TW202342256A - 用於加工縮聚物的方法和設備 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備和方法，特別是用於回收加工受污染的縮聚物，該設備包括：熔化裝置（2），用於熔化待處理的縮聚物並產生聚合物熔體；位於所述熔化裝置（2）下游的混合裝置（3），用於混合所述聚合物熔體；位於所述熔化裝置（2）下游的冷卻裝置（4），用於降低所述聚合物熔體的溫度；以及連接於其後的熔體反應器（5），用於對已混合且冷卻的所述聚合物熔體進行處理，特別是對所述聚合物熔體進行縮聚或後縮聚，以提高所述聚合物熔體的特性黏度和/或純化所述聚合物熔體。

Description

用於加工縮聚物的方法和設備
本發明涉及根據請求項1或12之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法和設備，特別是用於回收加工受污染的縮聚物。
基本上，本發明係關於對由熱塑性縮聚物組成或含有熱塑性縮聚物的回收材料進行加工時可以使用的方法順序或裝置設置順序。縮聚物理解為縮聚反應的產物，其中，具有至少兩個反應性官能基團的單體透過移除低分子量化合物而相互連接以形成聚合物。與鏈式聚合和加聚反應一樣，縮聚反應是最重要的聚合反應之一。
在回收工作過程中經常出現的縮聚物特別包括PET、PET-G、PET-A 及其共聚物、PA、PC、來自可再生原料如PLA的縮聚物、以及在一定溫度和真空下聚合或縮聚的其他酯類化合物。
在回收加工過程中，首先特別是使用擠出系統，例如使用已知的PCU（預處理單元）/切割壓實機-擠出機系統，將使用時為固體狀態的縮聚物轉化為聚合物熔體，其中，預處理單元可以置放於真空或惰性氣體中，可以對熔體進行過濾，隨後通過熔體冷卻器轉移到熔體反應器：MSP（melt state process，熔融態製程）反應器或LSP（liquid state process，液態製程）反應器中，聚合物在其中發生特別是（後）縮聚的反應和/或被純化，之後將以該方式處理的熔體輸送到下游裝置，並從該裝置產出顆粒或是線上生產例如纖維、長絲、帶材、用於生產瓶子或容器的預製件或薄膜等伴有相應後續處理的半成品。
現有技術中已知上述基本上適用於縮聚物回收加工的方法和設備。
縮聚物，例如聚對苯二甲酸乙二酯，是敏感的並且會經歷各種降解過程，例如水解降解、熱降解或熱氧化降解。熱降解是熔融態製程中主要會發生的問題，例如，會導致特性黏度（IV）降低、羧基端基或乙醛的形成或聚合物黃化等，氧氣還會加速和強化這些降解反應，並形成自由基。
高質量或高熔體溫度通常會對最終聚合物的品質產生負面影響，並導致分子鏈縮短、形成不需要的凝膠、或造成熔體中顆粒和聚合物的燃燒等，高溫也會促進聚合物或成分的分解，一些在上游製程中對於提高材料品質所做的努力，例如預處理、過濾、脫氣等也因此皆被逆轉或抵消掉。
在這種情況下，產品製造和/或使用過程中所造成的損害，例如由於熱和/或水解降解導致的聚合物鏈縮短，或外來物質滲透到聚合物中等等，可以利用縮聚物的特性，例如透過再聚合而相對容易被「修復」。藉此，可以再次形成與原始產品相同或幾乎相同的特性，而某些性能（例如機械性能）甚至可以透過該處理方式而得到改善，而且還可以減少例如先前在使用期間已經遷入聚合物中的外來物質。
對使用過的縮聚產物性能的影響已廣為人知，這些影響可以透過縮聚反應或擴散純化在熔融前、熔融期間或熔融後在液相或固相中發生，固相後縮聚反應器（SSP反應器）或熔體反應器（MSP或LSP反應器）通常用於此目的。
固相後縮聚（SSP）是為了在盡可能溫和的條件下進一步進行縮聚物的縮聚以增加其莫耳質量的方法，對顆粒狀縮聚物在惰性氣體或真空下進行後處理，與熔融縮聚法相比，該方法具有反應溫度較低的優點，因此縮聚物變色較少。此外，該方法可以避免在縮聚物熔體中可能發生的嚴重黏度問題，然而SSP處理通常需要更多時間，例如10至20個小時，而MSP或LSP處理大約只需要1個小時，因此SSP處理系統較大且不靈活，而輸入端多變的黏度（IV）更是難以控制。
此外，真空下發生的熔融縮聚，利用縮聚物，尤其是PET在熔融相中的固有特性進行（再）縮合，從而提高特性黏度IV值並高效去除揮發性雜質。與SSP相比，該方法中熔體的反應速率明顯高於在固相中的反應速率。
將來自工業或來自消費後廢物領域的材料透過熔體和熔體反應進行處理時，由於輸入材料的不同特性，特別是由於黏度、污染、成分等方面的差異，經常會出現以下問題。
當例如透過擠出系統形成熔體時，通常不可能或不會去充分注意讓熔體具有狹窄的溫度分佈，這在某些情況下歸咎於熔化過程，而在某些情況下歸咎於熔體的機械過濾。其中，根據聚合物的特性和污染程度會產生不同的熔體溫度。在某些情況下，熔體的低黏度部分保持較低溫，而熔體的高黏度部分則以剪切形式例如在擠出機螺桿中或在過濾過程中接收更多能量，因此升溫較多。這些黏度差異通常已經存在於所輸入的材料中，並且在某些情況下是未知或無法識別或未被考慮在內的，然而，這些皆會導致製備過程中出現問題並導致最終產品品質下降。
因此，本發明的目的是提供一種用於有利地處理縮聚物或含縮聚物材料的方法和設備，利用該設備/方法可以提高製程可靠性並提高最終產品的品質，特別是還可以增加材料的特性黏度或減少破壞性物質或降低雜質含量。
根據本發明的目的透過一種用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法來實現，特別是用於回收加工受污染的縮聚物，例如PET、PA、PC或PLA，該方法包括以下處理步驟： a）接收待處理的縮聚物或材料，特別是接收於容器中； b）熔化縮聚物的至少一部分，特別是熔化縮聚物的全部，特別是在擠出機中進行熔化，並產生一聚合物熔體； c）混合聚合物熔體； d）冷卻聚合物熔體；以及 e）在熔體反應器中對已混合且冷卻的聚合物熔體進行處理，特別是對聚合物熔體進行縮聚或後縮聚，以提高聚合物熔體的特性黏度和/或純化聚合物熔體。
類似地，根據本發明的目的透過一種用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備來實現，特別是用於回收加工受污染的縮聚物，該設備包括： 熔化裝置，用於熔化待處理的縮聚物並產生聚合物熔體； 位於熔化裝置下游的混合裝置，用於混合聚合物熔體； 位於熔化裝置下游的冷卻裝置，用於降低聚合物熔體的溫度；以及 連接於其後的熔體反應器，用於對已混合且冷卻的聚合物熔體進行處理，特別是對聚合物熔體進行縮聚或後縮聚，以提高聚合物熔體的特性黏度和/或純化聚合物熔體。
當處理不同或不均勻的材料時，不同的材料流，例如來自具有高初始黏度的容器和瓶子的包裝的材料流、來自在熔體中具有較低黏度的熱塑膜領域材料的材料流、和/或來自具有非常低黏度的纖維材料的材料流匯集在一起時具有非常低的黏度，因此對於某些PET混合物，其熔體的平均核心溫度為275°C，具有相當大的±20°C的範圍。
當在熔體反應器，例如MSP反應器中對縮聚物熔體進行處理時，在一定的溫度、滯留時間下並且在去除水分、氧氣、乙二醇或其他物質的情況下進行反應和/或純化。
在熔體反應器中進行這種聚合或後縮聚的情況下，輸入熔體的溫度範圍越窄，在熔體反應器中的滯留時間範圍越窄，則分子鏈分佈越狹窄。
透過例如輸送裝置、料位測量等的適當措施，可以將熔體反應器中的滯留時間範圍盡可能保持在窄範圍內。此外，透過施加真空和/或用惰性氣體吹掃，可確保反應基本上以相同的方式沿反應器進行。
考慮到化學反應的反應速率隨著溫度升高10°C會大致翻倍，若熔體在進入熔體反應器時具有窄溫度分佈則是有利的。
此外，已經證明有利的是，熔體在進入熔體反應器時的絕對溫度被選擇為盡可能低，雖然這會降低反應速率並增加反應系統所需的時間，但它會帶來更高的製程可靠性和更好的最終品質。溫度對反應速率的影響呈現指數關係，而滯留時間的變化則僅呈現線性關係。也可以透過為熔體設定較低溫度來保持較窄的黏度範圍或分子鏈分佈，因為短鏈聚合物部分，即具有較低黏度的聚合物部分在特定溫度下相對於長鏈分子聚合得更快。
還應注意的是，在熔體反應器中的反應，除了所期望的縮聚反應外，還伴隨著各種不被期望的副反應，這些副反應會對最終聚合物的品質產生負面影響。在較低溫度下這些副反應可以顯著減少，而滯留時間越長這些副反應的影響越大，但因溫度的影響是指數級的，亦即，在較高溫度下不被期望的副反應的數量會不成比例地增加。
在這種情況下，特別不希望出現的干擾物質是乙醛，乙醛提供蘋果味，尤其是在飲料瓶中提供，但使用在包裝水時則極不希望出現蘋果味，然而，此類副產物也會對加工性能產生負面影響。
通常對最終產品的熔體黏度範圍也有很高的要求，新產品黏度範圍常見值為±0.002 dL/g，由於回收物的大量使用，黏度在再加工過程中也必須保持在該範圍內。
殘留催化劑、填料等的不同含量會影響反應速率，並在一定程度上影響擴散速度。由於這些原因，設定最低的合理反應溫度和溫度範圍亦是有利的。
回收過程中通常會發生的另一種情況是遷移物質的殘留物、污垢等殘留在聚合物中，這些外來物質或雜質通常會導致所生產材料品質的降低，例如，材料在溫度升高時比在時間增長時褪色得更多。
下列為幾個特別需要考慮的因素： - 熔體溫度的升高通常是不被期望的，且不利於後續程序； - 不均勻和過高的熔體溫度通常會導致品質問題；及/或 - 已均勻化、混合且冷卻的熔體通常有利於提高產品的品質，藉此也可以實現恆定的排料量和均勻的黏度分佈。
本發明提供了一個由擠出機、熔體混合器和熔體冷卻器或熔體反應器組成的特殊組合。MSP/LSP熔體反應器中對製程和熔體的製備要求特別嚴苛，也因此其熔體參數的相應準備和設定比在SSP中更加困難和更加重要。
出於上述原因，本發明建議，當藉助熔體反應器對縮聚物，尤其是來自二次原料的縮聚物進行處理時，必須確保在熔體反應器之前的熔體的溫度被均衡化、降低且範圍變窄，尤其是必須特別注意熔體反應器中經常出現的高溫的情況。所有這些都可以透過根據本發明的方法和設備而得到確保。
溫度的均衡應從時間上和局部兩個方面來理解，亦即，溫度應在較長時間範圍內，即從幾分鐘到幾小時的範圍內盡可能保持恆定，並且，橫向於流動方向的局部偏差也應盡可能保持在小範圍內。
在每個通道系統中，都存在著一定的溫度分佈或橫向於流動方向、從內到外的徑向溫度梯度。更高的產量需要相應更大的通道截面，但這會導致橫向於流動方向的局部溫度不均勻性，因此熔體的局部橫向混合是有利的。
在連續過程，特別是擠出過程中溫度也會隨時間發生變化，例如由於過濾器的清潔，擠出機中會出現短暫的較高剪切應力而暫時使溫度變高。由於不同的材料形式，例如待研磨物、部分結晶的纖維、粗纖維、高度拉伸的纖維以及起始材料的特性黏度IV差異等，擠出機中的材料會受到不同的剪切應力，而導致進一步的時間上的溫度不均勻性並導致在製程過程中發生黏度波動。
溫度均衡：藉由針對性的溫度控制可以減少溫度偏差的時間分量。
減小溫度範圍：熔體溫度具有橫向於通道的分佈和隨時間的分佈，這取決於先前影響和/或材料成分，而混合則會縮小該溫度範圍，但也會減弱溫度控制。
有利地，根據本發明的方法，處理步驟以指定順序從步驟a）至步驟e）進行。
特別有利地，步驟c）和步驟d）同時進行或在共同的製程步驟中進行，亦即同時進行聚合物熔體的混合和冷卻。
為了提高清潔度，若在步驟c）和步驟d）之前對聚合物熔體進行過濾以除去未熔化的成分和/或雜質，是有利的。
在步驟c）和步驟d）之前對已過濾的聚合物熔體進行脫氣，也可以提高產品的品質。
對聚合物熔體進行分佈式混合，可實現特別高效和有利的混合以及基本上有利的窄滯留時間範圍。
若聚合物熔體中的溫度分佈，特別是在從混合或冷卻之前到緊接在熔體反應器之前的階段中，較佳地在擠出過程中從熔化開始到熔體反應器之前的階段中，特別是在整個過程中的溫度分佈能達到 ＜±10°C，較佳地 ＜±5°C，更佳地 ＜±1°C，則有利於產品品質。藉此也可以實現窄的黏度範圍或分子鏈分佈。
為了實現高品質的產品和更高的製程可靠性並避免副反應，進一步有利地，以聚合物熔體在進入熔體反應器之前或進入熔體反應器時的溫度比聚合物熔體在混合和冷卻之前或進行步驟c）或步驟d）之前的溫度低5至25%的方式對聚合物熔體進行冷卻。
在這種情況下，若以聚合物熔體在即將進入熔體反應器之前或進入熔體反應器時的溫度僅略微高於聚合物的熔化範圍，即，高1至10%的方式對聚合物熔體進行冷卻，亦是有利的且也可以實現上述提到的優點。
實施該方法的有利方式為，於製備過程一開始時即已提供了特殊步驟，亦即根據步驟b），特別是在步驟a）期間，在進行熔化之前先對所述縮聚物或材料進行粉碎和/或加熱。其中，較佳地，對所述縮聚物或材料進行加熱並永久混合，並且可選地進行脫氣、軟化、乾燥、增黏和/或結晶，且同時保持它們的結塊性和流動性。
另一種有利且有效的實施方法為，至少處理步驟c）、d）和e），特別是所有處理步驟，在時間和位置上立即且直接地彼此相接，且各自之間沒有任何進一步的中間處理步驟存在。
有利地，根據本發明的設備的熔體反應器在空間上在輸送方向上直接連接至混合裝置或冷卻裝置，或者連接至混合裝置或冷卻裝置的下游，並且在製程方面串聯，而不設置其他中間功能性單元。
在一高效且有利的設備中，該熔化裝置為擠出機，其中，該擠出機特別地包括熔體過濾器和/或脫氣區。
所述能夠實現高品質最終產品的有利整體設置，其特徵在於，在熔化裝置的上游設置切割壓實機，特別是提供了切割壓實機與擠出機的組合，用於壓碎和/或加熱縮聚物或材料，該切割壓實機較佳設置成適合於對所接收的縮聚物或材料進行加熱和永久混合，並且可選地進行脫氣、軟化、乾燥、增黏和/或結晶，且同時保持它們的結塊性和流動性。
在一種高效、有利的裝置中，該混合裝置為分佈式混合器。
在這種情況下，特別有利地，該混合裝置同時也是冷卻裝置，特別是熔體冷卻混合器或熔體冷卻器/混合器。
有利地，提供MSP反應器或LSP反應器作為熔體反應器。
熔體反應器的精確結構對於本發明的用途而言相對不是那麼重要，可以有利地是根據DE 1745541所設計的熔體反應器，也可以是根據DE 4013912或DE 4126425所設計的熔體反應器。
所有熔體反應器的共同點是試圖在減壓條件下或在惰性氣流中大大增加熔體的表面積並促始縮聚反應的發生，以延長聚合物鏈，從而優化聚合物在最終產品中重新使用時的機械性能。此外，透過擴散過程能夠去除一些可能由於先前使用而進入聚合物且不被期望的物質。藉此，這些聚合物可以再次使用於必須考慮食物適用性、氣味以及皮膚相容性的應用中，而反應產物或擴散產物也可以藉由負壓或惰性氣流排除。
為了獲得良好的產品品質，如果混合裝置和/或冷卻裝置或熔體冷卻混合器可以被控制成使得聚合物熔體的溫度分佈為 ＜±10°C，較佳是 ＜±5°C，更佳是 ＜±1°C，則是有利的。在這種情況下，特別有利的是，在混合器或冷卻器之前直到熔體反應器或緊接熔體反應器的區域中，較佳在熔化裝置或擠出機直至熔體反應器之前的區域中，特別是在整個系統或設備中，能夠實現這種溫度分佈。
為了實現和設定良好的產品品質和更高的製程可靠性，有利地，混合裝置和/或冷卻裝置可以被控制成使得聚合物熔體在即將進入熔體反應器之前或進入熔體反應器時的溫度比聚合物熔體在即將進入混合裝置和冷卻裝置或熔體冷卻混合器之前的溫度低5至25%。藉此可以減少副反應，並在最終產品中獲得較窄的特性黏度IV範圍。
為了能夠實現這些優點，有利地，混合裝置和/或冷卻裝置是可以控制成使得聚合物熔體在即將進入熔體反應器之前/之時的溫度比聚合物的熔化範圍高1至10%。
從設備工程的角度來看，有利地，在冷卻器或混合器之前和冷卻器或混合器之後和/或熔體反應器之後都使用熔體進料泵，以克服任何壓差。然而，必須注意確保熔體反應器上游的溫度沒有顯著升高，特別是因為在冷卻器/混合器之後設置的任何泵而造成的溫度升高。
熔體的核心溫度根據在熔體反應器或反應容器中所需的滯留時間和所需的反應速率而有利地做選擇。事實證明，通常應該嘗試設定盡可能低的核心溫度。
熔體冷卻系統，例如熔體冷卻器/混合器的冷卻介質根據熔體的核心溫度進行調節，為達此目的，可以記錄在熔體冷卻系統之前以及之後的溫度。對於某些冷卻系統而言，也可以在冷卻段中測量用於調節冷卻介質的熔體溫度。
有利地，熔體溫度具有充份的代表性，例如，供應管的管壁或管道中間的熔體溫度差異很大，因此，建議同時測量管壁和管道中間的溫度，這是合理且有用的措施。管道越粗，就越需要在截面的多個點上進行測量。
以下在非限制性的、更一般的以及更具體的示例性實施例的基礎上進一步以所附圖式說明本發明方法和裝置的有利實施例。
不同來源的PET材料，例如長絲殘留物、纖維殘留物、熱塑膜（例如乳酪或香腸包裝、工具或電子產品包裝）、PET瓶材料（例如水或軟性飲料瓶）等通常需要分別回收加工，其黏度範圍通常相當大，約為0.5 dL/g（在纖維的情況下）至0.79 dL/g（在磨碎的瓶子的情況下）。
這種不均勻的輸入材料的混合物會導致相對寬的分子鏈分佈或寬的黏度範圍，此外，這種混合物很少有完全相同的成分，亦即，不同材料的數量比例不同並且不斷變化。
在熔化過程中，顆粒，通常為聚合物薄片、纖維或薄膜形式的較小顆粒會根據其機械性能（尺寸、定向、厚度等）和黏度性能承受不同的剪切應力，這導致了寬熔體溫度分佈，例如：276°C±20°C（擠出機下游），以及與這種寬且變化的溫度分佈相關的上述不利影響。過濾後，熔體溫度分佈仍為277°C±15°C左右，而在熔體冷卻器/混合器的下游，熔體溫度分佈變為260°C±3°C，也可以控制在小於3°C的範圍內。亦即，在熔體反應器之前，熔體的溫度被均衡化、降低且範圍變窄。
用於包裝和用於纖維的PET示例（A-PET）： PET的熔體溫度範圍 PET的熔化溫度：                             ＞250°C，通常為256°C 回收過程中的熔體溫度通常為：            275°C至310°C（取決於製程和污染程度以及過濾精度） 在LSP之前的目標溫度範圍：          260°C至270°C±3°C 冷卻範圍：                                        5至25%（參考溫度為260°C） 取決於熔體溫度的黏度提升： 在熔體反應器中的滯留時間t為恆定； 熔體反應器前的輸入黏度為0.5 dL/g； 熔體溫度：270°C，黏度達到0.53 dL/g 熔體溫度：280°C，黏度達到0.57 dL/g 熔體溫度：290°C，黏度達到0.62 dL/g
圖1中示出了有利裝置、設置方式或設備1的示意圖，並進一步參​​照圖1說明了示例性方法。圖1為只用於說明該設備最重要的組件和單元的示意圖，因此圖中所有構造細節和比例並非完全精準繪製。
一個具有典型切割壓實機或預處理單元（PCU）形式的容器（圖1中未示出）可以設置在擠出機的右側或前面或上游，該切割壓實機或容器填充有待處理的回收聚合物材料。將聚合物材料放入該容器中，並使用粉碎和混合工具將之粉碎、混合並加熱直至軟化，但通常不至熔化，黏性聚合物顆粒保持著塊狀形式。此外，材料經過預處理，例如被乾燥、預壓實，並且例如根據材料的不同黏度會增加。
當從縮聚物加工出二次原料時，根據材料的形狀（例如纖維、顆粒、附聚物、薄膜碎片、厚壁待研磨物等）使用擠出製程來熔化縮聚物。二次原料可能來自不同來源，因此可能已被固體或液體如棉纖維或紡紗助劑污染，它們也可能含有油，此外，這些物質在熔化時通常具有不同的黏度。
圖1中的擠出機2可以與切割壓實機或容器的最低區域相切連接，材料從容器中排出並轉移到擠出機2，且在擠出機中被螺桿咬住。在擠出機2的最前端部，即圖1左側，材料在增加的壓力下被熔化和塑化。
在該熔化過程中可以使用單螺桿擠出系統或例如雙螺桿的多螺桿擠出系統。眾所皆知的PCU-擠出機系統已被證明具有特別高的效能，因為其可以讓一些不被期望的物質在PCU中蒸發，並讓材料被壓實、加熱或軟化。此外，該系統具有擠出機的強制進料功能，這對於流動性差的纖維材料而言特別有利。之後，擠出機可以進行材料的熔化，可選地對聚合物進行脫氣。此外，這個過程可以透過PCU中的負壓或惰性氣體來支持。
之後，在過濾單元3中進行熔體過濾，從熔體中除去固體並同時除去凝膠狀成分。
在過濾單元3的下游和之後、並且在熔化過程和第一清潔步驟之後，熔體通常藉由圖未示出的熔體泵轉移至熔體冷卻器/混合器4，其任務在於減少空間和時間上發生的溫度不均勻性，並同時降低平均熔體溫度，這是必要的，因為除了其他因素之外，不同輸入材料的分散會形成不同的熔體溫度。此外，過濾過程還會導致時間上或局部的不均勻性。
當熔體冷卻器/混合器4中的熔體溫度降低並達到均衡後，熔體被轉移至熔體反應器5。
在熔體反應器5中經過反應過程或清潔過程之後，熔融材料到達排料單元而可以可選地進行後續處理，例如進行造粒。然而，其也可以直接成型為最終產品或例如纖維、薄膜、瓶坯等的半成品。
透過測量在熔體冷卻器/混合器4之前或之後的熔體溫度，可以調整冷卻介質的含量、溫度和/或速率，從而達到期望的目標溫度。如圖1所示，至少在此記錄熔體溫度T1並控制調溫介質以達到期望的溫度，這可以透過熔體溫度T2來控制，其中，可以在管道內的不同位置、最外邊緣和/或管道中間進行溫度測量。在設備產量非常高的情況下，安裝較粗的管道和/或多條管道是有利的。在粗管道的情況下，若在多個管內點處進行溫度記錄，是有利的。溫度測量在理想情況下使用多個溫度測量裝置進行，其中，代表性地在流入和/或流出通道的截面上進行溫度記錄。
透過測量輸入和輸出管道內的溫度分佈，可以檢查混合質量和冷卻速率，混合質量可以從更窄的溫度分佈看出，而冷卻質量可以從平均溫度的下降看出。
比較測試：
在根據本發明的示例性測試設備上進行了以下測試，在此使用了PCU與擠出機的組合INTAREMA 80 TE，並根據以下系統配置配備了一個熔體過濾器SW 4/134。
   裝置類型 備註
纖維預撕碎 單軸撕碎機 微型墊1500 Lindner 篩網直徑70 mm
製程單元 Intarema 1108 TE EREMA PCU直徑1100 mm； 擠出機直徑80 mm； 擠壓脫氣
熔體活塞式過濾器 RTF 4/134 EREMA 過濾50 µm
齒輪式熔體泵 SP 45 Maag
熔體冷卻器/混合器 P1 145 DB Promix 可選，取決於測試項目
熔體反應器 KA 102 類似於DE1745541的原型設計
造粒 拉條造粒機 Primo 60 E Maag
以上述方式處理的材料包括來自紡紗廠中具有最大範圍差異的纖維廢料，其中使用了起始廢料（團塊）、未拉伸的纖維、單絲以及經拉伸的纖維。此外，纖維具有不同含量的紡絲油，其範圍為0.3至2重量%，初始水分含量也不同，在某些情況下為10重量%或甚至更多。
使用單軸撕碎機對材料進行預撕碎，或者也可以使用研磨機。
使用PCU與擠出機的組合對纖維進行壓實、乾燥和加熱，並在PCU中滯留適當時間後轉移到單螺桿擠出機中，熔化後，使材料脫氣並通過熔體過濾裝置。
然後，藉助熔體泵將已過濾的熔體輸送到熔體冷卻器/混合器，在此所使用的冷卻器/混合器是不具移動元件的靜態混合器。冷卻器/混合器的溫度由可以由既可加熱又可冷卻的導熱油控制。記錄在冷卻器/混合器之前的熔體溫度和之後的熔體溫度以驗證該設備的有效性。此外，在熔體反應器之後測量黏度，並特別注意黏度隨時間變化的穩定性。
為了便於比較，拆除了熔體冷卻器/混合器，而將熔體直接轉移到熔體反應器中。
熔體反應器為臥式盤式反應器，類似於DE 1745541的設計，聚合物團塊在自由下落的幕中被引導通過反應室多次，旋轉圓盤將聚合物團塊從槽中拉出，聚合物團塊以薄膜形式再次回流。藉由上述方法可以實現相對於反應物團塊體積非常大的表面積，而使得釋放的反應產物能夠在短時間內蒸發以促進聚合物的反應。
在此，盤式反應器承受6毫巴的減壓，圓盤以1 rpm的轉速旋轉，材料在反應器中的平均滯留時間約為60分鐘。
材料在離開反應器後於拉條造粒機中進行造粒。
結果如下： 不使用熔體冷卻器 / 混合器：產量約為350 kg/h； 輸入材料為來自瓶子、纖維和熱塑膜的PET廢料的混合物； 運行時間約10小時； 記錄在熔體反應器之前的熔體溫度（圖2，下曲線），使用浸入熔體流中約20 mm的溫度感測器測量聚合物團塊的溫度，平均輸入溫度約為288°C，熔體溫度的波動範圍約為35°C。 線上測量在熔體反應器之後的特性黏度，平均約為0.69 dL/g，波動範圍約為0.07 dL/g（圖2，上曲線）。 使用熔體冷卻器 / 混合器：產量約為350 kg/h； 輸入材料同樣為來自瓶子、纖維和熱塑膜的PET廢料的混合物； 運行時間約20小時； 記錄在混合器/冷卻器之前的熔體溫度（圖3，中間曲線）和在混合器/冷卻器之後（圖3，下曲線）的熔體溫度，使用浸入團塊流中約20 mm的溫度感測器測量團塊的溫度，平均輸入溫度約為293°C，並將熔體冷卻至平均260°C。 線上測量在熔體反應器之後的特性黏度，平均約為0.65 dL/g，其中，波動範圍可以完全被消除，因此優於±0.002 dL/g的業界標準（圖3，上曲線）。
由此可見，熔體溫度和特性黏度有利地被均衡化、降低和寬度變窄。
1:設備 2:擠出機 3:過濾單元 4:熔體冷卻器/混合器 5:熔體反應器
圖1是本發明的設備的示意圖。 圖2示出在根據本發明的示例性測試設備上，不使用熔體冷卻器/混合器得到的熔體溫度和特性黏度曲線。 圖3示出在根據本發明的示例性測試設備上，使用熔體冷卻器/混合器得到的熔體溫度和特性黏度曲線。
1:設備
2:擠出機
3:過濾單元
4:熔體冷卻器/混合器
5:熔體反應器

Claims (21)

  1. 一種用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，特別是用於回收加工受污染的縮聚物，包括以下處理步驟： a）接收待處理的縮聚物或材料，特別是接收於一容器中； b）熔化所述縮聚物的至少一部分，特別是熔化所述縮聚物的全部，特別是在一擠出機中進行熔化，並產生一聚合物熔體； c）混合所述聚合物熔體； d）冷卻所述聚合物熔體；以及 e）在一熔體反應器中對已混合且冷卻的所述聚合物熔體進行處理，特別是對所述聚合物熔體進行縮聚或後縮聚，以提高所述聚合物熔體的特性黏度和/或純化所述聚合物熔體。
  2. 如請求項1所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，所述處理步驟以指定順序進行。
  3. 如請求項1或2所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，所述步驟c）和步驟d）同時進行或在一共同的製程步驟中進行，亦即同時進行所述聚合物熔體的混合和冷卻。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，在所述步驟c）和所述步驟d）之前對所述聚合物熔體進行過濾以除去未熔化的成分和/或雜質。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，在所述步驟c）和所述步驟d）之前對已過濾的所述聚合物熔體進行脫氣。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，對所述聚合物熔體進行分佈式混合。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，以使得所述聚合物熔體中的溫度分佈為 ＜±10°C，特別是 ＜±5°C，較佳是 ＜±1°C的方式對所述聚合物熔體進行混合和/或冷卻。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，以所述聚合物熔體在即將進入所述熔體反應器之前或進入所述熔體反應器時的溫度比所述聚合物熔體在即將進行混合和冷卻之前或即將進行所述步驟c）或步驟d）之前的溫度低5至25%的方式對所述聚合物熔體進行冷卻。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，以所述聚合物熔體在即將進入所述熔體反應器之前或進入所述熔體反應器時的溫度比聚合物的熔化範圍高1至10%的方式對所述聚合物熔體進行冷卻。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，根據所述步驟b），特別是在所述步驟a）期間，在進行所述熔化之前先對所述縮聚物或材料進行粉碎和/或加熱，其中，較佳地，將所述縮聚物或材料加熱並永久混合，並且可選地進行脫氣、軟化、乾燥、增黏和/或結晶，且同時保持其結塊性和流動性 。
  11. 如請求項1至10中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的方法，其中，至少所述處理步驟c）、d）和e），特別是所有所述處理步驟，在時間和位置上立即且直接地彼此相接，且各自之間沒有任何進一步的中間處理步驟存在 。
  12. 一種用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，特別是用於回收加工受污染的縮聚物，包括： 一熔化裝置（2），用於熔化待處理的縮聚物並產生一聚合物熔體； 位於所述熔化裝置（2）下游的一混合裝置（3），用於混合所述聚合物熔體； 位於所述熔化裝置（2）下游的一冷卻裝置（4），用於降低所述聚合物熔體的溫度；以及 連接於其後的一熔體反應器（5），用於對已混合且冷卻的所述聚合物熔體進行處理，特別是對所述聚合物熔體進行縮聚或後縮聚，以提高所述聚合物熔體的特性黏度和/或純化所述聚合物熔體。
  13. 如請求項12所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述熔體反應器（5）在空間上在輸送方向上直接連接至所述混合裝置（3）或所述冷卻裝置（4），或者連接至所述混合裝置（3）或所述冷卻裝置（4）的下游並且在製程方面前後串聯，而不設置其他中間功能性單元。
  14. 如請求項12或13所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述熔化裝置（2）為擠出機，所述擠出機特別地包括一熔體過濾器和/或一脫氣區。
  15. 如請求項12至14中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，在所述熔化裝置（2）的上游設置一切割壓實機（1），特別是一切割壓實機與擠出機的組合，用於壓碎且/或加熱所述縮聚物或材料，其中，所述切割壓實機（1）較佳設置成適合於對所接收的所述縮聚物或材料進行加熱和永久混合，並且可選地進行脫氣、軟化、乾燥、增黏和/或結晶，且同時保持其結塊性和流動性。
  16. 如請求項12至15中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述混合裝置（3）為分佈式混合器。
  17. 如請求項12至16中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述混合裝置（3）同時也是所述冷卻裝置（4），特別是一熔體冷卻混合器。
  18. 如請求項12至17中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述熔體反應器（5）為LSP反應器或MSP反應器。
  19. 如請求項12至18中任一項所述之設備，其中，所述混合裝置（3）和/或所述冷卻裝置（4）控制成使得所述聚合物熔體中的溫度分佈為 ＜±10°C，特別是 ＜±5°C，更佳是 ＜±1°C。
  20. 如請求項12至19中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述混合裝置（3）和/或所述冷卻裝置（4）控制成使得所述聚合物熔體在即將進入所述熔體反應器（5）之前或進入所述熔體反應器時的溫度比所述聚合物熔體在即將進入所述混合裝置（3）和所述冷卻裝置（4）或所述熔體冷卻混合器之前的溫度低5至25%。
  21. 如請求項12至20中任一項所述之用於加工縮聚物或含縮聚物材料的設備，其中，所述混合裝置（3）和/或所述冷卻裝置（4）控制成使得所述聚合物熔體在即將進入所述熔體反應器（5）之前/之時的溫度比聚合物的熔化範圍高1至10%。
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