Acoplamiento directo de polimerización en estado fundido y procesamiento en estado sólido para PET.

Un procedimiento para reducir la utilización de energía en un procedimiento de producción detereftalato de polietileno en el que,

después de la policondensación, el tereftalato de polietileno se granula y secristaliza, que consiste en:

a) solidificar tereftalato de polietileno fundido para formar gránulos de tereftalato de polietileno amorfos y enfriar losgránulos a una temperatura comprendida entre aproximadamente 50 °C y aproximadamente la temperatura detransición vítrea del tereftalato de polietileno para formar gránulos de tereftalato de polietileno calientes;y

b) transportar los citados gránulos de tereftalato de polietileno calientes a un cristalizador, en el que la temperaturade los gránulos de tereftalato de polietileno calientes se encuentran en el intervalo comprendido entreaproximadamente 50 °C y una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea del tereftalato depolietileno en una entrada del cristalizador.

Acoplamiento directo de polimerización en estado fundido y procesamiento en estado sólido para PET.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Ámbito de la invención La presente invención se refiere a la fabricación comercial de polímeros de tereftalato de polietileno («PET») de 10 acuerdo con la reivindicación 1.

2. Técnica anterior

El PET tiene numerosos usos, entre los cuales destacan las películas, las fibras y los recipientes alimentarios. A

pesar del carácter exigente de las propiedades requeridas para tales usos, en particular para el envasado de alimentos, el PET se ha convertido en un polímero de gran consumo. La producción comercial de PET requiere alto consumo de energía y, por consiguiente, incluso las mejoras relativamente pequeñas en el consumo de energía aportan un considerable valor comercial.

La producción de PET (incluida la de sus copolímeros) comienza con una etapa de esterificación en la que se suspende el componente de ácido dicarboxílico, predominantemente ácido tereftálico, en etilenglicol y se calienta para dar lugar a una mezcla de oligómeros de bajo grado de polimerización. A esta etapa de «esterificación» puede seguirle otra etapa de «oligomerización» o «prepolimerización», en la que se obtiene un grado de polimerización más alto. En esta etapa, el producto todavía posee un peso molecular muy bajo.

A las etapas descritas anteriormente les sigue luego una policondensación. La policondensación se cataliza mediante compuestos de metales tales como Sb, Ti, Ge, Sn, etc. La policondensación se realiza a temperaturas relativamente altas, generalmente comprendidas en el intervalo de entre 280 °C y 300 °C, en vacío, eliminándose el agua y el etilenglicol producidos por la condensación. Al final de la policondensación, el polímero posee una viscosidad inherente que generalmente se encuentra comprendida en el intervalo de entre 0, 4 y 0, 65, que corresponde a un peso molecular demasiado bajo para muchas aplicaciones.

La producción comercial de poliésteres de PET ha requerido una posterior etapa de pospolimerización en estado sólido, denominada «tratamiento en estado sólido». En esta fase del procedimiento, los gránulos de PET se calientan en una atmósfera de gas inerte, preferiblemente nitrógeno, a temperaturas por debajo de la temperatura de fusión, es decir, comprendida entre 210 °C y 220 °C en muchos casos. El tratamiento en estado sólido resulta complicado, dado que la mayoría de los polímeros de PET, después de la extrusión a partir de la masa fundida y la granulación, son sustancialmente amorfos. Con el fin de impedir la sinterización y aglomeración de los gránulos en el reactor de tratamiento en estado sólido, los gránulos se cristalizan en primer lugar durante un período comprendido entre 30 y 90 minutos a menor temperatura, por ejemplo 160-190 °C, típicamente en una corriente de gas inerte o aire. Debe señalarse que el «tratamiento en estado sólido» se refiere en esta invención a la policondensación en estado sólido per se, y no a los procedimientos combinados de cristalización y policondensación en estado sólido. Estos procedimientos son bien conocidos para los expertos en la materia, como queda demostrado en las patentes de EE. UU. n.º 5.597.891 y 6.159.406.

En el procedimiento convencional de fabricación de PET, el polímero se extrude directamente desde el reactor de policondensación para formar hebras. Las hebras extrudidas y calientes se ponen en contacto con agua fría antes de ser cortadas en gránulos, secadas y almacenadas en silos antes de la cristalización. En la patente de EE. UU. n.º

5.310.515 se dan a conocer procedimientos de granulación convencionales, así como un procedimiento de 50 granulación en el que las hebras se estiran antes de la granulación. Los conocimientos convencionales dictan que por lo menos la superficie de los gránulos debe enfriarse hasta entre 20 °C y 30 °C con el fin de evitar la sinterización durante el almacenamiento. Durante el almacenamiento, el calor del interior de los gránulos, más caliente, se distribuye por todos los gránulos. Así pues, los gránulos calientes, es decir, los gránulos cuya parte exterior se encuentre a una temperatura significativamente más alta que 20 °C-30 °C podrían aglomerarse durante el

almacenamiento, una vez alcanzado el equilibrio de la temperatura. Además de la disminución de la temperatura originada por el contacto con el agua, los gránulos pueden enfriarse adicionalmente hasta la temperatura deseada con aire frío o nitrógeno. Los gránulos se almacenan y, posteriormente, se recalientan más adelante hasta la temperatura de cristalización deseada. Estas etapas de calentamiento, enfriamiento y recalentamiento acarrean una significativa pérdida de energía en un procedimiento que ya de por sí requiere un alto consumo de energía.

La patente de EE. UU. 2002/0171159 A1 se refiere a un procedimiento y un aparato para la formación de gotas fundidas de precursores de poliésteres o copoliésteres termoplásticos como monómero, oligómero o mezcla de monómero/glicol fundido, o después de una policondensación parcial y fusión, para dar lugar a un precursor fundido,

en el que el precursor en forma de gotas se introduce en un medio gaseoso, y el medio gaseoso, después de la entrada del precursor en forma de gotas en el medio gaseoso, acelera el proceso de cristalización al mantener el precursor en forma de gotas a una temperatura por encima de 100 °C y por debajo de su punto de fusión durante un tiempo limitado hasta que se haya completado la cristalización de la gota en la superficie del precursor.

En la patente de EE.UU. n.º A-4.231.991 también se describe un aparato para la cristalización de un material amorfo que se presenta en forma granular. El funcionamiento de dicho aparato se basa en admitir la resina sintética granulada en una zona de cristalización vertical y permitir que la resina granulada descienda a través de esta zona por acción de la gravedad. Se hace pasar una contracorriente de gas caliente a través de la resina granulada descendente, que calienta esta última hasta una temperatura a la que se transforma de un estado amorfo a un estado cristalino.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

En la presente invención, los gránulos de PET procedentes del reactor de policondensación se enfrían solamente hasta una temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea del polímero o copolímero particular, y hasta 50 °C o por encima de esta temperatura, y se mantienen dentro de este intervalo de temperatura hasta la entrada al cristalizador. A pesar de la temperatura más alta de los gránulos alimentados, no se produce su aglomeración.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIGURA 1 ilustra el procedimiento de la técnica anterior de producción de PET desde la policondensación hasta el tratamiento en estado sólido.

La FIGURA 2 ilustra una forma de realización del procedimiento de PET de la presente invención desde la 30 policondensación hasta el tratamiento en estado sólido.

La FIGURA 3 ilustra aún otra forma de realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERENTES

La esterificación, la oligomerización y otras etapas del procedimiento hasta la policondensación, inclusive, se pueden realizar de forma convencional o mediante cualquier procedimiento en el que se produzcan gránulos a partir de una masa fundida de polimerización. La mejora aportada por la presente invención tiene lugar durante y/o después de la granulación, y hasta la etapa de cristalización.

Los polímeros PET son convencionales y son polímeros preparados a partir de ácido tereftálico y etilenglicol. Si bien en principio se puede usar el tereftalato de dimetilo de la misma manera que el ácido tereftálico, se prefiere el uso de este último. Además, los polímeros PET pueden contener hasta el 20 % en moles, preferentemente hasta el 10 % en moles y, más preferiblemente, preferentemente, no más del 5 % en moles, de ácidos dicarboxílicos distintos del

ácido tereftálico, y los mismos porcentajes molares de glicoles (dioles) distintos de etilenglicol.

Como ejemplos de otros ácidos carboxílicos adecuados que se pueden usar con el ácido tereftálico se encuentran el ácido isoftálico, el ácido ftálico, los ácidos naftalenodicarboxílcos, los ácidos ciclohexanodicarboxílicos, los ácidos dicarboxílicos alifáticos y similares. Esta lista es ilustrativa, no es limitativa. En algunos casos puede resultar útil la 50 presencia de cantidades minoritarias de ácidos tricarboxílicos o tetracarboxílicos para generar poliésteres ramificados o... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para reducir la utilización de energía en un procedimiento de producción de tereftalato de polietileno en el que, después de la policondensación, el tereftalato de polietileno se granula y se 5 cristaliza, que consiste en:

a) solidificar tereftalato de polietileno fundido para formar gránulos de tereftalato de polietileno amorfos y enfriar los gránulos a una temperatura comprendida entre aproximadamente 50 °C y aproximadamente la temperatura de transición vítrea del tereftalato de polietileno para formar gránulos de tereftalato de polietileno calientes;

y

b) transportar los citados gránulos de tereftalato de polietileno calientes a un cristalizador, en el que la temperatura de los gránulos de tereftalato de polietileno calientes se encuentran en el intervalo comprendido entre aproximadamente 50 °C y una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea del tereftalato de polietileno en una entrada del cristalizador.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la citada etapa de transporte comprende la introducción de los citados gránulos calientes desde una etapa de granulación a una 20 corriente de agua que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente 50 °C y 90 °C.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque antes de la citada etapa de introducción de los citados gránulos calientes en el citado cristalizador, se elimina el agua de los citados gránulos de tereftalato de polietileno calientes.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el agua se elimina antes o durante la citada etapa de transporte.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el agua se elimina por medio de un 30 tamiz.

6. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que el agua se elimina en un secador mecánico.

7. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que el agua se elimina en un secador mecánico. 35

8. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que los citados gránulos calientes presentan una temperatura comprendida en el intervalo de entre 70 °C y 90 °C en la entrada del citado cristalizador.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la citada corriente de agua comprende 40 agua recirculada desde una etapa de eliminación de agua.

10. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que no se añade energía térmica al citado secador.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la citada etapa de

transporte comprende la introducción de los citados gránulos calientes desde la citada etapa de granulación a una corriente de gas.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la citada corriente de gas,

antes de entrar en contacto con los citados gránulos, presenta una temperatura comprendida en el intervalo de entre 50 40°C y 90°C.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la citada corriente de gas, antes de entrar en contacto con los citados gránulos, presenta una temperatura comprendida en el intervalo de entre 50 °C y 70 °C.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque antes de la citada etapa de introducción de los citados gránulos calientes en el citado cristalizador, se elimina de los citados gránulos de tereftalato de polietileno calientes el agua procedente de las citadas etapas de solidificación y/o granulación.

15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que la citada agua se elimina en un secador mecánico.

16. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que los citados gránulos calientes presentan una 5 temperatura comprendida en el intervalo de entre 70 °C y 90 °C en la entrada del citado cristalizador.

17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que antes de la citada etapa de granulación, el agua se elimina de las citadas hebras solidificadas mediante un chorro de aire.

18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los citados gránulos de tereftalato de polietileno calientes se transportan directamente al citado cristalizador sin almacenamiento intermedio.