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PET BOTTLE目 錄1. PET resin 12. PET 物性 33. I.V. (Intrinsic viscosity) 94. A.A. (Acetaldehyde) 115. PET之型態學 166. 結晶(Crystallization) 187. 順向(Orientation) 22 8. 乾燥 239. 射出機 2910. 模具 3411. 吹瓶機 3612. 品質檢驗 41 2001/7/3 張榮昌1.聚酯粒簡介： 1.1聚酯粒：PET聚酯粒，學名為聚對苯二甲酸乙二酯(POLY ETHYLENE TEREPHTHALATE)，簡稱PET或PETP，是一 種熱可塑性塑膠。 1.2 用途: 1)紡織方面：纖維、衣物、安全帶及高強度工業用紗等。 2)照相軟片，錄影帶、錄音帶。 3)工程材料。 4)包裝材料：聚酯聚合物(Polyester Polymers)在包裝方面 之應用與日俱增，尤其是長期用於製造纖維(Fiber)和雙向 延伸薄膜(Biaxially oriented films)之PET，近期在包 裝市場成長非常快，其主要用於容器之製造，諸如飲料瓶， 烘烤用之塗膠(Coating for ovenable board)，以及用製造 熱定型(Thermoformed)塑膠包裝容器之膠片(Sheet)等皆是 。就包裝材料言，PVC原是最佳之選擇，因其符合堅韌、透 明之要求，但是PVC在分解或燃燒時會釋放出氫氯酸 (Hydrochloric acid)，造成環境之污染，而為環保人士所 抗議。故不論環保觀點或者是物性之考量，PET皆可取代PVC 之包裝市場，而且，許多聚酯皆符合食品包裝規格，且其 烹調適用溫度廣泛，一般袋沸(Boil-in-bag)食品之包裝就 常使用PET為材質。 1.3 原料： 聚酯早期生產時，都以對苯二甲酸二甲酯DMT(CH3COO- - OOCH3)為原料，但因與乙二醇(EG)進行酯化反應(酯交換法)後生 成之副產物為甲醇(CH3OH)，回收處理麻煩，具危險性，現今大 都改用純對苯二甲酸TPA，酯化反應(直接酯化法)後生成之副產 物為H2O，處理容易，且生產成本較低。 1) TPA (P-TPA) (Purified Terephthalic Acid)純對苯二甲酸 (HOOC- -COOH)n 無臭無味之白色粉末 1 2) EG (ETHYLENE GLYCOL) 乙二醇 (HO-(CH2)2-OH)n 無色透明之油狀液體 1.4 重合(聚合)反應： PET之起始製程稱為”熔融相(Melt phase) ”，PET就是在熔 融狀態下進行初始聚合反應，在平均80100個酯單位鏈結之後 ，將聚合物壓出(Extrude)成股(strands)並切粒(Pelletize) HOOC- -COOH + 2HO-(CH2)2-OH TPA EG HOCH2CH2-OOC- -COO-CH2CH2OH + 2H2O 單體 BHET 9 精餾分離 加熱、抽真空、重合反應 HOCH2CH2-OOC- -COO-CH2CH2n CH2CH2OH PET (n-1)HO(CH2)2OH 反應完成後之產物為黏稠透明狀聚合物，可用高壓氣體由 反應槽內擠壓出，再經急冷固化、切粒等處理，即可製成熱塑 性聚酯粒。 1.5固態聚合反應： PET之第二部份製程則稱為”固態(Solid state)”，將熔融 相所製得之膠粒(Pellets)加熱，使溫度超過200(390)，但 低於結晶型(Crystalline)之熔融點，而在此過程中，我們通入 惰性氣體(Inert gas)或者是抽真空以便移走乙二醇。此部份之 主要目的在獲得想要之分子量，而在操作期間，低沸點成分之移除(諸如乙醛)亦是反應的重點。 1)預結晶：先進行預結晶，使未結晶酯粒(A-PET)在浮動床內 升溫結晶，達到足夠硬度進入結晶器內進行第二步 驟之結晶反應。 2 2)結晶器：在結晶器中以高溫、長滯留時間來增加結晶度外， 並進行熔融重排高分子晶體工作，使晶體尺寸變大 ，結晶更趨穩定，進入反應器後酯粒不再結晶放熱 ，造成結塊，黏度提升變因減少。 3)反應器: 結晶後酯粒進入反應器後，由於Amorphous 區域內 之分子鏈尚保有活動性，End Group可相互碰撞(或 與晶體外緣露出之End Group相互碰撞)進行聚合反 應，揮發性副產物之擴散經Amorphous結構逸出， 藉由N2帶走。2.PET物性 2.1 PET特性(for stretch-blow-molding)： 1) 透明度與光澤。 2) 堅硬且耐衝擊力。 3) 化學安定性。 4) 低透氣率。 5) 加工性。 6) 尺寸安定性。 2.2 塑膠原料綜合比較： 項目類別PETHDPELDPEPVCPP國際塑膠編碼比重Density (g/cm)1.33 1.380.940 0.9650.916 0.9401.30 1.580.90 0.91 Tm ()245265130137122124212165170 Tg ()6981-22-258182-20Tensile strength at break(psi)7000 105003200 45001900 40005900 75004500 6000 3 項目類別PETHDPELDPEPVCPPTensile modulus (10psi)4006001551583875350600165225Elongation at break (%)303001012001009654080100600摩擦係數0.250.180.08*0.450.3線熱膨係數Coefficient oflinear thermalexpansion10 /7-811*5-1011熱導係數Thermlconductivity kcal/m.Hr.0.240.21*3-50.12熱變形溫度Heat distortiontemperatures11580-100*70-9080-120耐熱度Heat resistance95-11080-90*70-90110吸水性 %Water absorption0.040.060.01*0.040.750.01回收清除處理費率(元/kg)11.879.399.3919.559.39回收獎勵金 (元/瓶)0.5000.50 2.3 透氣率(Gas Permeability) 經過雙向延伸後之PET容器，透氣率比其他熱可塑性塑膠來的 小，如下表所示： 4 1) PET透氣率Permeability of Biaxially Oriented PETGasUnitValueOxygenat 73、100RHcm mmmdbar2Nitrogenat 73、100RHcm mmmdbar9Water VaporTransmission rategmmmd0.9Carbon-Dioxideat 73、100RHcm mmmdbar5.1 2)各類包裝容器氧氣透過率材質產品種類容器體積(ml)氧氣透過率(ml/day)PET礦泉水6200.062-0.068沙拉油6250.040-0.093碳酸飲料6500.035-0.045PVC礦泉水6000.110-0.172沙拉油21100.740-0.610PP醋酸飲料2900.347-0.444糖漿4000.428-0.487HDPE鮮乳10000.980-1.000乳製品5550.740-0.830 5 2.4玻璃轉移點(Tg)、 玻璃轉移溫度是聚合物的分子鏈自鏈結狀態開始能在分子 鏈週邊運動的溫度。換言之，所謂Tg就是材料由玻璃態(Glass state)轉變到橡膠態(Rubbery state)時的溫度，超過這個溫度 後非結晶性聚合物鏈狀高分子更容易產生熱運動而成彈性體。 需注意的一點是，Tg值是會改變的，例如聚合物若是吸收水分， 其Tg值便會降低。玻璃轉移溫度並非一特定溫度，而是一溫度 範圍，在此溫度範圍時，分子之移動顯著增加，而造成剛性 (Stiffness)降低，使得材料變軟，變成橡膠態和具有黏性。 非結晶型聚合物(Amorphous Polymer)皆具有Tg。聚合物 有部份的結晶時，在Tg處有特徵性之變化，膨脹係數 (Expansion Cofficient)與熱容量(Capacity) 在Tg的變化， 隨著無晶型含量的降低而減少。因此高度結晶的聚合物不易測 出其Tg。 在熱力學一階轉移中，包含有基本熱力學的一些量，如容積 (Volume)或熱含量(Heat content)；在二階轉移中有膨脹係數 與熱容量。Tg為二階的轉移。許多聚合物的性質可由Tg點來 決定。 2.4.1影響Tg的分子因素： 1)擁有堅硬的主鏈及巨大支鏈的聚合物有高的Tg。因這些因素 限制了聚合物分子的活動，以致聚合物需加熱到高溫才能引 起活動，例如PE因無堅硬的主鏈及巨大支鏈，其Tg點甚低， 在室溫下具彈性，相反的，PS具有巨大支鏈，所以有高的Tg。 2)聚合物鄰近鏈間有強大的吸引力時，將有高的Tg。這些吸引 力將限制分子的活動。要從分子結構預測Tg是很困難的事， 但增加分子主鏈的堅硬及支鏈的大小，將有使Tg提高的趨 勢。 2.4.2結晶化度對Tg之影響： 1)大體而言，Tg是隨結晶度而上升，但也有像Rubber及PE， 6 其Tg並不隨結晶度而變化的物質。Tg隨結晶度變化最顯著 者莫過於PET，非結晶者Tg=69，結晶者Tg=81。 2)分析PET結晶溫度、結晶時間之變化，將結晶度及結晶狀態 不同之試料測其Tg，結果即使是同一結晶度，結晶化溫度不 同時，其Tg也不同。PET在各結晶溫度下Tg與結晶化之關 係如下圖所示： 120、150、180、210、238 在120熱處理時，Tg立刻達到飽和值；238結晶，其Tg 則變化甚緩。若依結晶化溫度高，結晶就大來考慮，同一結 晶度時結晶數是高溫較少。結晶度X和Tg有以下之關係； Tg Tg0 = C X / (1-X) (Tg，Tg0分別為結晶度為X及0者之Tg) 2.4.3影響Tg的其他因素： 1)分子量：一定分子量聚合物的Tg必低於無限分子量的Tg; 一般而言 Tg與1/Mn為線性關係，可由下式表示； Tg = Tg - k/Mn ，k為常數 2)共聚合體：視共聚合體不同而有所差異。 3)交鏈(Cross Linking)：Tg會隨交鏈程度而增高。 2.5熔點(Tm)： 1)熔點與DEG(二乙二醇)之關係： PET之熔點與DEG之含量有密切關係，DEG的含量愈多，則 7 PET的熔點愈低。一般商業上之PET熔點約為250265， 而不含DEG的純PET熔點為271。概略而言，含1%DEG， Tm會降5，如下圖所示； Tm()250253254255259261262262265266270DEG(Wt%)3.643.253.012.902.061.601.551.400.630.760.60 2)熔點與分子量之關係： 聚合物之熔點僅稍受分子量的影響，而當分子量在1010 範圍內，熔點將不受分子量大小的影響。 3)熔點與結晶度之關係 : 結晶度愈好之聚合物，柔軟性降低，其熔點將愈高。 4)影響高分子熔點之其他因素： a)側鏈：當高分子中帶有非極性的側鏈時，由於破壞其結晶 性，致使Tm降低，但當側鏈大到足以產生龐大阻 力時，則Tm反而又向上升高，這是因為分子鏈的 柔軟性降低，熱熵變小，故Tm提高。 b)氫鍵或共振：例如Nylon因具有氫鍵及共振現象，使鍵鏈 不易彎曲，致使Tm提高。 c)分子的交鏈作用及分子間的引力可使Tm提高。 2.6吸水性：在一般狀態下，其吸水率是0.40.6%，比Nylon低， 對常溫狀態的水的安定性無問題，但煮沸時會引起水 解，降低聚合度，也會造成物性降低。 2.7耐藥性：由於PET resin具有酯鍵，會受強酸，水蒸氣等的侵 襲而產生水解，但對有機溶劑，油類有抵抗性。 2.8耐候性：PET的耐候性優越，可做戶外的帆布、繩子、農業用 薄膜。 8 3.本質粘度IV(Intrinsic viscosity) 一般我們所談的粘度可分為兩大類，其一為稀薄溶液粘度 (Dilute solution Viscosity)，一為熔融粘度(Melt Viscosity) 。粘度是在量測流體流動時，抵抗外加切應力(shearing force) 所需消耗的能量，而在絕熱系統中則是以摩擦(Friction)的形式 消耗能量，所以會導致系統溫度上升。聚烯烴(Polyolefin) 聚 合物是以MFI或MI來作為其流動指標(Flow dication)，而PET 聚 合物則是以”本質(Intrinsic)”或”本性(Inherent)”粘度，IV來 作為指標。和其他流變性質一樣，粘度對整個系統的規化 (Formulation)亦非常重要，它可提供最終產品的物理性質以便 於選擇適當的加工設備及加工參數。 聚合度Pn值(Degree of Polymerization)是表示高分子聚合 物的分子鏈的平均長度。聚合度的高低對聚合物的諸多物性例如 粘度，加工性以及成品的機械強度等都有一定的影響。聚合度越 高，聚合物的分子量越大，熔融粘度(Melt Viscosity)也越高。 但是聚合物的分子量或是熔融粘度並不容易測定，所以在工業上 是以某種特定溶劑將聚合物溶解成溶液，再測定其所謂本質粘度 (Intrinsic Viscosity)，藉以了解聚合物之聚合度大小。 3.1溫度對粘度之影響： 溫度對高分子熔融體之粘度影響最大，一般高分子物質在溫 度超過Tg或Tm時，粘度與溫度的關係可遵照Arrhenius公式， 公式如下； E/RT =ke K：常數 E：高分子流動之活化能 R：氣體常數 3.2壓力對粘度之影響： 流體的粘度決定於其含自由體積(Free Volume)之多寡，當 自由體積增大時，分子容易移動，粘度就會降低，由此理論推 斷，當壓力增大時，自由體積一定減少，故粘度上升。 9 3.3分子量對粘度之影響： 高分子之重量平均分子量在某一臨界值以下時(MWC)，其 粘度與重量平均分子量成正比。若以分子量分布而言，一般在 同一重量平均分子量下，分子量分布較小者，粘度較高。 3.4分子側鏈對粘度之影響： 當高分子物質之側鏈分子量小於Mwc時，側鏈會造成粘度降 低，當大於Mwc時，情況就會複雜些。 3.5不同用途之聚酯粒，I.V.也各不相同，例如：用 途I.V.Pn值紡紗0.6110軟片0.65125輪胎加強0.85170壓出加工窗框等1.0210射出成型瓶胚0.751.0140210 104.乙醛(Acetaldehyde，AA) 醛是PET製造、加工過程中所產生的副產物，有甲醛 (Formaldehyde,FA)，及乙醛(Acetaldehyde，AA)兩種。因AA的 生成量比FA大的多，故一般僅探討AA的產生原因與防治方法。 乙醛(AA)為無色氣體，沸點為20.8，帶水果味，天然食物中就 已自然存在，例如奶油，冷凍蔬菜及酒(在酒中AA含量達500 ppm)。PET只要一經熔融就會產生，因此會出現在Film、Sheet、 Bottle等容器及纖維中，造成PET在色澤、白度上變差。除此之 外，AA會溶出於食物中，尤其以包裝水特別敏感，而可樂之類的 飲料，則會造成苦味。據GOODYEAR報導，只要可樂中含有60 ppb的AA，就會令可樂產生苦味。 目前在工業界90%以上採用two stage process，其中在產出 preform的射出成型加工製程，為決定瓶子透明性及AA高低的決 定性步驟。 4.1影響AA之主要因素如下： j酯粒進口溫度 k螺桿轉數 l傳送時間 m背壓 n操作溫度 oTransfer cushion pCycle time qShearing heat 4.2乾燥條件最適化： 射出前，酯粒需乾燥到含水率50ppm以下，乾燥溫度宜用高溫 以幫助AA擴散到表面，再以熱風吹走。PET中AA含量在酯粒乾 燥後，射出成品之變化如下圖所示； 加工過程AA含量之變化 11 4.3加工溫度最適化： 加工溫度提高有利於產出透明性佳之瓶子，但卻會增加AA之 生成，為此而降低溫度，卻會造成透明性下降。 加工溫度與AA含量、I.V.之變化 12 4.4剪力效應最低化: 溫度最適化後還不能保證AA最少化，仍需考慮螺桿轉速設 定，它會影響：j溫度(剪力過大，溫度上升) k老化(剪力增 加，分子量下降，促進斷鏈，增加末端醇基，導致AA增加)。 一般忽略剪力對溫度的影響。剪力效應較需注意的因素包括進 料螺桿轉速以及流動通路之設計。螺桿轉速儘可能最低化，只 要在Cooling終止前完成即可。 螺桿轉速與AA含量之關係 13 4.5駐留時間最低化： Polymer melt 的駐留時間愈短愈好，可減少AA之產生。 縮短駐留時間以減少AA的方法有: 1)縮短Cycle Time(e.g.射速加快，或減少高壓，低壓及冷 卻階段各自的時間)，另可用模溫機通冷卻水，循環模子以 加速冷卻。 2)減少Cushion中polymer melt的量。 3)射壓採兩段式，第一段高壓充填，第二段低壓用以保持瓶 胚的形狀不變型。 4)減少hot runner 中melt的量。 4.6射出壓力最適化： 背壓、Cycle time與AA含量之關係 14 4.7瓶胚再加熱時間與瓶子AA含量之關係，如下圖所示。 155.PET之型態學 和其他許多聚烯烴(Polyolefinic)聚合物不同的是，我們 常用”結晶型(Crystalline)”與”非結晶型(Amorphous)”等術語來 描述PET，而不是以”MFI”或”MI”。不過PET中所使用IV(Intrinsic Viscosity，極限粘度或本質粘度)”倒是和聚醯胺( Palyamides ,PA)類似。 5.1非結晶型(Amorphous)： 非結晶型聚合物之分子排列是完全任意的，或是混亂無秩 序的，其分子與分子間沒有結合或按序重排的傾向。這種互相 糾結纏繞的排列，就好比一碗煮好的通心麵一樣，而且在任何 溫度下均不會改變。非結晶型聚合物有一特性就是它沒有融點 ，只會隨溫度上升而逐漸軟化，如PVC,PS，PC以及玻璃等皆屬 此類物質。當非結晶型物質逐漸加熱至超過100110時鏈之轉 移動性便會增加，而使得分子往結晶架構排列。結晶速率取決 於溫度和平均分子量，分子量之增加會導致結晶速率得下降。 聚合物是不可能百分之百結晶，如PET一般結晶化度為060%， 假使我們觀察50%結晶之PET顆粒分子結構，便會發現到佔50% 質量之分子間以高順序結晶型結構緊密的接在一起，而其四週 則是其餘的未定型PET 結構。 5.2結晶型(Crystalline)： 在結晶型聚合物中之部份分子，有以高順向(Order)型式結 合而形成結晶的傾向。實際上，當聚合物從熔融狀態冷卻時， 分子會傾向高順向而形成結晶，例如厚膠片和棒(Rod)在壓出後 ，形成所謂的球晶(Spherulitic crystalline)結構，但是此時 之冷卻速率不能太快，否則便無法產生結晶。 結晶型聚合物的特徵之一就是具有一相當明顯的融點，稱 為結晶型融點(Crystalline melting point)，此為結晶區開始 16 崩解之特性溫度。 自然界中任何事物均尋求較低能階狀態。PET在結晶形成 時也會造成分子間彼此互相緊密靠緊，如此可達低能階狀態， 並會有熱釋放出來，PET會變得更安定。所以如果我們給予機 會，PET一定會產生結晶化。 5.3可結晶型(Crystallizable)： 可結晶型聚合物可藉加工方法，使聚合物變成結晶形或非 結晶形，甚至於可控制結晶的形式和數量。以PET為例，壓出 之非結晶形樹酯可在熱模中同時熱成形和結晶，而生成結晶形 盤子(Trays)。所生成結晶形之盤子質地堅硬，融點在252 (485)左右。而從其中發現到，雖然PET的結晶速率很快， 但在操作模溫177(350)之下，結晶仍需花費近18秒的時 間，因工業界無法接受如此長的結晶時間，所以聚合物之製造 業者變著手使用可以使PET結晶速率加快的核劑(Nucleating agent)，而結晶之總速率則是取決於晶核存在的數目以及球晶 成長的速度，PET中加入核劑可以增加結晶體的數目，促進結 晶。通常添入之核劑為固態無機填充劑(Fillers)，如滑石粉 (Talc)或TiO2，以及最常用的LLDPE或PP，有些製造商則推 薦離子聚合體(Ionomer)。核劑可以使更多的球晶去競爭可利 用的體積，而在球晶因互相牽制停止結晶之前，降低最大的球 晶半徑。當95%的粒徑在12m以下，且主要介於0.52.0m 之間時，添加劑便可發揮其功效。 176.結晶： 6.1結晶過程： 分析PET之結晶過程是一件有趣的事；假如我們打算以熔 解破壞結晶的話，PET在結晶過程中會放出熱量，而在熔解的 時候，這些放出的能量則會被送還。一般來說，熔解或者是軟 化結晶型PET要比非結晶型PET需要更多的熱量。如前面所提 到，非結晶型PET之溫度在Tg點以上時，不僅會變軟成橡膠 態，且具有粘性。另一方面，要熔解結晶度超過50%的顆粒， 就必須加熱到其融點以上。 要形成PET結晶最簡單的方法便是”加熱”，當溫度高於加 熱時之結晶溫度Tch，或低於冷卻時之結晶溫度Tcc，結晶速 度非常緩慢。相反的，若溫度介於Tch和Tcc之間，所需的時 間便減少很多。 當非結晶型PET單獨加熱時會形成球晶，且因這些球晶體 積很大，會將光線折射而使聚合物看起來像白色。這就是為何 固狀顆粒呈現白色的原因。 6.2結晶點(Crystallization Point)： 半結晶性材料在不同冷卻速率下，會產生不同的結晶度， 慢速冷卻會允許較多的結晶發生，增加其結晶性。退火或驟冷 因沒有提供足夠的時間讓結晶成長，因此內部會形成較小的結 晶或無法結晶，因此降低整體的結晶度。 6.3結晶度(Percentage Crystallinity)： 結晶度的多寡會直接表現在產品的物性上，例如，結晶度 較高者質硬，結晶度較低者質韌等等。而製程的加熱、冷卻和 加工過程都會反應在結晶度上。 6.4結晶速率： 18 1)產生結晶的溫度為120250，這個溫度範圍兩端之結 晶速率非常緩慢，而140180之結晶速率最大。 2)結晶速率與I.V.之關係：如下圖所示。 6.5瓶口結晶： 1)瓶口結晶之必要性： 一般PET resin大約在70時開始產生軟化，此軟化溫 度稱為PET之Tg點(玻璃轉化溫度)。如果PET瓶置放於高 於70之環境中，就會造成PET瓶軟化收縮變形。果汁、 咖啡、茶類及乳酸系統之飲料必須於85以上高溫充填， 然而一般射出瓶胚為非結晶狀態，高溫充填後瓶口尺寸會收 縮變形，造成微少洩漏，所以必須進行結晶，使瓶口密度由 1.335g/cm增加至1.3651.380g/cm(結晶化度5%40%)。 19 2)影響瓶口結晶因素 20 3)瓶口結晶密度分布： 4)瓶口結晶度與密度之關係： Crystallization % -amorphous100%cry100%-amorphous (註) amorphous1.333 ； cry100% 1.455 217.順向(Orientation)： 順向是藉著延伸作用(stretching)使分子有秩序排向的一個 製程，順向後之PET可用來包裝或製造底片。順向之方法有很多 種，例如雙軸(Biaxial)延伸，藉由控制每個方向的延伸量來控 制順向的量。非結晶型PET高分子當加熱促進其結晶時，由於能 階的提高而使得分子震動得更厲害，這樣的強烈震動導致分子聚 集成晶球(Crystal spheres)。在對分子做順向時，我們強迫分 子移動，使分子之間彼此緊密連接，而且幾乎是瞬間便結合成結 晶形式。此種結晶型式與前面所述因加熱所得之球晶並不相同， 首先，因為它的晶粒很小，並不會使光線折射，所以PET可以保 持透明清晰，此種結晶稱為應變誘發結晶(Strain induced crystal)，其次，假如我們為了提高結晶度而加熱固處理(Heat setting)，透明性並不會因此降低。 PET順向這種技術已經被採用三十多年，此法所製得之纖維 和薄膜具備有透明、尺吋安定、耐化學、耐熱等優良性質。底下 更進一步的解釋順向和結晶。 PET在結晶之際會表現出排斥順向，延伸以及應變的行為， 所以我們必須找出一種方法使他們能固定在同一位置上。舉PET 為例，我們都知道，順向後的PET瓶耐熱不會超過70，但是沸 袋(Boil-in-bags)，卻可用於100以上之高溫，期間的差異在 於沸袋在順向後，又通過150或更高的烘箱中作熱固處理。將 薄膜通過高溫烘箱可增加40%或更高的結晶度，這是因為熱固處 理縛住(Tie down)薄膜之分子結構的緣故，而未經熱固處理的飲 料瓶頂多只有25%的結晶度，當然沒有辦法像經熱固處理過的薄 膜那麼耐熱。 228.乾燥： 8.1乾燥原理與目的： 為了瞭解PET乾燥，首先必須回顧一些用到的物理現象和 一些描述他們的特性用語。 1)絕對溼度：是已知體積空氣中實際的水份百分率，並不決定 於溫度，通常被表示成每磅乾的空氣中有多少水 份。 2)相對溼度：在已知溫度中水的含量和可能最大水份含量的百 分率。例如一個體積空氣包含3公斤的水，但是 最多足以包含5公斤的水，就說它有60%的相對 溼度。 3)露 點：露點是已知的空氣與水蒸氣混合到達飽和或100% 相對溼度的溫度。 相對溼度總是和特定溫度一起說明，而絕對濕度則表示空 氣中含有多少重量的水。 當我們在說”乾燥”時就是指相對溼度很低，有兩種方法可 達到這個目標，第一種就是將空氣中的水份由”除濕”過程中移 去，就是降低空氣的絕對溼度，然後加熱降低相對溼度。結果 會產生乾和熱的空氣和增加帶水份的能量。 第二種近似稱之為吸附作用(非吸附作用)，在這種乾燥過 程中，被乾燥的空氣通過一種乾燥劑之類的物質，它像篩子一 樣可接住掉落下來空氣中的水份，但卻讓空氣本身通過。 一般來說，可塑性(Plastic)樹脂可依其受水份影響的程度 而將其區分為吸濕性(Hydroscopic)和非吸濕性(Nonhydroscopic) 兩類。非吸濕性樹脂之水分僅會聚集在顆粒表面，大氣中若含 有高濃度之水份時，會促進其快速的將水份吸收，而且大氣中 的溫度或溼度愈高的話，其吸收水份的量也會愈多。而吸濕性 樹脂則是在其內部聚集水份，假如其中的水份沒有除去的話， 將會嚴重地降低產品的強度，以及影響外觀。例如PET、丙烯 23 樹脂(Acrylics)、纖維素樹脂(Cellulosics)以Nylon等，這 些吸濕性聚合物對於水份都具有親合性，因此必須嚴密的控制 其所處環境及其暴露於大氣中的時間。 對於不同的聚合物，我們分別測試及觀察水份含量及熔融 流動特性(Melt flow characteristics)之間的關係，而結果 顯示，熔融流動隨著水份含量減少而降低，隨著水份含量之增 加而升高。此現象說明了水在聚合物中是以”可塑劑” (Plasticizer)的角色存在，水會使聚合物分子間彼此滑動， 而造成強度、硬度以及其他機械性質降低。 在加工過程中，高水份含量會促進水解發生，造成長鏈結 構斷裂，分子量降低。當聚合物遭破壞後，只要溫度上升，化 學鍵就很容易激烈震動，而在達到鏈斷裂能階時，聚合物便開 始分解，同時材料之強度性質也逐漸減低，即使是少量的水， 也會造成上述問題，然而一但冷卻至120時，水對鍵的破壞 就會變得很緩慢，這時便不會對性質有任何影響了。 在靜止狀態下，顆粒中的水份和空氣中的水份達成平衡， 而且水份會均勻的分佈在顆粒中。當我們降低空氣中的溼度 時，顆粒表面的水份便會蒸發而使其和週遭的空氣重新達到水 份的平衡，但此動作造成顆粒本身水份濃度不均(表面較內部 乾燥)，因此，顆粒內部的水份將一直外移，直到整個顆粒再 度與較低水份濃度之空氣達到平衡為止。快速乾燥的重點在 於：(1)必須連續供給顆粒低溼度的環境。(2)水份必須能從顆 粒內部移至表面。 由於水份會引起水解，造成I.V.下降，故在熔融射出前， 必須先將PET乾燥至水份含量0.005%以下。不當之乾燥而造 成的粘度大幅降低會嚴重地影響到物理性質，我們可以由射出 成品的I.V.測試結果獲知其對耐衝擊強度(Impact strength) 的影響最大。至於高粘度聚合物則需要更徹底地乾燥來防止其 在射出過程中之加速裂解的自然傾向。 24 8.2乾燥機 本廠所使用的是NOVATEC公司所製造的MPC系列乾燥機， 乾燥機作動時，有兩種循環同時進行