CN1903936A - 高吸热型pet瓶级聚酯切片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高吸热型PET瓶级聚酯切片，它是在聚酯切片中含有5～15ppm炭黑、5～10ppm氧化锆和20～30ppm醋酸钴。其制备方法为：将炭黑和氧化锆与乙二醇溶液混合，生成炭黑、氧化锆的乙二醇溶液，醋酸钴与乙二醇混合，制成醋酸钴溶液；将精对苯二甲酸和乙二醇进入酯化釜，反应得齐聚物；将炭黑、氧化锆溶液和醋酸钴溶液分开添加在PET生产的酯化反应与预聚反应之间的齐聚物管线上，经过齐聚物管线上的静态混合器进行混合，进入预聚釜，炭黑、氧化锆纳米粒子和醋酸钴在预聚釜中与低聚物进行充分混合，再进入终聚釜制得PET聚酯切片。本发明在提高PET瓶级聚酯切片吸收红外加热能量的同时又具有颜色浅，透明度高，乙醛含量低、强度高，抗开裂性好，韧性好，阻隔性好，便于后道加工等特点。

Description

高吸热型PET瓶级聚酯切片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种瓶级聚酯切片，尤其是涉及在后道加工注塑、吹塑过程中能够快速吸热的高吸热型PET瓶级聚酯切片及其制备方法。
背景技术：
PET瓶级聚酯切片，因其具有乙醛含量超低、理化性能好，耐热性及热稳定性好，耐压、耐酸碱、无色无味等特点，近年来在矿泉水、食用油、果汁、茶、汽水等食品饮料包装方面被广泛使用。而且因其密度轻、强度高、无毒性等一系列优良特性作为替代PP、PE、PC、PV、PVC等热塑性材料被广泛使用在非食品包装领域。
PET瓶级聚酯切片的生产工艺流程为：精对苯二甲酸和乙二醇在浆料混合罐按设定的密度或摩尔比搅拌，泵入至浆料喂给罐，浆料喂给罐经泵通过浆料注射喷嘴进入酯化釜，在265℃±5℃的温度条件下，浆料在酯化釜内得到均匀混合反应得齐聚物，反应后的副产物水和低聚物经酯化分离塔分离出。酯化后生成的齐聚物连同加入到齐聚物管线上的各添加剂如催化剂、热稳定剂按设定的注射比率经齿轮泵注入预聚釜。预聚釜反应温度在280±5℃，压力18±5mmHg，当物料到达预聚釜上方后流向终聚釜。终聚釜的反应温度为282±5℃，压力1.5±5mmHg。终聚后的产物经熔体过滤器过滤后，铸带切粒得到无定形切片，再经固相聚合增粘后得到高粘PET瓶级聚酯切片。
在后道加工过程中，常规的PET瓶级聚酯切片制成的中空容器无色透明。在注塑、吹塑红外加热的过程中，存在吸热速度慢，热损失大，生产周期长等缺点，给制坯、吹瓶、拉片等工序的直接生产成本和产能受到明显的制约。因此，为了最大化地吸收红外加热的能量，有时将一定量的红外吸收剂炭黑加入PET。但一定量炭黑的加入在提高PET吸收红外加热的能量的同时对瓶子的外观质量具有不利影响，引起其颜色变深和变得不太透明和较为混浊。如简单地采用减少炭黑的用量方法来提高PET的外观质量，则又会降低PET吸收红外加热能量的功能。
发明内容：
本发明的目的在于提高一种在提高PET吸收红外加热能量的同时又能保证其外观质量的高吸热型PET瓶级聚酯切片及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种高吸热型PET瓶级聚酯切片，其特征在于在聚酯切片中含有5～15ppm的炭黑、5～10ppm的氧化锆纳米粒子、20～30ppm的醋酸钴。
本发明高吸热型PET瓶级聚酯切片的制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：
(1)、将炭黑和氧化锆纳米粒子与乙二醇溶液混合，搅拌生成稳定的炭黑、氧化锆的乙二醇溶液，醋酸钴与乙二醇混合，配制成醋酸钴溶液；
(2)、将精对苯二甲酸和乙二醇在浆料混合罐按配比搅拌，泵入至浆料喂给罐，再经浆料注射喷嘴进入酯化釜，浆料在酯化釜内得到均匀混合反应得齐聚物；
(3)将配制好的炭黑、氧化锆的乙二醇溶液和醋酸钴溶液分开添加在PET生产的酯化反应与预聚反应之间的齐聚物管线上，然后与齐聚物一起经过齐聚物管线上的静态混合器进行混合，进入预聚釜，炭黑和氧化锆纳米粒子在预聚釜中与低聚物进行充分混合分散相溶，再进入终聚釜制得聚对苯二甲酸乙二醇酯与炭黑和氧化锆纳米粒子及醋酸钴的组合物，
其中：酯化反应温度在265℃±5℃，预聚反应温度在280±10℃，压力18±5mmHg，终聚反应温度为282±5℃，压力1.5±5mmHg。
在PET中加入炭黑用以提高PET吸收红外加热的能量，同时还可以提高PET的高补强性，定伸应力低，具有良好的伸长率、抗撕裂弯曲和耐曲挠性。
在PET中加入氧化锆用以提高PET的热力学性能，如玻璃化转变温度、结晶温度和溶融温度等。玻璃化转变温度的提高有利于PET切片的耐热性能。结晶温度的提高有利于将PET作为工程塑料的使用，即脱模时，不会出现较大的变形的收缩，同时还可以提高PET的透明度，以改善瓶子的外观质量，加入氧化锆后使氧化锆嵌在PET的分子链中，具有吸附阻隔作用，可以进一步提高PET吸收红外线的能力，这样可以减少一部分炭黑的用量，以提高瓶子的外观质量，使其颜色变浅。
在PET中加入醋酸钴可以加快PET缩聚反应的反应速度，降低其它催化剂的用量，而且能有效地抑制副反应的进行，得到的PET产品具有良好的色泽和透明度和低乙醛含量，而且醋酸钴本身还是一种调色剂，含有红、紫和蓝色，加入醋酸钴还可以提高PET吸收红外加热的能量，这样也可以降低炭黑的作量，以提高瓶子的外观质量，使其颜色变浅。
由于本发明在酯化釜后的齐聚物管线上添加炭黑、氧化锆和醋酸钴构成的红外收吸剂体系，对PET瓶级切片进行改性，使PET瓶级切片具有高吸热特性，且外观质量好，颜色浅，透明度高，乙醛含量低。同时还具有强度高，抗开裂性好，韧性好，阻隔性好，便于后道加工等特点。本发明能够提高20％后道加工的产能，降低20％后道加工过程中的能源消耗。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明所采用的静态混合器结构示意图。
图中：齐聚物管线A、炭黑、氧化锆和醋酸钴添加剂B、上封头1、筒体2、下封头3、进料口4、熔体分配器5、熔体布料器6、加热隔套7、导流管束8、导流板9和出料口10。
具体实施方式：
实施例1：
参见图1，高吸热型PET瓶级聚酯切片，在该聚酯切片中含有5ppm的炭黑、5ppm的氧化锆纳米粒子和20ppm的醋酸钴。
其方法包括以下工艺步骤：
(1)、将炭黑和氧化锆纳米粒子与乙二醇溶液混合，搅拌生成稳定的炭黑、氧化锆的乙二醇溶液，醋酸钴与乙二醇混合，配制成醋酸钴溶液；
(2)、将精对苯二甲酸和乙二醇在浆料混合罐按配比搅拌，泵入至浆料喂给罐，再经浆料注射喷嘴进入酯化釜，浆料在酯化釜内得到均匀混合反应得齐聚物；
(3)将配制好的炭黑、氧化锆的乙二醇溶液和催化剂醋酸钴溶液分开添加在PET生产的酯化反应与预聚反应之间的齐聚物管线上，然后与聚物管一起经过齐聚物管线上的静态混合器进行混合，进入预聚釜，炭黑、氧化锆和醋酸钴在预聚釜中与低聚物进行充分混合分散相溶，再进入终聚釜，当粘度达到0.600dL/g时经过滤、铸带、切粒得到无定形切片，再经过固相聚合增粘至0.800～0.870dL/g，可得到高吸热型PET瓶级聚酯切片。
参见图2，为保证炭黑和氧化锆纳米粒子在PET聚酯切片混合均匀，本发明还可以在添加炭黑和氧化锆纳米粒子的齐聚物管线上串接静态混合器，该静态混合器主要由筒体2、上封头1、下封头3、熔体分配器5、熔体布料器6、导流管束8、导流板9、加热隔套7、进料口4和出料口10组成。上封头1和下封头3分别向上、向下连接于筒体2顶部和底部，熔体分配器5置于下封头3内，由上、下管板5.1、5.3和竖直管束5.2组成。上管板5.1呈平板状，下管板5.3呈下凸球面状，竖直管束5.2封装于上、下管板5.1、5.3之间。熔体布料器6置于筒体2底部，呈紊乱的毡状结构，导流管束8横置于筒体2中间，其导流管截面呈六边形，导流板9有多个，竖向布置于筒体2上部，加热隔套7布置于筒体2外围，进料口4布置于下封头3底部，出料口10布置于上封头1顶部。
主要工艺参数如下表：
表一、连续聚合
  关键工序控制点   参数范围
  浆料密度   1300±10Kg/m3
  酯化温度   265±5℃
  预聚釜压力   18±5mmHg
  预聚釜进口温度   280±5℃
  预聚釜出口温度   281±5℃
  终聚釜出口温度   282±5℃
  终聚釜压力   1.5±5mmHg
  终聚釜搅拌转速   2.5±0.5rpm
实施例2：
PET瓶级聚酯切片中含有10ppm的炭黑、8ppm的氧化锆纳米粒子和25ppm的醋酸钴，其余工艺方法同实施例1。
实施例3：
PET瓶级聚酯切片中含有15ppm的炭黑、10ppm的氧化锆纳米粒子和30ppm的醋酸钴，其余工艺方法同实施例1。
本发明后道加工吹塑工艺对比——用瓶级聚酯切片生产的29g白坯可口可乐饮料瓶为例。
表二、管坯红外加热
  管坯数量   红外加热温度4×4灯管(℃)   红外加热(min)   生产周期   管坯厚度(mm)   管坯温度(℃)   设定产量
  未添加红外吸收剂 250个 80％ 19min 19min 3.0mm 123℃ 16000只/h
  添加红外吸收剂 250个 65％ 15min 15min 3.0mm 123℃ 16000只/h
表三、管坯吹塑
  预吹压力kg/m2   预吹时间(s)   二吹压力kg/m2   二吹时间(s)   产量只/h   模温℃
  未添加红外吸收剂 8.8kg/m2 0.3s 1.9kg/m2 1.9s 16000只/h 35℃
  添加红外收吸收剂 8kg/m2 0.1s 1.5kg/m2 1.9s 16000只/h 35℃
比较分析
  切片的特性粘度dL/g   玻璃化温度℃   结晶温度℃   熔点℃  红外加热灯管效率4×14(％)   管坯温度℃
实施例1 0.852 79.5 162.5 245.3 95％ 122℃
实施例2 0.855 80.5 164.5 244.1 81％ 123℃
实施例3 0.850 81.3 167.1 245.1 72％ 123℃
通过多次实验，添加红外吸收剂后快速吸热的PET瓶级聚酯切片，在后道加工过程中，能够节约能源，缩短了生产周期，提高了产能，大大的降低了生产成本。

Claims (3)

1、一种高吸热型PET瓶级聚酯切片，其特征在于在聚酯切片中含有5～15ppm的炭黑、5～10ppm的氧化锆纳米粒子和20～30ppm的醋酸钴。
2、一种如权利要求1所述的高吸热型PET瓶级聚酯切片的制备方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：
(1)、将炭黑和氧化锆纳米粒子与乙二醇溶液混合，搅拌生成稳定的炭黑、氧化锆的乙二醇溶液，醋酸钴与乙二醇混合，配制成醋酸钴溶液；
(2)、将精对苯二甲酸和乙二醇在浆料混合罐按配比搅拌，泵入至浆料喂给罐，再经浆料注射喷嘴进入酯化釜，浆料在酯化釜内得到均匀混合反应得齐聚物；
(3)将配制好的炭黑、氧化锆的乙二醇溶液和醋酸钴溶液分开添加在PET生产的酯化反应与预聚反应之间的齐聚物管线上，然后与齐聚物一起经过齐聚物管线上的静态混合器进行混合，进入预聚釜，炭黑和氧化锆纳米粒子在预聚釜中与低聚物进行充分混合分散相溶，再进入终聚釜制得聚对苯二甲酸乙二醇酯与炭黑和氧化锆纳米粒子及醋酸钴的组合物，
其中：酯化反应温度在265℃±5℃，预聚反应温度在280±10℃，压力18±5mmHg，终聚反应温度为282±5℃，压力1.5±5mmHg。
3、根据权利要求2所述的一种高吸热型PET瓶级聚酯切片的制备方法，其特征在于：所述静态混合器包括筒体(2)、上封头(10、下封头(3)、熔体分配器(5)、熔体布料器(6)、导流管束(8)、导流板(9)、加热隔套(7)、进料口(4)和出料口(10)，上封头(1)和下封头(3)分别向上、向下连接于筒体(2)顶部和底部，熔体分配器(5)置于下封头(3)内，由上、下管板(5.1)、(5.3)和竖直管束(5.2)组成，上管板(5.1)呈平板状，下管板(5.3)呈下凸球面状，竖直管束(5.2)封装于上、下管板(5.1、5.3)之间，熔体布料器(6)置于筒体(2)底部，呈紊乱的毡状结构，导流管束(8)横置于筒体(2)中间，其导流管截面呈六边形，导流板(9)有多个，竖向布置于筒体(2)上部，加热隔套(7)布置于筒体(2)外围，进料口(4)布置于下封头(3)底部，出料口(10)布置于上封头(1)顶部。
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