论。
非MRS挤出系统
在特定实施例中，该工艺可以利用上面描述的MRS挤出机之外的聚合物流挤出系统。替代挤出系统可以包括例如双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、行星式挤出机或任何其它合适的挤出系统。在特定实施例中，该工艺可包括任何合适的锥形螺杆挤出机的多种任意组合(例如，四个双螺杆挤出机、三个多螺杆挤出机等)。
用100%的回收地毯制作地毯纱
在特定实施例中，上面描述的工艺可以适于处理和制备旧地毯(或任何其它合适的消费后产品)以便制造包括100%的回收地毯的地毯纱。在这样的实施例中，该工艺将通过研磨和清洗回收的地毯而非回收的PET瓶来开始。在旧地毯转换成包括100%的回收地毯的新地毯纱的各种实施例中，该工艺可以包括额外的步骤来移除可能存在于回收的地毯中但可能不存在于回收的PET瓶中的额外的材料或杂质(例如，地毯背衬、粘合剂等)。
其它回收PET源
在各种实施例中，上面描述的工艺适于处理来自任何合适源(例如，除了回收的瓶或地毯之外的源)的回收的PET，以便产生包括100%的回收PET的新地毯纱。
使用结晶器作为BCF工艺的一部分
在各种实施例中，用于制造回收的BCF的工艺可以进一步包括利用一个或多个PET结晶器的结晶步骤。在特定实施例中，系统被构造成在使片料通过一个或多个挤出机（例如，单螺杆挤出机、MRS挤出机等）之前对研磨的片料执行结晶步骤。在特定实施例中，PET结晶器包括料斗螺杆（例如，螺旋加料器）、搅拌设备以及一个或多个鼓风机。
料斗螺杆
在特定实施例中，料斗螺杆被构造成将PET片料进给到结晶器中。在各种实施例中，PET结晶器被构造成使用料斗螺杆而将PET片料相对缓慢地进给到结晶器中。
搅拌设备
在各种实施例中，搅拌设备可以例如由任何合适的齿轮马达操作。在特定实施例中，搅拌设备被构造成在片料在结晶器中至少部分地结晶的同时至少部分地减少聚集（例如，片料的粘贴或结块）。在特定实施例中，搅拌设备包括料斗螺杆。
一个或多个鼓风机
在各种实施例中，结晶器进一步包括一个或多个鼓风机，该一个或多个鼓风机被构造成当片料经过结晶器时将空气吹过片料。在特定实施例中，一个或多个鼓风机被构造成将结晶器内的温度维持在至少约140华氏度。在其它实施例中，一个或多个鼓风机被构造成将结晶器内的温度维持在约140华氏度和约180华氏度之间。在一些实施例中，一个或多个鼓风机被构造成吹动来自结晶器的底部的热空气并且抽吸来自结晶器的上部的空气。
在特定实施例中，结晶器使PET片料的表面至少部分地干燥。在各种实施例中，使用更干燥的片料使得系统能够使片料更缓慢地通过MRS挤出机，这可以在挤出期间允许MRS挤出机内存在更高的压力（例如，可以使得系统能够在MRS挤出机内维持更高的压力，而不是非常低的压力）。在该工艺的各种实施例中，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约0毫巴和约25毫巴之间。在特定实施例（诸如，PET片料在MRS挤出机中被挤出之前已经经过结晶器的实施例）中，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约0毫巴和约18毫巴。在其它实施例中，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约0毫巴和约12毫巴之间。在另其它实施例中，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约0毫巴和约8毫巴之间。在另其它实施例中，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约5毫巴和约10毫巴之间。在特定实施例中，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约5毫巴、约6毫巴、约7毫巴、约8毫巴、约9毫巴或者在约0毫巴和约25毫巴之间的任何合适的压力。应该理解的是，在本文中列出的对任何数值范围的公开包括对在这些数值范围内的每个不同数值的公开。例如，对在约10毫巴和约15毫巴之间的范围的公开应该被理解为构成对约11毫巴、约12毫巴、约13毫巴、约13.5毫巴等的公开。
在特定实施例中，结晶器使片料的大小至少部分地减小，从而可以例如减小片料粘贴在一起的可能性。在特定实施例中，结晶器可以特别地降低较大片料的粘性，该片料可以例如包括：包含可能比PET瓶的其它部分更厚的研磨的PET瓶的部分的片料（例如， PET瓶的通常旋拧有盖的螺纹部分中的片料）。
在工艺中使用路边回收瓶和押金瓶
在各种实施例中，系统被构造成在上面描述的工艺中使用不同品质的回收的PET。例如，在各种实施例中，系统被构造成用来自源于路边回收源的PET瓶（例如，作为一般的批量回收计划或者其它回收源的一部分收集的PET瓶）和/或押金瓶（例如，作为押金计划的一部分退回的瓶）的PET制造膨体连续地毯丝。在各种实施例中，路边回收的瓶可能需要更彻底的处理以便制造膨体连续丝，因为路边回收的PET瓶可能混合有污染物并且以其他方式包括污染物，诸如例如：其它可回收物品（例如，纸、其它塑料等）、垃圾以及由于回收物品的不完全分类或者因为任何其它原因而产生的其它非PET瓶物品。押金PET瓶可能包括具有很少不需要的污染物的PET瓶，这是部分因为押金PET瓶可能与其它可回收或一次性物品分开收集。
在各种实施例中，与一年的其它时间相比，在一年的特定时间期间获得的路边回收的PET瓶可能包括更多的杂质和其它污染物。例如，在夏季收集的路边回收的PET瓶可能包括更高比例的干净的PET瓶（例如，水瓶），这是部分因为夏季的额外的水消耗。
在各种实施例中，上面描述的系统可以被构造成至少部分地基于用于制造膨体连续地毯丝的回收的PET源来调整工艺的特定组成部分。例如，因为押金PET瓶包括需要在该工艺的初始清洗和分类阶段期间移除的较少的杂质，所以压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持成高于该压力调节系统将被构造成对于来自路边回收的PET瓶的片料所维持的压力。在特定实施例中，压力调节系统可以被构造成当来自押金PET瓶的片料经过MRS挤出机时将MRS挤出机内的压力维持在约0毫巴和约12毫巴之间。在另其它实施例中，在这样的情况下，压力调节系统可以被构造成将MRS挤出机内的压力维持在约5毫巴和约10毫巴之间。
在各种实施例中，该系统被构造成至少部分地基于回收PET源来确定维持MRS挤出机内的压力所处的合适的压力。在其它实施例中，系统被构造成至少部分地基于回收PET源来省略以上步骤中的一个或多个或者包括上面描述的步骤的一个或多个额外步骤。
使用BCF工艺以用于制造PET或其他塑料胶粒
在各种实施例中，上面描述的BCF工艺的各种步骤可以用在PET或被称为胶粒的其他塑料粒料的制造中。在各种实施例中，这些胶粒可以被用于制造任何合适的PET或其他适合的塑料制品（例如，瓶、容器等）。例如，在上面描述的MRS挤出工艺之后，熔融聚合物可以被冷却至多个塑料粒料（例如，在熔融聚合物的挤出之后）。这些至少近似100%的回收的塑料粒料然后可以被用在任何合适的PET制品的制造中，与原始的PET粒料以任何合适的比例组合（例如，混合）从而制造任何合适的PET或其他制品，和/或用于任何其他合适用途。
在各种实施例中，用于制造PET胶粒的工艺例如可以包括：（1）用消费后的瓶制备PET聚合物的片料以用于在该工艺中使用；（2）使片料经过使片料熔化并且对产生的PET聚合物熔体进行纯化的任何合适的挤出机（例如，诸如上面描述的MRS挤出机）；以及（3）将熔融聚合物造粒。
在特定实施例中，该系统可以被构造成使用任何合适的造粒技术。例如，在特定实施例中，系统被构造成使用熔融造粒，熔融造粒例如可以包括：（1）通过一个或多个模具挤出聚合物熔体；以及（2）将聚合物熔体切割成被传输并且由合适的液体或气体冷却的粒料。在特定实施例中，系统被构造成基本上在聚合物熔体经过模具时（例如，基本上一旦聚合物熔体被挤出通过模具），就对聚合物熔体进行端面切割（face-cut）。
在另一实施例中，系统可以使用条带造粒（strand pelletizing）（例如，一个或多个合适的条带造粒技术），条带造粒例如可以包括：（1）使聚合物熔体冷却并且至少部分地凝固成多个聚合物条带；以及（2）将已经被冷却并且至少部分地被凝固的聚合物条带转变成粒料。条带造粒例如可以包括：（1）使熔融聚合物条带经过合适的冷却浴以便使聚合物熔体至少部分地变硬；以及（2）将变硬的聚合物熔体切割成粒料。在特定实施例中，熔融聚合物通过被挤出至水浴中而被冷却并被造粒。在各种实施例中，水浴被维持在基本上低于熔融聚合物的温度。在特定实施例中，水浴的温度基本上与熔融聚合物的最大结晶温度一致。在各种实施例中，PET的最大结晶温度在约140和约230摄氏度之间。在特定实施例中，最大结晶温度为约180摄氏度。在各种实施例中，可能需要使粒料表面处的结晶度水平最大化，以使得该表面基本上呈现出较少的粘性，从而可以降低聚集的可能性。
在其他实施例中，水浴可以被构造成在水浴内维持较低的温度（例如，在约20摄氏度和约80摄氏度之间）以便基本上至少使聚合物熔体冷却以用于造粒。在这样的实施例中，系统可以被构造成在造粒之后至少部分地加热产生的PET胶粒（例如，从而使产生的胶粒至少部分地结晶）。
在特定实施例中，该工艺包括在水浴中维持相对低的表面张力，例如，经由一个或多个表面活性剂的引入。在特定实施例中，表面活性剂可以促进低表面能量的碳氢化合物朝向粒料表面的移动，从而可以提高表面结晶并且有助于降低聚集的可能性。有效的表面活性剂的示例包括乙二醇三硅氧烷，聚氧乙二醇单烷基醚与十二烷醇，磷酸酯基烷基聚氧化乙烯表面活性剂，Dynol-607（空气产品）和Carbowet-106（空气产品）。
在特定实施例中，在水浴冷却之后，系统可以被构造成从产生的聚合物条带的表面上至少部分地擦去水，例如使用任何合适的吸气刀。基本上干燥的、基本上凝固的聚合物条带然后可以被运输至造粒机并且被切割成粒料。在各种实施例中，上面描述的条带造粒工艺可以产生基本上圆柱形的胶粒。
在另其他实施例中，系统可以被构造成使用任何其他合适的造粒技术。在各种实施例中，上面描述的造粒技术例如可以至少部分地在水下进行。其他合适的技术例如可以包括：一个或多个合适的水下造粒技术，一个或多个合适的研磨技术，一个或多个合适的切块（dicing）技术，一个或多个合适的水下条带造粒技术，一个或多个空气冷却模面造粒技术，一个或多个水环造粒技术，或者任何其他合适的造粒技术或造粒技术的组合。
结论
受益于以上描述和相关联的附图中呈现的教导的与本发明有关的领域的技术人员将想到本发明的许多修改和其它实施例。例如，虽然上面论述的真空系统被描述为构造成使MRS挤出机的开放室中的压力保持在约1毫巴，但在其它实施例中，真空系统可以适于使MRS挤出机的开放室中的压力保持为大于或小于1毫巴的压力。例如，真空系统可以适于使这个压力保持在约0.5毫巴和约1.2毫巴之间。
类似地，虽然上面描述的系统的各种实施例可以适于基本上仅用回收的PET来制造地毯丝(所以所产生的地毯丝将包括回收的PET，由回收的PET构成和/或基本上由回收PET构成)，但在其它实施例中，系统可适于用回收的PET和原始的PET的组合来制造地毯丝。所产生的地毯丝例如可包括在约80%和约100%之间的回收的PET和在约0%和约20%之间的原始的PET，由在约80%和约100%之间的回收的PET和在约0%和约20%之间的原始的PET构成，和/或基本上由在约80%和约100%之间的回收的PET和在约0%和约20%之间的原始的PET构成。
而且，虽然上面关于用PET制造地毯丝而讨论了各种实施例，但类似的技术可以用于用其它聚合物制造地毯丝。类似地，虽然上面关于用PET制造地毯丝而讨论了各种实施例，但类似的技术可以用于用PET或其它聚合物制造其它产品。
另外，应该理解的是，各种实施例可以省略上面描述的任何步骤或添加额外的步骤。
根据以上内容，要理解的是，本发明不限于所公开的具体实施例，而且修改方案和其它实施例也旨在被包括在所附权利要求的范围内。虽然在本文中采用了特定术语，但这些特定术语仅在一般和描述性的意义上被使用并且不是为了限制的目的。
Claims (21)
1.一种制造PET胶粒的方法，所述方法包括：
提供多螺杆挤出机，所述多螺杆挤出机包括：
（i）第一卫星式螺杆挤出机，所述第一卫星式螺杆挤出机包括第一卫星式螺杆，所述第一卫星式螺杆被安装成围绕所述第一卫星式螺杆的中心轴线旋转；
（ii）第二卫星式螺杆挤出机，所述第二卫星式螺杆挤出机包括第二卫星式螺杆，所述第二卫星式螺杆被安装成围绕所述第二卫星式螺杆的中心轴线旋转；以及
（iii）压力调节系统，所述压力调节系统适于将所述第一和第二卫星式螺杆挤出机内的压力维持在约18毫巴以下；
使用所述压力调节系统以便将所述第一和第二卫星式螺杆挤出机内的压力降低至约18毫巴以下；
在将所述第一和第二卫星式螺杆挤出机内的压力维持在约18毫巴以下的同时，使包括回收的聚合物的熔体经过所述多螺杆挤出机，以使得：（1）所述熔体的第一部分经过所述第一卫星式螺杆挤出机；以及（2）所述熔体的第二部分经过所述第二卫星式螺杆挤出机；
在使所述回收的聚合物的熔体经过所述多螺杆挤出机的所述步骤之后，将所述聚合物熔体造粒成多个聚合物胶粒。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，将所述聚合物熔体造粒包括：
使所述聚合物熔体经过冷却浴以便形成多个聚合物条带；以及
在使所述聚合物熔体经过所述冷却浴的所述步骤之后，将所述多个聚合物条带形成为所述多个聚合物胶粒。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述冷却浴被构造成使所述聚合物熔体至少部分地变硬成所述多个聚合物条带。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述冷却浴被构造成在所述冷却浴内维持约140摄氏度和约230摄氏度之间的温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述冷却浴被构造成在所述冷却浴内维持约180摄氏度的温度。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述冷却浴被构造成使所述聚合物熔体至少部分地结晶。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述冷却浴包括至少一个表面活性剂。
8.一种制造PET胶粒的方法，包括以下步骤：
将多个回收的PET瓶研磨成一组聚合物片料；
清洗所述聚合物片料组以便从所述片料的表面移除一个或多个污染物的至少一部分，所述片料组包括基本上由PET组成的第一多个片料和基本上不由PET组成的第二多个片料；
在清洗所述第一多个片料的所述步骤之后：
（i）扫描所述清洗的片料组以便识别所述第二多个片料，
（ii）将所述第二多个片料与所述第一多个片料分开；
使所述第二多个片料熔化以便产生聚合物熔体；
提供挤出机，所述挤出机在多个不同挤出流中挤出材料；
将所述挤出机内的压力降低至约0毫巴和约25毫巴之间；
在将所述挤出机内的所述压力维持在约0毫巴和约25毫巴之间的同时，使所述聚合物熔体经过所述挤出机以使得所述聚合物熔体被分成多个挤出流，每个挤出流具有在约0毫巴和约25毫巴之间的压力；
在使所述聚合物熔体经过所述挤出机之后，通过至少一个过滤器过滤所述聚合物熔体；以及
在使所述聚合物熔体经过所述过滤器之后，将所述聚合物熔体造粒以便形成多个PET胶粒。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，将所述聚合物熔体造粒包括：
使所述聚合物熔体至少部分地变硬成一个或多个聚合物条带；以及
将所述一个或多个聚合物条带切割成所述PET胶粒。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述聚合物熔体至少部分地变硬包括使所述聚合物熔体经过一个或多个冷却浴。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个冷却浴被构造成将所述一个或多个冷却浴内的温度维持在基本上近似于所述聚合物熔体的最大结晶温度的温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述最大结晶温度在约140摄氏度和约230摄氏度之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述最大结晶温度为约180摄氏度。
14. 根据权利要求8所述的方法，其中，将所述聚合物熔体造粒包括使用从由下述内容组成的组中选择的造粒技术而将所述聚合物熔体造粒：
i. 一个或多个熔融造粒技术；以及
ii. 一个或多个条带造粒技术。
15.一种用回收的PET制造PET胶粒的方法，所述方法包括：
（A）使基本上由回收的PET组成的多个片料熔化以便形成聚合物熔体；
（B）提供多螺杆挤出机，所述多螺杆挤出机包括：
（i）第一卫星式螺杆挤出机，所述第一卫星式螺杆挤出机包括第一卫星式螺杆，所述第一卫星式螺杆被安装成围绕所述第一卫星式螺杆的中心轴线旋转；
（ii）第二卫星式螺杆挤出机，所述第二卫星式螺杆挤出机包括第二卫星式螺杆，所述第二卫星式螺杆被安装成围绕所述第二卫星式螺杆的中心轴线旋转；
（iii）第三卫星式螺杆挤出机，所述第三卫星式螺杆挤出机包括第三卫星式螺杆，所述第三卫星式螺杆被安装成围绕所述第三卫星式螺杆的中心轴线旋转；
（iv）第四卫星式螺杆挤出机，所述第四卫星式螺杆挤出机包括第四卫星式螺杆，所述第四卫星式螺杆被安装成围绕所述第四卫星式螺杆的中心轴线旋转；以及
（v）压力调节系统，所述压力调节系统适于将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的压力维持在约0毫巴和约5毫巴之间；
（C）使用所述压力调节系统以便将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的压力降低至约0毫巴和约5毫巴之间；
（D）在将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的所述压力维持在约0毫巴和约5毫巴之间的同时，使包括回收的聚合物的熔体经过所述多螺杆挤出机，以使得：（1）所述熔体的第一部分经过所述第一卫星式螺杆挤出机；（2）所述熔体的第二部分经过所述第二卫星式螺杆挤出机；（3）所述熔体的第三部分经过所述第三卫星式螺杆挤出机；以及（4）所述熔体的第四部分经过所述第四卫星式螺杆挤出机；以及
（E）在使所述聚合物熔体经过所述多螺杆挤出机的所述步骤之后，将所述聚合物形成为多个PET胶粒。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述聚合物熔体形成为所述多个PET胶粒包括使用一个或多个熔融造粒技术将所述聚合物熔体造粒。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述一个或多个熔融造粒技术包括：
通过一个或多个模具挤出所述聚合物熔体；以及
将所述模具挤出的聚合物熔体切割成所述多个PET胶粒。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一个或多个熔融造粒技术进一步包括使所述多个PET胶粒至少部分地凝固并且至少部分地结晶。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述聚合物熔体形成为所述多个PET胶粒包括一个或多个条带造粒技术。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中，所述一个或多个条带造粒技术包括：
使所述聚合物熔体至少部分地凝固成一个或多个聚合物条带；以及
将所述一个或多个聚合物条带切割成所述多个PET胶粒。
21.如权利要求15所述的方法，进一步包括使用所述压力调节系统以便将所述第一、第二、第三和第四卫星式螺杆挤出机内的压力降低至约0毫巴和约1毫巴之间。
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