更好地处理无定形PET边角料

文/ Pete Stoughton

更好地处理无定形PET边角料

文/ Pete Stoughton

无论是吹塑成型PET瓶子还是挤出APET片材，在生产过程中都会产生无定形的边角料。作为一种吸湿性非常强的聚合物，如果想对这些无定形PET边角料进行回收利用，要面临的主要挑战是如何进行合理干燥，以避免熔融加工时水解反应的发生。

当加工商们接收到“纯PET”时，这些材料会是一种半结晶的状态，这可以通过粒料呈现出的乳白色来证实。但事实上，纯PET是无色的，其乳白色的外观是由于材料结晶造成的，这会导致进入粒料的光发生分散，从而显示为白色。

在生产PET的第一阶段，材料会离开熔融相反应器并被切碎成圆柱状的、小的透明粒料，此时的PET是100%的无定形态。而在其生产过程的最后阶段里或最后阶段之前，透明的无定形粒料会通过高温加热进行结晶，在此期间，PET会被搅拌，以防止粘附或熔融在一起。当被加热到其玻璃化转变温度（约76.7～93.3 ℃）时，聚合物链将开始折叠起来，并在内部形成大量的晶体，粒料的表面也将开始软化或与相邻的粒料熔融、粘附。

当温度超过其玻璃化转变温度时，PET表面将重新硬化且不会再软化，除非温度达到其熔融温度（232.2～260 ℃）。一旦粒料的表面重新变硬，剧烈的搅拌就会破碎在结晶过程中形成的团块，并保持物料的自由流动。这种类型的结晶被称为“热定形结晶”，发生在无定形PET被加热到某个高温时。

PET是一种吸湿性非常强的聚合物，当其在运输和储存过程中暴露于大气时很容易吸收水分。此类材料将持续从大气中吸收水分，直至达到与周围空气平衡的状态为止。在加拿大和美国大部分地区的典型气候条件下，PET的水分含量可能会达到0.2%～0.3%。

在加工PET时碰到的最主要的问题之一是在熔融加工之前需要对其进行预干燥。PET在熔融加工过程中对水极其敏感，会因为干燥不充分而与留在聚合物中的残留水分发生反应。这种水解反应会破坏一些聚合物链，降低聚合物的特性黏度，进而影响其物理性能。

为了避免水解，PET供应商强烈建议在熔融加工之前，将PET预干燥至最后水分含量为0.003%～0.005%。所有PET材料供应商建议的干燥参数都非常重要，应该严格遵循：

1．干燥温度：148.9～176.7 ℃；

2．干燥空气的露点：-28.9 ℃或更低；

3．干燥时间：4～6 h。

图中通过3种透明的无定形PET碳酸软饮料瓶胚展示了无定形PET粒料和不透明的PET结晶粒料的区别（上）。这些瓶子随后将进行注射拉伸吹塑（下）。值得注意的是，瓶胚和瓶子边角料不应该在通常的PET干燥温度下进行干燥（图片来自Plastic Technologies公司）

再结晶PET边角料

在回收由PET瓶或热成型APET片材容器加工过程中产生的边角料时，最主要的挑战之一是干燥边角料。此时切记，为了避免水解反应的发生，材料供应商建议在熔融加工之前将PET预干燥至最后水分含量为0.003%～0.005%，且要在148.9～176.7 ℃的环境下干燥。但问题也由此而生，两种边角料都是无定形的，当无定形PET加热到其玻璃化转变温度时，它们将开始软化，形成粘连，造成干燥料斗中物料流的中断。

根据具体过程，有两种可能的方法来解决干燥回收的无定形PET边角料时遇到的难题：

1. PET瓶的生产：PET瓶胚是无定形的且吹瓶会产生一个低水平的应变诱导结晶，因此瓶胚和瓶子边角料不应该以通常的PET干燥温度进行干燥，因为此干燥温度只适用于预结晶的PET树脂。但是，加工商可以将较小百分比（5%～10%，甚至15%）的瓶胚和/或瓶子边角料与结晶纯粒料进行混合，干燥此种混合物不会有粘连的问题。

但要注意的关键是，无定形边角料必须占小百分比，且必须和结晶材料完全混合，这是因为当无定形的片料加热时，它们确实会软化并与相邻的片料或粒料粘连，但是如果与其相邻的绝大多数粒料都是结晶纯粒料时，团块或团聚都是很小的，可能总共两、三个粒子。这些小的团聚物可以自由地通过干燥料斗，不会引起流动中断。

2.片材挤出和APET容器热成型：上述针对PET瓶子的方法在APET片材、容器的生产中也能发挥作用。但是，APET容器生产中所产生的边角料量要远远超过PET瓶子生产所产生的边角料。片材的裁边可能占到产量的3%，而片卷骨架可能超过50%，这取决于所生产的容器形状（方形容器比圆形或椭圆形容器能更紧密地嵌套在一起）。如果临时添加了不符合质量控制要求的整卷片材，这一过程中产生的边角料总量会很容易超过总产量的50%。

当APET边角料超过生产线总产量的15%时，处理大量无定形边角料的唯一可行方法是先对其进行再结晶，这样它们可以在更高的干燥温度（148.9～176.7 ℃）下干燥，且在干燥料斗中不会熔融或粘附在一起。