DE69807201T2

DE69807201T2 - Verfahren zum entfernen von verunreinigungen aus polyestern und der kontrolle des molekulargewichtes

Info

Publication number: DE69807201T2
Application number: DE69807201T
Authority: DE
Inventors: Mark Rule
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: EP0973826A1; AU6584098A; JP2001518945A; ATE222274T1; DE69807201D1; JP3435572B2; EP0973826B1; US6103774A; AU728038B2; WO1998044029A1; BR9808113A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Polyestern, insbesondere Post-Consumer-Polyestern.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Das Recycling von Kunststoffen hat in den letzten zwanzig Jahren eine große Bedeutung erlangt. Die Fähigkeit, Kunststoffe wieder zu sammeln, nachdem sie der Verbraucher verwendet hat, und das Material in einen anderen geeigneten Gegenstand umzuwandeln, spart Deponieraum und Rohstoffe.
Polyester, wie z. B. Polyethylenterephthalat oder PET, haben eine weitreichende kommerzielle Verwendung gefunden. Eine solche Verwendung ist in der Getränkebehälterindustrie. Im Gegensatz zu Glasflaschen, die leicht gereinigt und wiederbefüllt werden können, kann die Reinigung von Kunststoffbehältern aber recht schwierig sein. Zum Beispiel sollten spezielle Sensoren zum Erkennen der Anwesenheit von Verunreinigungen verwendet werden. Zusätzlich muß aufgrund der Geruchsabsorption in den Kunststoff der Behälter bei der Wiederbefüllung zur Aufnahme des gleichen Produkts verwendet werden. Aufgrund dieser und anderer Schwierigkeiten werden Kunststoffbehälter im allgemeinen recycelt anstatt wiederbefüllt. Das Recyceln umfaßt im allgemeinen das Schreddern der Kunststoffflasche und das Entfernen darin befindlicher Verunreinigungen. Der geschredderte Kunststoff oder die Flocken (Flakes) können dann wiedereingeschmolzen und zu einer neuen Behälterform extrudiert werden.
Eines der bekannten Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen umfaßt das Einwirkenlassen eines Hochtemperatur-Inertgasstroms auf das Polyestermaterial, wobei die in dem Material enthaltenen Verunreinigungen wirksam durch den Gasstrom entfernt werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß das Molekulargewicht des Polymers durch eine solche Behandlung erhöht wird. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 3767601 ein Festphasenpolymerisationsverfahren von Abfall-Polyethylenterephthalat- Flocken mit einer IV von 0,50-0,55 durch Wärmebehandlung der Flocken bei Temperaturen zwischen 220-250ºC, während kontinuierlich ein Inertgas durch die Flocken geleitet wird. Dieses Gas entfernt flüchtige Polymerisationsreaktionsprodukte, einschließlich Glycol, und erhöht die Viskosität des Polyethylenterephthalats.
Zusätzlich variiert das Molekulargewicht in bezug auf die Polymerteilchengröße. Deshalb wird der Molekulargewichtsanstieg nicht einheitlich oder gleichmäßig sein, wodurch die Qualität des Polymers abnimmt. Diese Erhöhung und Verbreiterung des mittleren Molekulargewichts macht das Recyclingverfahren daher komplizierter.
Ein mögliches Verfahren zur Vermeidung eines Anstiegs des mittleren Molekulargewichts während der Verunreinigungsentfernung ist, den Kunststoff durch die Verwendung von überhitztem Dampf zu depolymerisieren und dann die Festphasenpolymerisation durchzuführen, um dem Polymer das ursprüngliche Molekulargewicht zurückzugeben. Die Dampfbehandlung wird auch die Verunreinigungen entfernen. Ein solches Verfahren ist jedoch insofern kompliziert, da sowohl ein Molekulargewichtsverringerungsschritt als auch ein Molekulargewichtserhöhungsschritt erforderlich sind. Dies ist besonders vom Standpunkt der Verfahrenssteuerung aus problematisch, da das Molekulargewicht des festen Polymers während der Behandlung nicht direkt gemessen werden kann. Darüber hinaus werden Schwankungen der Teilchengrößenverteilung und der Harzzusammensetzungen bei den Produkten verschiedener Hersteller verschiedene Verfahrensbehandlungsbedingungen erforderlich machen. Solche Bedingungen müssen im wesentlichen durch Ausprobieren ermittelt werden. Wenn das Produkt von unbekannter Herkunft ist oder ein Polymergemisch ist, ist es daher schwierig oder gar unmöglich, die richtigen Temperaturen und Verweilzeiten vorauszusagen und anzuwenden, damit das Polymer sein ursprüngliches Molekulargewicht zurückerhält. Daher ist dieses Verfahren unzweckmäßig und schwierig zu steuern.
Ein Verfahren zur Depolymerisation von PET durch Zugabe kontrollierter Mengen an Ethylenglycol wurde auch von Mutis et al. in "Pet-Flashen Durch Depoymerisation Rezyklieren" (Kunststoffe, Band 82, Nr. 4, S. 289- 292, 1992) beschrieben.
Demzufolge wurde im Stand der Technik bislang noch kein praktisches Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Polyestern ohne Erhöhung des mittleren Molekulargewichts des Polymers entwickelt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Polyestern ohne Erhöhung des Molekulargewichts des Polyesters zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein einfaches Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Polyestern zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein wirksames Verfahren zur Entfernung der Verunreinigungen aus Polyestern zur Verfügung zu stellen.
Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist, das mittlere Molekulargewicht von Polyestern zu steuern.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung wurden durch ein Verfahren erreicht, welches die Entfernung von Verunreinigungen aus einem verunreinigungshaltigen Polyestermaterial bei einer Temperatur von wenigstens 150ºC in Gegenwart einer Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol umfaßt.
Diese Ziele werden auch durch ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen erreicht, welches (a) das Zugeben einer wirksamen molekulargewichtssteuernden Menge an gasförmigem Ethylenglycol zu einem Gefäß, das verunreinigtes Polyestermaterial enthält, und (b) Leiten eines inerten Fluids über das in dem genannten Gefäß enthaltene genannte verunreinigte Polyestermaterial bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 250ºC, um Verunreinigungen aus dem genannten Polyestermaterial zu entfernen, umfaßt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Apparatur, die sich zur Durchführung der vorliegenden Erfindung eignet.
Fig. 2 zeigt eine Apparatur, die sich zur Durchführung der vorliegenden Erfindung eignet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Endgruppen von Polyestern werden bei Temperaturen von mehr als 150ºC über ihre endständigen Gruppen reaktiv und bilden aufgrund der inhärenten Anwesenheit eines Katalysators kondensierte Polymerketten und Nebenprodukte. Für PET kann diese Reaktion folgendermaßen dargestellt werden:
Das reversible Polyester-Nebenprodukt, hier Ethylenglycol, wird in einem stöchiometrischen Verhältnis von 1 : 1 mit dem kondensierten Polymer gebildet. Bei der Verunreinigungsentfernungsbehandlung des Stands der Technik, bei der das Polyestermaterial erwärmt und darüber Inertgas geleitet wird, werden aber auch die reversiblen Polyester-Nebenprodukte wie Ethylenglycol zusammen mit den Verunreinigungen aus dem Polymer entfernt. Diese Entfernung der reversiblen Polyester-Nebenprodukte verschiebt das Gleichgewicht in Richtung der Produktion stärker kondensierter Polymere und reversibler Polyester-Nebenprodukte. Darüber hinaus kann sich, da das reversible Polyester-Nebenprodukt aus dem System entfernt wird, die entsprechende kondensierte Polymerkette nicht in zwei getrennte Polymerketten zurückverwandeln. Die Kombination dieser Mechanismen führt dazu, daß die Zahl der Polymerketten verringert wird, wodurch das mittlere Molekulargewicht des Polymers entsprechend erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung dient dazu, diese Gleichgewichtsverschiebung zu verhindern und/oder zu steuern, indem während des Verunreinigungsentfernungsschritts gasförmiges Ethylenglycol zugeführt wird.
Die Bezeichnung "ein reversibles Polyester-Nebenprodukt", wie sie in dieser Anmeldung verwendet wird, umfaßt, sofern nichts anderes angegeben ist, jedes Produkt, das als Folge einer reversiblen Festphasen-Kettenkondensationsreaktion zwischen terminalen Enden von Polyesterketten gebildet wird. Das gasförmige Ethylenglycol, das als das reversible Polyester-Nebenprodukt bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, muß nicht das gleiche wie das tatsächlich in dem verunreinigten Polyestermaterial vorliegende reversible Polyester-Nebenprodukt sein. Tatsächlich ist es in manchen Ausführungsformen bevorzugt, daß das kontaminierte Polyestermaterial ein reversibles Polyester-Nebenprodukt enthält, das sich vom Ethylenglycol unterscheidet, da ein allmählicher Endgruppenaustausch die Folge sein wird. Zum Beispiel enthalten einige Polymere endständige Carboxylgruppen, die das Polymer hydrolyseempfindlich machen. Durch Verwendung von Ethylenglycol als das zugegebene reversible Polyester-Nebenprodukt werden die carboxylterminierten Ketten zu einem gewissen Grad durch hydroxylterminierte Ketten ersetzt, wodurch die Hydrolysebeständigkeit zunimmt. Dennoch ist typischerweise das zugegebene Ethylenglycol das gleiche wie die Mehrheit (typischerweise > 50%) des reversiblen Polyester-Nebenprodukts, das in dem verunreinigten Polyester enthalten ist.
Reversible Polyester-Nebenprodukte sind u. a. Diole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, Methanol, Wasser und Diethylenglycol. Reversible Polyester-Nebenprodukte umfassen keine Materialien, die durch eine irreversible Reaktion erzeugt werden, wie z. B. Acetaldehyd, das aus Vinylesterendgruppen gebildet wird. Somit ist bei der vorliegenden Erfindung das reversible Polyester-Nebenprodukt zu einer reversiblen Reaktion in der Lage.
Die Bezeichnung "Gleichgewichtsmenge eines Polyester-Nebenprodukts", die manchmal einfach als "Gleichgewichtsmenge" bezeichnet wird, bedeutet, daß die Atmosphäre, die das verunreinigte Polyestermaterial umgibt, eine Menge gasförmigen Ethylenglycols enthält, die der Gleichgewichtsmenge an in einem Polyestermaterial mit dem erwünschten Molekulargewicht enthaltenem reversiblen Polyester-Nebenprodukt entspricht. Das heißt, in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol, die eine Funktion des Molekulargewichts ist, zur Verfügung gestellt, so daß das verunreinigte Polyestermaterial in dessen Gegenwart behandelt wird. Durch Bereitstellen der erwünschten Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol während des Verunreinigungsentfernungsschritts kann das Molekulargewicht des Polyestermaterials gesteuert werden.
Die um das verunreinigte Polyestermaterial herum bereitgestellte Atmosphäre kann entweder gasförmig oder flüssig sein. Die Atmosphäre ist gasförmig, wenn kein inertes Fluid zur Unterstützung der Verunreinigungsentfernung verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform läuft das Verfahren vorzugsweise unter Vakuum oder vermindertem Druck ab. Das Ethylenglycol liegt auch in gasförmiger Phase vor, wenn es mit einem Inertgas kombiniert wird. Der bei dieser Ausführungsform verwendete Druck kann von Vakuum oder vermindertem Druck bis Superatmosphärendruck reichen. Der Druck ist jedoch vorzugsweise Umgebungsdruck oder etwa eine Atmosphäre. Wenn das gasförmige Ethylenglycol mit einer inerten Flüssigkeit (z. B. Biphenyl, Diphenylether) kombiniert wird, ist die Atmosphäre vorzugsweise flüssig.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das gasförmige Ethylenglycol in einer Menge zur Verfügung gestellt, die im wesentlichen gleich der ursprünglichen Gleichgewichtsmenge an in dem verunreinigten Polyester enthaltenem reversiblem Polyester-Nebenprodukt ist. "Im wesentlichen gleich" bedeutet in diesem Zusammenhang im wesentlichen in dem Versuchsfehlerbereich und bedeutet typischerweise nicht mehr als +/- 0,02 IV-Einheiten (Intrinsische-Viskosität-Einheiten). Die Konzentration von Ethylenglycol innerhalb und außerhalb des Polyestermaterials ist daher die gleiche. Es existiert kein Konzentrationsgradient vom Inneren des Materials zur bereitgestellten äußeren Atmosphäre. Auf diese Weise bleibt die Menge an Ethylenglycol in dem Polyestermaterial die gleiche (Desorptionsrate ist gleich Absorptionsrate), und das Molekulargewicht des Polyesters wird konstantgehalten.
Bei einer anderen Ausführungsform wird durch Auswahl einer entsprechenden Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol das mittlere Molekulargewicht bis zu einem vorbestimmten mittleren Molekulargewicht erhöht oder erniedrigt. Durch Verändern der Gleichgewichtsmenge relativ zur tatsächlichen Menge an in dem verunreinigten Polyestermaterial enthaltenen reversiblen Polyester-Nebenprodukten kann das Gleichgewicht aus polymerisierten (kondensierte Ketten) und depolymerisierten (getrennte Ketten) Produkten in dem Polyestermaterial entsprechend variiert werden. Das heißt, daß aus dem ursprünglichen mittleren Molekulargewicht in dem verunreinigten Polyester ein neues mittleres Molekulargewicht erzwungen werden kann, das der Gleichgewichtsmenge an bereitgestelltem gasförmigem Ethylenglycol entspricht. Durch Ändern des Gleichgewichts wird die Menge an vorhandenen kondensierten Polymerketten entsprechend geändert, wodurch das mittlere Molekulargewicht gesteuert wird. Vorzugsweise entspricht das mittlere Molekulargewicht einer intrinsischen Viskosität von 0,5 bis 1,2 I.V., besonders bevorzugt im Bereich von 0,72 bis 0,84 I.V. Typischerweise entspricht die Einstellung des mittleren Molekulargewichts entweder nach oben oder nach unten einer Änderung der intrinsischen Viskosität von nicht mehr als 0,15 IV, vorzugsweise nicht mehr als 0,1 IV.
Wenn ein Gemisch aus Polyestermaterialien verwendet wird, die jeweils ein unterschiedliches mittleres Molekulargewicht haben, kann die Gleichgewichtsmenge des gasförmigen Ethylenglycols so gewählt werden, daß eines der Polyestermaterialien sein mittleres Molekulargewicht im wesentlichen erhöht, während ein anderes sein mittleres Molekulargewicht im wesentlichen erniedrigt. Auf diese Weise wird die Molekulargewichtsverteilung des Gesamtmaterials schmäler.
Die erwünschte Konzentration von gasförmigem Ethylenglycol in dem Polyester und somit die bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Gleichgewichtsmenge kann für jedes beliebige vorgegebene Molekulargewicht oder für jede beliebige vorgegebene intrinsische Viskosität durch bekannte Mittel und Gleichungen berechnet werden. Zum Beispiel wäre für die Konzentration von Ethylenglycol in PET die Gleichung wie folgt:
CEG = KC2E/C&sub1;,
wobei CEG die Konzentration von Ethylenglycol ist, K die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion ist (die fast 1 beträgt), CE die Konzentration von Hydroxyethyl-Endgruppen ist und CI die Konzentration von internen Estern ist. Diese Werte können alle leicht aus der Mark-Houwink-Beziehung zwischen dem Molekulargewicht und der IV für den Polyester hergeleitet werden.
PET mit einem Polymerisationsgrad (PG) von etwa 125 und einer intrinsischen Viskosität (IV) von 0,72 (gemessen in Phenol/Tetrachlormethan) bei 200-220ºC hat die folgenden Konzentrationen:
CI = Anzahl der Esterbindungen/10&sup6; g = 5208
CE = Anzahl der Endgruppen/10&sup6; g = (2 · 5208)/PG = 83.
Demgemäß kann die Konzentration von Ethylenglycol ermittelt werden aus:
CEG = KC /C&sub1;,
wobei K im wesentlichen 1 ist, als:
CEZ/CE²/CI = 1,33 mol/10&sup6; g
Die Menge an Ethylenglycol, die pro Liter das Polyestermaterial umgebenden Raum bereitgestellt werden soll, kann aus der PET-Dichte von 1,36 g/cm³ als 0,00181 mol/l oder 0,112 g/l berechnet werden. Um die ursprüngliche IV beizubehalten, die häufig zur Darstellung des mittleren Molekulargewichts verwendet wird, werden 0,112 g/l Ethylenglycol in dem das Polyestermaterial umgebenden Bereich zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise ist die Konzentration des Ethylenglycols im Inneren des Polyestermaterials die gleiche wie außerhalb des Polyestermaterials. Natürlich wird, wenn das Molekulargewicht absichtlich durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung geändert wird, die bereitgestellte Gleichgewichtsmenge größer oder kleiner sein als die ursprüngliche Gleichgewichtskonzentration innerhalb des Polyestermaterials. Wiederum wird die bereitgestellte Gleichgewichtsmenge auf der Basis des erwünschten mittleren Molekulargewichts oder der IV berechnet.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um einen beliebigen thermoplastischen Polyester zu behandeln. Kristallisierbare Polyester sind bevorzugt, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polyethylennaphthalat. Vorzugsweise ist der Polyester ein Post- Consumer-Polyester, der recycelt werden soll. Solche Polyester besitzen typischerweise Hydroxyl-Endgruppen, obwohl auch Carboxyl-, Methyl- und sogar Vinylgruppen möglich sind.
Die in der vorliegenden Anmeldung genannten "Verunreinigungen" bedeuten in einem Polyestermaterial enthalte Substanzen, die keine Polyesterpolymerisationsreaktanden, -katalysatoren oder -produkte sind. Typische Verunreinigungen wären u. a. Detergenzien und Seifen, Kohlenwasserstoffe wie Benzin, organische Lösungsmittel und stickstoffhaltige Verbindungen.
Das "Inertgas" oder die "inerte Flüssigkeit", das/die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Gas bzw. eine Flüssigkeit, das/die keine nennenswerte unerwünschte chemische Reaktion hervorruft. Insbesondere führt das Inertgas nicht zur Erzeugung von reversiblen Polyester-Nebenprodukten oder führt nicht zur Polyesterpolymerisation. Geeignete Inertgase sind u. a. die Edelgase, insbesondere Argon, sowie Stickstoff und Kohlendioxid. Das Inertgas kann ein Gasgemisch sein und kann kleine Mengen, wie z. B. bis zu 8%, Sauerstoff enthalten. Der Sauerstoffgehalt muß jedoch genau bestimmt werden, um zu verhindern, daß das Gas nichtinert wird. Vorzugsweise liegt in dem Inertgas kein Sauerstoff vor. Die inerte Flüssigkeit führt ebensowenig zu irgendwelchen Polymerisations- oder Depolymerisationsreaktionen und löst das Polymer nicht auf. Geeignete inerte Flüssigkeiten sind u. a. Biphenylverbindungen und Diphenyletherverbindungen.
Das gasförmige Ethylenglycol kann durch beliebige geeignete Mittel um das Polyestermaterial herum zur Verfügung gestellt werden. Der wichtige Punkt ist, daß das gasförmige Ethylenglycol während der Inertgasstrombehandlung zur Verfügung steht. Wie zuvor erwähnt, wird das Ethylenglycol in Dampfform bereitgestellt.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen weiter beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung haben. Die Zeichnungen sind jedoch nur diagrammatisch und sollten nicht als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung aufgefaßt werden.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird eine Quelle für einen Inertgasstrom 1 auf eine Ethylenglycol-Mischbox 2 gerichtet. Die Mischbox enthält flüssiges Ethylenglycol, das durch Leitung 12 zugeführt wird. Der Inertgasstrom strömt in Bläschen durch die flüssige Schicht nach oben, um das Ethylenglycol in das Gas einzumischen. Die Ethylenglycolmenge, die in den Inertgasstrom eingebracht wird, kann durch die Temperatur der Mischbox durch herkömmliche Mittel gesteuert werden. Das vermischte Ethylenglycol wird normalerweise in der Gasphase vorliegen, es kann jedoch auch vollständig oder teilweise als von dem Inertgas mitgeführte feine Flüssigkeitstropfen vorliegen. Nach der Mischbox 2 wird der Gasstrom auf die Temperatur, die innerhalb der Behandlungskammer 3 vorherrscht, erwärmt. Diese Erwärmung geschieht entweder vor oder in Kammer 3. Der vermischte Strom 6, der das Inertgas und Ethylenglycol enthält, tritt in die Behandlungskammer 3 ein, die Chips oder Flocken aus verunreinigtem Polyestermaterial enthält.
Eine weitere Ausführungsform zur Bereitstellung des Ethylenglycols ist in Fig. 2 gezeigt, wobei das Inertgas 1 direkt der Kammer 3 zugeführt wird und das Ethylenglycol 13 aus einem Vorratstank 11 separat zur Verfügung gestellt wird. Das Ethylenglycol wird normalerweise in der Gasphase der Kammer 3 zur Verfügung gestellt, obwohl auch feine Flüssigkeitstropfen als ein geeigneter Weg zur Einführung des Ethylenglycols in die Kammer 3 angesehen werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie in der Lage ist, das Ethylenglycol leichter unabhängig von der Inertgasmenge zur Verfügung zu stellen.
Das verunreinigte Polyestermaterial bildet normalerweise ein gepacktes Bett innerhalb der Kammer 3 und wird durch Leitung 4 der Kammer zugegeben. Die Zugabe kann kontinuierlich, halbkontinuierlich oder chargenweise erfolgen. Beim kontinuierlichen und halbkontinuierlichen Betrieb ist das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Gegenstrom-Fließschema bevorzugt. Der verunreinigte Polyester liegt in der Form von Chips oder Flocken vor, wie es beim Recyclingverfahren üblich ist. Die Größe und Form des verunreinigten Polyestermaterials unterliegen keiner besonderen Einschränkung, da sowohl kleine als auch große Materialien erfolgreich durch die vorliegende Behandlung behandelt werden können. Dies ist ein Vorteil gegenüber einigen anderen Behandlungsschemata, die von der Verwendung feingemahlener Materialien abhängig sind. Typischerweise wird das verunreinigte Polyestermaterial zu einer Größe mit einer Gesamtoberfläche von 0,1 bis 20 cm², vorzugsweise 0,5 bis 10 cm², pro Chip oder Flocke verarbeitet.
Wenn es in der Kammer 3 ist, wird das Polyestermaterial auf eine Temperatur von 150ºC oder höher, typischerweise 150 bis 250ºC, vorzugsweise 180 bis 225ºC, erhitzt. Die gewählte Temperatur beeinflußt die Verunreinigungsentfernungsrate, wobei höhere Temperaturen größere Entfernungswirksamkeiten besitzen. Eine zu hohe Temperatur wird jedoch das Polyestermaterial derart erweichen, daß die Handhabung schwierig wird.
Das Polyestermaterial wird dann in Gegenwart einer Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol mit Inertgas behandelt. Das Inertgas strömt so über das Polyestermaterial, daß es durch und um das gepackte Bett aus Polyestermaterial herum strömt. Während das Inertgas über das Polyestermaterial strömt, wird die Gegenwart einer Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol innerhalb der Kammer 3 aufrechterhalten. Die Menge an in der Kammer 3 vorliegendem Ethylenglycol kann durch herkömmliche Mittel, die nicht gezeigt sind, wie z. B. Taupunktmessung, Gaschromatographieanalyse oder Infrarotanalyse, als Partialdruck gemessen werden. Durch einen geeigneten Feedback-Regelkreis, der nicht gezeigt ist, kann, falls erwünscht, die Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol innerhalb der Kammer 3 durch geeignete Einstellung der Ethylenglycol-Zugabemenge aufrechterhalten werden.
Die Verweilzeit des Polyestermaterials in Kammer 3, d. h. die Behandlungsdauer, unterliegt keiner besonderen Einschränkung, solange ein wesentlicher Teil der Verunreinigungen entfernt wird, im allgemeinen wenigstens 50%. Die Verweilzeit wird im allgemeinen von 2 Minuten bis 20 Stunden reichen, je nachdem, welche Bedingungen angewandt werden. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist, daß das Molekulargewicht nicht unkontrollierbar als Funktion der Zeit steigt. Während das Verfahren des Stands der Technik im wesentlichen ein Wettlauf war, die Verunreinigungen abzulösen, bevor ein zu starker Molekulargewichtsanstieg stattgefunden hat, steuert die vorliegende Erfindung das Molekulargewicht, so daß das End-Molekulargewicht des Polyesters im wesentlichen unabhängig von der Zeit ist. Daher kann die vorliegende Erfindung nach Wunsch lange Behandlungen durchführen, ohne einen großen unkontrollierten Molekulargewichtsanstieg zu riskieren. Solche Bedingungen könnten eine höhere Verunreinigungsentfernungswirksamkeit sicherstellen. Alternativ könnten, wenn das Molekulargewicht modifiziert werden soll, längere Behandlungszeiten angewandt werden, um sicherzustellen, daß die neuen erzwungenen Gleichgewichtsmengen an gasförmigem Ethylenglycol in dem behandelten Polyestermaterial erzielt worden sind.
Vom Standpunkt der Produktionseffizienz aus, wird die Verweilzeit im allgemeinen im Bereich von 0,1 bis 10 Stunden liegen. Längere Verweilzeiten aus irgendwelchen der oben erörterten Gründen würden jedoch Verweilzeiten von bis zu 100 Stunden oder mehr umfassen. Verweilzeiten von 30 Stunden oder mehr und 50 Stunden oder mehr sind ebenfalls umfaßt.
Die Verweilzeit wird auch von der Strömungsrate von Gas 6 oder 1 in den Fig. 1 bzw. 2 beeinflußt. Eine höhere Strömungsrate kann die zur Erhaltung eines bestimmten Reinheitsgrades notwendige Verweilzeit verringern. Im allgemeinen sind die Strömungsraten nicht speziell eingeschränkt, sie sollten jedoch wenigstens hoch genug sein, um eine Ansammlung von Verunreinigungen in Kammer 3 zu verhindern.
Die gereinigte Polyesterflocke wird durch Leitung 5 aus der Kammer 3 entfernt. Der verunreinigungshaltige Gasstrom fließt durch Leitung 7 ab, und das darin befindliche Ethylenglycol wird in Stripper 10 ausgetrieben. Das wiedergewonnene Ethylenglycol 9 kann durch die nicht gezeigte Leitung 12 wieder rückgeführt werden. Ähnlich kann der resultierende Inertgasstrom 8 durch nicht gezeigte Mittel behandelt werden, um die Verunreinigungen zu entfernen, und anschließend recycelt werden, was nicht gezeigt ist, um die Quelle 1 zu werden.
Durch ähnliche Verfahren kann eine inerte Flüssigkeit anstelle eines Inertgases verwendet werden. Darüber hinaus kann das inerte Fluid vollkommen weggelassen werden, wobei nur das gasförmige Ethylenglycol über das Polyestermaterial geleitet wird.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus festem, verunreinigungshaltigem Polyestermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verfahren bei einer Temperatur im Bereich von 150ºC bis 25ºC in Gegenwart einer Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol durchgeführt wird, wobei das genannte Polyestermaterial während des gesamten genannten Verfahrens fest ist, und wobei das Molekulargewicht des Polyesters durch Steuern der Konzentration des genannten gasförmigen Ethylenglycols, das mit dem Polyester in Kontakt steht, auf ein vorgewähltes Molekulargewicht eingestellt wird, welches einer intrinsischen Viskosität von 0,5 bis 1,2 dl/g entspricht, gemessen in Phenol/Tetrachlorethan bei 200-220ºC.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das genannte gasförmige Ethylenglycol in einem Inertgasstrom bereitgestellt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das genannte gasförmige Ethylenglycol unabhängig von dem genannten Inertgasstrom bereitgestellt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das genannte gasförmige Ethylenglycol in einer Atmosphäre um das genannte Polyestermaterial herum bereitgestellt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die genannte Gleichgewichtsmenge des genannten gasförmigen Ethylenglycols im wesentlichen gleich der ursprünglichen Gleichgewichtsmenge an reversiblen Polyesternebenprodukten ist, die in dem genannten verunreinigten Polyestermaterial enthalten ist, so daß das Molekulargewicht des. Polyesters konstant gehalten wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die genannte Gleichgewichtsmenge des genannten gasförmigen Ethylenglycols größer ist als die ursprüngliche Gleichgewichtsmenge an reversiblen Polyesternebenprodukten, die in dem genannten verunreinigten Polyestermaterial enthalten ist, so daß das Molekulargewicht des Polyesters erhöht wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die genannte Gleichgewichtsmenge des genannten gasförmigen Ethylenglycols geringer ist als die ursprüngliche Gleichgewichtsmenge an reversiblen Polyesternebenprodukten, die in dem genannten verunreinigten Polyestermaterial enthalten ist, so daß das Molekulargewicht des Polyesters verringert wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das genannte Polyestermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und Polybutylenterephthalat.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das genannte Polyestermaterial in der Form von Flocken vorliegt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das genannte Inertgas ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Argon, Kohlendioxid, Stickstoff und Mischungen davon.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die genannte Temperatur im Bereich von 180 bis 22ºC liegt.

12. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus verunreinigtem festem Polyestermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verfahren umfaßt:

(a) Zugeben einer wirksamen molekulargewichtssteuernden Menge an gasförmigem Ethylenglycol zu einem Gefäß, das festes verunreinigtes Polyestermaterial enthält, und

(b) Leiten eines inerten Fluids über das in dem genannten Gefäß enthaltene genannte verunreinigte Polyestermaterial bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 250 C, um Verunreinigungen aus dem genannten Polyestermaterial zu entfernen, wobei das genannte Polyestermaterial während des gesamten genannten Verfahrens fest ist, und wobei das Molekulargewicht des Polyesters durch Steuern der Konzentration des genannten gasförmigen Ethylenglycols, das mit dem Polyester in Kontakt steht, auf ein vorgewähltes Molekulargewicht eingestellt wird, welches einer intrinsischen Viskosität von 0,5 bis 1,2 dl/g entspricht, gemessen in Phenol/Tetrachlorethan bei 200-220ºC.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das genannte gasförmige Ethylenglycol und das genannte inerte Fluid gleichzeitig als eine Mischung dem genannten Gefäß zugeführt werden.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das genannte gasförmige Ethylenglycol in einer solchen Menge zugegeben wird, daß ein ursprüngliches Molekulargewicht des verunreinigten Polyestermaterials während des gesamten Verfahrens im wesentlichen unverändert bleibt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Verunreinigung Detergens, Seife, Kohlenwasserstoff, Stickstoffverbindung oder Kombinationen davon ist.

16. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigung aus festem Polyestermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verfahren das Leiten von inertem Fluid über das genannte feste verunreinigungshaltige Polyestermaterial bei einer Temperatur im Bereich von 150ºC bis 250ºC in Gegenwart einer Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol umfaßt, um Verunreinigungen aus dem genannten Polyestermaterial zu entfernen, wobei das genannte Polyestermaterial während des gesamten genannten Verfahrens fest ist, und wobei das Molekulargewicht des Polyesters durch Steuern der Konzentration des genannten gasförmigen Ethylenglycols, das mit dem Polyester in Kontakt steht, auf ein vorgewähltes Molekulargewicht eingestellt wird, welches einer intrinsischen Viskosität von 0,5 bis 1,2 dl/g entspricht, gemessen in Phenol/Tetrachlorethan bei 200-220ºC.

17. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Druck von vermindertem Umgebungsdruck bis etwa eine Atmosphäre beträgt.

18. Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus festem Polyestermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verfahren das Entfernen von Verunreinigungen aus dem genannten festen verunreinigungshaltigen Polyestermaterial umfaßt, wobei das Molekulargewicht auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird, bei einer Temperatur im Bereich von 150ºC bis 250ºC in Gegenwart einer Gleichgewichtsmenge an gasförmigem Ethylenglycol, wobei das genannte Polyestermaterial während des gesamten genannten Verfahrens fest ist, und wobei das Molekulargewicht des Polyesters durch Steuern der Konzentration des genannten gasförmigen Ethylenglycols, das mit dem Polyester in Kontakt steht, auf ein vorgewähltes Molekulargewicht eingestellt wird, welches einer intrinsischen Viskosität von 0,5 bis 1,2 dl/g entspricht, gemessen in Phenol/Tetrachlorethan bei 200-22ºC.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Verfahren bei einem Druck im Bereich von Umgebungsdruck bis etwa einer Atmosphäre abläuft.

20. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Einstellen des mittleren Molekulargewichts, entweder nach oben oder nach unten, einer Änderung der intrinsischen Viskosität von nicht mehr als 0,15 dl/g entspricht.

21. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem, wenn eine Polyestermaterialmischung verwendet wird, bei der jedes Polyestermaterial ein unterschiedliches mittleres Molekulargewicht besitzt, die Gleichgewichtsmenge des gasförmigen Ethylenglycols derart ausgewählt werden kann, daß eines der Polyestermaterialien sein mittleres Molekulargewicht wesentlich erhöht, während ein anderes sein mittleres Molekulargewicht wesentlich verringert.

22. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das vorgewählte Molekulargewicht einer Änderung der intrinsischen Viskosität von 0,5 bis 0,84 dl/g entspricht.