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低成本高性能PET打包带生产技术
陈子兴 温耀贤 刘盼盼
(高价值PET树脂, 可采用一种创新技术生产低成本高性能PET打包带)

● PET是高性能的工程塑料
PET( 聚对苯二甲酸乙二脂) 是一种线型热塑性聚酯, 也是应用最广泛的工程塑料之一。其密度为( 1.3-1.4) g/cm³, 特性粘度( 1V) 为( 0.62-1.20) ml/g, 熔点为( 245-265) ℃。PET塑料透明、 光泽度高, 有较好的耐候性、 耐磨性、 耐冲击性、 耐蠕变性和尺寸稳定性; 它有稳定的化学稳定性, 耐弱酸和有机溶剂, 但不耐碱、 不耐热水浸泡; 它有较高的耐热性, 能在较宽的温度范围内, 保持优良的物理力学性能, 是高价值树脂。
PET可采用各种塑料成型工艺加工成制品。挤出的PET片、 带、 管可在( 80-100) ℃温度条件下, 进行双向或单向拉伸, 使其力学性能显著提高。例如, 单向拉伸PET打包带, 其拉伸强度可从( 40-50) Mpa提高到( 400-450) Mpa。因此, PET塑料主要用于定向拉伸制品的生产, 如聚酯薄膜( BOPET) ,PET瓶及桶, PET打包带及PET纤维( 涤纶) 等。
由于PET是热塑性塑料, 回收的废弃PET塑料制品能够经过适当处理, 再粉碎成碎片或熔融造粒, 重新制成PET制品。

● 关注废弃PET塑料的回收利用
说起废塑料的环境污染, 首先会想到PE ==口袋满天飞。PS发泡饭盒遍地丢的”白色污染”。因为PE、 PP、 PS塑料使用量大, 其制品又与人民生活密切相关。最近几年, 随着中国饮料、 食品及塑料包装业的发展, PET树脂的使用量也在急剧增加。进入21世纪, 世界年需求量的增长已达( 7-15) %。我们周围也涌现出大量饮料瓶、 可乐瓶、 油瓶等PET瓶、 桶、 薄膜、 打包带及纤维( 涤纶) 制品。它们在短时间内也不能降解为大自然消纳。若不妥善处理, 也会对生活环境造成危害。
回收利用是处理废弃PET塑料最有效的方法。据介绍在北京奥运会期间, 每天都有大量的PET塑料废瓶产生。其中仅开闭幕式就产生了将近20万个瓶子。这些废弃塑料瓶由于实施了”奥运场馆生活垃圾可回收物质源利用”项目被粉碎成碎片或熔融后制成粒料, 实现了北京奥运会对于PET瓶100%的回收, 成为消除废弃PET塑料污染环境的极好典例。
当前在工程塑料总用量中, 废旧塑料量已占20%, 废旧工程塑料的回收利用也成为一个热门话题。不过, 有些企业仅是为降低成本, 才使用回收再生塑料, 致使塑料制品的质量受到严重影响; 有些企业是为了减少环境污染、 节约能源与资源、 落实循环经济理念而主动的进行废弃塑料回收利用。为保证再生塑料制品的质量就要投入高新技术的回收装置, 并开发有自主知识产权的新产品, 开拓适销对路的应用领域, 才能最终完成废弃塑料回收利用的”绿色”理念。
PET打包带是经挤出机挤出单向拉伸的扁平窄带, 其成型工艺成熟, 在使用过程不直接接触食品, 又具有较高的力学性能, 非常适用从社会上大量回收PET制品的再生利用。

● PET打包带是极具市场潜力的产品
虽然当前打包带市场上已经有PE、 PP塑料打包带、 钢打包带产品。可是她们又存在一些难于克服的缺陷。比如: PE、 PP打包带拉伸断裂负荷低, 耐蠕变性差, 钢打包带易生锈、 易刺伤人身、 使用不安全。这些都使她们的应用带来很多限制。PET打包带的特性( 表一) 却正好弥补了这些缺陷, 并在重包装、 中高端捆扎材料市场得到广泛应用, 如: 钢铁制品( 钢片卷、 钢薄板、 钢铁型材) 、 冶金制品( 铜锭、 铝锭、 锌锭) 、 棉花、 建材、 纸业、 化学纤维、 服装、 电子电气制品、 飞机、 汽车零部件等的打包捆扎材料。
表一: 各种打包带的性能比较
项目
钢打包带
PET打包带
PP打包带
备注
成本
3
1.5
1

拉伸断裂负荷
3
3
1

断裂伸长率
1
2
3

打包收紧后的松弛
1
1
3

耐蠕变性能
1
1
3

抗冲击性能
1
3
2

耐环境性
1
3
2

耐潮湿( 生锈)
0
3
2

注: 数字代表打包带性能比较。0、 1、 2、 3分别据相关参数由低到高顺序排列。

● PET打包带的生产工艺
不论是PET新料或回收废料, 它们都会采用下述工艺路线生产PET打包带:
PET新料
PET回收碎片( 或粒料)
去湿干燥
塑化混炼
型胚
骤冷却
冷却
热处理
加热拉伸
卷取

PET打包带生产的主要工艺条件如下:
物料去湿干燥: ( 140-160) ℃温度下, 干燥( 4-6) h;
挤出机加热温度: ( 180-280) ℃分段加热, 熔体温度约270℃;
型胚骤冷却水温: ( 20-50) ℃;
纵向拉伸比: ( 4-7) 倍;
生产线线速度: ( 30-150) m/min;
热拉伸温度: ( 70-100) ℃;
热处理温度: ( 120-180) ℃。
”去湿干燥”是PET制品成型的关键环节。PET是吸湿性聚合物。它会快速的吸收空气中的湿气而使物料含湿量提高。例如, 经过完全干燥的PET树脂若与相对温度为( 35-40) %空气接触12min, 其含湿量即达到0.005%而残留在物料中的微量水分, 也会使PET熔体产生水降解, 特性粘度( IV) 降低, 致使制品力学性能下降, 外观呈现银斑。在生产过程中, PET物料中含湿量降低, 特性粘度提高( 表二) 相对分子量提高, 制品力学性能也相应提高:
表二: PET含湿量与特性粘度( IV) 关系
湿气含量
初始特性粘度( ml/g)
( %)
0.72
0.80
0.85
0.0025
0.70
0.78
0.82
0.0050
0.68
0.76
0.79
0.0100
0.66
0.72
0.75
0.0200
0.60
0.65
0.69
企业为保证PET塑料制品的质量, 需要投入较多资金。在生产线上设置严格、 高效去湿干燥设置, 使经充分干燥的物料直接加入到挤出机, 使物料的含湿量一般保持( 0.02-0.03) %以下。为此, PET打包带的生产在该环节消耗的能源相当于整条生产线能源消耗的( 30-40) %。
● 低成本高性能PET打包带的生产技术
现在, 即使许多企业都在研究回收废弃PET塑料生产打包带。可是, 人们还是迫切需要一种更为简便、 低成本生产PET打包带的生产技术, 使不同来源、 不同特性粘度( IV) 的PET废塑料或部分降解, 树脂分子量降低的PET塑料, 能够生产出高性能的PET塑料打包带。最近, 上海自立塑料制品有限公司在”低成本高性能PET打包带”创新基金项目研制中, 采用创新的”一站式”工艺及设备专利( 已授权) 技术, 制造出改进型的PET打包带生产设备。它能够在免除PET去湿干燥缓解的条件下, 100%采用PET废料碎片生产出高强度PET打包带。其生产工艺流程如下:
负压分离

废PET回收碎片
塑化混炼
型胚賠·
骤冷却
冷却
热处理
加热拉伸
卷取

回收的废旧PET塑料碎片由于部分树脂已降解, 致使树脂的分子量降低, 其特性粘度( IV) 、 熔体粘度及制品力学性能也有所下降。为提高废旧PET料生产的打包带的力学性能及加工性能, 可在回收PET碎片中加入如环氧基苯乙烯/丙烯酸低聚物类的增链剂( CE) , 其添加量约为0.25%-2.0%。增链剂可增加树脂末端基的活性并在挤出过程中同PET聚合物的末端基逐步进行反应, 形成凝胶及低程度交==从而提高树脂特性粘度( IV) 。
该PET打包带生产设备采用同向平行式双螺杆挤出机。该挤出机有如下特点: ( 1) 螺杆设计独特, 螺杆可根据不同物料品种进行组合, 从而具有塑化混炼效果好、 塑化效率高、 物料剪切程度适宜、 不易产生物料降解的效果; ( 2) 料筒设置有排气孔, 并与负压分离装置联结, 使物料能在免除去湿干燥环节的条件下, 除去PET熔体中的水份、 乙醛和其它挥发性物质, 达到物料含湿量最低的要求, 使废PET 料在塑化混炼过程中, 连续的提高其特征粘度; ( 3) 挤出机的温度控制系统采用PID调节, 温度偏差控制在±2℃, 可避免产生物料的水降解和热降解。
该PET打包带生产设备还采用多项数字化控制, 实现人机界面的DCS控制。例如, 采用PLC( 可编程逻辑控制) 取代继电器控制、 执行无触点开关控制, 实现了生产过程监控、 报警、 打印以及参数趋势图等功能; 采用闭环控制技术, 解决设定速度与实际速度差的技术难题; 采用电脑数据库程序, 保存生产线运行全过程的技术数据, 并可追溯等。
上述技术的应用使采用100%废PET料生产打包带得以实现; 生产效率明显提高; 电能消耗从每吨PET打包带生产用电量3000多度, 下降到每吨打包带仅需600度。从而使PET打包带的生产总成本也大大的降低。成本的降低并不意味产品质量的下降。经权威检测机构的测定该PET打包带的力学性能仍达到美国ASTM D 3950- 《非金属材料打包带》标准规定的各项技术指标( 表三) :
表三: 低成本高性能PET打包带的性能
性能
低成本高性能PET打包带
美国ASTM D 3950- 《非金属材料打包带》
宽度/mm
12.5
12.7
厚度/mm
0.60
0.51/0.64
拉伸断裂符合/N
3030
2490/3010
断裂伸长率/%
13
＜25