PET/聚酯回收：再用于長絲的要求和回收方案

P. Niedl， A. Hackl

Starlinger公司 回收技術部(奧地利)

1 聚酯的升級回收和降級回收

歐盟廢棄物框架指令2008/98/EC將回收定義為“任何將廢棄物再加工成原始用途或其他用途的產品、材料或物質的回收操作”。理想情況下，回收的塑料可以像原來的產品一樣重復使用，例如PET瓶可再次制成PET瓶，因此出現了瓶對瓶回收的概念。除了這種循環經濟理念外，工業上還將回收分為升級回收和降級回收兩種類型。升級回收定義為材料回收后可再用于高端應用(本文的升級回收指將回收材料制成聚酯連續長絲，用于制備汽車座椅、汽車內飾及戶外運動用織物等)。降級回收則定義為材料回收后再用于制備比原來產品價值低的產品，如聚酯纖維或長絲回收后制成聚酯短纖維，用于制作毛絨玩具、填充材料或室內裝飾品等。后文將介紹對PET和聚酯進行升級回收，用于再生產聚酯連續長絲的機械回收方式。

2 聚酯升級回收的設備選擇

奧地利Starlinger公司是一家專業從事聚酯纖維回收的機械制造商，于1987年開始回收業務。Starlinger回收技術部作為Starlinger公司的一個業務部門，于2002年成立。該業務部門在全球共安裝了超過500條不同種類的塑料回收生產線(包括60多家PET瓶對瓶回收工廠)。

在聚酯回收領域，該公司提供兩種主要的回收裝置，裝置類型的選擇主要取決于回收材料的性質：如，回收材料是預先切斷的還是連續的，是染色的還是白色的，是干燥的還是潮濕的，是單一種類的還是不同來源的混合物?；谶@些選型標準，纖維或長絲要么通過Starlinger公司的動態recoStar裝置回收，這種裝置由于可在其智能進料器的制備單元中進行回收材料的干燥和混合，因而能處理較高含水量的材料，要么采用通用的recoStar裝置回收，由于該裝置中配備的主動式切碎機可對回收材料進行預先切割，因而通用recoStar裝置可回收處理大塊的材料。表1詳細列出了根據材料主要特性選擇回收設備的標準。

表1 基于材料特性的回收設備選擇

3 聚酯升級回收的過濾裝置

除選擇合適的回收裝置外，在聚酯/PET用于制備長絲的回收中，還有2項需求起著重要作用，即熔體過濾和材料特性黏度(IV)的增加。其中，聚酯過濾是一個核心問題，因為回收材料中可能含有各種污染物，如鋁、紙質標簽、聚氯乙烯(PVC)、凝膠、砂子或玻璃等，需要經過過濾精度達20 μm的過濾后，才能在下游紡絲生產線上加工成長絲。否則，原料中較小的雜質將導致纖維斷裂，進而導致長絲生產線停機?？傮w而言，有多種過濾方式可供選擇，包括采用非常精細的單活塞或多活塞動力反沖式過濾器進行過濾，以及采用由前置過濾器和燭型過濾器組成的級聯裝置進行精細過濾。由于聚酯回收料用于長絲生產時需要非常精細的過濾，因此由前置過濾器和后置過濾器組成的級聯裝置是用于長絲生產回收料過濾的最佳選擇。前置過濾器采用帶反沖功能的活塞式過濾器，過濾面積大，停留時間短；后置過濾器則采用專為聚酯回收而設計的燭型過濾器(圖1)。

圖1 帶有前置和后置過濾器的通用recoStar回收線 (圖片來源：Starlinger公司)

鑒于市售的燭型過濾器產品在設計時只考慮了過濾初生聚酯，Starlinger公司開發出一款專門用于處理回收料的燭型過濾器。快速濾筒更換器(RSC，圖2)是一種基于燭型過濾器而設計的連續聚合物過濾器，可容納2， 4， 6或8個濾筒，根據過濾精度的不同，過濾輸出量可達500～4 000 kg/h。RSC采用非織造纖維毛氈作為過濾介質，過濾精度可達15 μm，與使用編織鋼絲網的傳統活塞式過濾器相比，它具有許多優點。其中一個主要的優點是濾筒(即過濾元件)可在20 min內完成更換，因此也被稱為快速濾筒更換器，并且在更換其中一個過濾器的濾芯時，其他過濾器仍保持工作狀態。一旦操作者更換完過濾器中的所有濾筒，該過濾器即可恢復運行。

圖2 快速濾筒更換器的更換過濾器濾筒操作 (圖片來源：Starlinger公司)

除了快速更換濾筒外，該過濾器的其他優點還包括：設計堅固牢靠、采用纖維氈作為過濾介質帶來的低運行成本、過濾器采用無接觸式紅外加熱、較長的運行時間及較低的熔體損失等。在過濾精度達20 μm的情況下，采用傳統活塞式過濾器過濾的100%回收料在用于紡絲時，噴絲板的更換周期為1 d甚至更短，而使用RSC后，噴絲板的更換周期可延長至15 d，甚至還可以進一步延長。更換周期具體取決于紡絲線生產的纖維的線密度、產品類型及采用的熔體過濾器類型。過濾精度為20 μm時，快速濾筒更換器與傳統活塞式過濾器過濾壓力隨時間的變化如圖3所示。由圖3可以看出，快速濾筒更換器的過濾壓力更穩定。

圖3 快速濾筒更換器的過濾壓力試驗 (圖片來源：Starlinger公司)

4 聚酯升級回收中IV的增加

采用回收聚酯制備纖維長絲的第二個要求是增加聚酯的IV。從本質上而言，可用兩種方法來增加回收材料的IV：將纖維與具有更高IV的PET切片混合，或將回收的聚酯顆粒置于固相縮聚(SSP)反應器中進行固相縮聚。根據回收材料特性的不同，IV的優化可能需要下述一個或多個步驟完成。

——步驟1：干燥。這是一項基本要求，在回收生產線的預處理階段進行。動態recoStar裝置可以處理含水率高達30%的材料，采用空氣沖洗機理，利用擠出機回用的熱量以熱空氣和/或干燥空氣的形式對材料進行干燥。此干燥過程在主動式切碎機(可作為選項添加到回收線上)中進行，或者在回收線上的智能進料器中進行。在通用recoStar裝置上，采用類似的空氣沖洗機理，通過向裝置的主動式切碎機中吹入干燥空氣的方式，可對低含水率的材料進行干燥，以增加材料的IV。

——步驟2：在回收聚酯纖維中添加PET切片。該步驟也屬于預處理的一部分，PET切片采用“先進先出”形式的干燥機干燥后，再通過側喂料器直接送入回收裝置的擠出機中。

——步驟3：在固相縮聚反應器中提高IV。該步驟直接針對回收顆粒進行操作，因而屬于后處理步驟。采用recoStar固相縮聚反應器，在半連續處理過程中，真空下PET顆粒的IV每小時可增加0.01～0.03 dL/g。該裝置按照“先進先出”的原則設計，具有可追溯的單向流動性，可進行批次控制，并配備能量回收裝置，減少能源浪費。

總體而言，所需的IV增加值取決于聚酯纖維和PET切片的初始IV、切片/纖維的混合比例、回收材料的預干燥程度，以及待生產長絲的目標IV。

5 結語

本文總結了PET和聚酯升級回收用于生產聚酯連續長絲時的機械回收方式。基本的回收機械裝置取決于回收材料的特性(形狀、顏色、濕度和不同類型纖維的混合)。在聚酯升級回收中，精細過濾和增加其IV是需解決的關鍵問題。理想的過濾裝置通常包含前置過濾器和后置過濾器。對于后置過濾器，Starlinger公司開發出一種專門用于回收材料加工的燭型過濾器。這種過濾器為一種采用非織造纖維毛氈為過濾介質的快速濾筒更換器，過濾精度達15 μm。與使用編織鋼絲網的傳統活塞式過濾器相比具有諸多優點。本文提出了兩種增加回收材料IV的方式：將回收纖維與PET瓶片混合以增大其IV，或在固相縮聚反應器中增大回收顆粒的IV。