ES2267075T3 - Procedimiento de tratamiento termico de granulados de poliester. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento térmico de granulados de poliéster para conseguir una cristalización parcial, caracterizado porque ¿ se suministra la fusión de poliéster a un sistema de granulación de fragmentación por calor bajo agua y se granula, ¿ los granulados obtenidos se cargan en un dispositivo de separación de sólidos/agua por una vía de transporte corta del sistema de granulación de fragmentación por calor bajo agua, ¿ los granulados secos se cargan a continuación en un dispositivo de movimiento a una temperatura de granulados superior a 110° C sin proporcionar energía ni calor externo. ¿ el tratamiento térmico que conduce a la cristalización parcial se lleva a cabo mediante el calor sensible que presentan los granulados.

Description

Procedimiento de tratamiento térmico de granulados de poliéster.

La presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento térmico de granulados de poliéster para conseguir una cristalización.

El polietilentereftalato, al que se hace referencia a partir de ahora con la abreviatura PET, es un poliéster con grupos éster repetitivos.

PET puede estar presente en distintas estructuras, de forma amorfa o de forma cristalina o semicristalina. La mayoría de las veces, PET amorfo es transparente y PET cristalino es opaco o blanco. Como en todos los termoplásticos que pueden tener forma amorfa o cristalina, tampoco es posible un grado de cristalización del 100% en PET. Únicamente una parte de la estructura del PET puede orientarse, es decir, puede cristalizarse. Se alternan zonas cristalinas y amorfas. Por tanto, se habla siempre de una semicristalinidad.

Con PET puede alcanzarse un grado de cristalización del 50% aprox. para evitar que se peguen entre sí los granulados. Esto significa que la mitad de las cadenas moleculares se orientaron una a otra en este estado, es decir, se colocaron juntas paralelamente o se desenrollaron de forma circular. Inevitablemente los efectos recíprocos (fuerzas de van der Waals) entre las cadenas moleculares serán mayores en las zonas semicristalinas. Las cadenas tiran una de otra y, de este modo, los espacios entre las moléculas se reducen.

Como plástico termoplástico, PET puede formarse a temperaturas de 250ºC. Las cadenas moleculares se moverán entonces de manera que el plástico se funde y se origina una masa semilíquida que puede formarse casi de cualquier forma. En el enfriamiento, las cadenas moleculares vuelven a congelarse y el plástico se solidifica de la forma que desee (un principio que puede repetirse varias veces fácilmente). Este procedimiento también se utiliza, por ejemplo, en la fabricación de botellas de PET. En un primer paso, se fabrican las llamadas preformas. Como precursor de las botellas de PET, estas preformas ya disponen de roscas de tornillo prefabricadas. Para obtener botellas apropiadas, se ablandan de nuevo a 100ºC, se forman con aire comprimido y se soplan a una botella (proceso de soplado y distensión).

La fabricación de PET cristalizado en forma granulada comprendía hasta ahora numerosos procesos complicados de lecho fluidizado o de capa fluidizada que exigían una gran inversión y muchos gastos de gestión de fabricación (DE 198 48 245 A).

Un granulado de PET debe cristalizarse a una temperatura inferior a aquella a la que el material se pega, para impedir que el granulado confluya en una masa sólida y que apenas pueda tratarse. La temperatura de fusión del poliéster cristalizado se encuentra primero entre 240 y 250ºC, sin embargo, puede quedar pegajoso antes de la cristalización a una temperatura superior a 70ºC aprox.

Por ahora, se han revelado procesos continuos para la fabricación de granulado de PET seco, que necesitan generalmente instalaciones muy amplias, pues se requieren largos periodos de cristalización.

Así se propone, por ejemplo, en la US 5 532 335 A, un procesamiento de tratamiento térmico de granulados de poliéster, en el que los granulados se introducen en un recipiente de tratamiento y asimismo un medio líquido se conduce a dicho recipiente de tratamiento, con lo cual los granulados y el medio líquido se mezclan. Aquí se emplea agua a presión o la llamada agua recalentada como medio líquido en el proceso propuesto. La temperatura de cocción puede controlarse fácilmente modificando la presión en el recipiente del reactor. En un ejemplo de modelo, se tratan los granulados de poliéster a 120º - 182ºC. El agua se introduce a 160ºC, se mantiene en estado líquido y los granulados se mezclan mientras la presión en la unidad del reactor se mantenga a 7 kg/cm^{2} o superior. Es evidente que la realización de este procedimiento es extraordinariamente costosa y poco ahorrativa.

También los procedimientos conocidos que funcionan con un tratamiento aéreo tienen la grave desventaja de que emplean una gran cantidad de gas inerte. Además los gastos de energía y de procedimiento son muy altos para una aplicación amplia y práctica.

PCT/DE 20041001778

BKG Bruckmann & Kreyenborg ...

En la GB 1 250 690 A, se propone un procedimiento de fabricación de tratamiento térmico en una fase sólida para los granulados de polietilentereftalato apropiados para el moldeo por inyección. Para ello, el material de salida se conduce como fusión de poliéster caliente a 280º aprox., elaborada en una condensación de fusión habitual, a un granulador bajo agua, donde la extrusión de plástico caliente empujada desde la tobera es interceptada por un chorro de agua que sale de una tobera anular y se enfría. Además, esta extrusión se conduce a un dispositivo de corte a través de un trayecto de enfriamiento bajo agua. Después del dispositivo de corte, el granulado pasa a través de un filtro que separa el sólido del agua, donde el agua circula por un refrigerador en el circuito. El granulado húmedo puede emplearse para la condensación final térmica después del secado. Este granulado es especialmente adecuado cuando se trata en una condensación final térmica a más de 200ºC, en un estado sólido para el moldeo por inyección.

En este procedimiento, es importante que el producto, fabricado en el proceso de granulación para extrusión (sistema de fragmentación por frío bajo agua) y, por tanto, enfriado en su mayor parte, vuelva a calentarse para cualquier otro tratamiento térmico, o sea, requiere un consumo considerable de energía que se pierde en el proceso de enfriamiento previo.

Para cristalizar suficientemente el material en el estado de la técnica, siempre era necesario suministrar suficiente energía o calor externo al proceso de cristalización. Estos problemas nombrados dificultaban hasta ahora el reciclaje de PET.

La función de la invención se basa en proponer un procedimiento para la cristalización de granulados de PET, que se lleve a cabo sin suministro de energía o calor externo y que no necesite periodos largos de espera.

La función en la que se basa la invención se soluciona según la teoría de la reivindicación principal.

Los acondicionamientos ventajosos se describen en las reivindicaciones secundarias..

Con otras palabras, se propone que el material de salida de PET se moldee por extrusión en una extrusora a un temperatura apropiada. A continuación, se filtra la suciedad mediante, por ejemplo, la técnica del cambiador de filtro. La fusión de polímeros se conduce a un "sistema de granulación de fragmentación por calor bajo agua", a continuación llamado "granulación bajo agua", y se transforma en granulados que muestran forma esférica o lenticular debido a la granulación bajo agua y una temperatura interna alta.

Estos granulados de PET se transportan a alta velocidad a un dispositivo de separación de sólidos/agua por un conducto de transporte, donde se emplea agua caliente como medio de transporte, preferiblemente hasta 98ºC. Un aspecto importante para la efectividad del procesamiento según la invención son las vías de transporte relativamente cortas entre la cámara de granulación y el dispositivo de separación de sólidos/agua.

Los granulados de PET abandonan el dispositivo de separación de sólidos/agua con una temperatura interna de 130-180ºC, ya que se encarga de que la temperatura de extrusión del PET se mantenga el mayor tiempo posible.

Los granulados que presentan esta temperatura se someten a un movimiento, con lo que se inicia la cristalización. Esta cristalización según el proceso de la invención está condicionada por el calor sensible y, de esta forma, consigue que el producto, esto es, el granulado no se arrugue ni se pegue. Este efecto también aumenta porque el producto que debe cristalizarse tiene forma esférica o lenticular, o sea, se realiza con superficies de contacto lo menor posible.

El tiempo de espera de los granulados de forma esférica en la fase de movimiento es, por ejemplo, de 3 a 8 minutos y, después de que transcurra esta fase, los granulados de PET se cristalizan hasta un 40% o más y tienen un temperatura superior a 100ºC. Los granulados de PET calientes pueden transportarse en un depósito o en una estación de postratamiento porque los granulados ya no se pegan.

Además, la función de la invención se basa en proponer un dispositivo que permita el movimiento de los granulados de una forma eficaz.

Como dispositivo de movimiento para los granulados, está previsto preferiblemente el llamado canal de cristalización. Este canal de cristalización está diseñado de forma parecida a un canal de transporte de granulados pero dividido en la dirección de transporte en cámaras consecutivas, que se separan entre sí por barreras. El canal de cristalización tiene motores vibratorios para que los granulados que se encuentran allí puedan moverse continuamente y para que pueda ceder su propia energía a otros granulados. En cada cámara, tiene lugar la circulación de los granulados de PET y ya no es posible que los granulados se peguen.

Con el procedimiento según la invención y el dispositivo según la invención, se consigue una cristalización rápida, económica y cuidadosa de los granulados de PET.

Un ejemplo de aplicación de la presente invención se explica a continuación mediante la ilustración.

En la ilustración, se indica con 1 una bomba de fusión y un cambiador de filtro, al que se conduce un poliéster según la flecha F1. En la salida del cambiador de filtro, está previsto un granulador bajo agua 2, a través del cual se fabrican granulados de forma esférica o lenticular. Estos granulados se conducen a través de un dispositivo de transporte hasta un dispositivo de separación de sólidos/agua 3, por ejemplo, una centrífuga, donde el transporte se efectúa mediante agua de uso industrial que muestra preferiblemente una temperatura superior a 80º. Los granulados abandonan el dispositivo de separación de sólidos/agua 3 con una temperatura superior a 110º y se conducen a un canal de transporte 4 al que puede suministrarse aire en 5, que sale del dispositivo de transporte 4 en 6 y que se ocupa de la evacuación de la humedad. El dispositivo de transporte 4 está diseñado como un canal de transporte con barreras 7 orientadas transversalmente frente al dispositivo de transporte, y los granulados salen del dispositivo de transporte 4 a una temperatura de granulado superior a 100º y pueden conducirse a través de un llamado separador de granulados 8 de un dispositivo de postratamiento 9 o de un depósito
10.

Estos granulados se cristalizan hasta un 40% o más y pueden manipularse.

Claims (12)

1. Procedimiento de tratamiento térmico de granulados de poliéster para conseguir una cristalización parcial, caracterizado porque

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se suministra la fusión de poliéster a un sistema de granulación de fragmentación por calor bajo agua y se granula,

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los granulados obtenidos se cargan en un dispositivo de separación de sólidos/agua por una vía de transporte corta del sistema de granulación de fragmentación por calor bajo agua,

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los granulados secos se cargan a continuación en un dispositivo de movimiento a una temperatura de granulados superior a 110ºC sin proporcionar energía ni calor externo.

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el tratamiento térmico que conduce a la cristalización parcial se lleva a cabo mediante el calor sensible que presentan los granulados.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un fluido circula por los granulados durante su movimiento en el dispositivo de movimiento.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un fluido circula por la capa de granulados durante su movimiento en el dispositivo de movimiento.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el transporte de los granulados del sistema de granulación bajo agua al dispositivo de separación de sólidos/agua se efectúa mediante agua de uso industrial caliente.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la temperatura del agua de uso industrial es de 98ºC.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los granulados abandonan el dispositivo de movimiento con una temperatura de granulados superior a 80º.

7. Dispositivo para llevar a cabo un procedimiento de tratamiento térmico de granulados de poliéster para conseguir una cristalización parcial de los granulados con una bomba de fusión y un cambiador de filtro, así como un granulador bajo agua, caracterizado por un granulador de fragmentación por calor bajo agua (2) y un dispositivo de transporte (4) para el transporte de granulados, que desplaza permanentemente los granulados y que está dispuesto en un dispositivo de separación de sólidos/agua (3), donde los granulados se cristalizan por el calor sensible durante el transporte.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo de transporte (4) está diseñado como un dispositivo de transporte vibrante.

9. Dispositivo según la reivindicación 7 ó 8, caracterizado porque el dispositivo de transporte (4) está diseñado como un canal de transporte.

10. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, a lo largo del canal de transporte, se distribuyen varias barreras (7) separadas entre sí que causan una acumulación de material.

11. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de transporte (4) está rodeado al menos parcialmente por una carcasa.

12. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo de separación de sólidos/agua (3) incorpora una centrífuga.