59 - Wozu wird ein Kristallisator benötigt?
Kunststoffe wie PET (Polyethylenterephtalat), PEN (Polyethylennaphthalat) oder PLA (Polylactic Acid) können in der Regel nicht zufriedenstellend verarbeitet werden, ohne dass sie vorher getrocknet wurden. PET zum Beispiel wird meist bei 180 °C getrocknet, um eine Restfeuchte von unter 40 ppm zu erreichen.
Nach ihrer Herstellung befinden sich PET, PEN und PLA meist in einer amorphen Materialstruktur, da sie aus der Schmelze heraus sehr schnell abkühlen. Dieses amorphe Material ist oft daran zu erkennen, dass es durchsichtig ist. Amorph bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Molekülketten des Materials ungeordnet vorliegen, bei kristallinem Material hingegen sind die Molekülketten (teilweise) geordnet.
Beim Erhitzen amorphen Materials kommt es sobald eine bestimmte Temperatur (auch Glasübergangstemperatur genannt) erreicht ist zu einem Phasenübergang von „amorph“ zu „kristallin“. Diesen erreicht PET bei ca. 120-140° C und damit weit unter der erforderlichen Trocknungstemperatur.
Problematisch ist, dass das Material in der Übergangsphase klebrig wird und im Trockentrichter verklumpen würde. Hat das Material den Übergang zur kristallinen Struktur „geschafft“, kann es dagegen ohne Probleme mit den erforderlichen Temperaturen getrocknet werden.
Auch im Recyclingprozess, z. B. Bottle-to-Bottle oder Folienstanzgitter-Rückführung liegt das Material übrigens amorph vor und muss deshalb in der Regel kristallisiert werden, bevor es weiterverarbeitet werden kann.
Und genau hier kommen Kristallisatoren ins Spiel. Kristallisatoren erwärmen das amorphe Material bis zur Glasübergangstemperatur. Es gibt verschiedenste Methoden, den Kristallisationsprozess systematisch und präzise durchzuführen. Bei Festbett-Kristallisatoren verhindern materialspezifische Prozessparameter und ein Rührwerk das Verklumpen und stellen sicher, dass das kristalline Material richtig konditioniert ist und gut auslaufen kann.
Wenn hierbei die Rede von „kristallisiert“ ist, bedeutet dies in der Regel „teilkristallisiert“. Der maximal erreichbare Kristallisationsgrad zum Beispiel für PET liegt bei ca. 75 % mit einer Dichte von 1,420 g/cm³. Die Dichte steigt linear mit dem Kristallisationsgrad. An der Verklebungsgrenze bei einem Kristallisationsgrad von ca. 11 % ist die Dichte ca. 1,345g/ cm³. Amorphes PET hat eine Dichte von ca. 1,335 g/cm³.
Der erreichte Kristallisationsgrad ist eine entscheidende Größe beim Kristallisationsprozess und entscheidend für die Weiterverarbeitung. Ist er zu gering, unterhalb der Grenze zum Verkleben des Materials, besteht die Gefahr des Verbackens bei der nachfolgenden Trocknung. Um gefahrlos trocknen zu können, wird bei PET in der Regel ein Kristallisationsgrad von ca. 20 bis 30 % angestrebt.
Der Kristallisationsgrad kann über verschiedene Methoden, wie z. B die DSC-Messung (Differential Scanning Calorimetry), einem Densimeter oder mit einem Pyknometer und nachfolgender Berechnung ermittelt werden.
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