ANIMAL DE COMPANIE

Polietilen tereftalat (uneori scris poli (etilen tereftalat)), prescurtată în mod uzual ANIMAL DE COMPANIE, pete, sau PETP-ul învechit sau PET-P, este cel mai frecvent termoplastic polimer rășină din poliester de familie și este utilizat în fibre pentru îmbrăcăminte, containere pentru lichide și alimente, termoformare pentru fabricație și în combinație cu fibre de sticlă pentru rășini de inginerie.

De asemenea, se poate face referire la numele de marcă Dacron; in Marea Britanie, Terilenă; sau, în Rusia și fosta Uniune Sovietică, Lavsan.

Majoritatea producției mondiale de PET este pentru fibre sintetice (peste 60%), producția de sticle reprezentând aproximativ 30% din cererea mondială. În contextul aplicațiilor textile, PET este menționat prin denumirea sa comună, poliester, în timp ce acronimul ANIMAL DE COMPANIE este utilizat în general în raport cu ambalajele. Poliesterul reprezintă aproximativ 18% din producția mondială de polimeri și este al patrulea cel mai produs polimer; polietilenă(PICIOR), polipropilenă (PP) și clorura de polivinil (PVC) sunt primul, al doilea și respectiv al treilea.

PET este format din polimerizat unități ale monomerului etilen tereftalat, cu repetare (C₁₀H₈O₄) unități. PET-ul este de obicei reciclat și are numărul 1 ca simbol al reciclării sale.

În funcție de procesarea și istoricul său termic, polietilen tereftalatul poate exista atât ca amorf (transparent) cât și ca polimer semicristalin. Materialul semicristalin poate părea transparent (dimensiunea particulelor <500 nm) sau opac și alb (dimensiunea particulelor până la câțiva micrometri) în funcție de structura sa cristalină și dimensiunea particulelor. Monomerul său bis (2-hidroxietil) tereftalat poate fi sintetizat de către esterificare reacție între acid tereftalic și etilen glicol cu apa ca produs secundar sau prin transesterificare reacție între etilen glicol și tereftalat de dimetil cu metanol ca produs secundar. Polimerizarea se face prin a policondensare reacția monomerilor (efectuată imediat după esterificare / transesterificare) cu apa ca produs secundar.

Alte denumiri
Numele IUPAC Poly (etil benzen-1,4-dicarboxilat)
Identificatorii
Numărul CAS	25038-59-9
Abrevieri	PET, PETE
Proprietăţi
Formula chimică	(C10H8O4)n
Masă molară	variabil
Densitate	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorf: 1.370 g / cm3, un singur cristal: 1.455 g / cm3
Punct de topire	> 250 ° C, 260 ° C
Punct de fierbere	> 350 ° C (se descompune)
Solubilitate in apa	practic insolubil
Conductivitate termică	0.15 până la 0.24 W m-1 K-1
Indicele de refracție(nD)	1.57-1.58, 1.5750
termochimie
Specific capacitatea de căldură (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Compuși înrudiți
Legate de Monomerii	Acidul tereftalic Etilen glicol
Cu excepția cazurilor în care se menționează altfel, datele sunt furnizate pentru materialele din ele stare standard (la 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

Utilizeaza

Deoarece PET-ul este un material excelent de barieră pentru apă și umiditate, sticlele din plastic fabricate din PET sunt utilizate pe scară largă pentru băuturile răcoritoare (vezi carbonatarea). Pentru anumite sticle speciale, cum ar fi cele desemnate pentru reținerea berii, PET-ul sandvișează un strat suplimentar de alcool polivinilic (PVOH) pentru a reduce și mai mult permeabilitatea la oxigen.

PET-ul orientat biaxial pelicula (adesea cunoscută sub una dintre denumirile sale comerciale, „Mylar”) poate fi aluminizată prin evaporarea unei pelicule subțiri de metal pe ea pentru a-i reduce permeabilitatea și pentru a o face reflexivă și opacă (MPET). Aceste proprietăți sunt utile în multe aplicații, inclusiv în alimente flexibile ambalaje și izolație termică. Vedea: "pături spațiale„. Datorită rezistenței sale mecanice ridicate, filmul PET este adesea utilizat în aplicații de bandă, cum ar fi suportul pentru banda magnetică sau suportul pentru benzile adezive sensibile la presiune.

Foaia PET neorientată poate fi termoformare pentru a face tăvi de ambalare și blister. Dacă se utilizează PET cristalizabil, tăvile pot fi utilizate pentru cinele înghețate, deoarece rezistă atât la temperaturi de congelare cât și la temperatura de coacere a cuptorului. Spre deosebire de PET-ul amorf, care este transparent, PET cristalizat sau CPET tinde să fie de culoare neagră.

Când este umplut cu particule de sticlă sau fibre, devine semnificativ mai rigid și mai durabil.

PET-ul este de asemenea utilizat ca substrat în celulele solare cu film subțire.

Terylene este, de asemenea, împărțit în vârfuri de frânghie pentru a preveni uzura pe frânghii pe măsură ce trec prin tavan.

Istorie

PET a fost brevetat în 1941 de John Rex Whinfield, James Tennant Dickson și de angajatorul lor Calico Printers 'Association din Manchester, Anglia. EI DuPont de Nemours din Delaware, SUA, a folosit marca Mylar pentru prima dată în iunie 1951 și a primit înregistrarea acesteia în 1952. Este în continuare cel mai cunoscut nume folosit pentru filmul din poliester. Actualul proprietar al mărcii comerciale este DuPont Teijin Films US, un parteneriat cu o companie japoneză.

În Uniunea Sovietică, PET a fost fabricat pentru prima dată în laboratoarele Institutului de compuși moleculari înalți ai Academiei de Științe a URSS, iar numele său „Lavsan” este un acronim al acestuia (laборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

Sticla PET a fost patentată în 1973 de Nathaniel Wyeth.

Proprietăți fizice

PET-ul în stare naturală este o rășină incoloră, semi-cristalină. Pe baza modului în care este procesat, PET-ul poate fi semi-rigid până la rigid și este foarte ușor. Face o barieră bună împotriva gazului și a umezelii echitabile, precum și o bună barieră împotriva alcoolului (necesită tratament suplimentar „barieră”) și solvenți. Este puternic și rezistent la impact. PET-ul devine alb atunci când este expus la cloroform și, de asemenea, la alte substanțe chimice, cum ar fi toluenul.

Aproximativ 60% cristalizare este limita superioară a produselor comerciale, cu excepția fibrelor de poliester. Produsele clare pot fi produse prin răcirea rapidă a polimerului topit sub T_g temperatura de tranziție a sticlei pentru a forma un solid amorf. La fel ca sticla, PET-ul amorf se formează atunci când moleculelor sale nu li se acordă suficient timp pentru a se aranja în mod ordonat, cristalin, pe măsură ce topitura este răcită. La temperatura camerei, moleculele sunt înghețate la locul lor, dar, dacă suficientă energie termică este readusă în ele prin încălzirea peste T_g, încep să se miște din nou, permițând cristalinelor să se nucleeze și să crească. Această procedură este cunoscută sub denumirea de cristalizare în stare solidă.

Când se lasă să se răcească încet, polimerul topit formează un material mai cristalin. Acest material are sferulite continand multe mici cristalitelor când s-a cristalizat dintr-un solid amorf, în loc să formeze un singur cristal mare. Lumina tinde să se împrăștie pe măsură ce trece granițele dintre cristalite și regiunile amorfe dintre ele. Această împrăștiere înseamnă că PET-ul cristalin este opac și alb în majoritatea cazurilor. Desenul cu fibre este printre puținele procese industriale care produc un produs aproape monocristal.

Vâscozitate intrinsecă

Una dintre cele mai importante caracteristici ale PET este denumită vâscozitate intrinsecă (IV).

Vâscozitatea intrinsecă a materialului, găsită prin extrapolarea la zero a concentrației de viscozitate relativă la concentrație, care este măsurată în decilitri per gram (dℓ / g). Viscozitatea intrinsecă este dependentă de lungimea lanțurilor sale polimerice, dar nu are unități din cauza extrapolării la concentrație zero. Cu cât lanțurile de polimeri sunt mai lungi, cu atât mai multe îmbinări între lanțuri și, prin urmare, o vâscozitate este mai mare. Lungimea medie a lanțului unui anumit lot de rășină poate fi controlată în timpul policondensare.

Gama de viscozitate intrinsecă a PET-ului:

Fibră de calitate

0.40–0.70 textile

0.72–0.98 Cablu tehnic, pentru anvelope

Grad de film

0.60-0.70 BOPET (film PET orientat biaxial)

0.70–1.00 Foaie pentru termoformare

Grad de sticlă

0.70–0.78 Sticle de apă (plate)

0.78–0.85 Grad de băuturi răcoritoare carbogazoase

Monofilament, plastic pentru inginerie

1.00-2.00

Uscare

PET este higroscopice, ceea ce înseamnă că absoarbe apa din împrejurimile sale. Cu toate acestea, atunci când acest PET „umed” este apoi încălzit, apa hidrolizează PET-ul, scăzându-și rezistența. Astfel, înainte ca rășina să poată fi prelucrată într-o mașină de turnare, aceasta trebuie uscată. Uscarea se realizează prin utilizarea a desicant sau uscătoare înainte ca PET-ul să fie introdus în echipamentul de procesare.

În interiorul uscătorului, aerul fierbinte și uscat este pompat în fundul buncărului care conține rășina, astfel încât să curgă prin pelete, îndepărtând umezeala pe drum. Aerul umed fierbinte părăsește vârful buncărului și este trecut mai întâi printr-un post-răcitor, deoarece este mai ușor să îndepărtați umezeala din aerul rece decât aerul fierbinte. Aerul umed rece rezultat este apoi trecut printr-un pat de desicant. În cele din urmă, aerul uscat și răcoros care iese din patul desicant este reîncălzit într-un încălzitor de proces și trimis înapoi prin aceleași procese într-o buclă închisă. De obicei, nivelurile de umiditate reziduală din rășină trebuie să fie mai mici de 50 de părți pe milion (părți de apă per milion de părți de rășină, în greutate) înainte de procesare. Timpul de ședere al uscătorului nu trebuie să fie mai scurt de aproximativ patru ore. Acest lucru se datorează faptului că uscarea materialului în mai puțin de 4 ore ar necesita o temperatură peste 160 ° C, la ce nivel hidroliză ar începe în interiorul peleților înainte de a putea fi uscați.

PET-ul poate fi, de asemenea, uscat în uscătoare de rășină cu aer comprimat. Uscătoarele de aer comprimat nu reutilizează aerul uscat. Aerul comprimat uscat, încălzit este circulat prin peletele PET ca în uscătorul cu desecant, apoi este eliberat în atmosferă.

copolimeri

Pe lângă pur (homopolimer) PET, PET modificat de copolimerizare este de asemenea disponibil.

În unele cazuri, proprietățile modificate ale copolimerului sunt mai de dorit pentru o anumită aplicație. De exemplu, ciclohexan dimetanol (CHDM) poate fi adăugat la coloana vertebrală a polimerului în locul etilen glicol. Deoarece acest bloc este mult mai mare (6 atomi de carbon suplimentari) decât unitatea de etilen glicol pe care o înlocuiește, nu se potrivește cu lanțurile vecine așa cum ar face o unitate de etilen glicol. Acest lucru interferează cu cristalizarea și scade temperatura de topire a polimerului. În general, astfel de PET este cunoscut sub numele de PETG sau PET-G (polietilen tereftalat glicol modificat; Eastman Chemical, SK Chemicals și Artenius Italia sunt unii producători de PETG). PETG este un termoplastic amorf clar care poate fi turnat prin injecție sau extrudat pe tablă. Poate fi colorat în timpul prelucrării.

Un alt modificator comun este acidul izoftalic, înlocuind o parte din 1,4- (para-) legat tereftalat unități. Cei 1,2- (orto-) sau 1,3- (meta-) legătura produce un unghi în lanț, care de asemenea perturbă cristalinitatea.

Astfel de copolimeri sunt avantajoși pentru anumite aplicații de turnare, cum ar fi termoformare, care este utilizat, de exemplu, pentru a realiza ambalaje cu tavă sau blister din film co-PET, sau coală PET amorfă (A-PET) sau foaie PETG. Pe de altă parte, cristalizarea este importantă în alte aplicații unde stabilitatea mecanică și dimensională sunt importante, cum ar fi centurile de siguranță. În cazul sticlelor PET, se utilizează cantități mici de acid izofatic, CHDM, dietilenglicol (DEG) sau alți comonomeri pot fi utili: dacă se folosesc doar cantități mici de comonomeri, cristalizarea este încetinită, dar nu este împiedicată în întregime. Drept urmare, sticlele pot fi obținute prin intermediul modelare prin suflare („SBM”), care sunt atât de clare, cât și suficient de cristaline pentru a fi o barieră adecvată împotriva aromelor și chiar a gazelor, cum ar fi dioxidul de carbon din băuturile carbogazoase.

producere

Este produs din polietilen tereftalat etilen glicol și tereftalat de dimetil (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) Sau acid tereftalic.

Primul este un transesterificare reacție, în timp ce acesta din urmă este un esterificare reacție.

Procesul de tereftalat de dimetil

In tereftalat de dimetil proces, acest compus și excesul de etilen glicol reacționează în topitură la 150-200 ° C cu o catalizator de bază. metanol (CH₃OH) este îndepărtat prin distilare pentru a conduce reacția înainte. Excesul de etilen glicol este eliminat prin distilare la temperatură mai ridicată cu ajutorul vidului. A doua etapă de transesterificare se desfășoară la 270-280 ° C, cu distilarea continuă a etilenglicolului, de asemenea.

Reacțiile sunt idealizate după cum urmează:

Primul pas

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

Al doilea pas

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n ÎNALT₂CH₂OH

Procesul acidului tereftal

În acid tereftalic proces, esterificarea etilenglicolului și a acidului tereftalic se efectuează direct la presiune moderată (2.7-5.5 bar) și temperatură ridicată (220-260 ° C). Apa este eliminată în reacție și, de asemenea, este îndepărtată continuu prin distilare:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n ÎNALT₂CH₂OH → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

degradare

PET-ul este supus diferitelor tipuri de degradări în timpul procesării. Principalele degradări care pot apărea sunt oxidarea termică hidrolitică și, probabil, cea mai importantă. Când PET se degradează, se întâmplă mai multe lucruri: decolorare, lanț scindări rezultând o greutate moleculară redusă, formarea de acetaldehidă, și legături încrucișate (Formarea „gel” sau „ochi de pește”). Decolorarea se datorează formării diferitelor sisteme cromoforice în urma tratamentului termic prelungit la temperaturi ridicate. Aceasta devine o problemă atunci când cerințele optice ale polimerului sunt foarte mari, cum ar fi în aplicațiile de ambalare. Degradarea termică și termooxidativă are ca rezultat caracteristici slabe de procesabilitate și performanță a materialului.

O modalitate de a atenua acest lucru este utilizarea unei copolimer. Comonomeri precum CHDM sau acidul izoftalic scade temperatura de topire și reduce gradul de cristalinitate al PET-ului (important mai ales atunci când materialul este utilizat pentru fabricarea sticlelor). Astfel, rășina poate fi formată plastic la temperaturi mai scăzute și / sau cu forță mai mică. Acest lucru ajută la prevenirea degradării, reducând conținutul de acetaldehidă al produsului finit la un nivel acceptabil (adică neobservabil). Vedea copolimeri, de mai sus. Un alt mod de a îmbunătăți stabilitatea polimerului este de a utiliza stabilizatori, în principal antioxidanți, cum ar fi fosfiți. Recent, a fost luată în considerare și stabilizarea la nivel molecular a materialului folosind substanțe chimice nanostructurate.

Acetaldehida

Acetaldehida este o substanță incoloră, volatilă, cu miros de fructe. Deși se formează în mod natural în unele fructe, poate provoca un gust în apă îmbuteliată. Acetaldehida se formează prin degradarea PET-ului prin manipularea greșită a materialului. Temperaturile ridicate (PET se descompune peste 300 ° C sau 570 ° F), presiunile ridicate, vitezele extruderului (debitul excesiv de forfecare crește temperatura) și timpul lung de ședere în butoi contribuie la producerea de acetaldehidă. Când se produce acetaldehidă, o parte din aceasta rămâne dizolvată în pereții unui recipient și apoi difuz în produsul depozitat în interior, modificând gustul și aroma. Aceasta nu este o astfel de problemă pentru consumabile (cum ar fi șampon), pentru sucurile de fructe (care conțin deja acetaldehidă) sau pentru băuturile cu gust puternic, precum băuturile răcoritoare. Cu toate acestea, pentru apa îmbuteliată, conținutul scăzut de acetaldehidă este destul de important, deoarece, dacă nimic nu maschează aroma, chiar și concentrații extrem de reduse (10-20 părți la un miliard de apă) de acetaldehidă pot produce un gust lipsit de gust.

Antimoniu

Antimoniu (Sb) este un element metaloid care este utilizat ca catalizator sub formă de compuși cum ar fi trioxid de antimoniu (Sb₂O₃) sau triacetat de antimoniu în producția de PET. După fabricare, o suprafață detectabilă de antimoniu poate fi găsită pe suprafața produsului. Acest reziduu poate fi îndepărtat cu spălarea. Antimoniul rămâne, de asemenea, în materialul în sine și, prin urmare, poate migra în alimente și băuturi. Expunerea PET la fierbere sau microunde poate crește semnificativ nivelul de antimoniu, posibil peste nivelul maxim de contaminare USEPA. Limita de apă potabilă evaluată de OMS este de 20 de părți pe miliard (OMS, 2003), iar limita de apă potabilă din SUA este de 6 părți pe miliard. Deși trioxidul de antimoniu are o toxicitate scăzută atunci când este luat pe cale orală, prezența sa este încă îngrijorătoare. Elvețianul Oficiul Federal de Sănătate Publică a investigat cantitatea de migrație a antimoniului, comparând apele îmbuteliate în PET și sticlă: concentrațiile de antimoniu ale apei din sticlele PET au fost mai mari, dar încă mult sub concentrația maximă permisă. Oficiul Federal Elvețian de Sănătate Publică a concluzionat că cantități mici de antimoni migrează din PET în apă îmbuteliată, dar că riscul pentru sănătate al concentrațiilor scăzute rezultate este neglijabil (1% din „aport zilnic tolerabil”Determinat de OMS). Un studiu ulterior (2006), dar mai larg mediatizat, a găsit cantități similare de antimoniu în apă în sticlele PET. OMS a publicat o evaluare a riscului pentru antimoniul din apa potabilă.

Concentratele de suc de fructe (pentru care nu sunt stabilite linii directoare), totuși, care au fost produse și îmbuteliate în PET în Marea Britanie s-au dovedit a conține până la 44.7 µg / L de antimoniu, cu mult peste limitele UE pentru apă de la robinet de 5 µg / L.

biodegradarea

Nocardie poate degrada PET-ul cu o enzimă esterază.

Oamenii de știință japonezi au izolat o bacterie Ideonella sakaiensis care posedă două enzime care pot descompune PET-ul în bucăți mai mici pe care bacteria le poate digera. O colonie de I. sakaiensis poate dezintegra un film de plastic în aproximativ șase săptămâni.

Siguranţă

Comentariu publicat în Environmental Health Perspectives în aprilie 2010 a sugerat că PET-ul ar putea produce perturbatori endocrini în condiții de utilizare comună și cercetări recomandate pe acest subiect. Mecanismele propuse includ scurgerea ftalați precum și scurgerea din antimoniu. Articol publicat în Jurnalul de monitorizare a mediului în aprilie 2012 concluzionează că concentrația de antimoniu în apă deionizată depozitat în sticle PET rămâne în limita acceptabilă a UE, chiar dacă este depozitat scurt la temperaturi de până la 60 ° C (140 ° F), în timp ce conținutul îmbuteliat (apă sau băuturi răcoritoare) poate depăși ocazional limita UE după mai puțin de un an de depozitare în cameră temperatura.

Echipamente de prelucrare a sticlelor

Există două metode de turnare de bază pentru sticle PET, cu un pas și în două etape. În modelarea în doi pași, se folosesc două mașini separate. Prima injecție a mașinii modelează preforma, care seamănă cu o epruvetă, cu filetele capacului sticlei deja modelate pe loc. Corpul tubului este semnificativ mai gros, deoarece va fi umflat în forma sa finală în a doua etapă folosind modelare prin suflare.

În a doua etapă, preformele sunt încălzite rapid și apoi umflate pe o matriță din două părți pentru a le forma în forma finală a sticlei. Preformele (sticle neinflate) sunt acum utilizate și ca recipiente robuste și unice; Pe lângă bomboanele inedite, unele capitole ale Crucii Roșii le distribuie ca parte a programului Vial of Life proprietarilor de case pentru a stoca istoricul medical pentru respondenții de urgență. O altă utilizare din ce în ce mai frecventă pentru preforme sunt containerele din activitatea de geocaching în aer liber.

La mașinile cu un singur pas, întregul proces de la materia primă la containerul final este realizat într-o singură mașină, ceea ce îl face în special adecvat pentru modelarea unor forme non-standard (modelare personalizată), inclusiv borcane, ovale plate, forme de balon etc. Meritul său cel mai mare este reducerea spațiului, manevrarea produselor și a energiei și o calitate vizuală mult mai mare decât poate fi obținută de sistemul în două etape.

Industria de reciclare a poliesterului

În anul 2016, sa estimat că 56 de milioane de tone de PET sunt produse în fiecare an.

În timp ce majoritatea termoplastelor pot fi, în principiu, reciclate, Reciclarea sticlelor PET este mai practic decât multe alte aplicații din plastic, datorită valorii ridicate a rășinii și a utilizării aproape exclusive a PET-ului pentru apa folosită pe scară largă și îmbutelierea carbogazoasă racoritoare. PET are o cod de identificare rășină din 1. Utilizările principale pentru PET-ul reciclat sunt poliesterul fibră, strapping și containere nealimentare.

Din cauza reciclabilității PET și a abundenței relative a deșeuri post-consumatoare sub formă de sticle, PET câștigă rapid cota de piață ca fibră de covor. Mohawk Industries a lansat everSTRAND în 1999, o fibră PET de 100% conținut reciclat post-consumator. Din acel moment, peste 17 miliarde de sticle au fost reciclate în fibra de covor. Pharr Yarns, furnizor pentru numeroși producători de covoare, inclusiv Looptex, Dobbs Mills și Berkshire Floor, produce o fibră de covor PET BCF (filament continuu în vrac) care conține minimum 25% conținut reciclat după consum.

PET-ul, la fel ca în cazul multor materiale plastice, este, de asemenea, un candidat excelent pentru eliminarea termică (incinerare), deoarece este compus din carbon, hidrogen și oxigen, cu doar urme de elemente de catalizator (dar fără sulf). PET are conținutul energetic al cărbunelui moale.

Atunci când reciclați polietilen tereftalat sau PET sau poliester, în general, trebuie diferențiate două moduri:

1. Reciclarea chimică a revenit la materiile prime inițiale purificate acid tereftalic (PTA) sau tereftalat de dimetil (DMT) și etilen glicol (EG) unde structura polimerului este distrusă complet, sau în procedee intermediare ca. bis (2-hidroxietil) tereftalat
2. Reciclarea mecanică unde proprietățile polimerului original sunt menținute sau reconstituite.

Reciclarea chimică a PET-ului va deveni eficientă din punct de vedere al costurilor, aplicând linii de reciclare de mare capacitate de peste 50,000 tone / an. Astfel de linii ar putea fi văzute, dacă nu există, în locurile de producție ale producătorilor mari de poliester. Mai multe încercări de amploare industrială de a crea astfel de instalații de reciclare a substanțelor chimice au fost făcute în trecut, dar fără succes răsunător. Nici măcar promițătorul reciclare chimică din Japonia nu a devenit până acum o descoperire industrială. Cele două motive sunt: ​​la început, dificultatea obținerii constantă și continuă a sticlelor de deșeuri într-o cantitate atât de mare într-un singur site și, în al doilea rând, creșterea constantă a prețurilor și volatilitatea prețurilor sticlelor colectate. Prețurile sticlelor balotate au crescut, de exemplu, între anii 2000 și 2008, de la aproximativ 50 Euro / tonă la peste 500 Euro / tonă în 2008.

Reciclarea mecanică sau circulația directă a PET în starea polimerică este funcționată astăzi în cele mai diverse variante. Aceste tipuri de procese sunt tipice industriei mici și mijlocii. Eficiența costurilor poate fi deja obținută cu capacitățile instalației în intervalul 5000–20,000 tone / an. În acest caz, astăzi sunt posibile aproape tot felul de feedback-uri cu materiale reciclate în circulația materialelor. Aceste procese diverse de reciclare sunt discutate în continuare în detaliu.

Pe lângă contaminanții chimici și degradare Produsele generate la prima prelucrare și utilizare, impuritățile mecanice reprezintă partea principală a amortizării calității impurităților din fluxul de reciclare. Materialele reciclate sunt introduse din ce în ce mai mult în procesele de fabricație, care au fost inițial concepute doar pentru materiale noi. Prin urmare, procesele eficiente de sortare, separare și curățare devin cele mai importante pentru poliesterul reciclat de înaltă calitate.

Când vorbim despre industria de reciclare a poliesterului, ne concentrăm în principal pe reciclarea sticlelor PET, care sunt între timp utilizate pentru toate tipurile de ambalaje lichide precum apa, băuturile răcoritoare carbogazoase, sucurile, berea, sosurile, detergenții, substanțele chimice de uz casnic etc. Sticlele sunt ușor de diferențiat datorită formei și consistenței și se separă de fluxurile de plastic reziduale, fie prin procese automate, fie prin sortare manuală. Industria de reciclare a poliesterului este alcătuită din trei secțiuni majore:

• Colectarea sticlelor PET și separarea deșeurilor: logistica deșeurilor
• Producerea fulgilor de sticlă curată: producerea fulgilor
• Conversia fulgilor PET în produse finale: prelucrarea fulgilor

Produsul intermediar din prima secțiune este deșeurile de sticlă balotate cu un conținut de PET mai mare de 90%. Cea mai comună formă de tranzacționare este balotul, dar, de asemenea, cărămizile brichetate sau chiar libere, pre-tăiate sunt comune pe piață. În a doua secțiune, sticlele colectate sunt transformate în fulgi de sticlă curată PET. Această etapă poate fi mai mult sau mai puțin complexă și complicată în funcție de calitatea finală necesară a fulgilor. În timpul celei de-a treia etape, fulgii de sticlă PET sunt prelucrați la orice fel de produse precum film, sticle, fibre, filamente, curele sau intermediari precum pelete pentru prelucrarea ulterioară și inginerie de materiale plastice.

Pe lângă această reciclare externă a sticlelor de poliester (post-consumator), există numeroase procese de reciclare internă (preconsumatoare), unde materialul polimer irosit nu iese de pe piața liberă și, în schimb, este reutilizat în același circuit de producție. În acest fel, deșeurile de fibre sunt reutilizate direct pentru a produce fibre, deșeurile preformelor sunt reutilizate direct pentru a produce preforme, iar deșeurile de film sunt reutilizate direct pentru a produce film.

Reciclarea sticlelor PET

Purificare și decontaminare

Succesul oricărui concept de reciclare este ascuns în eficiența purificării și decontaminării la locul potrivit în timpul prelucrării și în măsura necesară sau dorită.

În general, se aplică următoarele: Cu cât mai devreme în proces sunt eliminate substanțele străine și cu cât acest lucru este mai detaliat, cu atât procesul este mai eficient.

Înaltul Plastifiant temperatura PET în intervalul de 280 ° C (536 ° F) este motivul pentru care aproape toate impuritățile organice obișnuite, cum ar fi PVC, PLA, poliolefină, pulpe de lemn chimice și fibre de hârtie, acetat de polivinil, topiți adezivul, agenții de colorare, zahărul și proteină reziduurile sunt transformate în produse de degradare colorate care, la rândul lor, ar putea elibera în plus produse de degradare reactive. Apoi, numărul de defecte în lanțul polimeric crește considerabil. Distribuția mărimii particulelor de impurități este foarte largă, particulele mari de 60–1000 µm - care sunt vizibile cu ochiul liber și ușor de filtrat - reprezentând răul mai mic, deoarece suprafața lor totală este relativ mică și viteza de degradare este deci mai mică. Influența particulelor microscopice, care - deoarece sunt numeroase - măresc frecvența defectelor în polimer, este relativ mai mare.

Motto-ul „Ceea ce ochiul nu vede inima nu se poate întrista” este considerat a fi foarte important în multe procese de reciclare. Prin urmare, pe lângă sortarea eficientă, îndepărtarea particulelor de impurități vizibile prin procese de filtrare în topitură joacă un rol special în acest caz.

În general, se poate spune că procesele de obținere a fulgilor de sticle PET din sticlele colectate sunt la fel de versatile, pe măsură ce diferitele fluxuri de deșeuri sunt diferite prin compoziție și calitate. Având în vedere tehnologia, nu există o singură modalitate de a o face. Între timp, există multe companii de inginerie care oferă fabrici și componente de producție de fulgi și este dificil să se decidă pentru una sau alta proiectare a instalației. Cu toate acestea, există procese care împărtășesc majoritatea acestor principii. În funcție de compoziție și de nivelul de impuritate al materialului de intrare, se aplică următoarele etape generale ale procesului.

1. Deschiderea balotelor, deschiderea brichetelor
2. Sortare și selecție pentru diferite culori, polimeri străini, în special PVC, materie străină, îndepărtarea filmului, hârtiei, sticlei, nisipului, solului, pietrelor și metalelor
3. Pre-spălare fără tăiere
4. Tăiere grosieră uscată sau combinată cu pre-spălare
5. Îndepărtarea pietrelor, sticlei și metalului
6. Cernerea aerului pentru a îndepărta filmul, hârtia și etichetele
7. Măcinat, uscat și / sau umed
8. Îndepărtarea polimerilor (cupe) cu densitate mică
9. Hot-spălare
10. Spălare caustică și gravură de suprafață, menținând vâscozitatea și decontaminarea intrinsecă
11. Clătirea
12. Clătire cu apă curată
13. Uscare
14. Cernerea aerului a fulgilor
15. Sortare automată a fulgilor
16. Circuitul apei și tehnologia de tratare a apei
17. Controlul calității fulgilor

Impurități și defecte materiale

Numărul posibilelor impurități și defecte materiale care se acumulează în materialul polimeric crește permanent - la prelucrare, precum și la utilizarea polimerilor - luând în considerare o durată de viață în creștere a serviciilor, creșterea aplicațiilor finale și reciclarea repetată. În ceea ce privește sticlele PET reciclate, defectele menționate pot fi sortate în următoarele grupuri:

1. Grupele OH-sau COOH-poliester reactive sunt transformate în grupe finale moarte sau non-reactive, de exemplu, formarea grupărilor de ester vinilic prin deshidratarea sau decarboxilarea acidului tereftalat, reacția grupărilor end OH sau COOH cu degradare mono-funcțională produse precum acizii mono-carbonici sau alcoolii. Rezultatele sunt scăderea reactivității în timpul re-policondensării sau re-SSP și lărgirea distribuției greutății moleculare.
2. Proporția grupului final se deplasează spre direcția grupelor de capăt COOH construite printr-o degradare termică și oxidativă. Rezultatele sunt scăderea reactivității și creșterea descompunerii autocatalitice acide în timpul tratamentului termic în prezența umidității.
3. Numărul de macromolecule polifuncționale crește. Acumularea de geluri și defecte de ramificare cu lanț lung.
4. Numărul, concentrația și varietatea substanțelor străine organice și anorganice care nu sunt identice cu polimer sunt în creștere. La fiecare noua tensiune termică, substanțele străine organice vor reacționa prin descompunere. Aceasta provoacă eliberarea de substanțe și substanțe colorante care susțin degradarea.
5. Grupurile de hidroxizi și peroxizi se acumulează la suprafața produselor din poliester, în prezența aerului (oxigen) și umidității. Acest proces este accelerat de lumina ultravioletă. În timpul unui proces de tratament ulterior, peroxizii hidro sunt o sursă de radicali de oxigen, care sunt sursa degradării oxidative. Distrugerea peroxidilor de hidro se întâmplă înainte de primul tratament termic sau în timpul plasticizării și poate fi susținută de aditivi adecvați precum antioxidanții.

Luând în considerare defectele și impuritățile chimice menționate mai sus, există o modificare continuă a următoarelor caracteristici de polimer în timpul fiecărui ciclu de reciclare, care pot fi detectate prin analize chimice și de laborator fizice.

În special:

• Creșterea grupurilor finale COOH
• Creșterea numărului de culori b
• Creșterea brumei (produse transparente)
• Creșterea conținutului de oligomer
• Reducerea filtrabilității
• Creșterea conținutului de subproduse precum acetaldehidă, formaldehidă
• Creșterea contaminanților străini extractibili
• Scăderea culorii L
• Diminuarea vâscozitate intrinsecă sau vâscozitate dinamică
• Scăderea temperaturii de cristalizare și creșterea vitezei de cristalizare
• Scăderea proprietăților mecanice precum rezistența la tracțiune, alungirea la rupere sau modul elastic
• Lărgirea distribuției greutății moleculare

Reciclarea sticlelor PET este între timp un proces industrial standard, care este oferit de o mare varietate de companii de inginerie.

Exemple de prelucrare pentru poliester reciclat

Procesele de reciclare cu poliester sunt aproape la fel de variate ca procesele de fabricație bazate pe pelete primare sau topitură. În funcție de puritatea materialelor reciclate, poliesterul poate fi utilizat astăzi în majoritatea proceselor de fabricație a poliesterului ca amestec cu polimer virgin sau din ce în ce mai mult ca polimer 100% reciclat. Unele excepții, cum ar fi filmul BOPET cu grosime redusă, aplicații speciale precum filmul optic sau firele prin filare FDY la> 6000 m / min, microfilamentele și microfibrele sunt produse numai din poliester virgin.

Re-peletizare simplă a fulgilor de sticlă

Acest proces constă în transformarea deșeurilor sticlelor în fulgi, prin uscarea și cristalizarea fulgilor, prin plastifierea și filtrarea, precum și prin peletizare. Produsul este un re-granulat amorf al unei vâscozități intrinseci în intervalul 0.55 d / g, în funcție de modul în care s-a făcut o pre-uscare completă a fulgilor PET.

Caracteristică specială sunt: ​​Acetaldehidă și oligomeri sunt conținute în pelete la nivel inferior; vâscozitatea este redusă cumva, peletele sunt amorfe și trebuie cristalizate și uscate înainte de prelucrare ulterioară.

Se procesează pentru:

• A-PET film pentru termoformare
• Adaos la producția de virgin PET
• BOPET film de ambalaj
• Flacon PET rășină de SSP
• Fire de covor
• Plastic plastic
• filamentele
• Non-țesute
• Dungile de ambalare
• Fibra de capsă.

Alegerea modului de re-peletizare înseamnă a avea un proces de conversie suplimentar, care este, pe de o parte, consumator de energie și consumator de costuri și provoacă distrugeri termice. Pe partea cealaltă, etapa de peletizare oferă următoarele avantaje:

• Filtrare intensivă în topitură
• Controlul calității intermediar
• Modificare prin aditivi
• Selectarea și separarea produsului după calitate
• Flexibilitatea procesării a crescut
• Uniformizarea calității.

Fabricarea de pelete sau fulgi PET pentru sticle (sticlă la sticlă) și A-PET

Acest proces este, în principiu, similar cu cel descris mai sus; cu toate acestea, peletele produse sunt cristalizate direct (continuu sau discontinuu) și apoi sunt supuse unei policondensări în stare solidă (SSP) într-un uscător de rotație sau într-un reactor cu tub vertical. În timpul acestei etape de procesare, viscozitatea intrinsecă corespunzătoare de 0.80-0.085 dℓ / g este reconstruită din nou și, în același timp, conținutul de acetaldehidă este redus la <1 ppm.

Faptul că unii producători de mașini și constructori de linii din Europa și SUA depun eforturi pentru a oferi procese de reciclare independente, de exemplu așa-numitul procedeu de la sticlă la sticlă (B-2-B), cum ar fi BePET, STARLINGER, URRC sau BÜHLER, urmărește să furnizeze în general dovada „existenței” reziduurilor de extracție necesare și a îndepărtării contaminanților model conform FDA aplicând așa-numitul test de provocare, care este necesar pentru aplicarea poliesterului tratat în sectorul alimentar. Pe lângă aprobarea acestui proces, este totuși necesar ca orice utilizator al unor astfel de procese să verifice în mod constant limitele FDA pentru materiile prime fabricate de el însuși pentru procesul său.

Conversia directă a fulgilor de sticlă

Pentru a economisi costuri, un număr din ce în ce mai mare de producători intermediari de poliester, cum ar fi fabricile de filare, fabricile de strapping sau fabricile de film turnat lucrează la utilizarea directă a fulgilor PET, de la tratarea sticlelor uzate, în vederea producerii unei creșteri în creștere numărul de intermediari poliesterici. Pentru reglarea vâscozității necesare, pe lângă o uscare eficientă a fulgilor, este posibil să se reconstituie și vâscozitatea prin policondensare în faza de topire sau policondensare în stare solidă a fulgilor. Ultimele procese de conversie a fulgilor PET sunt aplicarea unor extrudere cu două șuruburi, extrudere cu mai multe șuruburi sau sisteme cu mai multe rotații și degazarea în vid coincident pentru a îndepărta umiditatea și a evita uscarea prealabilă a fulgilor. Aceste procese permit conversia fulgilor de PET uscați fără o scădere substanțială a vâscozității cauzată de hidroliză.

În ceea ce privește consumul de fulgi de sticlă PET, porțiunea principală de aproximativ 70% este transformată în fibre și filamente. Când utilizați materiale secundare direct, cum ar fi fulgii de sticlă în procesele de filare, există câteva principii de prelucrare.

Procesele de filare de mare viteză pentru fabricarea POY au nevoie, în mod normal, de o vâscozitate de 0.62–0.64 d g / g. Pornind de la fulgii de flacon, vâscozitatea poate fi setată prin gradul de uscare. Utilizarea suplimentară a TiO₂ este necesar pentru fire plictisitoare sau plictisitoare. Pentru a proteja filetele, în orice caz este necesară o filtrare eficientă a topiturii. Deocamdată, cantitatea de POY din 100% poliester de reciclare este destul de mică, deoarece acest proces necesită o puritate ridicată de topire. De cele mai multe ori, se folosește un amestec de pelete virgine și reciclate.

Fibrele discontinue sunt rotite într-o gamă de vâscozitate intrinsecă, care este destul de mai mică și care ar trebui să se situeze între 0.58 și 0.62 d / g. De asemenea, în acest caz, vâscozitatea necesară poate fi reglată prin uscare sau reglare în vid în cazul extrudării vidului. Pentru reglarea vâscozității, totuși, se adaugă un modificator de lungime a lanțului etilen glicol or dietilenglicol poate fi de asemenea utilizat.

Filarea nețesută - în câmpul cu titlu fin pentru aplicații textile, precum și filarea grea nețesută ca materiale de bază, de exemplu pentru acoperișuri sau în construcții de drumuri - pot fi fabricate prin filarea sticlelor. Vâscozitatea de filare se situează din nou în intervalul 0.58-0.65 dℓ / g.

Un domeniu de interes din ce în ce mai mare în care sunt utilizate materiale reciclate este fabricarea de benzi de ambalaj de înaltă tenacitate și monofilamente. În ambele cazuri, materia primă inițială este un material în principal reciclat cu o vâscozitate intrinsecă mai mare. Benzile de ambalare de înaltă tenacitate, precum și monofilamentul sunt apoi fabricate în procesul de filare a topiturii.

Reciclarea la monomeri

Tereftalatul de polietilenă poate fi depolimerizat pentru a produce monomerii constituenți. După purificare, monomerii pot fi folosiți pentru prepararea noului polietilen tereftalat. Legăturile esterice din polietilen tereftalat pot fi clivate prin hidroliză sau prin transesterificare. Reacțiile sunt pur și simplu inversul celor utilizate in productie.

Glicoliză parțială

Glicoliza parțială (transesterificare cu etilenglicol) transformă polimerul rigid în oligomeri cu lanț scurt care pot fi filtrați la topitură la temperatură scăzută. Odată eliberați de impurități, oligomerii pot fi reluați în procesul de producție pentru polimerizare.

Sarcina constă în hrănirea fulgilor de flacon cu 10–25%, menținând calitatea peletelor din sticlă fabricate pe linie. Acest obiectiv este rezolvat prin degradarea fulgilor de sticlă PET - deja în timpul primei lor plastificări, care pot fi realizate într-un extruder cu o singură sau cu mai multe șuruburi - la o vâscozitate intrinsecă de aproximativ 0.30 dℓ / g adăugând cantități mici de etilen glicol și prin supunerea fluxului de topire cu vâscozitate scăzută la o filtrare eficientă imediat după plasticizare. În plus, temperatura este atinsă la cea mai mică limită posibilă. În plus, cu acest mod de prelucrare, este posibilă o descompunere chimică a peroxizilor hidrografici prin adăugarea unui stabilizator P corespunzător direct la plastifiere. Distrugerea grupărilor de peroxid de hidro se realizează, cu alte procese, în ultima etapă a tratamentului cu fulgi, de exemplu prin adăugarea de H₃PO₃. Materialul reciclat parțial glicolizat și filtrat fin este alimentat continuu în reactorul de esterificare sau prepolicondensare, cantitățile de dozare ale materiilor prime sunt ajustate în consecință.

Glicoliza totală, metanoliză și hidroliză

Tratarea deșeurilor de poliester prin glicoliză totală pentru a transforma complet poliesterul în bis (2-hidroxietil) tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂). Acest compus este purificat prin distilare în vid și este unul dintre intermediarii utilizați în fabricarea poliesterului. Reacția implicată este următoarea:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n ÎNALT₂CH₂OH → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂

Această rută de reciclare a fost executată pe scară industrială în Japonia ca producție experimentală.

Similar cu glicoliza totală, metanoliza transformă poliesterul în tereftalat de dimetil, care poate fi filtrat și distilat în vid:

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

Metanoliza este rar realizată în industrie astăzi, deoarece producția de poliester bazată pe dimetil-tereftalat s-a micșorat enorm și mulți producători de dimetil-tereftalat au dispărut.

La fel ca mai sus, polietilen tereftalatul poate fi hidrolizat în acid tereftalic și etilen glicol sub temperatură ridicată și presiune. Acidul tereftalic brut rezultat poate fi purificat prin recristalizare pentru a produce material adecvat pentru re-polimerizare:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n ÎNALT₂CH₂OH

Se pare că această metodă nu a fost comercializată încă.