生产塑料带的聚对苯二甲酸乙酯薄片的串联固态聚合方法

专利名称：生产塑料带的聚对苯二甲酸乙酯薄片的串联固态聚合方法
本专利申请是Donald Van Erden等的美国专利申请“生产塑料带用的PET薄片的串联固态聚合的方法(INLINE SOLID STATE POLYMERIZATION OFPET FLAKES FOR MANUFACTURING PLASTIC STRAP)”(申请号08/794,538，申请日1997年2月3日)的部分继续(CIP)专利申请，根据37CFR1.53(b)随同该申请一并提出。
本发明一般涉及聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料的固态聚合(SSP)处理方法，以及由该方法生产的材料，更具体地说，本发明涉及消费后及非消费后的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料，尤其是用于生产或制造高性能胶带的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料的固态聚合(SSP)处理方法，和由该方法生产的高性能胶带。
消费后的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料主要来源于塑料软饮料瓶，它们可容易地从材料回收设备获得。这种材料具有相对较低，并且不均匀的固有粘度(IV)值，过去，这一特征使得PET不能直接用于生产制品，例如高性能塑料胶带，事实上高性能塑料胶带要求较高并且均匀的固有粘度(IV)值。前述相关的美国专利申请(申请号08/794,538)中公开的发明的一个发现是，PET材料的固有粘度(IV)值的这种不均匀性事实上并不对高性能胶带的生产产生不利影响，本发明包括对这种PET材料的这种处理方法的进一步改进。
根据现有的处理技术，PET材料，不论是消费后还是非消费后的PET材料，一开始都被碎裂为薄片及碎块，然后把薄片及碎块挤压成颗粒。由于各种各样的软饮料瓶是由不同的公司使用具有不同IV值的不同材料制的，因此碎裂后的PET材料具有较低，且分布范围较宽的IV值。该IV值一般为0.65～0.80g/dl。根据这种现有处理技术，人们还认为，为了用这种消费后的PET材料生产高性能制品，例如高性能塑料胶带，PET材料必须在固态处理之后具有或达到相当高，且分布范围窄的IV值，因此在固态聚合作用开始之前，固态处理需要一个初始步骤，即薄片造粒步骤。当随后对PET颗粒进行固态聚合(SSP)时，PET颗粒的IV值升高，表现出较高并且分布范围窄的IV值，从而，使这种增强PET颗粒随后可用于生产高性能制品，例如高性能胶带。
如上文所述，根据提及的现有处理技术，现有技术的PET材料的固态聚合(SSP)从均匀几何形状的颗粒开始。但是为了生产符合要求的胶带，要完成PET颗粒的这种现有技术的固态聚合(SSP)需要很长的时间，即，约12～19小时，直到前述美国专利申请号08/794,538中公开的发明为止，人们并没有意识到薄片和碎块PET材料的不均匀混合物可不必进行初始造粒而直接进行固态聚合，达到和现有技术造粒得到的颗粒相同甚至更高的平均IV值，并且固态聚合以相当快的方式进行，即，所需时间可约为颗粒材料的固态聚合所需时间的四分之一。
更具体地说，现有技术所得到的胶带的平均IV值不大于0.90g/dl，而根据前述美国专利申请(申请号08/794,538)中公开的处理技术生产的高性能塑料胶带的平均IV值大于0.90g/dl。因此，根据前述美国专利申请(申请号08/794,538)中包含的发明技术，可以利用IV值分布较宽的PET材料，不必先把薄片材料颗粒化，而是直接用薄片材料进行固态聚合，以一种经济的方式商业化生产高性能塑料胶带。
虽然如前述美国专利申请(申请号08/794,538)中公开的PET薄片材料的固态聚合处理以及最后得到的高性能塑料胶带的生产已经相当成功，并且导致生产非常合适的塑料胶带，但是，已发现，通过降低生产停机时间，能够在效率及材料流动生产方面进一步改进该方法。例如，当打算按照美国专利申请(申请号08/794,538)中公开的前述发明的处理技术使用的PET材料实际来源于塑料软饮料瓶时，已发现，由于制造或者生产软饮料瓶中采用的吹塑制造技术的结果，回收的PET瓶基本上由两种不同类型的材料组成，即，晶状薄壁的瓶体部分和非晶状瓶颈部分，因此，对这两种不同材料必须进行不同的处理。具体地说，固态聚合(SSP)过程中最好保留并利用瓶的薄壁，而由于下述原因最好从固态聚合(SSP)过程中除去瓶颈部分。
例如，已知固态聚合(SSP)过程的温度控制是至关重要的，如果固态聚合过程的温度水平太低，则聚合反应将会很慢，而如果聚合过程的温度水平太高，则碎片会融化或者变软，从而形成凝块堵塞或者滞塞进料器或者处理设备的其它部件。由于回收的软饮料瓶的薄壁部分基本上都是晶态的，它们在固态聚合器内快速反应，以便合乎要求地增大PET配料或装料的分子量或者固有粘度(IV)，但是，由于回收的软饮料瓶的瓶颈部分基本上都是非晶态的，在增大或加强被处理的PET材料的分子量或者固有粘度的固态聚合过程中，它们反应相当缓慢。因此，从处理效率的观点来看，最好是使固态聚合容器内的PET材料的配料或装料包括较多的回收PET材料的晶态薄壁部分，较少的回收PET材料的非晶态瓶颈部分。另外，更重要的是PET材料的非晶态瓶颈部分会在聚合处理容器内快速结晶，从而放出大量的结晶热。该结晶热足够大，足以不合需要地升高固态聚合容器内的处理温度水平，往往致使PET材料变粘并结块，从而形成凝块或者碎块阻碍聚合容器内材料的流动，和堵塞或滞塞各个容器部件。
因此，需要一种技术能够有效地处理回收的PET材料的非晶态部分，例如，用这种技术，能够有效地把送入固态聚合容器内的PET材料的配料或装料中回收的PET材料的非晶态部分清除出去，从而，能够避免因温度的偏移而出现的材料处理或流动问题，否则，由于这种非晶态材料在聚合容器内的快速结晶所产生的大量结晶热，会使温度偏移，引起材料处理或流动问题，另外，使用这种技术能够有效地提高回收PET材料的处理效率，并且能够增强用这种PET材料生产高性能胶带。
为此，本发明的一个目的是提供一种新的、改进的串联固态聚合PET薄片的方法，用于随后把PET薄片处理为高性能的塑料胶带。
本发明的另一目的是提供一种把PET薄片处理为高性能塑料胶带的新的、改进的固态聚合(SSP)方法，该方法避免了伴随固态聚合容器内PET材料的处理出现的PET材料配料或装料的操作或流动问题。
本发明的又一目的是提供一种把PET薄片处理为高性能塑料胶带的新的、改进的固态聚合(SSP)方法，该方法通过只使用来源于回收PET材料的薄壁部分的更合乎要求的晶态薄片部分，提高了该方法的工作效率，从而最佳地使用固态聚合容器设备，以便产生具有合乎要求的高IV值的固态聚合材料，并且该方法的温度水平可适当地控制，从而消除了PET材料的聚集和结块，否则PET材料的聚集和结块会导致配料或装料材料的流动问题，堵塞和滞塞设备组件，设备组件的堵塞和滞塞会引起生产设备的停机，并增大维修费用。
本发明的上述目的和其它目的是这样实现的，即，通过提供一种直接把消费后的PET薄片材料转化为平均固有粘度(IV)值较高的材料，并用这种材料制作特别希望的产品，例如高性能胶带的方法来实现的。高性能胶带具有提高的熔接强度。由于熔接强度往往是胶带产品的薄弱环节，因此熔接强度非常重要。对于常规的或现有技术的高性能胶带来说，熔接强度值等于胶带的拉伸强度的50％就被认为是正常的。但是，和常规的或现有技术的高性能胶带相比，用本发明的处理技术生产的胶带的拉伸强度，以及熔接强度能够提高约30％。
根据本发明的方法，发明的方法首先获得含有PET的消费后或非消费后的材料。可从例如胶带或材料回收设备获得这些材料，这些材料具有较宽范围的初始IV值，例如从0.70～0.81g/dl。PET材料通常含有各种杂质，例如聚氯乙烯(PVC)、铝、聚乙烯、聚丙烯及纸。
一开始，从PET材料中除去PVC及铝，并把PET材料碎裂为薄片及碎块的不均匀混合物。如前所述，由于对于提高PET材料的IV值不是特别有用，以及对固态聚合处理的温度水平产生不利影响，因此材料碎块是不希望有的。因此，根据本发明的具体技术，最好从PET材料配料或装料中除去这种材料碎块，这一处理步骤通过利用适当的除粒机或分粒器实现，由于碎块或瓶颈部分PET材料的厚度及密度不同于薄片或薄壁部分PET材料，因此，除粒机或分粒器可从薄片或薄壁部分PET材料中有效地除去或分拣全部或者绝大多数碎块或瓶颈部分PET材料。结果，固态聚合处理中基本上只利用希望的薄片或薄壁部分PET材料，以便能够增大要被处理的合适的或希望的PET材料的体积，被处理PET材料的IV值的提高易于实现，并且由于恰当地控制操作处理温度，消除了PET材料的结块或凝集，从而使处理设备生产停机或者生产运行中断的情况降低。
在把不希望有的碎块或瓶颈部分PET材料从PET材料配料或装料中除去后，现在，PET材料配料或装料基本上只含有或者由薄片或薄壁部分PET材料组成，PET材料在流化床型干燥器或预热器内被预热，以便在约315°F下预热约20～25分钟。通过该预热步骤，由于已从PET材料中除去了分子水，PET材料被干燥。其后，PET薄片可以进入固态聚合的第一步骤，于是，把PET薄片放置在料斗中，并在无氧，有氮的情况下加热PET薄片，直至温度达到390°F～430°F。
在固态聚合的第一步骤进行约1小时或更长时间之后，PET薄片即可进入固态聚合的第二步骤，从料斗中取出加热的薄片混合物，并在无氧，有氮的情况下将其放置在料箱内。薄片被加热到约425°F，并在料箱中保留约4小时。
一旦薄片已完成固态聚合的第一和第二步骤，所得到的PET材料的IV值已增大到至少0.90g/dl，高达1.50g/dl，平均IV值约为0.95g/dl。随后IV值增大的PET薄片经适当的挤压机挤压生产出高性能胶带。利用本发明的方法生产胶带，可用PET薄片直接进行固态聚合，不必进行中间造粒，而且可把材料的平均IV值提高到约0.95g/dl，IV值分布宽广，在0.90～1.50g/dl之间，因此这种PET薄片材料可以生产拉伸强度、熔接强度和接合强度性能均佳的高性能胶带。另外，对本发明的薄片进行的固态聚合处理所需时间只是现有技术对PET材料作颗粒化处理所需时间的一部分。结果是，除了基本上除去了非晶态的PET材料的碎块部分，由于操作不中断或不发生生产停机，提高了材料的流动处理和工作效率之外，另外还提高了PET材料处理的经济效率，即，进一步增多了处理特定PET材料配料或装料的时间。
下面结合附图和详细说明，将对本发明的各种其它目的、特征及伴随而来的优点有更充分地理解，在所有的附图中，相同或相应的部分用相同的标示符号表示，其中

图1A-1C是本发明的PET薄片处理方法的各个步骤的流程图；图2是本发明的方法的固态聚合(SSP)阶段的氮循环部分的流程图，包括利用保护床去除HCl；图3是原材料及在不同条件下生产的各种最终得到的材料的PET材料量与固有粘度(IV)之间的关系。
现在参见附图，尤其是图1A，消费后的及非消费后的聚对苯二甲酸乙酸(PET)材料从各种不同来源中的任一或几个来源收集得到，包括例如材料回收设备，收集到的PET材料被共混为不均匀混合物。除了含有或包括聚对苯二甲酸乙酸(PET)材料之外，混合物通常还含有各种其它材料，例如PVC、聚丙烯、聚乙烯、铝及类似物，根据本发明在PET材料的固态聚合(SSP)处理中并不希望使用这些其它材料。因此，一开始就用几种装置，例如能够检测或者识别，例如PVC容器或PVC瓶的适当的照相机或传感器从PET材料中除去PVC材料和铝罐，另外操作人员也对铝罐及类似物进行物理分离。
剩下的PET材料随后被碎裂为薄片及碎块，以提供适于根据本发明的后续处理步骤特征进一步处理的组分。薄片及碎块分别来源于，例如塑料软饮料瓶的薄壁部分及瓶颈部分，瓶颈或碎块部分比薄壁或薄片部分更厚、更致密。随后对材料进行浮选分离，用浮选分离法把聚乙烯、聚丙烯及任何纸质材料从PET材料中分离出来，由于体密度技术的结果，聚乙烯、聚丙烯及纸质材料成分浮动到浮选设备的上部，而PET材料沉到浮选设备的底部。
浮选分离处理步骤之后，在适当的碱性溶液中对PET薄片及碎块进行冲洗循环，以便从PET材料中除去尘土、污物、纸标签、液体糖浆及类似物。在冲洗循环完成之后，对碎裂材料进行另一次浮选分离或分离过程，从而，从清洗后的PET材料中除去第一次浮选分离未除去的，但由于碱性溶液已与PET材料分离的细屑，或者任何残留纸屑。随后把清洗干净后的PET材料放入适当的干燥器内，使PET材料经受旋转循环，该旋转循环不同于洗衣机的旋转循环，随后使从旋转干燥器排出的材料通过金属分离阶段，利用适当的金属检测器进行分离，例如把那些开始和PET材料共混的铝罐、铝盖或类似物的任意碎裂部分分离出来。随后把最后得到的PET材料装箱，运走，或者存放在适当的存贮仓中，以便当根据本发明的固态聚合(SSP)处理方法进行实际处理需要时，可使用所得到的PET材料。
根据前述方法步骤制备的PET材料一开始具有较宽的固有粘度(IV)值范围，如图3中的曲线A所示，该范围的低值约为0.60g/dl，高值约为0.80g/dl，平均初始IV值约为0.70g/dl。存在这种IV值范围是因为，例如不同的塑料软饮料瓶由不同的饮料瓶生产商使用不同塑料材料制的。另外还应认识到，由于PET材料的具体来源的不同，PET材料的初始混合物的IV值可能不同于上面提及的IV值。例如，可能使用除塑料软饮料瓶之外的其它回收材料，其特征是IV值相对较低，或者可能使用回收的由现有技术的方法或本发明的方法生产的高性能胶带，本发明方法生产的高性能胶带的平均IV值为0.90g/dl或更高。总之，根据本发明的不同技术，能够用IV值分布范围较宽，例如0.60～0.80g/dl，并且平均IV值较低，例如0.70g/dl的不均匀混合物生产如图3中曲线B所示的，IV值分布范围较宽，例如0.70～1.50g/dl，并且平均IV值较高，例如约0.95g/dl的合成材料。
显然，精确的曲线及材料结果或性能将取决于一开始输入材料的性能及特定的处理参数，因此，图3的曲线C及D图解表示了具有较宽的IV值分布，但是，平均IV值不同的其它合成材料，这些不同的材料是由于处理滞留时间不同的结果。因此，根据本发明的处理技术及参数特征，事实上能够仅仅通过降低处理过程中材料的滞留时间来生产固态聚合(SSP)材料，其平均IV值约为，例如0.80～0.85g/dl，并且适用于制造具有目前或按常规合格质量及性能特征的高性能胶带。另外相当有利的是，当实际上不需要特殊应用超高性能胶带(该超高性能胶带也能按照本发明的不同处理技术特征生产，并且平均IV值为，例如1.15g/dl)时，能够更快速、更经济地制备具有按常规合格的平均IV值、拉伸强度及熔接强度性能的高性能胶带。
如上所述，包含装料或配料的要处理的初始材料由薄片及碎块的不均匀混合物组成，在本发明方法的这一步骤，已从该混合物中去除了不需要的PVC、聚丙烯、聚乙烯、纸及铝杂质。但是，从经济及处理效率的观点来看，另外人们认为或发现，配料或装料材料中的材料碎块部分也是不希望有的，同样，应被分离，并从固态聚合(SSP)过程及处理设备中除去。其原因如下首先，如前所述，配料或装料材料中的材料碎块部分基本上或实质上由在增大被处理PET材料的分子量或固有粘度(IV)值或者性能的固态聚合(SSP)过程中反应缓慢的非晶态PET材料组成。为了实际上增大合成或处理材料的分子量或者IV值，最好使进行固态聚合处理的PET配料或装料材料中的晶态PET材料的百分量最大，同时使非晶态PET材料的百分量最小。
其次，考虑到碎块材料部分基本上或实质上是非晶态PET材料，这种材料将在聚合处理容器内快速结晶，产生大量的结晶热，所产生的结晶热足够大，足以不合要求地升高固态聚合容器内聚合处理的温度水平，使放置在聚合处理容器内的PET材料变粘，并聚结在一起，形成势必阻碍材料在聚合容器内的流动，及阻塞或滞塞进料机或者处理设备的其它工作部件的材料凝块。
鉴于上述情况，并根据本发明的具体技术，已发现，在材料的混合物进入固态聚合处理步骤之前，能够有效地把PET材料装料或配料中较厚及较致密的非晶态瓶颈或碎块部分从材料的不均匀混合物中除去，该步骤可用市场上的“除粒机”来实现。通常，这种设备目前用于或者设计用于从低密度颗粒或粉末中去除致密的石头。该设备根据振动及流化原理工作，藉此有效地把致密的石头从密度较低的颗粒或粉末中分离出来。
但是，人们发现，这种设备也可用于把较厚及较致密的瓶颈或者碎块PET材料从较薄并且密度较低的薄壁或者薄片PET材料中分离出来。在本发明的方法中使用的示范性除粒机或除粒设备是均由明尼苏达州的福斯伯格公司(FORSBERG CORPORATION，MINNESOTA)生产的FORSBERG G-4分粒器或者FORSBERG P-6R真空除粒机，显而易见，也可使用其它以相同的分离原理或技术工作的类似的设备。
于是，继续参见图1A，在已从装料或配料材料中除去PVC、聚丙烯、聚乙烯、纸及铝杂质后，并且在对剩下的装料或配料材料进行除粒，从中除去PET材料碎块或者瓶颈部分之后，把薄片材料放置在适当的流化床型预热器或者干燥器内进行预热。在预热器或干燥器内，PET薄片材料被加热到约315°F，保温约20～25分钟。预热的目的是基本上干燥薄片材料，以便除去其中的分子水。
此时，已可以对PET薄片进行固态聚合方法的第一步骤。已知不同制品或材料的不同尺寸厚度特征影响把该材料固态聚合到预定IV值所需的时间，并且如前述相关的母专利申请中所述，较厚的瓶颈或碎块部分的固态聚合慢于较薄的薄壁或薄片部分的。固态聚合的第一步骤包括提高PET材料的装料或配料的温度，由于预先已从薄片部分材料中去除了碎块材料，处理薄壁或者薄片部分材料所需的时间相对较短，从而能够提高处理效率，包括薄片或薄壁部分材料的处理流动。具体地说，PET薄片被放置在料斗中，料斗包括一个其中支出(disburse)氮气的无氧环境。材料的温度被升高到约390°F～430°F，连续不断地把薄片材料放入料斗中，加入的薄片材料连续不断地从料斗顶部到料斗底部，移动通过料斗，其间，材料的IV值轻微增大。根据实现本发明方法的一个实施例，固态聚合的第一步骤所需时间约为1小时。
现在，加热后的PET薄片准备好进行固态聚合的第二步骤。从预热料斗中取走薄片材料，并连续放入料箱中。加热后的PET薄片在料箱内进行约4个小时的处理，其间，薄片从料箱的顶部移动到料箱的底部，根据后面将更充分说明的氮循环，料箱内的温度水平在380°F～425°F之间。通过这种处理，初始约为0.60～0.80g/dl的薄片固有粘度(IV)值基本上增大到平均值约为0.95g/dl，并且具有约从0.70～1.5g/dl的宽广IV值分布，如图3中曲线B所示。随后，可从料箱中取出加热的高固有粘度薄片，并将其直接送入挤压机，用挤压机可生产IV值为0.80～1.0g/dl的高性能胶带。
图2中更充分地说明了固态聚合的第二步骤内采用的氮循环，它包括向料箱底部供给纯氮，并从料箱顶部吸出杂质。氮气向上通过料箱，并通过薄片材料，这样作，使氮和薄片材料反应，以分离出acelhyde、乙二醇及盐酸(HCl)。氮循环中供给或使用的氮可以是连续供给的纯氮，或者来源于该循环，并除去其中的杂质后的氮。如果选择后一方案，同样的氮可被重复使用，从而使该方法更为经济。
可根据几种不同的技术或方法中的任一种除去氮中的杂质。一种办法是BEPEX提出的干燥剂法。另一种方法是用BUHLER提出的催化氧法除去废物。从氮循环中除去盐酸(HCl)的另一种方法是利用从气流中除去HCl的石灰袋过滤装置。另一种从氮循环中除去HCl的方法是导气体通过喷水装置，从而使HCl被吸收到水悬浮物中。另一种努力是利用碱性材料保护床。下面将作更加全面的讨论。
由于下述几个原因，因此去除杂质，尤其是去除HCl是很重要的。在固态聚合的第二步骤中，放出的HCl的量较小，但是HCl的存在还是可能在本发明设备及方法中至少引起两个方面的问题，即，催化活性问题和腐蚀问题，尤其是，当还存在或可能存在液体水时。已知HCl会钝化铂催化剂，尽管不能精确知道如本发明方法实践中可能遇到的这种钝化的量。提高温度可抵消一些催化剂钝化，但将冒催化剂熔结，即，催化剂永久钝化的危险。增大催化剂床的大小也是补偿较低的催化剂活性的一种选择方案，但是这种方案增大了催化剂费用，降低系统内的压强，并且可能需要额外的鼓风机功率。在腐蚀问题方面，液体水会从通过的气流中吸收HCl，并使HCl浓缩到腐蚀速率大到成为问题的程度。这一情况出现是在冷却处理气流的冷凝器之后，吸收床之前的位置。
根据如图2中具体说明，和前面简要提到的本发明技术预想的各种实施例，可通过利用碱性材料保护床尽快地从本发明的方法过程中除去HCl，消除由于HCl反应引起的催化钝化及腐蚀问题。可在紧接催化剂床之前把这种保护床加到BUHLER线路中，或者紧接固态流化床之后把这种保护床包含在袋室过滤器组件中。根据另一实施例，保护床可放置在袋室过滤器组件之后，以避免PET颗粒堵塞保护床。根据另一实施例，相对简单的BEPEX设计省略了催化剂床，因此，可把保护床紧接布置在固态流化床之后，或者布置在袋室过滤组件中。按照在把保护床布置在袋室过滤器组件中方面采用的技术，可用碱性固体，例如氧化钙、石灰、苛性钠或者碳酸氢盐涂覆袋室过滤器组件，以便中和盐酸。这种情况下，要用本发明的那些过滤袋代替常规的过滤袋。另外，保护床也可采取喷射水或碳酸氢盐的喷洗室的形式。
继续参见图2，可在处理线路或系统内装有适当的监测器，用于检测系统或系统的不同处理组件内存在的HCl的含量。由于固态流化床内PVC材料的存在，HCl含量会偶尔升高。简单的HCl监测器可包括以已知流速进入附着在自动滴定装置上的清洗器-起泡器中的少量液流，及保持恒定pH值消耗的碱或碱性材料的量，形成简单而直接的HCl含量测量方法。
由于当液体水在有HCl或Cl2的情况下，钢甚至不锈钢可能以极快的速率发生腐蚀，本发明的装置可由其它可行结构材料构造，例如CPPC、PP或具有抗腐蚀性涂层的钢。已知在有酸的情况下，BEPEX干燥剂法中使用的13x分子筛也将退化。因此，必须使用更大的床，以便补偿干燥能力的损失。筛网的退化还可能产生粉状筛网。如果发生这种情况，粉末可被携带到PET制品材料中和/或聚集在干燥剂容器的下端，从而阻碍气流。为了防止发生这种情况，生产设备的一部分可装备适当的过滤器，以便滤出产生的粉末材料，防止由于粉末引起的PET污染，并且可在设备的底部区域配置一个易于接近的检查口，藉此可容易地清洗生产设备。根据另一个实施例，当氮气通过流化床时，可用旁路干燥气体浸透氮气。总之，一旦利用任一前述方法把氮气中的杂质除去之后，即可把净化后的氮气引回料箱底部，以便进行另一氮循环。该过程可间歇进行，也可连续进行。本发明方法的重要因素之一是氮气除去挥发性聚合反应产物，包括乙二醇及其它杂质，它们能够引起不希望的次级反应。如果，例如在预热步骤之后，薄片内仍含有20PPM以上的PVC，则薄片将产生HCl，并降解在净化固态聚合(SSP)方法的第二步骤中使用的氮的干燥剂。这样，由于HCl与干燥剂之间的反应，干燥剂每年必须更换一次以上。
正如上面简要提及的一样，在薄片分别通过固态聚合方法的第一及第二步骤的料斗及料箱结构之后，从固态聚合方法的第二步骤的料箱中取出薄片产物，并在热状态下直接送入挤压机的进料料斗中，高性能胶带将产生自该挤压机。把热的薄片产物或材料从固态聚合第二步骤料箱直接送入胶带生产挤压机，在经济上是有利的，因为，这种处理在聚合物材料内保存了大量的热，从而降低了要被挤压的每磅聚合物的能量需求。
由于初始材料固有粘度(IV)值的多样性及较宽的范围，本发明的方法得到的产品的均匀程度是意想不到的。另外，由于在本发明的方法中加入了除粒机或类似设备，PET薄片的加热及固态聚合容易而且快速，不存在任何实质问题，例如球粒情况下经常发生的聚合物结块，聚合物粘到处理设备上，或者聚合物降解等问题。借助本发明方法，得到一个意料不到的结果是生产的产品具有较高的平均IV值，并且该产品是利用初始IV值较低，且范围较宽的材料制得的。换句话说，要获得高质量、高性能的塑料胶带，事实上并不要求将进行固态聚合处理及将被用于生产胶带的初始材料一开始具有较窄范围的IV值，或者并不要求最终的胶带自身具有较窄的IV值。
这样便可看出，从材料流动及生产停机的角度来看，本发明的固态聚合方法有利于以理想的、经济的方式生产高性能胶带，显然，根据上述技术，可能对本发明作出许多修改及变化。例如，可稍微改变本发明方法的精确的操作或程序参数，以获得要求的固有粘度(IV)值。固有粘度随着氮气量的增大，固态聚合步骤内温度水平的增大，以及固态聚合步骤内滞留时间的增大而增大。另外，已知道，把薄片预热到反应温度减小了实现固态聚合必需的料箱的尺寸。另外，还明确了，和球粒或相对较厚的碎块相比，相对较薄的薄片的IV值的增大快得多，薄片获得高的IV值，最有意义或者最重要的是，和球粒或碎块不同，薄片是最理想的，因为薄片不变粘，或者在固态聚合的第一或第二步骤中不会引起结块。尽管如此，还是要认识到，饮料瓶或饮料容器的瓶颈部分(材料碎块来源于该部分)是有价值或重要的组分，因为在PET薄片组分的固态聚合处理之后，作为可选办法，如图1B中所示，当固态聚合的薄片被送入挤压机时，可把瓶颈材料碎块部分，以及回收的不被固态聚合的球粒，或者低固有粘度(IV)薄片加入固态聚合的薄片中，以调节正被送入挤压机中的混合物的固有粘度(IV)，从而使最终得到的胶带将具有预定或特殊要求的特征或参数。
还要指出，由于氧的存在将降解聚合物，并对聚合物着色，因此，在预热或者固态聚合步骤中不加入氧气，于是氮气就成为固态聚合处理中使用的优选气体，因为氮气不会导致氧气引起的有害效果。另外，氮气还经济且易于获得。因此，应理解，在附加的权利要求的范围内，实施本发明不仅限于这里具体描述的实施例。
权利要求
1.一种形成适于后续处理的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料混合的方法，包括下述步骤收集固有粘度(IV)值分布较宽的各种PET材料；共混所述的收集的PET材料，并使所述的共混PET材料重新形成由基本上晶态的薄片部分及基本上非晶态的碎块部分组成的PET材料的不均匀混合物；和从所述的PET材料的不均匀混合物中，除去所述的基本上非晶态的碎块部分，使得所述的PET材料的不均匀混合物中基本上只留下所述的基本上晶态的薄片部分，以致当进一步处理基本上只包含所述的基本上晶态的薄片部分的所述的PET材料的不均匀混合物，以增大所述的PET材料的所述的固有粘度(IV)值时，将有效地防止在所述的PET材料的所述的被处理混合物内产生大量的结晶热。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的收集的PET材料的所述的固有粘度(IV)值在0.60～0.80g/dl的范围内。
3.一种产生聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料的方法，包括下述步骤收集固有粘度(IV)值分布较宽的各种PET材料；共混所述的收集的PET材料，并使所述的共混PET材料重新形成由基本上晶态的薄片部分及基本上非晶态的碎块部分组成的PET材料的不均匀混合物；从所述的PET材料的不均匀混合物中，除去所述的基本上非晶态的碎块部分，使得所述的PET材料的不均匀混合物中基本上只留下所述的基本上晶态的薄片部分，以致当进一步处理基本上只包含所述的基本上晶态的薄片部分的所述的PET材料的不均匀混合物，以增大所述的PET材料的所述的固有粘度(IV)值时，将有效地防止在所述的PET材料的所述的被处理混合物内产生大量的结晶热；和使基本上只包含所述的基本上晶态的薄片部分的所述的PET材料的不均匀混合物经受固态聚合(SSP)处理，以形成固有粘度(IV)值提高的不均匀PET材料。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的收集的PET材料的所述的固有粘度(IV)值在0.60～0.80g/dl的范围内。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的形成的不均匀PET材料具有至少为0.90g/dl的平均固有粘度(IV)值。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的形成的不均匀PET材料的固有粘度(IV)值在0.90～1.50g/dl的范围内。
7.按照权利要求3所述的方法，还包括下述步骤识别在所述的收集的各种PET材料中的任何PVC杂质；和在使所述的PET材料重新形成基本上晶态的薄片部分及非晶态碎块部分的所述的不均匀混合物之前，除去所述的识别到的PVC杂质。
8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的固态聚合步骤包括下述步骤在所述的固态聚合中加入氮循环；和通过使存在于所述的氮循环中，并包括HCl杂质的氮气通过碱性材料的保护床，除去在所述的固态聚合步骤的所述的氮循环中形成的大多数HCl杂质。
9.一种形成适用于生产高性能塑料胶带的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料的方法，包括下述步骤收集固有粘度(IV)值分布较宽的各种PET材料；共混所述的收集的PET材料，并使所述的共混PET材料重新形成由基本上晶态的薄片部分及非晶态碎块部分组成的PET材料的不均匀混合物；从所述的PET材料的不均匀混合物中，除去所述的基本上非晶态的碎块部分，使得所述的PET材料的不均匀混合物中基本上只留下所述的基本上晶态的薄片部分，以致当进一步处理基本上只包含所述的基本上晶态的薄片部分的所述的PET材料的不均匀混合物，以增大所述的PET材料的所述的固有粘度(IV)值时，将有效地防止在所述的PET材料的所述的被处理混合物内产生大量的结晶热；和使基本上只包含所述的基本上晶态的薄片部分的所述的PET材料的不均匀混合物经受固态聚合(SSP)处理，以形成固有粘度(IV)值提高的不均匀PET材料。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的收集的PET材料的所述的固有粘度(IV)值在0.60～0.80g/dl的范围内。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的形成的不均匀PET材料具有至少为0.90g/dl的平均固有粘度(IV)值。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的形成的不均匀PET材料的固有粘度(IV)值在0.90～1.50g/dl的范围内。
13.按照权利要求9所述的方法，还包括下述步骤识别在所述的收集的各种PET材料中的任何PVC杂质；和在使所述的PET材料重新形成基本上晶态的薄片部分及非晶态的碎块部分的所述的不均匀混合物之前，除去所述的识别到的PVC杂质。
14.按照权利要求9所述的方法，其特征在于所述的固态聚合步骤包括下述步骤在所述的固态聚合中加入氮循环；和通过使存在于所述的氮循环中并包括HCl杂质的氮气，通过碱性材料的保护床，除去在所述的固态聚合步骤的所述的氮循环中形成的大多数HCl杂质。
15.按照权利要求9所述的方法，所述的步骤还包括挤压所述的固态PET材料，以生产高性能塑料带。
16.一种适于后续处理的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料不均匀混合物，它包括固有粘度(IV)值分布较宽，来源于由基本上晶态的薄片部分及基本上非晶态的碎块部分组成的初始混合物的不均匀PET材料混合物，并且已从该初始混合物中除去所述的基本上非晶态的碎块部分，使所述的混合物基本上只包含基本上晶态的薄片部分，从而，当进一步处理基本上只包含所述的基本上晶态的薄片部分的所述的PET材料的所述的不均匀混合物，以增大所述的PET材料的所述的固有粘度(IV)值时，将有效地防止在所述的PET材料的所述的被处理混合物内产生大量的结晶热。
17.按照权利要求16所述的混合物，其特征在于所述的PET材料混合物的所述的固有粘度(IV)值在0.60～0.80g/dl的范围内。
18.一种用于生产高性能胶带的不均匀固态聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料，它包括固有粘度(IV)值分布较宽，来源于由基本上晶态的薄片部分及基本上非晶态的碎块部分组成的初始混合物的不均匀PET材料混合物，并且已从该初始混合物中除去所述的基本上非晶态的碎块部分，使所述的混合物基本上只包含基本上晶态的薄片部分，并且在所述的不均匀混合状态下直接进行固态聚合，以便在不产生大量结晶热的情况下提高所述的固有粘度(IV)值。
19.按照权利要求18所述的一种不均匀固态聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料，其特征在于所述的固态PET材料的固有粘度(IV)值在0.90～1.50g/dl的范围内。
20.一种高性能塑料带，它包括直接从PET材料的不均匀混合物固态聚合得到的聚对苯二甲酸乙酯(PET)材料，所述的PET材料的不均匀混合物具有分布较宽的固有粘度(IV)值，来源于由基本上晶态的薄片部分及基本上非晶态的碎块部分组成的初始混合物，并且已从该初始混合物中除去所述的基本上非晶态的碎块部分，使所述的初始混合物基本上只包含基本上晶态的薄片部分，以便在不产生大量结晶热的情况下提高所述的固有粘度(IV)值。
21.按照权利要求20所述的高性能塑料带，其特征在于所述的固态PET材料的固有粘度(IV)值在0.90～1.50g/dl的范围内。
全文摘要
一种制备用于生产高性能塑料胶带的PET薄片混合物的方法,步骤为:开始收集具有初始宽广范围的较低固有粘度(Ⅳ)值且平均固有粘度(Ⅳ)值较低的消费后及非消费后PET材料,通过固态聚合(SSP)处理收集的PET材料,获得较宽范围的较高固有粘度(Ⅳ)值及较高的平均固有粘度(Ⅳ)值。把开始收集的材料碎裂为薄片及碎块,用除粒机除去碎块,提供基本上由薄片材料组成的剩余混合物。这样做,因高聚合过程的温度较低,处理材料流动,不致堵塞处理设备的各个组件。
文档编号B29B17/00GK1252346SQ99119708
公开日2000年5月10日 申请日期1999年9月28日 优先权日1998年10月13日
发明者威廉·D.·鲁滨逊, 加里·L.·沃德瑙伊斯 申请人:伊利诺斯工具工程有限公司