PET

Polietilen tereftalat (ponekad napisan poli (etilen tereftalat)), uobičajeno skraćeno PET, peteili je zastarjeli PETP ili PET-P najčešći termoplastične polimer smola od poliester porodice i koriste se u vlaknima za odjeću, kontejneri za tekućine i hranu, termoformiranje za proizvodnju, te u kombinaciji sa staklenim vlaknima za tehničke smole.

Na njega se može pozivati ​​i robna marka Dacron; u Britaniji, Terylene; ili, u Rusiji i bivšem Sovjetskom Savezu, Lavsan.

Većina svjetske proizvodnje PET-a odnosi se na sintetička vlakna (više od 60%), a proizvodnja boca čini oko 30% globalne potražnje. U kontekstu tekstilnih aplikacija, PET se naziva svojim zajedničkim imenom, poliester, dok akronim PET uglavnom se koristi u odnosu na ambalažu. Poliester čini oko 18% svjetske proizvodnje polimera i četvrti je po broju proizvedenih polimer; polietilen(STOPALA), polipropilen (PP) i polivinil hlorid (PVC) su prvi, drugi i treći, respektivno.

PET se sastoji od polimeriziran jedinice monomera etilen tereftalata, sa ponavljanjem (C₁₀H₈O₄) jedinice. PET se obično reciklira i broji ih 1 kao njegov simbol recikliranja.

Ovisno o svojoj obradi i termičkoj historiji, polietilen tereftalat može postojati i kao amorfan (proziran) i kao polukristalni polimer. Polukristalni materijal može izgledati prozirno (veličina čestica <500 nm) ili neprozirno i bijelo (veličina čestica do nekoliko mikrometara), ovisno o svojoj kristalnoj strukturi i veličini čestica. Njegov monomer bis (2-hidroksietil) tereftalat može se sintetizovati pomoću esterifikacija reakcija između tereftalna kiselina i etilen glikol s vodom kao nusproduktom ili transesterifikacija reakcija između etilen glikol i dimetil tereftalat sa metanol kao nusproizvod. Polimerizacija je putem a polikondenzacija reakcija monomera (koja se vrši odmah nakon esterifikacije / transferifikacija) vodom kao nusproduktom.

imena
Ime IUPAC-a Poli (etilbenzen-1,4-dikarboksilat)
Identifikacija
CAS broj	25038-59-9
skraćenice	PET, PETE
svojstva
Hemijska formula	(C10H8O4)n
Molarna masa	varijabla
gustoća	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorfan: 1.370 g / cm3, monokristal: 1.455 g / cm3
Tačka topljenja	> 250 ° C, 260 ° C
Tačka ključanja	> 350 ° C (raspada se)
Rastvorljivost u vodi	praktično nerastvorljiv
Toplinska provodljivost	0.15 do 0.24 W m-1 K-1
Indeks prelamanja(nD)	1.57–1.58, 1.5750
Termohemija
specifičan toplotni kapacitet (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Srodni spojevi
povezan Monomeri	Tereftalna kiselina Etilen glikol
Osim ako je drugačije naznačeno, u njima se daju i podaci o materijalima standardno stanje (na 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

upotreba

Budući da je PET odličan materijal za zaštitu vode i vlage, plastične boce od PET-a naširoko se koriste za bezalkoholna pića (vidi karbonizaciju). Za određene specijalne boce, poput onih određenih za zadržavanje piva, PET sendviči dodatni sloj polivinil-alkohola (PVOH) kako bi se dodatno smanjila njegova propusnost za kisik.

Dvoosno orijentisan PET film (često poznat pod jednim od svojih trgovačkih naziva, "Mylar") može se aluminizirati isparavanjem tankog filma metala na njega kako bi se smanjila njegova propusnost i učinio reflektirajućim i neprozirnim (MPET). Ova svojstva korisna su u mnogim aplikacijama, uključujući fleksibilnu hranu pakovanje i toplotna izolacija. Vidi: “svetleće ćebad“. Zbog svoje visoke mehaničke čvrstoće, PET film se često koristi u trakama, kao što je nosač za magnetnu traku ili podloga za ljepljive trake osjetljive na pritisak.

Neorjentirani PET list može biti termoformirano da bi se napravile ambalaže i pretisni omoti. Ako se koristi kristalizirani PET, ladice se mogu koristiti za zamrznute večere, jer podnose i temperaturu smrzavanja i pečenje u pećnici. Za razliku od amorfnog PET-a, koji je transparentan, kristaliziran PET ili CPET obično je crne boje.

Kada se napuni staklenim česticama ili vlaknima, postaje znatno tvrđi i trajniji.

PET se koristi i kao supstrat u tankim filmskim solarnim ćelijama.

Terilen se takođe spaja u vrhove konopca od zvona kako bi se spriječilo trošenje užadi dok prolaze kroz plafon.

istorija

PET su 1941. godine patentirali John Rex Whinfield, James Tennant Dickson i njihov poslodavac Calico Printers 'Association iz Manchestera u Engleskoj. EI DuPont de Nemours u Delawareu, SAD, prvi je put upotrijebio zaštitni znak Mylar u junu 1951. godine, a registraciju je dobio 1952. godine. To je i dalje najpoznatije ime za poliesterski film. Trenutni vlasnik zaštitnog znaka je DuPont Teijin Films US, partnerstvo sa japanskom kompanijom.

U Sovjetskom Savezu PET je prvi put proizveden u laboratorijama Instituta za visoko-molekularna jedinjenja Akademije nauka SSSR-a 1949. godine, a njegovo ime „Lavsan“ njegov je akronim (laboorijatorije Instituta вyizokomomolarʹnyh сodedeneniâ Аkademii нavk SSSR).

PET bočicu je patentirao 1973. Nathaniel Wyeth.

Fizička svojstva

PET je u svom prirodnom stanju bezbojna, polukristalna smola. Na osnovu načina obrade, PET može biti polukrut do krut i vrlo je lagan. Čini dobru prepreku za zaštitu od plina i vlage, kao i dobru prepreku za alkohol (zahtijeva dodatni tretman „zapreke“) i rastvarače. Snažan je i otporan na udarce. PET postaje bijel kada je izložen hloroformu, ali i nekim drugim hemikalijama poput toluena.

Oko 60% kristalizacije je gornja granica komercijalnih proizvoda, s izuzetkom poliesterskih vlakana. Bistri proizvodi mogu se proizvesti brzo hlađenjem rastaljenog polimera ispod T_g temperatura staklenog prijelaza da bi se dobila amorfna krutina. Poput stakla, amorfni PET nastaje kada se njegovim molekulima ne daje dovoljno vremena da se poslože na uredan, kristalni način dok se rastopina hladi. Na sobnoj temperaturi molekuli su zamrznuti, ali ako se zagrijavanjem iznad T u njih vrati dovoljno toplotne energije_gpočinju ponovo da se kreću, dopuštajući kristalima da nuklearno rastu i rastu. Ovaj postupak poznat je pod nazivom kristalizacija u čvrstom stanju.

Ostavljeno da se polako hladi, rastaljeni polimer stvara kristalniji materijal. Ovaj materijal ima sferuliti koji sadrže mnogo malih kristaliti kada se kristalizira iz amorfne čvrste materije, radije nego da formira jedan veliki monokristal. Svjetlost se raspršuje dok prelazi granice između kristalita i amorfnih područja između njih. Ovo rasipanje znači da je kristalni PET neproziran i bijel u većini slučajeva. Crtanje vlakana je među rijetkim industrijskim procesima koji proizvode gotovo monokristalni proizvod.

Unutarnja viskoznost

Naziva se jedna od najvažnijih karakteristika PET-a svojstvena viskoznost (IV).

Unutarnja viskoznost materijala, pronađena ekstrapoliranjem na nulu koncentracije relativne viskoznosti na koncentraciju koja se mjeri u decilitra po gramu (dℓ / g). Unutrašnja viskoznost ovisi o duljini njegovih polimernih lanaca, ali nema jedinica zbog ekstrapoliranja na nultu koncentraciju. Što duže polimer ima više zaplete između lanaca i samim tim je veća viskoznost. Prosječna dužina lanca određene serije smole može se kontrolirati tokom polikondenzacija.

Raspon svojstvene viskoznosti PET-a:

Stupanj vlakana

0.40–0.70 Tekstil

0.72–0.98 Tehnički, kabel guma

Ocena filma

0.60-0.70 BoPET (biaksijalno orijentisan PET film)

0.70–1.00 Klasa lista za termoformiranje

Klasa boce

0.70–0.78 Boce za vodu (ravne)

0.78–0.85 gazirana bezalkoholna pića

Monofilament, inženjerska plastika

1.00-2.00

Sušenje

PET je higroskopan, što znači da upija vodu iz svoje okoline. Međutim, kada se ovaj "vlažni" PET zatim zagrije, voda hidrolizira PET, smanjujući njegovu otpornost. Stoga, prije nego što se smola može preraditi u mašini za oblikovanje, ona se mora osušiti. Sušenje se postiže upotrebom a sredstvo za sušenje ili sušilice prije ubacivanja PET-a u opremu za preradu.

Unutar sušilice vrući suhi zrak pumpa se na dno rezervoara u kojem se nalazi smola tako da teče kroz pelete uklanjajući vlagu na putu. Vrući vlažni zrak napušta vrh rezervoara i prvo se provlači kroz naknadni hladnjak, jer je lakše uklanjati vlagu iz hladnog zraka nego vrući zrak. Rezultirajući hladan mokar vazduh se zatim propušta kroz sušilac. Konačno, hladni suhi zrak koji napušta sloj sušila ponovo se zagrijava u procesnom grijaču i vraća kroz iste postupke u zatvorenoj petlji. Tipično, nivo preostale vlage u smoli mora biti manji od 50 dijelova na milion (dijelovi vode na milijun dijelova smole, težinski) prije obrade. Vrijeme zadržavanja sušilice ne smije biti kraće od oko četiri sata. To je zato što bi za sušenje materijala za manje od 4 sata bila potrebna temperatura iznad 160 ° C, na toj razini hidroliza započet će unutar peleta prije nego što se mogu osušiti.

PET se takođe može sušiti u sušačima komprimovanog vazduha. Sušari za komprimirani vazduh ne koriste ponovo zrak za sušenje. Suvi, zagrejani komprimovani zrak cirkuliše kroz PET pelete kao u sušilici za sušenje, a zatim se ispušta u atmosferu.

Kopolimeri

Pored čistog (homopolimer) PET, PET modificiran kopolimerizacija je također na raspolaganju.

U nekim su slučajevima modificirana svojstva kopolimera poželjnija za određenu primjenu. Na primjer, cikloheksan dimetanol (CHDM) može se dodati polimernoj okosnici umesto etilen glikol. Budući da je ovaj gradivni blok mnogo veći (6 dodatnih atoma ugljenika) od jedinice etilen glikola koju zamenjuje, ne uklapa se u susjedne lance onako kako bi to bila jedinica etilen glikola. To ometa kristalizaciju i snižava temperaturu topljenja polimera. Generalno je takav PET poznat kao PETG ili PET-G (polietilen tereftalat glikol modifikovani; Eastman Chemical, SK Chemicals i Artenius Italia su neki proizvođači PETG-a). PETG je prozirni amorfni termoplastik koji se može ubrizgati u kalup ili ekstrudirati u lim. Može se obojiti tokom obrade.

Još jedan uobičajeni modifikator je izoftalna kiselina, zamjenjujući neke od 1,4- (za-) povezani tereftalat jedinica. The 1,2- (orto-) ili 1,3- (Meta-) povezivanje stvara ugao u lancu, što takođe narušava kristalnost.

Takvi kopolimeri su povoljni za određene primjene lijevanja, kao što su termoformiranje, koji se koristi na primjer za izradu pladnjeva ili blistera za pakiranje od ko-PET folije, ili amorfnog PET lista (A-PET) ili PETG listova. S druge strane, kristalizacija je važna i u ostalim primjenama gdje su važne mehanička i dimenzijska stabilnost, poput sigurnosnih pojaseva. Za PET boce upotreba malih količina izoftalne kiseline, CHDM, dietilen glikol (DEG) ili drugi komonomeri mogu biti korisni: ako se koriste samo male količine komonomera, kristalizacija se usporava, ali ne sprečava u potpunosti. Kao rezultat toga, boce se mogu dobiti putem rastezanje puhanjem („SBM“), koji su i bistri i kristalni da budu adekvatna prepreka aromama, pa čak i gasovima, poput ugljen-dioksida u gaziranim pićima.

proizvodnja

Polietilen tereftalat se proizvodi od etilen glikol i dimetil tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) ili tereftalna kiselina.

Bivši je a transesterifikacija reakcija, dok je potonja an esterifikacija reakcija.

Dimetil tereftalatni postupak

In dimetil tereftalat ovog postupka, ovaj spoj i višak etilen glikola reagiraju u talini na 150–200 ° C sa a osnovni katalizator. Metanol (CH₃OH) uklanja se destilacijom da bi reakcija krenula naprijed. Višak etilen glikola se destilira na višoj temperaturi uz pomoć vakuuma. Drugi korak transesterifikacije odvija se na 270–280 ° C, uz kontinuiranu destilaciju etilen glikola.

Reakcije su idealizirane na sljedeći način:

Prvi korak

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 HOCH₂CH₂OH → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ + 2 CH₃OH

Drugi korak

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n HOCH₂CH₂OH

Proces tereftalne kiseline

U tereftalna kiselina Postupak, esterifikacija etilen glikola i tereftalne kiseline provodi se direktno na umjerenom pritisku (2.7–5.5 bara) i visokoj temperaturi (220–260 ° C). Voda se u reakciji eliminira, a također se kontinuirano uklanja destilacijom:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n HOCH₂CH₂OH → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

degradacija

PET se podvrgava raznim vrstama degradacije tokom prerade. Glavne degradacije koje se mogu dogoditi su hidrolizna i, vjerojatno, najvažnija, termička oksidacija. Kada se PET razgradi, događa se nekoliko stvari: obezbojenje, lanac škare što rezultira smanjenom molekularnom težinom, stvaranjem acetaldehid, I unakrsne veze (Formacija „gela“ ili „ribljeg oka“). Do promjene boje dolazi zbog stvaranja različitih hromofornih sistema nakon dugotrajnog termičkog tretmana na povišenim temperaturama. To postaje problem kada su optički zahtjevi polimera vrlo visoki, na primjer u aplikacijama pakiranja. Termička i termooksidativna razgradnja rezultira lošim karakteristikama obradivosti i performansama materijala.

Jedan od načina da se to ublaži jeste upotreba a kopolimer. Komonomeri poput CHDM ili izoftalna kiselina sniziti temperaturu taljenja i smanjiti stupanj kristalnosti PET-a (posebno je važno kada se materijal koristi za proizvodnju boca). Dakle, smola se može plastično formirati pri nižim temperaturama i / ili s nižom silom. To pomaže u sprječavanju razgradnje, smanjujući sadržaj acetaldehida u gotovom proizvodu na prihvatljivu (to jest, neprimjetnu) razinu. Vidi kopolimeri, gore. Drugi način za poboljšanje stabilnosti polimera je upotreba stabilizatora, uglavnom antioksidanata poput fosfiti. Nedavno je razmatrana i molekularna stabilizacija materijala upotrebom nanostrukturnih hemikalija.

Acetaldehid

Acetaldehid je bezbojna, hlapljiva tvar s voćnim mirisom. Iako se prirodno stvara u nekom voću, u flaširanoj vodi može izazvati neukus. Acetaldehid nastaje razgradnjom PET-a nepravilnim rukovanjem materijalom. Visoke temperature (PET se razlaže iznad 300 ° C ili 570 ° F), visoki pritisci, brzine ekstrudera (prekomjerni smicni protok povisuje temperaturu) i dugo zadržavanje u bačvi doprinose stvaranju acetaldehida. Kada se acetaldehid proizvede, dio ostane rastvoren u zidovima posude, a zatim difuzno u proizvod pohranjen iznutra, mijenjajući ukus i aromu. Ovo nije takav problem za ne-konzumirajuće proizvode (poput šampona), za voćne sokove (koji već sadrže acetaldehid) ili za jaka pića poput bezalkoholnih pića. Za vodu u bocama, međutim, nizak sadržaj acetaldehida je prilično važan, jer ako se ništa ne maskira aromom, čak i ekstremno niske koncentracije acetaldehida u vodi (10–20 dijelova na milijardu u vodi) mogu izazvati neugodan okus.

antimon

antimon (Sb) je metaloidni element koji se koristi kao katalizator u obliku spojeva poput antimonov trioksid (Sb₂O₃) ili antimon triacetat u proizvodnji PET. Nakon proizvodnje, na površini proizvoda može se pronaći otkrivena količina antimona. Ovaj ostatak možete ukloniti ispiranjem. Antimon ostaje u samom materijalu i, tako, može migrirati u hranu i piće. Izlaganje PET vrenju ili mikrovalnom može značajno povećati nivo antimona, možda i iznad USEPA-ovih maksimalnih kontaminacijskih nivoa. Ograničenje pitke vode koju je procijenila SZO iznosi 20 dijelova na milijardu (WHO, 2003), a ograničenje pitke vode u SAD-u iznosi 6 dijelova na milijardu. Iako je antimonov trioksid niske toksičnosti kada se uzima oralno, njegovo prisustvo i dalje izaziva zabrinutost. Švicarci Federalni ured za javno zdravstvo istraživao količinu migracije antimona, uspoređujući vodu flaširanu u PET i staklu: Koncentracije antimona u vodi u PET bocama bile su veće, ali i dalje znatno ispod dozvoljene maksimalne koncentracije. Švicarski savezni ured za javno zdravstvo zaključio je da male količine antimona migriraju iz PET-a u flaširanu vodu, ali da je zdravstveni rizik nastalih niskih koncentracija zanemariv (1% od „podnošljiv dnevni unos”Određuje WHO). Kasnija (2006.), ali šire objavljena studija, pronašla je slične količine antimona u vodi u PET bocama. SZO je objavila procjenu rizika za pojavu antimona u vodi za piće.

Utvrđeno je da koncentrati voćnih sokova (za koje nisu utvrđene smjernice) koji su proizvedeni i punjeni u PET u Velikoj Britaniji sadrže do 44.7 µg / L antimona, što je znatno iznad granica EU za voda iz česme od 5 µg / L.

Biorazgradnja

Nocardia može razgraditi PET enzimom esteraze.

Japanski naučnici izolirali su bakteriju Ideonella sakaiensis koji posjeduje dva enzima koji mogu razbiti PET na manje komade koje bakterija može probaviti. Kolonija od I. sakaiensis može raspasti plastični film za oko šest tjedana.

bezbjednost

Komentar objavljen u Ekološke zdravstvene perspektive u aprilu 2010. sugerirao da PET može donijeti endokrini disrupteri u uvjetima uobičajene uporabe i preporučenih istraživanja na ovu temu. Predloženi mehanizmi uključuju ispiranje ftalati kao i ispiranje antimon. Članak objavljen u Časopis Monitoring zaštite životne sredine aprila 2012. zaključuje da je koncentracija antimona u deionizirana voda uskladišteno u PET bocama ostaje unutar prihvatljive granice EU, čak i ako se kratko čuva na temperaturama do 60 ° C (140 ° F), dok sadržaj u bocama (voda ili bezalkoholna pića) može povremeno premašiti ograničenje EU nakon manje od godinu dana skladištenja u sobi temperatura.

Oprema za obradu boca

Postoje dvije osnovne metode lijevanja za PET boce, jednostepene i dvostepene. U dvostepenom oblikovanju koriste se dvije odvojene mašine. Prvo mašinsko ubrizgavanje oblikuje predformaciju, koja podseća na epruvetu, sa navojima na bočici koji su već postavljeni na svoje mesto. Tijelo cijevi je znatno deblje, jer će se u drugom koraku naduvati u konačni oblik rastezanje puhanjem.

U drugom koraku se predoblike zagrijavaju, a zatim naduvaju na dvodijelni kalup kako bi se oblikovali u konačni oblik boce. Predformi (neinflirane boce) se sada koriste i kao robusni i jedinstveni sami spremnici; osim novčanih bombona, neka poglavlja Crvenog križa distribuiraju ih kao dio programa Vial of Life vlasnicima kuća kako bi se pohranila medicinska povijest za hitne slučajeve. Druga češća upotreba predformata su spremnici u prirodi Geocaching.

U strojevima u jednom koraku cijeli proces od sirovine do gotovog spremnika provodi se unutar jedne mašine, što ga čini posebno pogodnim za oblikovanje nestandardnih oblika (prilagođeno oblikovanje), uključujući staklenke, ravne ovalne, oblike tikvica itd. Njegova najveća zasluga je smanjenje prostora, rukovanja proizvodom i energijom i daleko veći vizualni kvalitet nego što se može postići sistemom u dva koraka.

Industrija za recikliranje poliestera

U 2016. godini procijenjeno je da se godišnje proizvede 56 miliona tona PET-a.

Iako se većina termoplastika u principu može reciklirati, Recikliranje PET boca praktičnija je od mnogih drugih plastičnih primjena zbog velike vrijednosti smole i gotovo ekskluzivne uporabe PET-a za široko korištenu vodu i gazirano bezalkoholno piće. PET ima identifikacijski kod smole 1-a. Glavna upotreba recikliranog PET-a je poliester vlakno, remenje i posude za hranu.

Zbog reciklabilnosti PET-a i relativnog obilja otpad potrošača u obliku boca, PET brzo dobiva tržišni udio kao vlakno tepiha. Mohawk Industries izdan everSTRAND 1999., 100% PET vlakno koje sadrži reciklirane proizvode. Od tog vremena više od 17 milijardi boca reciklirano je u vlakno tepiha. Pharr pređe, dobavljač brojnim proizvođačima tepiha, uključujući Looptex, Dobbs Mills i Berkshire Flooring, proizvodi BCF vlakno od tepiha BCF (skupno neprekidno filamento) koje sadrži najmanje 25% recikliranog sadržaja nakon potrošača.

PET je, kao i mnoge plastike, takođe odličan kandidat za termičko odlaganje (spaljivanje), jer je sastavljen od ugljika, vodika i kisika, sa samo količinama elemenata katalizatora u tragovima (ali bez sumpora). PET ima energetski sadržaj mekog uglja.

Kod recikliranja polietilen tereftalata ili PET ili poliestera, općenito se moraju razlikovati dva načina:

1. Kemijsko recikliranje natrag do početnih sirovina je pročišćeno tereftalna kiselina (PTA) ili dimetil tereftalat (DMT) i etilen glikol (EG) gdje se polimerna struktura potpuno uništava ili u međuproduktima procesa bis (2-hidroksietil) tereftalat
2. Mehaničko recikliranje u kojem se zadržavaju ili rekonstituiraju originalna svojstva polimera.

Kemijsko recikliranje PET-a postat će isplativo samo primjenom linija za recikliranje velikog kapaciteta veće od 50,000 2000 tona godišnje. Ovakve linije mogle smo se vidjeti, ako uopšte, unutar proizvodnih mjesta vrlo velikih proizvođača poliestera. U prošlosti je rađeno nekoliko pokušaja industrijske veličine da se uspostave takve postrojenja za reciklažu hemijskih proizvoda, ali bez velikog uspjeha. Čak i obećavajuća hemijska reciklaža u Japanu do sada nije postala industrijski proboj. Dva razloga za to su: u početku, poteškoća neprekidnog i kontinuiranog snabdijevanja tako velikim količinama boca na jednom mjestu te, s druge strane, neprestano povećavanje cijena i nestabilnost cijena prikupljenih boca. Cijene baliranih boca povećale su se, na primjer, između 2008. i 50. s oko 500 eura / tonu na preko 2008 eura / tonu u XNUMX. godini.

Mehaničko recikliranje ili direktno cirkuliranje PET-a u polimernom stanju danas se vrši u najrazličitijim varijantama. Ovakve vrste procesa su tipične za malu i srednju industriju. Isplativost se već može postići kapacitetima postrojenja u rasponu od 5000–20,000 XNUMX tona godišnje. U ovom slučaju danas su moguće gotovo sve vrste povratnih informacija povratnog materijala u promet. O ovim različitim postupcima recikliranja detaljnije se raspravlja u daljnjem tekstu.

Osim hemijskih kontaminanata i degradacija proizvodi nastali prilikom prve obrade i upotrebe, mehaničke nečistoće predstavljaju glavni dio kvalitetne nečistoće koja se amortizira u reciklažnom toku. Reciklirani materijali sve se više uvode u proizvodne procese koji su u početku bili dizajnirani samo za nove materijale. Stoga, efikasni procesi sortiranja, odvajanja i čišćenja postaju najvažniji za visokokvalitetni reciklirani poliester.

Kada govorimo o industriji recikliranja poliestera, koncentrirani smo uglavnom na recikliranje PET boca, koje se u međuvremenu koriste za sve vrste tekućeg pakiranja poput vode, gaziranih bezalkoholnih pića, sokova, piva, umaka, deterdženata, kućnih hemikalija i tako dalje. Boce se lako razlikuju zbog oblika i konzistencije i odvajaju se od otpadnih plastičnih tokova automatski ili ručnim postupkom sortiranja. Uspostavljena industrija recikliranja poliestera sastoji se od tri glavna odjeljenja:

• Skupljanje PET boca i odvajanje otpada: logistika otpada
• Proizvodnja čistih flašica za flaše: proizvodnja pahuljica
• Konverzija PET pahuljica u finalne proizvode: obrada pahuljica

Intermedijski proizvod iz prvog odjeljka je balirani otpad iz boca sa sadržajem PET većim od 90%. Najčešći oblik trgovanja su bala, ali i opeke ili čak labave, unaprijed izrezane boce su česte na tržištu. U drugom dijelu, prikupljene boce pretvaraju se u čiste pahuljice od PET boca. Ovaj korak može biti više ili manje složen i kompliciran ovisno o potrebnoj kvaliteti konačne ljuskice. Tijekom trećeg koraka, pahuljice od PET boce prerađuju se na bilo koje proizvode poput filma, boca, vlakana, niti, kaiševa ili intermedijara poput peleta za daljnju obradu i inženjering plastike.

Osim ove vanjske (post-potrošačke) reciklaže poliesterske boce, postoje i brojni unutarnji procesi recikliranja (prije potrošnje), gdje otpadni polimerni materijal ne izlazi iz proizvodnog mjesta na slobodno tržište, već se ponovno upotrebljava u istom proizvodnom krugu. Na taj se način vlaknasti otpad izravno ponovno koristi za proizvodnju vlakana, preformalni otpad izravno se ponovno koristi za proizvodnju predformacija, a filmski otpad izravno se ponovno koristi za proizvodnju filma.

Recikliranje PET boca

Pročišćavanje i dekontaminacija

Uspjeh bilo kojeg koncepta recikliranja krije se u učinkovitosti pročišćavanja i dekontaminacije na pravom mjestu tijekom prerade i u potrebnoj ili željenoj mjeri.

Općenito, vrijedi sljedeće: Što se ranije uklone strane tvari, i što se temeljnije to radi, efikasniji je proces.

Visokog Plastifikator temperatura PET-a u rasponu od 280 ° C (536 ° F) razlog je zašto gotovo sve uobičajene organske nečistoće poput PVC, PLA, poliolefin, kemijska vlakna od drvene celuloze i papira, polivinil acetat, ljepilo za topljenje, sredstva za bojenje, šećer i protein ostaci se pretvaraju u obojene produkte razgradnje koji bi zauzvrat mogli osloboditi i reaktivne produkte razgradnje. Tada se znatno povećava broj nedostataka u polimernom lancu. Raspodjela čestica nečistoća po veličini je vrlo široka, velike čestice od 60–1000 µm - koje su vidljive golim okom i lako se filtriraju - predstavljaju manje zlo, jer je njihova ukupna površina relativno mala, a brzina razgradnje je niža. Utjecaj mikroskopskih čestica, koje - jer ih je mnogo - povećavaju učestalost defekata u polimeru, relativno je veći.

Moto „Ono što oko ne vidi srce ne može tugovati“ smatra se vrlo važnim u mnogim postupcima recikliranja. Stoga, osim efikasnog sortiranja, uklanjanje vidljivih čestica nečistoća postupcima filtracije u talini igra posebnu ulogu u ovom slučaju.

Općenito se može reći da su postupci za pravljenje pahuljica od PET boca od prikupljenih boca jednako svestrani koliko su različiti tokovi otpada različiti po svom sastavu i kvaliteti. S obzirom na tehnologiju, ne postoji samo jedan način da se to učini. U međuvremenu, postoji mnoštvo inženjerskih kompanija koje nude pogone i komponente za proizvodnju pahuljica i teško je odlučiti se za jedan ili drugi dizajn postrojenja. Ipak, postoje procesi koji dijele većinu ovih principa. Ovisno o sastavu i razini nečistoće ulaznog materijala, primjenjuju se opći sljedeći koraci procesa.

1. Otvor za bala, otvaranje briketa
2. Razvrstavanje i izbor različitih boja, stranih polimera, posebno PVC-a, stranih materija, uklanjanje filma, papira, stakla, peska, zemlje, kamenja i metala
3. Prethodno pranje bez rezanja
4. Grubo rezanje suho ili kombinirano prije pranja
5. Uklanjanje kamenja, stakla i metala
6. Prosijavanje zraka za uklanjanje filma, papira i naljepnica
7. Brušenje, suvo i / ili mokro
8. Uklanjanje polimera (šalica) niske gustine razlikama u gustoći
9. Vruće pranje
10. Kaustično pranje i jetkanje površine, održavanje unutarnje viskoznosti i dekontaminacije
11. Ispiranje
12. Ispiranje čistom vodom
13. Sušenje
14. Zračenje prosijanih pahuljica
15. Automatsko razvrstavanje pahuljica
16. Krug vode i tehnologija za pročišćavanje vode
17. Kontrola kvaliteta pahuljica

Nečistoće i materijalni nedostaci

Broj mogućih nečistoća i oštećenja materijala koji se akumuliraju u polimernom materijalu stalno se povećava - prilikom prerade kao i kod upotrebe polimera - uzimajući u obzir rastući radni vijek, sve veće završne primjene i ponovljeno recikliranje. Što se tiče recikliranih PET boca, navedeni nedostaci mogu se razvrstati u sljedeće skupine:

1. Reaktivne poliesterske OH- ili COOH-end grupe pretvaraju se u mrtve ili nereaktivne krajnje grupe, npr. Formiranje krajnjih grupa vinil estra dehidracijom ili dekarboksilacijom tereftalatne kiseline, reakcijom OH- ili COOH-krajnjih grupa sa monofunkcionalnom razgradnjom proizvodi poput mono-ugljične kiseline ili alkohola. Rezultati su smanjena reaktivnost tijekom ponovne polikondenzacije ili ponovnog SSP-a i širenje distribucije molekulske mase.
2. Udio krajnje grupe pomiče se prema smjeru krajnjih COOH grupa koje su izgrađene toplinskom i oksidativnom degradacijom. Rezultati su smanjenje reaktivnosti i povećanje kiselinskog autokataliznog razlaganja tokom termičke obrade u prisustvu vlage.
3. Povećava se broj polifunkcionalnih makromolekula. Akumulacija gelova i oštećenja greške dugog lanca.
4. Povećavaju se broj, koncentracija i raznolikost nepolimeri-identičnih organskih i anorganskih stranih tvari. Sa svakim novim toplinskim stresom, organske strane tvari reagirat će razgradnjom. To uzrokuje oslobađanje daljnjih tvari koje podržavaju razgradnju i boje.
5. Grupe hidroksida i peroksida stvaraju se na površini proizvoda od poliestera u prisustvu zraka (kisika) i vlage. Taj se proces ubrzava ultraljubičastom svjetlošću. Tokom procesa zadnjične obrade, hidro peroksidi su izvor kisikovih radikala, koji su izvor oksidacijske razgradnje. Uništavanje hidro peroksida mora se dogoditi prije prve termičke obrade ili tijekom plastifikacije i može se potpomoći odgovarajućim aditivima poput antioksidanata.

Uzimajući u obzir gore spomenute hemijske nedostatke i nečistoće, u toku je izmjena sljedećih karakteristika polimera tokom svakog ciklusa recikliranja, koje se mogu otkriti kemijskom i fizikalnom laboratorijskom analizom.

Posebno:

• Povećanje COOH krajnjih grupa
• Povećanje broja boja b
• Povećanje izmaglice (prozirni proizvodi)
• Povećanje sadržaja oligomera
• Smanjenje filtrabilnosti
• Povećanje sadržaja nus-proizvoda kao što je acetaldehid, formaldehid
• Povećanje stranih kontaminanata koji se mogu izdvojiti
• Smanjenje boje L
• Smanjenje vrijednosti svojstvena viskoznost ili dinamička viskoznost
• Smanjenje temperature kristalizacije i povećanje brzine kristalizacije
• Smanjenje mehaničkih svojstava poput vlačne čvrstoće, istezanja pri lomu ili modul elastičnosti
• Proširenje distribucije molekularne težine

Recikliranje PET boca u međuvremenu je industrijski standardni postupak koji nudi široka paleta inženjerskih kompanija.

Primjeri za obradu recikliranog poliestera

Procesi recikliranja s poliesterom gotovo su jednako raznoliki kao i postupci proizvodnje na bazi primarnih peleta ili taline. Ovisno o čistoći recikliranih materijala, poliester se danas može koristiti u većini proizvodnih procesa poliestera kao mješavina s neobremenjenim polimerom ili sve više kao 100% reciklirani polimer. Neke iznimke poput BOPET-filma male debljine, posebne primjene poput optičkog filma ili prediva FDY-predenjem na> 6000 m / min, mikrofilamenti i mikro-vlakna proizvode se samo od djevičanskog poliestera.

Jednostavno ponovno peletiziranje bočica

Ovaj se postupak sastoji od pretvaranja otpada iz boca u pahuljice, sušenjem i kristalizacijom pahuljica, plastificiranjem i filtriranjem, kao i peletiranjem. Proizvod je amorfni re-granulat unutrašnje viskoznosti u rasponu od 0.55–0.7 dℓ / g, ovisno o tome kako je izvršeno potpuno sušenje PET pahuljica.

Posebna karakteristika su: acetaldehid i oligomeri nalaze se u peletima na nižem nivou; viskoznost se nekako smanjuje, peleti su amorfni i moraju se kristalizirati i sušiti prije daljnje obrade.

Obrada za:

• A-PET film za termoformiranje
• Dodatak proizvodnji PET virginica
• BoPET ambalažni film
• PET boca smola od strane SSP-a
• Prediva za tepihe
• Tehnička plastika
• Filamenti
• Netkani
• Pakovanje traka
• Staple fiber.

Odabrati način ponovnog peletiziranja znači imati dodatni postupak pretvorbe koji je, s jedne strane, energetski zahtjevan i troškovan, te uzrokuje toplotnu razaranje. S druge strane, korak granuliranja pruža sljedeće prednosti:

• Intenzivna filtracija taline
• Srednja kontrola kvaliteta
• Modifikacija dodacima
• Odabir i odvajanje proizvoda po kvaliteti
• Povećana fleksibilnost obrade
• Ujednačavanje kvaliteta.

Proizvodnja PET peleta ili pahuljica za boce (boca do boca) i A-PET

Ovaj postupak je u principu sličan onome gore opisanom; međutim, proizvedene pelete se direktno (kontinuirano ili diskontinuirano) kristaliziraju, a zatim podvrgavaju čvrstoj polikondenzaciji (SSP) u sušari ili reaktoru s vertikalnom cijevi. Tijekom ovog koraka obrade, odgovarajuća unutarnja viskoznost od 0.80–0.085 dℓ / g ponovo se obnavlja i istovremeno se sadržaj acetaldehida smanjuje na <1 ppm.

Činjenica da neki proizvođači strojeva i proizvođači linija u Europi i SAD-u ulažu napore kako bi ponudili neovisne procese recikliranja, npr. Takozvani postupak "boca-boca" (B-2-B), poput BePET, Starlings, URRC ili BÜHLER, ima za cilj općenito pružanje dokaza o „postojanju“ potrebnih ostataka ekstrakcije i uklanjanja modelnih onečišćenja prema FDA primjenom takozvanog izazivačkog testa, koji je neophodan za primjenu tretiranog poliestera u prehrambeni sektor. Pored ovog odobrenja procesa, neophodno je da bilo koji korisnik takvih postupaka mora neprestano provjeravati FDA ograničenja za sirovine koje je sam proizveo za svoj postupak.

Izravna pretvorba tikvica u boci

Kako bi se uštedjeli troškovi, sve veći broj internetskih proizvođača poliestera poput mlina za predenje, remenica ili mlinova od lijevanog filma rade na izravnoj upotrebi PET pahuljica, od obrade iskorištenih boca, s ciljem proizvodnje sve većeg broj poliesterskih intermedijara. Za podešavanje potrebne viskoznosti, osim efikasnog sušenja pahuljica, moguće je i rekonstruiranje viskoznosti kroz polikondenzacija u fazi taljenja ili u čvrstom stanju pokondenzacije pahuljica. Najnoviji postupci pretvaranja PET pahuljica primjenjuju se dvostrukim vijcima, višestrukim vijcima ili multi-rotacijskim sistemima i slučajnim vakuumskim odmaštavanjem kako bi se uklonila vlaga i izbjeglo prethodno sušenje pahuljica. Ovi postupci omogućavaju pretvaranje neosušenih PET pahuljica bez značajnog smanjenja viskoznosti uzrokovanog hidrolizom.

Kada se radi o potrošnji pahuljica od PET boca, glavni dio od oko 70% pretvara se u vlakna i vlakna. Kada se izravno koriste sekundarni materijali poput pahuljica u boci u procesima predenja, potrebno je dobiti nekoliko principa obrade.

Postupci brzog predenja za proizvodnju POY-a obično trebaju viskoznost od 0.62–0.64 dℓ / g. Počevši od ljuskica flaša, viskozitet se može podesiti stepenom sušenja. Dodatna upotreba TiO₂ je neophodno za punu dosadnu ili polu-dosadnu pređu. Da bi se zaštitili spinnereti, u svakom slučaju potrebna je efikasna filtracija taline. Zasad je količina POY izrađena od 100% recikliranog poliestera prilično mala, jer za taj postupak je potrebna velika čistoća taljenja koja se vrti. Najčešće se koristi mješavina netaknutih i recikliranih peleta.

Obična vlakna se vrte u unutarnjem opsegu viskoznosti koji leži nešto niže i trebao bi biti između 0.58 i 0.62 dℓ / g. I u ovom se slučaju potrebna viskoznost može podešavati sušenjem ili podešavanjem vakuuma u slučaju ekstruzije vakuumom. Za podešavanje viskoznosti, dodatak je modifikator dužine lanca etilen glikol or dietilen glikol takođe se mogu koristiti.

Predenje netkanih materijala - u polju finog titra za tekstilne aplikacije, kao i teški predenje netkani kao osnovni materijali, npr. Za krovne pokrivače ili cestogradnju - može se proizvesti tako da se pahuljice za flaširanje okreću. Viskoznost centrifuge je opet u opsegu od 0.58–0.65 dℓ / g.

Jedno polje sve većeg interesovanja za recikliranje materijala je izrada ambalažnih traka visoke čvrstoće i monofilamenata. U oba slučaja inicijalna sirovina je uglavnom reciklirani materijal veće unutarnje viskoznosti. Trake za pakovanje visoke čvrstoće i monofilamenti zatim se izrađuju u postupku predenja u talini.

Recikliranje monomera

Polietilen tereftalat se može depolimerizirati da bi se dobili sastavni monomeri. Nakon pročišćavanja, monomeri se mogu koristiti za proizvodnju novog polietilen tereftalata. Esterske veze u polietilen tereftalatima mogu se cepati hidrolizom ili transfeterifikacijom. Reakcije su jednostavno obrnute od korištenih u proizvodnji.

Djelomična glikoliza

Djelomična glikoliza (transeterifikacija s etilen glikolom) pretvara kruti polimer u kratkolančane oligomere koji se mogu rastopiti na niskoj temperaturi. Nakon oslobađanja nečistoće, oligomeri se mogu vratiti u proces proizvodnje za polimerizaciju.

Zadatak se sastoji u hranjenju 10-25% pahuljica boca uz zadržavanje kvalitete peleta boca koje se proizvode na liniji. Ovaj cilj se rješava degradacijom ljuskica boce PET-a - već tokom prve plastifikacije, koja se može izvesti u jednom ili više-vijčanom ekstruderu - do intrinzične viskoznosti od oko 0.30 dℓ / g dodavanjem malih količina etilen glikola i podvrgavanjem struje taline niske viskoznosti efikasnoj filtraciji neposredno nakon plastifikacije. Nadalje, temperatura se dovodi do najniže moguće granice. Pored toga, s ovim načinom obrade, moguća je kemijska razgradnja hidro peroksida dodavanjem odgovarajućeg P-stabilizatora direktno prilikom plastificiranja. Uništavanje hidro-peroksidnih skupina se, s ostalim procesima, već provodi tijekom posljednjeg koraka obrade ljuskica, na primjer dodavanjem H₃PO₃. Djelomično glikolizirani i fino filtrirani reciklirani materijal kontinuirano se dovodi u reaktor za esterifikaciju ili predpolikondenzaciju, a količine doziranja sirovina prilagođavaju se u skladu s tim.

Totalna glikoliza, metanoliza i hidroliza

Tretman poliesterskog otpada totalnom glikolizom do potpunog pretvaranja poliestera u bis (2-hidroksietil) tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂). Ovaj spoj se pročišćava vakuumskom destilacijom i jedan je od intermedijara koji se koriste u proizvodnji poliestera. Uključena reakcija je sljedeća:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n HOCH₂CH₂OH → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂

Ova ruta recikliranja izvedena je u Japanu kao industrijska proizvodnja kao eksperimentalna proizvodnja.

Slično ukupnoj glikolizi, metanoliza pretvara poliester u dimetil tereftalat, koja se može filtrirati i destilirati vakuumom:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n CH₃OH → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

Metanoliza se danas retko provodi u industriji jer se proizvodnja poliestera na bazi dimetil tereftalata silno smanjila, a mnogi proizvođači dimetil tereftalata su nestali.

Kao i gore, polietilen tereftalat se može hidrolizovati u tereftalnu kiselinu i etilen glikol pod visokom temperaturom i pritiskom. Dobivena sirova tereftalna kiselina može se pročistiti rekristalizacija da se dobije materijal pogodan za ponovnu polimerizaciju:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n HOCH₂CH₂OH

Čini se da ova metoda još nije komercijalizirana.