PET/聚酯回收：再用于长丝的要求和回收方案

P. Niedl， A. Hackl

Starlinger公司 回收技术部(奥地利)

1 聚酯的升级回收和降级回收

欧盟废弃物框架指令2008/98/EC将回收定义为“任何将废弃物再加工成原始用途或其他用途的产品、材料或物质的回收操作”。理想情况下，回收的塑料可以像原来的产品一样重复使用，例如PET瓶可再次制成PET瓶，因此出现了瓶对瓶回收的概念。除了这种循环经济理念外，工业上还将回收分为升级回收和降级回收两种类型。升级回收定义为材料回收后可再用于高端应用(本文的升级回收指将回收材料制成聚酯连续长丝，用于制备汽车座椅、汽车内饰及户外运动用织物等)。降级回收则定义为材料回收后再用于制备比原来产品价值低的产品，如聚酯纤维或长丝回收后制成聚酯短纤维，用于制作毛绒玩具、填充材料或室内装饰品等。后文将介绍对PET和聚酯进行升级回收，用于再生产聚酯连续长丝的机械回收方式。

2 聚酯升级回收的设备选择

奥地利Starlinger公司是一家专业从事聚酯纤维回收的机械制造商，于1987年开始回收业务。Starlinger回收技术部作为Starlinger公司的一个业务部门，于2002年成立。该业务部门在全球共安装了超过500条不同种类的塑料回收生产线(包括60多家PET瓶对瓶回收工厂)。

在聚酯回收领域，该公司提供两种主要的回收装置，装置类型的选择主要取决于回收材料的性质：如，回收材料是预先切断的还是连续的，是染色的还是白色的，是干燥的还是潮湿的，是单一种类的还是不同来源的混合物。基于这些选型标准，纤维或长丝要么通过Starlinger公司的动态recoStar装置回收，这种装置由于可在其智能进料器的制备单元中进行回收材料的干燥和混合，因而能处理较高含水量的材料，要么采用通用的recoStar装置回收，由于该装置中配备的主动式切碎机可对回收材料进行预先切割，因而通用recoStar装置可回收处理大块的材料。表1详细列出了根据材料主要特性选择回收设备的标准。

表1 基于材料特性的回收设备选择

3 聚酯升级回收的过滤装置

除选择合适的回收装置外，在聚酯/PET用于制备长丝的回收中，还有2项需求起着重要作用，即熔体过滤和材料特性黏度(IV)的增加。其中，聚酯过滤是一个核心问题，因为回收材料中可能含有各种污染物，如铝、纸质标签、聚氯乙烯(PVC)、凝胶、砂子或玻璃等，需要经过过滤精度达20 μm的过滤后，才能在下游纺丝生产线上加工成长丝。否则，原料中较小的杂质将导致纤维断裂，进而导致长丝生产线停机。总体而言，有多种过滤方式可供选择，包括采用非常精细的单活塞或多活塞动力反冲式过滤器进行过滤，以及采用由前置过滤器和烛型过滤器组成的级联装置进行精细过滤。由于聚酯回收料用于长丝生产时需要非常精细的过滤，因此由前置过滤器和后置过滤器组成的级联装置是用于长丝生产回收料过滤的最佳选择。前置过滤器采用带反冲功能的活塞式过滤器，过滤面积大，停留时间短；后置过滤器则采用专为聚酯回收而设计的烛型过滤器(图1)。

图1 带有前置和后置过滤器的通用recoStar回收线 (图片来源：Starlinger公司)

鉴于市售的烛型过滤器产品在设计时只考虑了过滤初生聚酯，Starlinger公司开发出一款专门用于处理回收料的烛型过滤器。快速滤筒更换器(RSC，图2)是一种基于烛型过滤器而设计的连续聚合物过滤器，可容纳2， 4， 6或8个滤筒，根据过滤精度的不同，过滤输出量可达500～4 000 kg/h。RSC采用非织造纤维毛毡作为过滤介质，过滤精度可达15 μm，与使用编织钢丝网的传统活塞式过滤器相比，它具有许多优点。其中一个主要的优点是滤筒(即过滤元件)可在20 min内完成更换，因此也被称为快速滤筒更换器，并且在更换其中一个过滤器的滤芯时，其他过滤器仍保持工作状态。一旦操作者更换完过滤器中的所有滤筒，该过滤器即可恢复运行。

图2 快速滤筒更换器的更换过滤器滤筒操作 (图片来源：Starlinger公司)

除了快速更换滤筒外，该过滤器的其他优点还包括：设计坚固牢靠、采用纤维毡作为过滤介质带来的低运行成本、过滤器采用无接触式红外加热、较长的运行时间及较低的熔体损失等。在过滤精度达20 μm的情况下，采用传统活塞式过滤器过滤的100%回收料在用于纺丝时，喷丝板的更换周期为1 d甚至更短，而使用RSC后，喷丝板的更换周期可延长至15 d，甚至还可以进一步延长。更换周期具体取决于纺丝线生产的纤维的线密度、产品类型及采用的熔体过滤器类型。过滤精度为20 μm时，快速滤筒更换器与传统活塞式过滤器过滤压力随时间的变化如图3所示。由图3可以看出，快速滤筒更换器的过滤压力更稳定。

图3 快速滤筒更换器的过滤压力试验 (图片来源：Starlinger公司)

4 聚酯升级回收中IV的增加

采用回收聚酯制备纤维长丝的第二个要求是增加聚酯的IV。从本质上而言，可用两种方法来增加回收材料的IV：将纤维与具有更高IV的PET切片混合，或将回收的聚酯颗粒置于固相缩聚(SSP)反应器中进行固相缩聚。根据回收材料特性的不同，IV的优化可能需要下述一个或多个步骤完成。

——步骤1：干燥。这是一项基本要求，在回收生产线的预处理阶段进行。动态recoStar装置可以处理含水率高达30%的材料，采用空气冲洗机理，利用挤出机回用的热量以热空气和/或干燥空气的形式对材料进行干燥。此干燥过程在主动式切碎机(可作为选项添加到回收线上)中进行，或者在回收线上的智能进料器中进行。在通用recoStar装置上，采用类似的空气冲洗机理，通过向装置的主动式切碎机中吹入干燥空气的方式，可对低含水率的材料进行干燥，以增加材料的IV。

——步骤2：在回收聚酯纤维中添加PET切片。该步骤也属于预处理的一部分，PET切片采用“先进先出”形式的干燥机干燥后，再通过侧喂料器直接送入回收装置的挤出机中。

——步骤3：在固相缩聚反应器中提高IV。该步骤直接针对回收颗粒进行操作，因而属于后处理步骤。采用recoStar固相缩聚反应器，在半连续处理过程中，真空下PET颗粒的IV每小时可增加0.01～0.03 dL/g。该装置按照“先进先出”的原则设计，具有可追溯的单向流动性，可进行批次控制，并配备能量回收装置，减少能源浪费。

总体而言，所需的IV增加值取决于聚酯纤维和PET切片的初始IV、切片/纤维的混合比例、回收材料的预干燥程度，以及待生产长丝的目标IV。

5 结语

本文总结了PET和聚酯升级回收用于生产聚酯连续长丝时的机械回收方式。基本的回收机械装置取决于回收材料的特性(形状、颜色、湿度和不同类型纤维的混合)。在聚酯升级回收中，精细过滤和增加其IV是需解决的关键问题。理想的过滤装置通常包含前置过滤器和后置过滤器。对于后置过滤器，Starlinger公司开发出一种专门用于回收材料加工的烛型过滤器。这种过滤器为一种采用非织造纤维毛毡为过滤介质的快速滤筒更换器，过滤精度达15 μm。与使用编织钢丝网的传统活塞式过滤器相比具有诸多优点。本文提出了两种增加回收材料IV的方式：将回收纤维与PET瓶片混合以增大其IV，或在固相缩聚反应器中增大回收颗粒的IV。