淺談再生瓶級聚酯切片的工藝技術(shù)

陳旻（浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司，浙江 杭州 310012）

0 概況

目前，我國廢聚酯瓶回收處于傳統(tǒng)的、低層次的生產(chǎn)方式，存在著回收分散化、無序化；回收環(huán)節(jié)多、成本高、質(zhì)量差；加工處理落后，產(chǎn)生嚴(yán)重二次污染等問題，并且把高品質(zhì)的聚酯瓶降低為生產(chǎn)低檔次的短纖維、無紡布、填充料的原料，效益也差。國外發(fā)達(dá)國家廢聚酯瓶回收利用實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，市場化交易，專業(yè)化處理，清潔化生產(chǎn)；工藝、技術(shù)、設(shè)備先進(jìn)，達(dá)到密閉化、連續(xù)化、自動化、無害化處理；產(chǎn)品檔次高、附加值高。

聚酯瓶的回收方法主要分為物理回收［1］和化學(xué)回收法［2-3］。其中物理回收法中的瓶到瓶再生技術(shù)的發(fā)展使聚酯（PET）瓶回收實(shí)現(xiàn)了廢物回收最高價(jià)值的轉(zhuǎn)換，也是以最高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)環(huán)保的生產(chǎn)和資源的綜合利用。物理回收具有方法簡單，再生加工成本低，再生過程不產(chǎn)生新的污染，再生產(chǎn)品用途比較廣等優(yōu)勢。目前，國際和國內(nèi)聚酯瓶的物理回收和再生已經(jīng)形成相對穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈。相對物理回收，化學(xué)回收過程復(fù)雜，工業(yè)化投資成本高，大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用仍處于研究和開發(fā)階段。

本文主要介紹了國際、國內(nèi)技術(shù)比較先進(jìn)的聚酯瓶物理回收再生技術(shù)的工藝技術(shù)。

1 聚酯瓶物理回收再生技術(shù)

國際上現(xiàn)有的成熟的聚酯瓶物理回收再生技術(shù)，它的整條作業(yè)線運(yùn)行是自動化密閉流程，連續(xù)化流水作業(yè)，信息化測控系統(tǒng)，清潔化生產(chǎn)方式以及無害化處理過程。在具體生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)上以清洗、擠出、固相縮聚（SSP）三大步驟為要素。

1.1 清洗

清洗步驟主要采用物理和化學(xué)的方法，以機(jī)械的和化學(xué)的聯(lián)合作用，濕法粉碎、多級反復(fù)清洗技術(shù)，配之密度分離、浮游分離、氣力分離和磁性分離等分離技術(shù)，逐級去掉各種雜質(zhì)、污物，最終獲得符合質(zhì)量要求的潔凈聚酯碎片。清洗步驟分為：拆包打散、預(yù)洗、剝標(biāo)簽、分揀、濕粉碎、清洗浮選、漂洗、脫水干燥、干粉碎、儲存入倉。清洗的工藝流程如圖1所示。

清洗的目的是除去粘結(jié)劑、灰塵和瓶中的殘留物。在清洗過程中，預(yù)洗瓶子是非常重要的。它能夠在瓶進(jìn)入破碎機(jī)前去除絕大部分的標(biāo)簽、粘結(jié)劑、泥沙、玻璃等瓶表面的臟物，這樣使破碎機(jī)刀片的使用時間可以達(dá)到7～8d。經(jīng)破碎的聚酯瓶形成1.0～1.5cm大小的碎片，通過脫水機(jī)使碎片含水量降至2％，再經(jīng)帶式或管式干燥機(jī)干燥，使水分含量降至0.5％［4］。

清洗技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)：

①生產(chǎn)系統(tǒng)使用連續(xù)化、自動化和模塊設(shè)計(jì)，可保證產(chǎn)量，保證產(chǎn)品均一的高質(zhì)量。

②選用自動分選設(shè)備，采用近紅外光譜分析，和高速CCD攝像頭識別的方法對瓶子進(jìn)行分選，去除非PET瓶和雜色瓶。

③選用高效粉碎機(jī)，提高濕粉碎能力，這是確保清洗線生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。

④清洗工藝中的每個工序設(shè)有獨(dú)立的水循環(huán)裝置，工藝用水經(jīng)處理后在本工序中循環(huán)使用，循環(huán)一段時間后，后一工序用水至前一工序回用，從而節(jié)省大量清洗用水，更具有經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 擠出

擠出步驟分為：熔融、擠壓、熔體過濾、水下切粒及在線結(jié)晶等，生產(chǎn)過程為連續(xù)式。通過中央全自動控制系統(tǒng)保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，工藝穩(wěn)定性高。如再需要調(diào)整產(chǎn)品粘度時，僅需要調(diào)整一個溫度和控制停留時間，成品分子量調(diào)整靈活，而生產(chǎn)線仍能保持穩(wěn)定運(yùn)行。擠出的工藝流程如圖2所示。

環(huán)形螺桿擠壓機(jī)是由12支相互嚙合且共同轉(zhuǎn)動的螺桿，排列在一個相對固定的環(huán)形結(jié)構(gòu)中而組成的。不僅螺桿的數(shù)量、排列方式不同于傳統(tǒng)的單螺桿擠壓機(jī)或雙螺桿擠壓機(jī)，而且環(huán)形螺桿擠壓機(jī)還集成了真空排氣功能。將環(huán)形擠出機(jī)與同等產(chǎn)能的雙螺桿擠出機(jī)相比較，具有更高的工作效率。上述原因使本工藝具有較高的排氣效率，因此該過程允許在較短的停留時間條件下生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品。經(jīng)過清洗后的聚酯碎片，經(jīng)金屬檢測器去除金屬類雜質(zhì)后，由定量輸入環(huán)形螺桿擠出機(jī)。在對聚酯碎片進(jìn)行熔融處理的過程中同時由真空泵系統(tǒng)進(jìn)行排氣處理，以除去碎片中所含的水分等。熔體經(jīng)齒輪泵增壓，通過熔體過濾器除去雜質(zhì)，熔體過濾器的精度達(dá)到了56μm，而且熔體過濾器可以在連續(xù)工作的同時完成熔體反沖洗和濾網(wǎng)的更換等工作。

擠出技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)：

①選用合適的螺桿擠壓機(jī)，使其具有較高的除氣體雜質(zhì)的效率；提高產(chǎn)能和縮短停留時間，使降解減少到最小，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了下游增粘的生產(chǎn)成本。同時能有效去除水分，使聚酯碎片在進(jìn)擠壓機(jī)前不需要預(yù)干燥而大大節(jié)省能源。

②熔體過濾采用連續(xù)式，雙通道，反沖過濾系統(tǒng)。

③選用高真空系統(tǒng)。

④水下切粒及在線結(jié)晶：由于采用水下切粒，顆粒尚未過度冷卻，可充分利用顆粒內(nèi)部余熱，對顆粒進(jìn)行在線結(jié)晶，并使顆粒達(dá)到大于15％的結(jié)晶度。該過程大大降低了后段結(jié)晶所需的額外能耗；顆粒在流轉(zhuǎn)和生產(chǎn)過程中不容易發(fā)生"粘連"現(xiàn)象，更易處理。

1.3 固相縮聚（SSP）

固相縮聚［5］步驟主要分為：熔融、增粘和固相縮聚，生產(chǎn)過程為連續(xù)式。通過中央全自動控制系統(tǒng)保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，工藝穩(wěn)定性高。固相縮聚（SSP）是聚酯（PET）顆粒在保持固相，低于熔點(diǎn)溫度和內(nèi)在催化劑作用下進(jìn)行的縮聚反應(yīng)，以達(dá)到增黏、脫醛和提高結(jié)晶度的目的。

瑞士BUHLER公司的"瓶到瓶"工藝中的熔融、固相增粘技術(shù)：其生產(chǎn)的再生瓶級聚酯切片，質(zhì)量已通過美國FDA和歐洲ILSI標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，并且是目前世界上唯一通過了美國FDA標(biāo)準(zhǔn)的C級認(rèn)證（目前最高級認(rèn)證）的再生瓶級聚酯切片技術(shù)，能滿足瓶級聚酯切片的最高要求。

切片后進(jìn)行連續(xù)固相縮聚，溫度為200℃，其目的是增長粒料中PET的分子鏈，從而增加其特性粘度和強(qiáng)度，得到的無定形粒子結(jié)晶，溫度約為15℃。固相縮聚過程同時能進(jìn)一步對材料進(jìn)行凈化，并能對最后制品的特性粘度進(jìn)行一定的調(diào)整。

固相縮聚技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)：

①工藝參數(shù)控制（催化劑、溫度、時間、結(jié)晶度等）；

②基礎(chǔ)切片性質(zhì)（顆粒尺寸、特性黏度、端羧基值等）。

工藝流程所得產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：

結(jié)晶度≥45％；冷卻后溫度≤60℃；切片尺寸：直徑（2.3±0.3）mm，長度（3.0±0.3）mm，每片重量（18±1.8）mg；粉塵含量≤10-4（wt）；乙醛含量＜10-6（wt），尤其再生瓶級聚酯中的乙醛含量符合國家對瓶用聚酯中乙醛含量的強(qiáng)制性要求（參GB17931-2003）。

2 結(jié)束語

再生瓶級聚酯切片項(xiàng)目建設(shè)符合國家對再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方針政策：我國在《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展"十一五"計(jì)劃綱要》、《環(huán)境產(chǎn)業(yè)發(fā)展"十一五"規(guī)劃》、《中國21世紀(jì)議程》等總體規(guī)劃中，都把治理污染、改善環(huán)境，加強(qiáng)資源綜合利用，提高資源使用效率，開發(fā)再生資源廣泛應(yīng)用，節(jié)約原生資源過度消耗，作為經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的要務(wù)來有效落實(shí)，并進(jìn)行了總體部署和量化指標(biāo)的要求。

所以開發(fā)利用可再生資源的新型合成聚酯材料，進(jìn)一步加強(qiáng)聚酯廢料再生回收技術(shù)的研發(fā)、升級以及設(shè)備國產(chǎn)化，發(fā)展資源綜合利用，對實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重大作用。聚酯回收具有廣闊的發(fā)展前景。

［1］鄧沁蘭.聚酯瓶料的回收及應(yīng)用［J］.廣東化纖，2000，1（3）：14-16.

［2］戴訓(xùn)霞，胡鋼.聚酯回收技術(shù)及其回收產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)展［J］.合成纖維，2007，36（6）：5-8.

［3］邰玉蕾，趙亞娟.廢舊聚酯瓶片的回收新技術(shù)［J］.塑料科技，2004，162（4）：61-63.

［4］戴訓(xùn)霞.聚酯瓶物理回收再生技術(shù)新進(jìn)展［J］.合成纖維2007，35（8）：35-38.

［5］邵惠麗，胡學(xué)超，黃彬.固相縮聚反應(yīng)機(jī)理的研究［J］.合成纖維工業(yè)，1996，19（5）：11-16.