ES2265633T3 - Metodo para la polimerizacion en estado solido de poli(tereftalato de etileno). - Google Patents
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Abstract
Método para la polimerización en estado sólido de PET, que comprende las etapas de: - proporcionar un turbo-calentador T que comprende un cuerpo (1) tubular cilíndrico, cerrado en sus extremos opuestos por placas (2, 3) de extremo, equipado con una camisa (4) de calentamiento, con aberturas (5, 6) de entrada y salida y con un rotor (7) con paletas fijado de manera rotativa dentro del mismo, - alimentar una corriente continua de un material de PET finamente dividido, con una viscosidad intrínseca comprendida entre 0, 60 y 0, 80 dl/g, en dicho turbo- calentador (T), cuya temperatura de pared (9) interna es de al menos 200ºC, - alimentar en corriente paralela dentro de dicho turbo- calentador (T) una corriente continua de un gas inerte, - someter dicha corriente de material de PET a la acción mecánica de dicho rotor (7) con paletas rotado a una velocidad de al menos 200 rpm, con una centrifugación consiguiente del material anterior contra dicha pared (9) calentada, que provoca una polimerización en estado sólido de dicho material, y transporte del mismo hacia dicha abertura de salida, - descargar continuamente una corriente de un producto de PET que tiene una viscosidad intrínseca promedio de al menos 0, 85 dl/g.
Description
Método para la polimerización en estado sólido
de poli(tereftalato de etileno).
La presente invención se refiere, en general, a
un método para la polimerización en estado sólido de
poli(tereftalato de etileno) (PET), en particular de PET que
proviene de desechos sólidos recogidos por separado, tales como por
ejemplo botellas vacías de agua mineral y bebidas.
En particular, la invención se refiere a un
método para obtener PET con una viscosidad intrínseca elevada y por
tanto adecuado para usarse en procedimientos de extrusión y moldeo
posteriores, partiendo de PET que tiene una viscosidad intrínseca
sumamente variable y generalmente baja, tal como el de botellas que
provienen de fracciones recogidas por separado.
En la actualidad, las botellas vacías y otros
productos fabricados con PET que se recuperan con los desechos
sólidos recogidos por separado, se someten a operaciones de lavado,
troceado y molido, obteniendo un producto de polvo o copos más o
menos finos, que entonces se añade, en un bajo porcentaje, a PET
virgen en las mezclas de partida para la fabricación de botellas
mediante métodos de extrusión convencionales. Sin embargo,
funcionando de esta manera, las características de funcionamiento
mecánicas de los vasos finales son peores que las de los vasos
obtenidos partiendo sólo de PET virgen.
También se sabe que el PET fabricado mediante
reacción de ácido tereftálico con etilenglicol y posterior
polimerización tiene un grado insuficiente de polimerización para
su uso en los procedimientos de extrusión de botellas y vasos
similares. El grado de polimerización se evalúa midiendo la
viscosidad intrínseca, que es, para el PET descargado de los
reactores de polimerización, de aproximadamente
0,60-0,63 dl/g.
Con el fin de aumentar la viscosidad intrínseca
y por tanto el grado de polimerización del PET, según la técnica
conocida, se realiza entonces una polimerización en estado sólido
llevada a cabo en estufas con nitrógeno a 220ºC durante varias
horas, según el valor de viscosidad intrínseca deseado.
Entonces se conoce un método para mejorar el PET
de botellas vacías obtenidas a partir de recogidas separadas de
desechos, a partir de ahora denominados, por cuestión de
simplicidad, "PET usado" o "PET tras el consumo". Según
este método conocido, el PET usado, ya lavado y molido,
caracterizado por un valor de viscosidad intrínseca de
aproximadamente 0,60-0,63 dl/g, se somete en primer
lugar a una granulación. Los gránulos así obtenidos se someten
entonces a una polimerización en estado sólido, que implica calentar
los gránulos en estufas a temperaturas superiores a 200ºC durante
12-20 horas en una atmósfera inerte.
Sin embargo, resulta claro que este método es
bastante caro en cuando al consumo de energía y tiempo e implica
adicionalmente un funcionamiento discontinuo. Las desventajas de
este método se han superado parcialmente por el método descrito en
la solicitud de patente EP 0856537, que somete directamente el PET
usado en polvo o copos a la polimerización en estado sólido, sin
una etapa de granulado previa.
Según este método, que sin embargo comprende una
etapa de calentamiento previo del PET en polvo o copos y dos etapas
de polimerización en estado sólido, se obtiene un PET con una
viscosidad intrínseca promedio de al menos 0,85 dl/g partiendo de
PET usado con una viscosidad intrínseca de 0,60-0,8
dl/g en aproximadamente 3,5 horas.
El método según el documento EP 0856537, aunque
es más rápido que el método conocido, padece sin embargo la
desventaja de proporcionar un funcionamiento discontinuo, dado que
siempre implica el uso de estufas o aparatos similares.
El problema que subyace en la presente invención
es el de proporcionar un método para la polimerización en estado
sólido de PET, en particular de PET usado, que puede llevarse a cabo
más rápidamente que los métodos conocidos y que permite un
funcionamiento continuo.
Este problema se resuelve, según la invención,
mediante un método que comprende las etapas de:
-someter material de PET finamente dividido, que
tiene una viscosidad intrínseca comprendida entre 0,60 y 0,80 dl/g,
a calentamiento en una atmósfera inerte mientras fluye en forma de
una capa delgada, turbulenta, dinámica, en contacto con una pared
calentada hasta al menos 200ºC, obteniendo un material de PET con
una viscosidad intrínseca promedio superior o igual a 0,85
dl/g.
Puede usarse ventajosamente material de PET que
proviene de desechos recogidos por separado, previamente molido,
como el material de PET de partida.
Convenientemente, el método según la invención
puede llevarse a cabo con la ayuda de un aparato denominado
turbo-calentador, que comprende un cuerpo tubular
cilíndrico, equipado con una camisa de calentamiento, cerrado en
los extremos opuestos por placas de extremo, equipado con aberturas
de entrada y salida y que tiene un rotor con paletas coaxial fijado
de manera rotativa dentro del mismo. En este caso, el método según
la invención comprende las etapas de:
alimentar una corriente continua de un material
de PET finamente dividido, con una viscosidad intrínseca comprendida
entre 0,60 y 0,80 dl/g, dentro del turbo-calentador
anterior, cuya temperatura de pared es de al menos 200ºC,
alimentar en corriente paralela dentro del
turbo-calentador una corriente continua de un gas
inerte,
someter la corriente de material de PET a la
acción mecánica del rotor con paletas rotado a una velocidad de al
menos 200 revoluciones por minuto, con la centrifugación posterior
del material anterior contra la pared calentada, lo que determina
una polimerización en estado sólido del material anterior, y el
transporte del mismo hacia la abertura de salida,
descargar continuamente una corriente de un
producto de PET que tiene una viscosidad intrínseca promedio de al
menos 0,85 dl/g.
Preferiblemente, el gas inerte alimentado dentro
del turbo-calentador es nitrógeno, posiblemente
calentado.
La velocidad de rotación del rotor con paletas
está comprendida preferiblemente entre 200 y 1.500 rpm.
La velocidad de flujo de la corriente de
material de PET que entra dentro del
turbo-calentador está comprendida generalmente
entre 150 y 400 kg/h y la de la corriente de gas inerte entre 200 y
400 Nm^{3}/h.
La temperatura de pared se mantiene
preferiblemente a aproximadamente 240-260ºC y el
tiempo de residencia promedio del material de PET en el
turbo-calentador está comprendido generalmente entre
30 segundos y 2 minutos.
El material de PET finamente dividido usado en
el método según la presente invención puede ser PET virgen no
sometido aún a polimerización en estado sólido o puede obtenerse
moliendo material de PET que proviene de desechos sólidos recogidos
por separado.
Tal como puede observarse a partir de lo
anterior, la principal ventaja ofrecida por el método según la
invención con respecto a los de la técnica anterior se representa
por tiempos considerablemente menores (minutos en lugar de horas) y
la posibilidad de un funcionamiento continuo, con posterior aumento
del rendimiento total por horas.
Además, en virtud del uso del
turbo-calentador descrito anteriormente, el método
según la invención se caracteriza por un consumo de energía
extremadamente moderado.
Características y ventajas adicionales del
método según la presente invención resultarán claras a partir de la
descripción de una realización de la misma, facilitada a
continuación en el presente documento a modo de ejemplo ilustrativo
y no limitativo, con referencia al dibujo adjunto al presente
documento, que muestra esquemáticamente un aparato para la puesta
en práctica del presente método.
Haciendo referencia a este dibujo, el aparato
usado para la polimerización de PET comprende un
turbo-calentador T.
El turbo-calentador T
(fabricado, por ejemplo, por la empresa VOMM Impianti e Processi de
Rozzano (I-Milán)) comprende esencialmente un
cuerpo 1 tubular cilíndrico cerrado en los extremos opuestos por
placas 2, 3 de extremo y equipado con una camisa 4 de calentamiento
coaxial a través de la cual debe fluir un fluido, por ejemplo,
aceite diatérmico.
El cuerpo 1 tubular tiene una abertura 5 de
entrada para el material de PET en polvo o copos y una abertura 6
de salida para el producto que se ha sometido al tratamiento de
polimerización en estado sólido.
Dentro del cuerpo 1 tubular se fija
rotativamente un rotor 7 con paletas. Las paletas 8 de este rotor
están dispuestas helicoidalmente y orientadas de modo que
centrifuguen y simultáneamente hagan avanzar hacia la salida el
producto sometido al tratamiento. Un motor M hace rotar el rotor 7 a
una velocidad comprendida entre 200 y 1.500 rpm, preferiblemente de
400-600 rpm.
Debido a razones técnicas contingentes, el
turbo-calentador puede tener obviamente más de
una
abertura de entrada.
abertura de entrada.
Se alimenta continuamente una corriente de
material de PET, en polvo o copos, usado con una viscosidad
intrínseca comprendida entre 0,60 y 0,80 dl/g dentro del
turbo-calentador T a través de la abertura 5 de
entrada, de manera simultanea y en corriente paralela con una
corriente de nitrógeno. El material de PET se centrifuga por las
paletas del rotor, desde su entrada en el turbo calentador, contra
la pared 9 interna calentada y se transporta simultáneamente hacia
la abertura 6 de salida gracias a la orientación helicoidal de las
paletas anteriores.
Gracias a la formación de una capa delgada,
dinámica, turbulenta, tubular de material de PET, en la que las
partículas de material absorben una gran cantidad de energía, tanto
en forma de energía mecánica suministrada por la acción del rotor
con paletas rotado a una alta velocidad, como en forma de calor
administrado por la pared interna calentada del
turbo-calentador T, el material de PET se somete, en
unos pocos segundos o minutos, a una polimerización en estado
sólido. Esta polimerización resulta ser de la misma entidad que la
lograda mediante los métodos discontinuos de la técnica conocida,
con una clara diferencia en cuanto a los tiempos de reacción.
Tras un tiempo de residencia en el secador de
aproximadamente 30-120 segundos, se descarga
continuamente un producto de PET que tiene una viscosidad
intrínseca superior o igual a 0,85 y una temperatura generalmente
superior a 200ºC.
Usando el aparato descrito anteriormente de
manera esquemática y siguiendo el método de la invención, se
alimentó un material de PET que provenía de desechos sólidos
municipales recogidos por separado que, previamente molidos,
lavados y secados y que tenían una viscosidad intrínseca de
0,60-0,65 dl/g, en un
turbo-calentador T, con una velocidad de flujo de
300 kg/h, de manera simultanea y en corriente paralela con una
corriente de nitrógeno, con una velocidad de flujo de 600
Nm^{3}/h.
Se mantuvo la temperatura de la pared 9 a
aproximadamente 250ºC mientras que se mantuvo la velocidad de
rotación del rotor 7 con paletas constante a 500 rpm.
Tras un tiempo de residencia promedio en el
turbo-calentador T de 45 segundos, se descargaron
continuamente una corriente de nitrógeno y una corriente de
producto en polvo final (Tª = 200ºC) dotado con una viscosidad
intrínseca promedio de 0,90 dl/g.
Claims (8)
1. Método para la polimerización en estado
sólido de PET, que comprende las etapas de:
- -
- proporcionar un turbo-calentador T que comprende un cuerpo (1) tubular cilíndrico, cerrado en sus extremos opuestos por placas (2, 3) de extremo, equipado con una camisa (4) de calentamiento, con aberturas (5, 6) de entrada y salida y con un rotor (7) con paletas fijado de manera rotativa dentro del mismo,
- -
- alimentar una corriente continua de un material de PET finamente dividido, con una viscosidad intrínseca comprendida entre 0,60 y 0,80 dl/g, en dicho turbo-calentador (T), cuya temperatura de pared (9) interna es de al menos 200ºC,
- -
- alimentar en corriente paralela dentro de dicho turbo-calentador (T) una corriente continua de un gas inerte,
- -
- someter dicha corriente de material de PET a la acción mecánica de dicho rotor (7) con paletas rotado a una velocidad de al menos 200 rpm, con una centrifugación consiguiente del material anterior contra dicha pared (9) calentada, que provoca una polimerización en estado sólido de dicho material, y transporte del mismo hacia dicha abertura de salida,
- -
- descargar continuamente una corriente de un producto de PET que tiene una viscosidad intrínseca promedio de al menos 0,85 dl/g.
2. Método según la reivindicación 1, en el
que dicho gas inerte es nitrógeno.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en
el que dicho rotor (7) con paletas rota a una velocidad comprendida
entre 200 y 1.500 rpm.
4. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la velocidad de flujo de la
corriente de material de PET que entra dentro del
turbo-calentador (T) está comprendida entre 150 y
400 kg/h.
5. Método según la reivindicación 4, en el
que la velocidad de flujo de la corriente de gas inerte está
comprendida entre 200 y 400 Nm^{3}/h.
6. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de pared
es de aproximadamente 240-260ºC.
7. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo de residencia
promedio de dicho material de PET en el
turbo-calentador (T) está comprendido entre 30
segundos y 2 minutos.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho material de PET finamente
dividido se obtiene moliendo material de PET que proviene de
desechos sólidos recogidos por separado.
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