MXPA99002321A - Metodo y dispositivo para la recuperacion de poliester lineal - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para recuperar poliésteres lineales, tales como PET y PBT, a partir de desecho de poliéster de las más variadas formas, de una manera continua, en el cual el desecho no secado o no completamente secado se funde, siendo hidrolíticamente degradadas las cadenas poliméricas por la humedad que se adhiere, y en el cual el diol, que corresponde a la unidad constitucional básica del polímero, es agregado al fundido dando como resultado degradación glucolítica, y el fundido tratado de este modo es posteriormente condensado al grado deseado de polimerización.

Description

Método y Dispositivo para la Recuperación de Poliéster Lineal Descripción de la Invención La invención se refiere a un método para la recuperación de poliéster lineal, tal como PET y PBT, del desecho de los mismos, y un dispositivo para llevar cabo el método. De manera contraria a muchos otros plásticos ter oplásticoa fundibles tales como el polietileno, polipropileno o poliestireno, los poliésteres lineales tales como el tereftalato de polietileno no pueden ser procesados mediante simple fusión y regranulación para elaborar una materia prima reutilizable, para requerimientos de más alta calidad, debido a que los poliésteres son hidrolíticamente degradados durante la fusión por la humedad que siempre se adhiere, a no ser que éstos hayan sido previamente secados. Por otra parte_, el rompimiento de las cadenas de polímero por hidrólisis es reversible sobre los poliésteres, mediante la policondensación que se lleva a cabo a través de condiciones de reacción adecuadas tales como vacío,, alta temperatura y agitación, y el agua de reacción REF. 29578 formada que es eliminada. Én contraste a los otros plásticos iaen.ciona QS, en los poliésteres puede ser reparado incluso el rompimiento de las cadenas moleculares provocado por la degradación térmica u oxidativa. El tereftalato de polietileno (PET) como desecho está frecuentemente marcado por una concentración incrementada de grupos carboxilo terminales en relación al PE.T intacto y a la disminución de los grupos éster de glicol. terminales. La causa de esto es primeramente mas que nada la degradación térmica que es inevitable durante la fusión y durante el procesamiento del fundido. Esto conduce al hecho de que en los procesos usuales de regranulación la longitud de la cadena del PET, medida por la viscosidad intrínseca de la solución (i.v.) disminuye; si el comportamiento del PET en la regranulación repetida y en la reutilización es observado, como se puede esperar en el xeciclamiento intensivo, se puede averiguar que aproximadamente después de la tercera regranulación en tosco, la viscosidad intrínseca de la solución ha disminuido e gran medida, tanta qu& e.1 material ya- no ea utilizable. La viscosidad intrínseca de la solución puede ser elevada nuevamente mediante la post-condensación n fase sólida del PET, esta medida es puesta entre límites, no obstante, ya que los grupos carboxilo terminales se han incrementado en el tiempo medio y los grupos éster de glicol terminales han disminuido. ?Lntre más alta sea la proporción COO/OH, más baja es la viscosidad intrínseca de la solución, lo cual puede ser logrado a través de la postcondensación, y más alta es la concentración de COOH del producto de post-condensación. Son conocidos los métodos para reciclar PET, en los cuales el desecho irregular es triturado y compactado de^ una manera tal que las partes del desecho tratadas así pueden ser conducidas a secadores de eje transversal continuamente, o a otros tipos de secadores, con el fin de lograr el secado completo de las partes. Después de esto se llevan a cabo la fusión y la post-condensación. Este método tiene la desventaja de que el secado del desecho es muy carOf como resultado de la extensión de la planta y del consumo de energía, y la degradación hidrolítica no puede ser completamente evitada, no obstante el desecho se seca cuidadosamente. Con estos métodos, el grado de policondensación que puede ser obtenido en el producto final depende de la calidad del desecho de poliéster utilizado como materia prima, en particular sobre su viscosidad intrínseca de la solución (i.v.) y su concentración de COOH. El producto final -a partir de. este método está por lo tanto excluido de muchas aplicaciones que requieren un cierto grado de policondensación» Tales productos deben ser descritos como inferiores. Estos métodos no están además en la posición para compensar la pérdida de los grupos terminales éster de glicol, lo cual se incrementa de cuando en cuando y lo cual es inevitable en el reciclamiento repetido del poliéster, especialmente eir el circuito prácticamente cerrado t El propósito subyacente a la invención es crear un método y un dispositivo para recuperar el poliéster lineal con degradación hidrolítica y glicolítica simultáneas, por medio de las cuales debería ser obtenido un poliéster reciclado de alta calidad, y de modo que el reciclamiento es posible incluso en el circuito cerrado, pretendiéndose que el tamaño de la planta y el consumo de energía deban ser mantenidos pequeños. En particular, el propósito de la invención es producir un poliéster exactamente con el grado de policondensación que es necesario para la aplicación respectiva, independientemente de la calidad (i.v., concentración de los grupos terminales carboxilo) del poliéster crudo . Este propósito es cumplido de acuerdo a la invención por las características de la reivindicación principal y de la reivindicación dependiente . En lo que respecta a la presente invención, el desecho no secado es conducido a un extrusor al ser fundido, ocurriendo la degradación hi ro-lLti a en el fundido». El desecho únicamente necesita ser pretriturado suficientemente para que éste sea capaz de pasar sin ningún problema a través de la abertura de entrada el dispositivo de desmenuzamiento conectado corriente arriba del extrusor. Al fundido se agrega diol, por ejemplo etilenglicol, que corresponde a la unidad constitucional básica para el polímero que va a ser tratado, por ejemplo PET, y luego el fundido es condensado posteriormente en un reactor, de manera similar a los reactores finales en las plantas de policondensación continua de poliéster, al grado de la policondensación ¿Leseada para el procesamiento. De este modo, la degradación hidrolítica c^el poliéster se eleva y se agregan aditivos tipo diol en la cantidad estequiométricamente necesaria para obtener en una pos tcondensaci,ón por fundido, el poliéster deseado con su peso molecular nuevamente elevado. La glucólisis parcial del polímero, por ejemplo PET, provocad'a por la adición de diolA por eiemplo etilenglicol, disminuye la proporción de la concentración de los grupos terminales COOH/OH, tal que en la siguiente post-condensacidn por fusión, Xa viscosidad intrínseca de la solución, deseada,, puede ser lograda sin reservas. De este modo, el producto final puede ser utilizado para las aplicaciones usuales tales como hilos, películas, y botellas, y es comparable coxx un producto de poliéster proveniente de monómeros originales. A través de las medidas citadas en las reivindicaciones dependientes, son posibles desarrollos y mejoramientos ventajosos. Como .resultado del control a propósito y de la temperatura de la reducción en el, grado de polimerizaciónir junto con la degradación glucolítica para limitar los valores entre 15 y 35, puede ser emprendida la adaptación a los parámetros deseados del producto final . Ventajosamente, el diol es dosificado de una manera tal que la proporción de los grupos terminales COOH/OH a la entrada del reactor de post-condensación cae entre 0.3 y 0.1, lo cual hace posible un optimización de las condiciones del proceso. De una manera ventajosa, el fundido es filtrado antes ?/o después de la adición medida del diol, ya que el fundido en ese punto en el tiempo tiene la más baj_a masa molar relativa, y de este modo la más baja viscosidad, y esto ,da como resultado ás bajo gasto en la presión del filtro y en el aire del filtro, por ejemplo, pueden ser reducidos los costos de la energía y del aparato» Una inodalidad, dada a manera de ejemplo, del dispositivo de acuerdo a la invención, se muestra en el dibujo y se explica con mayor detalle,, junto con el método, en la siguiente descripción. La única figura muestra una construcción diagramática del dispositivo de acuerdo a la invención. El método de acuerdo a la invención, para la recuperación de poliésteres lineales, por ejemplo PET, puede ser utilizado para desecho cuidadosamente clasificado en la forma más variada, por ejemplo, el desecho puede estar .presente en la forma de trozos de botella, fibras e hilos, películas y vellones, con recortes o redes completas, y como grupos o terrones del fundido. El desecho sucio puede ser lavado antes del procesamiento y las piezas más grandes del polímero pueden ser burdamente pre-trituradas. También adecuadas como materias primas son las botellas para bebida, pre-trituradas, elaboradas de PET, las cuales han sido liberadas del papel y del residuo de adhesivo a través de la clasificación de las substancias extrañas y de otros polímeros, y a través de lavado con agua. El agua que se adhiere a la superficie como resultado del lavado puede ser eliminada en secadores simples, sin que el . secado . sea tanto que la humedad se difunda desde el interior del polímero . La planta mostrada en la figura 1, tiene como componentes esenciales un extrusor de desgasificación 2 de tornillo simple, corriente abajo de un dispositivo de desmenuzamiento 1, dentro del cual el desecho pre-triturado es alimentado por medio de una banda transportadora. El dispositivo de desmenuzamiento consiste aquí preferentemente de un disco giratorio recibido en un alojamiento, sobre la superficie superior de cuyo disco están colocados cortadores erectos, transversalmente. Las piezas pre-trituradas del desecho son homogeneizadas, calentadas y compactadas en este dispositivo, siendo generada la fuerza centrífuga necesari . para la carga tangencial del tornillo extrusor, simultáneamente como resultado de la rotación del disco. Corriente abajo del extrusor 1, en el cual se funde el material de desecho, se conecta una unidad de filtro 3 co una anchura de malla entre 40 y 150 µm. El fundido que emerge de la unidad de filtro 3 pasa a través de un mezclador estático 6¿ especial, y luego por una unidad de bomba dosificadora 7 la cual guía el fundido vía una unidad de filtro 8 adicional, con una anchura de malla de entre 20 y 30 µm, hacia el reactor _ de post-condensación 9. Una bomba dosificadora 5 con un sistema de accionamiento variable dosifica etilenglicol y los aditivos de reacción desde un depósito 4 dentro del flujo ?el fundido hacia el mezclador estático 6» El reactor 8 está configurado con un cilindro horizontal, en el cual se dispersa un rotor equipado con discos y/o rayos. El vacío necesario para la reacción en el reactor final es producido por medio de un sistema de vacío 10 que contiene condensadores de roció y bombas. Una bomba de descarga 12 transporta el fundido po t-condensado a un sitio de procesamiento posterior en el cual se proporciona un granulador 13 y/o un dispositivo de hilado 14 y/o algún otro dispositivo de tratamiento 15, por ejemplo un dispositivo de vaciado.

El desecho no secado, pretriturado y compactado es distribuido hacia el extrusor 2, en el cual se funde el desecho, teniendo lugar la degradación hidrolitica en el fundido. E^sta degradación se lleva a cabo deliberadamente por medio de las condiciones y estándares del proceso. Éstas se refieren al grado de humedad en el desecho y7o a la temperatura y/o a la altura del vacío en el extrusor 2. Ya que el extrusor 2 es un extrusor de desgasificación, las impurezas volátiles que surgen durante el proceso de fundido pueden ser extraídas^ En la degradación hidrolítica, el fundido reduce su peso molecular, por ejemplo disminuye el grado de polimerización, dando como resultado que el fundido se vuelva menos viscoso, y de este modo sea capaz de ser filtrado toscamente con bajo gasto en la presión o el área del filtro en la unidad de filtro 3, con una fuerza de filtro de entre 40 y 150 µm. Se agregan al fundido por medio de la bomba dosificadora 5, etilenglicol y otros aditivos tales como abrillantadores ópticos, agentes calorantes, pigmentos de color, estabilizadores, o catalizadores, teniendo lugar el buen mezclado en el mezclador estático 6» Posteriormente, una vez que el fundido ha sido dosificado para el reactor 9, éste es finamente filtrado (unidad de ¿li tro 8) . A través de la adición del etilengliqol , también ocurre la degradación glucolítica. La degradación hidrolítica y glucoliticia combinadas, controladas por medio de las condiciones y los estándares del proceso en el extrusor, y por medio de la cantidad dosificada del etilenglicol agregado, se llevan a cabo en un intervalo predeterminado por un límite más bajo y uno más alto, el límite mas bajo para el grado de polimeriz.acióXL es de 15, ya que por debajo de este valor ya no existe ningún punto para utilizar la post-condensación o el reactor final 9. El límite más alto del grado de polimerización cae aproximadamente en 35, preferentemente 3Q( ya que de otro modo se podría perder la ventaja de la filtración favorable. Además, un estado deseado de los grupos carboxilo (COQH) terminales y de los grupos hidroxilo (OH) terminales debería estar presente en la entrada del reactor de post-condensación 9» La proporción de los grupos terminales COOH/OH deberla estar entre 0.3 y 0»1 a la entrada del reactor final 8. Preferentemente, se proporciona antes del reactor final 9 un viscosímetro para mantener el fundido, no mostrado, el cual mide la viscosidad, siendo controlada la adición "del etilenglicol .y/o otros parámetros- dei proceso, en dep-endencia del resultado de la medición. En el reactor de post-condensación 8, se logra un grado final de polimerización de aproximadamente 105, por un vacío de entre 3 hPa y 1 hPa y temperaturas de entre 285°C y 290°C que también son proporcionadas; dentro del reactor .final 5_, se establece un peso molecular final por el fundido, que es expuesto al vacío en la formación de superficies grandes, mediante el cual el etilenglicol se evapora fácilmente fuera del producto, con la viscosidad cada vez mayor. Eli fundido es transportado a. través del reactor de post-condensación 9 mediante la inclinación de los discos sobre el rotor y el tiempo de residencia es ajustado por la velocidad rotacional y el nivel. Las condiciones de reacción son controladas dsPendiendo de los resultados de Xa medición de la viscosidad por el viscosímetro 12. Al final del reactor, el fundido abandona ei reactor 9 por medio de una linea de descarga, la cual está conectada a la bomba 12. Éste puede ser adicionalmente procesado en hilos en el dispositivo de hilado 14 o en películas en el dispositivo de vaciado 15, o alimentado a una unidad de granulación 13. En una modalidad especial del reactor de post-condensación 8t puede ser ajustado un grado de polimerización final de entre aproximadamente 150 y aproximadamente 200. Esto es logrado mediante un vacío de entre 0.5 y 1.0 hPa, siendo elaborado el rotor del reactor con mayor resistencia de material, tal que éste resista las fuerzas que ocurren con la alta viscosidad del fundido. Un grado de polimerización (DP) de aproximadamente 150 permite la producción de. botellas de PET, mientras que el producto con aproximadamente DP 200 es adecuado para la fabricación de hilos técnicos con alta estabilidad, alto módulo y bajo encogimiento. Las botellas y los hilos técnicos pueden ser producidos a partir del poliéster granulado mediante la re-fusión en el extrusor y el moldeo por inyección, subsecuente, de las preformas o primordios de botella, o el hilado de los hilos. Particularmente económico es, no obstante, el procesamiento directo del fundido a partir del reactor final en preformas o hilos, con el procesamiento intermedio del fundido en granulos. Esta última forma, la cual es conocida para el poliéster virgen, es accesible también para el poliéster reciclado a través del método de acuerdo a la presente invención.

Ejemplo 1 La materia prima en la forma de desecho de poliéster burdamente triturado, limpio y cuidadosamente clasificado, es alimentada ai extrusor a una velocidad de alimentación de 1300 kg/h y se funde ahí . Los vapores son extraídos de la zona de desgasificación del extrusor a una velocidad de 200 mbarias . El calentamiento eléctrico del extrusor es ajustado . de una manera tal que el fundido que sale tiene una temperatura de 285°C. El fundido que tiene una viscosidad de 20 a 100 Pas es filtrado mediante los filtros de flujo reversible automáticos con un tamaño de poro de 130 µm. Todas la? líneas del . fundido son calentadas con una temperatura de 290°C» En µna sección de mezclado especialmente diseñada, se dosifican 20 kg/h de glicol precalentado, y se mezcla intensamente con el fundido. Por medio de una bomba de engranes reguladora, el fundido es filtrado nuevamente en una cantidad exacta por medio de un filtro de fácil intercambio, con un tamaño de poro de 25 Jim, y se conduce hacia el reactor. El reactor de disco tiene una longitud d.e 4.0 metros, un diámetro de 1.8 metros y está equipado conjuntamente con 21 discos de perforación y de diseño variado. Los discos son accionados a una velocidad rotacional de 1.5 min-1. En el reactor, el nivel del fundido es medido y mantenido constante. La temperatura del reactor es de 288°C y la presión es regulada alrededor de un valor promedio de 1.0 baria por medio de la viscosidad del producto final. La mezcla de vapor de 17.1 kg/h EG, 1.6 kg/h de agua, 0.12 kg/h DEG y los oligómeros, es condensada y conducida nuevamente hacia un proceso de reprocesamiento . El fundido es retirado del reactor por medio de una bomba de engranes de boca ancha, especial a una velocidad constante, y prensado en del procesamiento . pos terior por medio de un viscosímetro de material fundido; la temperatura es de 286°C, la presión es de 150 barias, y la viscosidad de 260 Pas.

Ejemplo 2 En una planta piloto, se funden en un extrusor a temperaturas de 270-290°C, 25 kg/h de granulos de PET que tienen una viscosidad intrínseca (i.v.) de 0.636 dl/g y grupos terminales carboxilo > 33 mmol/kg. Luego, la corriente de polímeros se mezcla con 19,0 g/h de etilenglicol y se conducen al reactor final. El reactor final tiene un diámetro de 0,6 metros y una longitud de 1.2 metros. Con una temperatura del fundido de aproximadamente 285 ° C_, un vacío de aproximadamente 3 mbarias y una velocidad del rotor de 0.5 min-1, se logran viscosidades de la solución en el producto de i.v. = 0.65 dl/g. los grupos carboxilo terminales son aquí menores de 25 mmol/kg. El polímero liquido es solidificado en hebras y se granula. El granulado de PET con i.v. = 0.65 dl/g, producido de esta manera, es fundido nuevamente en una instalación de telas unidas por hilado., en un extrusor. Los rendimientos del polímero alcanzan aproximadamente 42 kg/h. El polímero líquido es alimentado por medio de boquillas de bomba de engrane que tienen diámetros de orificio de 0.4 mm y se procesan en la tela unida por hilado, con velocidades de filamento .de 400Q .m/minuto. El título es.de -3 dtex, el peso por área de 30 g/m3. La tela unida por hilado es de 660 mm de ancho.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención»

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

1. Un método para recuperar poliésteres lineales, tales como PET y PBT, a partir del desecho de poliéster de la forma mas variada, de una manera continua,, caracterizado porque el desecho no secado o no completamente secado es fundido, siendo degradadas hidrolíticamente las cadenas poliméricas por la humedad que se adhiere, y en el cual se agrega al fundido un diol, correspondiente a la unidad constitucional básica del polímero, dando como resultado degradación glucolítica, y el fundido tratado así es además condensado al grado" deseado de polimerización .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el diol es agregado al fundido en una cantidad tal que la proporción de la concentración de grupos terminales COOH/OH .del fundido antes de la post-condensación, cae entre 0.3 y 0.1.

3. El método de conformidad ?n la reivindicación 1 6 2, caracterizado porque la degradación idrolítica y glucolítica combinadas en el gradQ de polimerización antes de la postcondensación, es controlada a valores entre un límite inferior de 15 en un límite superior de 35.

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 3, caracterizado porque el fundido es filtrado antes y/o después de la adición dosificada del diol.

5. 51 método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la filtración tosca es llevada a cabo con un tamaño de filtro de entre 40 y 150 µm antes de la adición dosificada deLL diol y de la filtración fina, con un tamaño de filtro de entre 20 y 30 µm antes de la post-condensación .

6. Ej método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 5, caracterizado porque el desecho del polímero es pretriturado toscamente y/o compactado antes de la fusión.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 6, caracterizado porque el desecho es lavado antes de la fusión.

8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 7, caracterizado porque el desecho cuidadosamente clasificado del más variado origen es procesado en forma mezclada.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 8, caracterizado porque se agregan al fundido aditivos tales co o abrillantadores ópticos, agentes colorantes, pigmentos de color, estabilizadores o catalizadores.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los aditivos son agregados con el diol y los constituyentes son homogéneamente mezclados con el fundido.

11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los aditivos son mezclados en su totalidad o parcialmente durante el fundido del desecho.

12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 11, caracterizado porque la viscosidad del fundido es medida antes de la post-condensación, y porque la adición dosificada del diol y/o la temperatura y/o el vacío durante la fusión, son cantr_Qlaxlas dependiendo del resultado de la medición.

13. Un dispositivo para recuperar poliésteres lineales, tales como PET y PBT, a partir de desecho de poliéster de la forma más variada, caracterizado porque tiene un extrusor de desgasificación para fundir el desecho y para extraer los constituyentes volátiles, una primera unidad de filtro para .filtrar el fundido, una unidad de medición para la adición dosificada del diol, y si es necesario aditivos, al fundido, un mezclador estático para mezclar y homogeneizar el fundido, un reactor de post-condensación horizontalmente colocado, para la condensación posterior del fundido a un grado deseado de polimerización, y una bomba para extraer .y transportar el fundido que va a ser procesado posteriormente .

14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque un dispositivo para triturar, hamogeneizar y compactar el desecho está conectado corriente arriba del extrusor de desgasificación, cuyo dispositivo genera la fuerza necesaria para cargar el extrusor.

15. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque se proporciona una segunda unidad de filtro enfrente del reactor de post-condensación.

16. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 13 Q 15t caracterizado porque la primera unidad de filtro tiene un tamaño de filtración de entre 40 y 150 µm, y la segunda un tamaño de filtración es entre 20 y 30 µm.

17* LEÍ dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 a la 16, caracterizado porque la unidad dosificadora para dosificar el fundido hacia el reactor de post-condensación, está conectada corriente abajo del mezclador estático.

18. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 a la 17, caracterizado porque un viscosímetro para medir la viscosidad intrínseca del fundido se coloca enfrente del reactor de post-condensación, la unidad dosificadora para dosificar el diol y/o el vacío del extrusor de desgasificación, son controlados dependiendo de los resultados de la medición.

19. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 a la 18, caracterizado porque el reactor de post-condensación está configurado como un reactor de disco con un rotor el cual lleva discos ajustados a un ángulo sobre un cilindro hueco perforado.

20. El dispositivo de conformidad con cualquiera d las reivindicaciones 13 a la 19, caracterizado porque un viscosímetro para medir la viscosidad intrínseca del fundido que sale del reactor, está conectado corriente abajo del reactor de post-condensación, siendo controlados el tiempo de residencia del fundido en el reactor o la velocidad rotacional del rotor y/o del vacío en el reactor, dependiendo de los valores medidos.