上海自立塑料制品有限公司研制的低成本、高性能PET打包帶生產(chǎn)線

        出于綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需要，人們對于高價(jià)值樹脂PET的回收和利用越來越重視，如用來生產(chǎn)PET打包帶等。然而，高能耗和再生制品性能不高成為PET打包帶生產(chǎn)的瓶頸。為此，上海自立塑料制品有限公司開發(fā)了一種低成本、高性能PET打包帶生產(chǎn)技術(shù)。

高性能的PET工程塑料

        PET（聚對苯二甲酸乙二脂）是一種線型熱塑性聚酯，也是應(yīng)用最廣泛的工程塑料之一。其密度為1.3~1.4g/cm3，特性粘度（1V）為0.65~0.85ml/g，熔點(diǎn)為245~260℃。PET塑料透明、光澤度高，有較好的耐候性、耐磨性、耐沖擊性、耐蠕變性和尺寸穩(wěn)定性。它的化學(xué)性能穩(wěn)定，耐弱酸和有機(jī)溶劑，但不耐堿、不耐熱水浸泡。它有較高的耐熱性，能在較寬的溫度范圍內(nèi)，保持優(yōu)良的物理性能。

        PET可采用多種成型工藝加工成制品。擠出的PET片、帶及管可在80~100℃的溫度條件下，進(jìn)行雙向或單向拉伸，使其力學(xué)性能顯著提高。例如，單向拉伸PET打包帶，其拉伸強(qiáng)度可從40~50MPa提高到400~450MPa。因此，PET塑料主要用于定向拉伸制品的生產(chǎn)，如聚酯薄膜（BOPET）、PET瓶及桶、PET打包帶及PET纖維（滌綸）等。

圖1 用回收材料制作的高性能PET打包帶

        由于PET是熱塑性塑料，回收的廢棄PET塑料制品，可以經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄌ幚?，粉碎成碎片或?jīng)熔融造粒，重新制成PET制品。

關(guān)注廢棄PET的回收利用

        說起廢塑料的環(huán)境污染，人們首先會想到PE袋滿天飛，以及PS發(fā)泡飯盒遍地丟的“白色污染”。因?yàn)镻E、PP和PS塑料使用量大，其制品又與人們生活密切相關(guān)。實(shí)際上，最近幾年，隨著我國飲料、食品及塑料包裝業(yè)的發(fā)展，PET樹脂的使用量也在急劇增加。隨之而來的是，我們的周邊環(huán)境涌現(xiàn)出大量廢棄的PET礦泉水、可樂和果汁瓶，以及PET桶、薄膜、打包帶及纖維（滌綸）制品。由于短時(shí)間內(nèi)不能降解，所以如果它們得不到妥善處置，也會對生活環(huán)境造成嚴(yán)重危害。

        回收利用是處置廢棄PET塑料最有效的方法。據(jù)介紹，在北京奧運(yùn)會期間，每天都有大量的PET塑料廢瓶產(chǎn)生，其中僅開閉幕式就產(chǎn)生了將近20萬個(gè)瓶子。這些廢棄塑料瓶由于實(shí)施了“奧運(yùn)場館生活垃圾可回收物質(zhì)源利用”項(xiàng)目，被粉碎成碎片或經(jīng)熔融后制成粒料，實(shí)現(xiàn)了北京奧運(yùn)會對于PET瓶的100%的回收，從而成為消除廢棄PET塑料的極好范例。

        目前，在工程塑料總用量中，廢舊塑料量已占20%，因此廢舊工程塑料的回收利用也成為一個(gè)熱門話題。不過，有些企業(yè)僅為降低成本，才使用回收再生塑料，致使塑料制品的質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。應(yīng)該提倡的是，企業(yè)要主動進(jìn)行廢棄塑料的回收利用。為此，應(yīng)投入高技術(shù)的回收裝置，并開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，開拓適銷對路的應(yīng)用領(lǐng)域，才能保證再生塑料制品的質(zhì)量，并最終完成廢棄塑料回收利用的“綠色”理念。

圖2 低成本、高性能PET打包帶生產(chǎn)工藝

        PET打包帶是經(jīng)擠出單向拉伸的窄帶，其成型工藝成熟，在使用過程中不直接接觸食品，且具有較高的力學(xué)性能，因而非常適合采用從社會上大量回收的PET再生料來生產(chǎn)。

PET打包帶極具市場潛力

        雖然目前市場上已經(jīng)有PE、PP塑料打包帶及鋼打包帶產(chǎn)品，但是它們都存在一些難于克服的缺陷。例如：PE、PP打包帶拉伸斷裂負(fù)荷低、耐蠕變性差；鋼打包帶易生銹、易刺傷人，使用不安全。這些都給它們的應(yīng)用帶來很多限制。然而，PET打包帶的特性（見表1）卻正好彌補(bǔ)了這些缺陷，并在重包裝、中高端捆扎材料市場得到廣泛應(yīng)用，如用于鋼鐵制品（鋼片卷、鋼板及鋼鐵型材）、冶金制品（銅錠、鋁錠及鋅錠）、棉花、化學(xué)纖維、服裝和電子電氣制品，以及飛機(jī)和汽車零部件等的打包捆扎。

PET打包帶的一般生產(chǎn)工藝

        PET打包帶生產(chǎn)的主要工藝參數(shù)包括：在140~160℃溫度下，物料干燥4~6h；擠出機(jī)加熱溫度為180~280℃分段加熱，熔體溫度約270℃；型坯驟冷卻水溫為10~50℃；縱向拉伸比3.5~6倍；生產(chǎn)線速度50~100m/min；熱拉伸溫度80~100℃；熱處理溫度120~180℃。

        “去濕干燥”是PET制品成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。PET是吸濕性聚合物，它會快速地吸收空氣中的濕氣。例如，經(jīng)過完全干燥的PET樹脂若與相對濕度為35%~40%的空氣接觸12min，其含濕量會達(dá)到0.005%。而殘留在物料中的微量水分，會使PET熔體產(chǎn)生水降解，特性粘度降低（見表2），致使制品力學(xué)性能下降，外觀呈現(xiàn)銀斑。

表1  各種打包帶的性能比較

        為保證PET塑料制品的質(zhì)量，企業(yè)需要投入較多資金，在生產(chǎn)線上設(shè)置嚴(yán)格、高效的去濕干燥設(shè)置。一般來說，物料的含濕量只有被控制在0.02%~0.03%以下，才可被加入擠出機(jī)。為此，在干燥環(huán)節(jié)消耗的能源可占到PET打包帶全部生產(chǎn)過程能源消耗的30%~40%。

低成本、高性能PET打包帶的生產(chǎn)技術(shù)

        現(xiàn)在，市場迫切需要一種更為簡便，并可低成本生產(chǎn)PET打包帶的生產(chǎn)技術(shù)。最近，上海自立塑料制品有限公司在“低成本、高性能PET打包帶”創(chuàng)新基金項(xiàng)目研制中，采用創(chuàng)新的“一站式”工藝及設(shè)備專利（已授權(quán)）技術(shù)，制造出改進(jìn)型的PET打包帶生產(chǎn)設(shè)備。該設(shè)備可以在免除PET去濕干燥的條件下，采用100%PET廢料碎片（可以是不同來源、不同特性粘度的PET廢塑料或是部分降解的PET塑料），生產(chǎn)出高強(qiáng)度的PET打包帶。

        回收的廢舊PET塑料碎片由于部分樹脂已降解，致使樹脂的分子量、特性粘度及熔體粘度降低，并使最終制品的力學(xué)性能下降。為了解決這一問題，可在回收PET碎片中加入如環(huán)氧基苯乙烯/丙烯酸低聚物類的增鏈劑，其添加量約為0.25%~2.0%。增鏈劑可增加樹脂末端基的活性，并在擠出過程中同PET聚合物的末端基逐步進(jìn)行反應(yīng)，形成凝膠及低程度交聯(lián)，從而提高樹脂的特性粘度。

表2  PET含濕量與特性粘度（IV）的關(guān)系

        該P(yáng)ET打包帶生產(chǎn)設(shè)備采用同向平行式雙螺桿擠出機(jī)。該擠出機(jī)有如下特點(diǎn)：螺桿設(shè)計(jì)獨(dú)特，可根據(jù)不同物料品種進(jìn)行組合，從而具有塑化混煉效果好、塑化效率高、物料剪切程度適宜以及不易產(chǎn)生物料降解的效果；料筒設(shè)置有排氣孔，并與高真空排氣裝置聯(lián)接，使物料能在免除去濕干燥環(huán)節(jié)的條件下，除去PET熔體中的水分、乙醛和其他揮發(fā)性物質(zhì)，從而達(dá)到物料含濕量極低的要求，并使廢PET 料在塑化混煉過程中，能夠使其特征粘度持續(xù)提高；擠出機(jī)的溫度控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)，溫度偏差控制在±2℃，可避免物料出現(xiàn)水降解和燒焦現(xiàn)象。

表3  低成本、高性能PET打包帶的性能與ASTM規(guī)定性能的比較

        該P(yáng)ET打包帶生產(chǎn)設(shè)備還采用多項(xiàng)數(shù)字化及可視化控制技術(shù)。例如，采用PLC（可編程邏輯控制）取代繼電器控制，及執(zhí)行無觸點(diǎn)開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程監(jiān)控、報(bào)警、打印以及參數(shù)趨勢圖等功能。DCS技術(shù)則解決了設(shè)定速度與實(shí)際速度差的技術(shù)難題。另外電腦數(shù)據(jù)庫可保存生產(chǎn)線運(yùn)行全過程的技術(shù)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了可追溯。

        上述技術(shù)的應(yīng)用使采用100%廢PET料生產(chǎn)打包帶得以順利進(jìn)行,同時(shí)生產(chǎn)效率明顯提高，電能消耗也從3000kWh/t下降到600kWh/t，從而使PET打包帶的生產(chǎn)總成本大大降低。最為關(guān)鍵的是，這種成本的降低并不意味產(chǎn)品質(zhì)量的下降。經(jīng)權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)測定，這種PET打包帶的力學(xué)性能仍然達(dá)到了美國ASTM D 3950-2007《非金屬材料打包帶》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。