TWI785690B - 回收固聚粒的製造方法及打包帶 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種回收固聚粒的製造方法，包含混合步驟、稀釋步驟及固態聚合步驟。在混合步驟中，將一多孔碳材料添加於一回收料，均勻混合並造粒，以獲得母粒，多孔碳材料之粒徑為300 nm至500 nm，且多孔碳材料之比表面積為300 m
2/g至1500 m
2/g。在稀釋步驟中，將母粒與一新料均勻混合並造粒，以獲得混合粒。在固態聚合步驟中，將混合粒依序進行乾燥、預結晶、真空及聚合，以獲得一回收固聚粒。藉此，可提升回收固聚粒的固有黏度值，以供後續加工應用。
Description
本發明係提供一種回收固聚粒的製造方法，尤其是一種可快速地提高回收固聚粒的固有黏度值的製造方法。
聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）為目前業界產量最大且最價廉之高分子材料，具優越之機械性能及透明性，廣泛應用於寶特瓶、包裝材料及人造纖維等產品。全球PET年產量在2020年已達7820萬噸，相關的廢棄物數量驚人。為降低陸地及海洋等環境污染，如歐盟、美國、日本等國家已制定出日趨嚴格的PET再利用規範，逐年提高各項產品中回收PET的比例。因此，回收PET的再利用成為目前環保重要課題之一，不僅可降低二氧化碳排放當量，並可符合3R（減量、回收、再利用）的環保訴求，同時又能達到節能的效果。
然而，回收再利用PET的過程中，高溫熔融及塑膠射出製程會造成PET的降解，低分子量PET的穩定性及剛性均較差，無法達到再利用以及加工成型之需求。
有鑑於此，如何回復甚至提升PET的固有黏度值（Intrinsic Viscosity，IV），是回收PET所需面對的重要問題。
本發明之一目的在於提供一種回收固聚粒的製造方法，本發明另一目的在於提供一種打包帶。透過以多孔碳材料作為黏度提升劑，以有效且快速地提升回收固聚粒的固有黏度值。
本發明之一實施方式提供一種回收固聚粒的製造方法，包含一混合步驟、一稀釋步驟以及一固態聚合步驟。在混合步驟中，將一多孔碳材料添加於一回收料，均勻混合並造粒，以獲得一母粒，其中回收料為一回收聚對苯二甲酸乙二酯，多孔碳材料之粒徑為300 nm至500 nm，且多孔碳材料之比表面積為300 m
2/g至1500 m
2/g。在稀釋步驟中，將母粒與一新料均勻混合並造粒，以獲得一混合粒，其中新料為一聚對苯二甲酸乙二酯。在固態聚合步驟中，將混合粒依序進行乾燥、預結晶、真空及聚合，以獲得一回收固聚粒。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中多孔碳材料可為碳氣凝膠。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中多孔碳材料可經由一官能基改質，所述官能基可為胺基或羧基。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中在混合步驟中，回收料具有一粒徑大小，所述粒徑大小可為250 mesh至350 mesh。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中在稀釋步驟中，新料的添加量可為母粒的質量的0.005 wt%至2 wt%。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中回收固聚粒之固有黏度值可為0.65以上。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中在固態聚合步驟中，具有一乾燥溫度及一乾燥時間，所述乾燥溫度可為70
oC至80
oC，所述乾燥時間可為2小時至4小時。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中在固態聚合步驟中，具有一預結晶溫度及一預結晶時間，所述預結晶溫度可為130
oC至140
oC，所述預結晶時間可為3小時至4小時。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中在固態聚合步驟中，具有一真空溫度及一真空時間，所述真空溫度可為170
oC至180
oC，所述真空時間可為2小時至4小時。
依據前述實施方式之回收固聚粒的製造方法，其中在固態聚合步驟中，具有一聚合溫度及一聚合時間，所述聚合溫度可為190
oC至220
oC，所述聚合時間可為3小時至4小時。
本發明之另一實施方式提供一種打包帶，其係由前述實施方式之回收固聚粒的製造方法所製成之回收固聚粒所組成，所述回收固聚粒具有一固有黏度值，所述固有黏度值為0.65以上。
以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。
請參照第1圖，其繪示本發明一實施方式之一實施例之回收固聚粒的製造方法100的流程圖。回收固聚粒的製造方法100包含混合步驟110、稀釋步驟120及固態聚合步驟130。
首先，在混合步驟110中，將一多孔碳材料添加於一回收料，均勻混合並造粒，以獲得一母粒，其中回收料為一回收聚對苯二甲酸乙二酯(Recycled PET)，多孔碳材料之粒徑為300 nm至500 nm，且多孔碳材料之比表面積為300 m
2/g至1500 m
2/g。特別說明的是，回收聚對苯二甲酸乙二酯指的是從已商品化且已被利用的成品經過回收製程所獲得的產物，意即二次利用之物。
具體而言，多孔碳材料可為碳氣凝膠(Carbon Aerogel)。回收料可具有一粒徑大小，所述粒徑大小可為250 mesh至350 mesh。再者，多孔碳材料之質量與回收料之質量的比例可為1:1000。
另外，多孔碳材料可經由一官能基改質，所述官能基可為胺基或羧基。具體而言，可將多孔碳材料之粉體與硝酸水溶液反應，反應完成後將粉體過濾並乾燥，得到羧基改質的多孔碳材料。藉此，可更增加與回收聚對苯二甲酸乙二酯的反應效能。
在稀釋步驟120中，將母粒與一新料均勻混合並造粒，以獲得一混合粒，其中所述新料為聚對苯二甲酸乙二酯(Virgin PET)，也就是未經過回收製程或未被使用過的聚對苯二甲酸乙二酯。新料的添加量可為母粒的質量的0.005 wt%至2 wt%。
在固態聚合步驟130中，將所述混合粒依序進行乾燥、預結晶、真空及聚合，以獲得一回收固聚粒，其中所述回收固聚粒之固有黏度值(IV值)可為0.65以上。
仔細地說，固態聚合步驟130具有一乾燥溫度及一乾燥時間，所述乾燥溫度可為70
oC至80
oC，所述乾燥時間可為2小時至4小時。固態聚合步驟130具有一預結晶溫度及一預結晶時間，所述預結晶溫度可為130
oC至140
oC，所述預結晶時間可為3小時至4小時，其中預結晶可在惰性氣體正壓環境下進行。固態聚合步驟130具有一真空溫度及一真空時間，所述真空溫度可為170
oC至180
oC，所述真空時間可為2小時至4小時。固態聚合步驟130具有一聚合溫度及一聚合時間，所述聚合溫度可為190
oC至220
oC，所述聚合時間可為3小時至4小時，其中聚合可在真空或惰性氣體正壓環境下進行。
最後，在依序完成上述乾燥、預結晶、真空及聚合，並自然降溫至室溫之後，即可獲得結晶性良好且固有黏度值提升的回收固聚粒，其可有助於後續各類相關產品的製作及應用。特別說明的是，所述乾燥、預結晶、真空及聚合的操作細節並非本案之重點，故在此並不另外贅述。
值得一提的是，目前已知的回收固聚粒的製造方法，其中一種是將回收PET與高固有黏度值的新料PET混合，便可拉高回收PET的固有黏度值。然而，隨著歐盟對新料PET添加比例逐年限縮的要求下，恐無法達到後端加工的條件。另外，另一種習知的方法，其係加入特有的化學添加劑，且添加量至少為0.5%，甚至超過20%，不僅固有黏度值提升有限，甚至有可能降低部分機械性質，此外，所述化學添加劑的回收繁複，且有反應廢棄物產生的疑慮，進而增加整體製程的成本。
特別的是，本發明之回收固聚粒的製造方法100利用多孔碳材料作為黏度提升劑，其可有效地提升回收固聚粒的固有黏度值。仔細地說，多孔碳材料可和回收料的高分子鏈產生交聯或脫水反應使高分子鏈增長或形成網絡，進而可有效地提升固有黏度值。
本發明之回收固聚粒的製造方法100所製造出的回收固聚粒之固有黏度值可達到0.65以上，國際長纖標準之固有黏度值為0.64。藉此，本發明之回收固聚粒的製造方法100所製造出的回收固聚粒可符合多種後端加工的需求，以拓展其應用範圍。
另外，本發明之回收固聚粒的製造方法100藉由多孔碳材料的添加以及溫度及時間的控制，可在極短的時間內使回收固聚粒快速地達到預設之固有黏度值。藉此，可在低成本及高效率的優勢下完成聚對苯二甲酸乙二酯的回收。
另一方面，本發明之回收固聚粒的製造方法100所產生之回收固聚粒可與多孔碳材料及新料再次混合，並接續進行乾燥、預結晶、真空及聚合，並獲得另一回收固聚粒；也就是說，本發明之回收固聚粒的製造方法100所產生之回收固聚粒可重複地進行製造程序的堆疊，以達到循環利用的效果。
請參照第2圖，並請一併參照以下表一。第2圖繪示依照第1圖實施例之固態聚合步驟130的固有黏度值與時間的關係曲線圖。在第2圖中，對於進行固態聚合步驟130的樣品在0小時、4小時、16小時、24小時46小時及72小時取樣並量測其固有黏度值，表一記載上述之數值。
| 表一 | |
| 時間(小時) | 固有黏度值 |
| 0 | 0.544 |
| 4 | 0.586 |
| 16 | 0.757 |
| 24 | 0.802 |
| 46 | 0.977 |
| 72 | 0.977 |
由第2圖及表一可知，隨著時間增加，其樣品的固有黏度值也穩定地增加。以第2圖及表一的數據進行內差極限性回歸計算，其曲線公式為y=-0.0001x
2+0.015x+0.537，R
2=0.9889，其中y為固有黏度值，x為時間(小時)，R
2為決定係數，據此，可計算並預測不同的製程時間的回收PET固聚粒之固有黏度值，以符合後續製程所需。
請參照第3圖，其繪示依照本發明另一實施方式之打包帶200的示意圖。打包帶200是由上述回收固聚粒的製造方法100所製成之回收固聚粒所組成，所述回收固聚粒之固有黏度值為0.65以上。仔細地說，打包帶200是上述回收固聚粒的製造方法100所製成之回收固聚粒再加工所製成的產物，透過回收固聚粒之優越的固有黏度值，可有效地增強打包帶200的結構特性。
具體而言，對本發明之打包帶200及全以新料塑料製成的打包帶進行拉伸測試，其中其二者的尺寸規格皆相同，寬度為15 mm，厚度為0.6 mm。測試結果顯示，本發明之打包帶200之斷裂強度為5042.20 N，以新料塑料製成的打包帶之斷裂強度為4416.09 N。顯示透過本發明之回收固聚粒的製造方法100所製成之回收固聚粒可有效地提升打包帶200的結構強度，且可優於或相當於以新料塑料製成的打包帶。
綜上所述，根據本發明之回收固聚粒的製造方法，透過以多孔碳材料作為黏度提升劑，並精準地控制回收料、多孔碳材料、新料及母粒的配比，以及調整固態聚合步驟的製程條件之後，不但可提升回收固聚粒的結晶性，並可有效提升回收固聚粒的固有黏度值至0.65以上，與PET新料的規格相當，符合製作後續產品的規格需求，從而可達到對公噸級回收PET之完全再利用的目標，其所帶來的經濟效益有利於回收再生產業的永續發展。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:回收固聚粒的製造方法
110:混合步驟
120:稀釋步驟
130:固態聚合步驟
200:打包帶
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖繪示本發明一實施方式回收固聚粒的製造方法的流程圖；
第2圖繪示依照第1圖實施例之固態聚合步驟的固有黏度值與時間的關係曲線圖；以及
第3圖繪示依照本發明另一實施方式之打包帶的示意圖。
100:回收固聚粒的製造方法
110:混合步驟
120:稀釋步驟
130:固態聚合步驟
Claims (10)
- 一種回收固聚粒的製造方法，包含：一混合步驟，將一多孔碳材料添加於一回收料，均勻混合並造粒，以獲得一母粒，其中該回收料為一回收聚對苯二甲酸乙二酯，該多孔碳材料之粒徑為300nm至500nm，且該多孔碳材料之比表面積為300m2/g至1500m2/g，其中該多孔碳材料係經由一官能基改質，該官能基為胺基或羧基；一稀釋步驟，將該母粒與一新料均勻混合並造粒，以獲得一混合粒，其中該新料為一聚對苯二甲酸乙二酯；以及一固態聚合步驟，將該混合粒依序進行乾燥、預結晶、真空及聚合，以獲得一回收固聚粒。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中該多孔碳材料為碳氣凝膠。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中在該混合步驟中，該回收料具有一粒徑大小，該粒徑大小為250mesh至350mesh。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中在該稀釋步驟中，該新料的添加量為該母粒的質量的0.005wt%至2wt%。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中該回收固聚粒之固有黏度值為0.65以上。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中在該固態聚合步驟中，具有一乾燥溫度及一乾燥時間，該乾燥溫度為70℃至80℃，該乾燥時間為2小時至4小時。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中在該固態聚合步驟中，具有一預結晶溫度及一預結晶時間，該預結晶溫度為130℃至140℃，該預結晶時間為3小時至4小時。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中在該固態聚合步驟中，具有一真空溫度及一真空時間，該真空溫度為170℃至180℃，該真空時間為2小時至4小時。
- 如請求項1所述之回收固聚粒的製造方法，其中在該固態聚合步驟中，具有一聚合溫度及一聚合時間，該聚合溫度為190℃至220℃，該聚合時間為3小時至4小時。
- 一種打包帶，由如請求項1至9任一項所述 之回收固聚粒的製造方法所製成之回收固聚粒所組成，該回收固聚粒具有一固有黏度值，該固有黏度值為0.65以上。
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