LJUBIMAC

Polietilen tereftalat (ponekad se piše poli (etilen tereftalat)), obično skraćeno LJUBIMAC, pete, ili zastarjeli PETP ili PET-P, najčešći su termoplastika polimer smola poliester obitelj i koristi se u vlaknima za odjeću, spremnici za tekućine i hranu, termoformiranje za proizvodnju i u kombinaciji sa staklenim vlaknima za inženjerske smole.

Na to se može pozivati ​​i naziv robne marke Dakron; u Britaniji, Terylene; ili, u Rusiji i bivšem Sovjetskom Savezu, Lavsan.

Većina svjetske proizvodnje PET-a odnosi se na sintetička vlakna (veća od 60%), a proizvodnja boca čini oko 30% globalne potražnje. U kontekstu tekstilnih primjena, PET se naziva svojim zajedničkim nazivom, poliester, dok kratica LJUBIMAC se obično koristi u odnosu na ambalažu. Poliester čini oko 18% svjetske proizvodnje polimera i četvrti je po proizvodnji polimer; polietilen(NOGA), polipropilen (PP) i polivinil klorid (PVC) su prva, druga odnosno treća.

PET se sastoji od polimerizira jedinice monomera etilen tereftalata, s ponavljanjem (C₁₀H₈O₄) jedinice. PET se obično reciklira i ima njegov broj 1 kao njegov simbol recikliranja.

Ovisno o svojoj preradi i termičkoj povijesti, polietilen tereftalat može postojati i kao amorfni (prozirni) 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 mogu sintetizirati esteritikacija reakcija između tereftalna kiselina i Etilen glikol s vodom kao nusproduktom ili transesterifikacije reakcija između Etilen glikol i dimetil tereftalat s metanol kao nusprodukt. Polimerizacija se vrši putem polikondenzacija reakcija monomera (obavljena neposredno nakon esterifikacije / transesterifikacije) s vodom kao nusproduktom.

imena
IUPAC ime Poli (etil benzen-1,4-dikarboksilat)
identifikatori
CAS broj	25038-59-9
Kratice	LJUBIMAC, PETE
Nekretnine
Kemijska formula	(C10H8O4)n
Molekulska masa	varijabla
Gustoća	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorfan: 1.370 g / cm3, monokristal: 1.455 g / cm3
Talište	> 250 ° C, 260 ° C
Vrelište	> 350 ° C (raspada se)
Topivost u vodi	praktički netopiv
Toplinska vodljivost	0.15 do 0.24 W m-1 K-1
Indeks loma(nD)	1.57–1.58, 1.5750
Termokemija
Specifičan toplinski kapacitet (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Srodni spojevi
povezan monomeri	Tereftalna kiselina Etilen glikol
Osim ako je drugačije navedeno, podaci se daju i za njihove materijale standardno stanje (na 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

Koristi

Budući da je PET izvrstan materijal za zaštitu vode i vlage, plastične boce izrađene od PET-a široko se koriste za bezalkoholna pića (vidi karbonizaciju). Za određene specijalne boce, poput onih namijenjenih za zadržavanje piva, PET u sendvič stavlja dodatni sloj polivinil alkohola (PVOH) kako bi dodatno smanjio njegovu propusnost za kisik.

Dvoosno orijentirani 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 primjenama, uključujući fleksibilnu hranu pakiranje i toplinska izolacija. Vidi: “svemirske deke“. Zbog svoje visoke mehaničke čvrstoće, PET film se često koristi u trakama, poput nosača za magnetsku vrpcu ili podloge za ljepljive trake osjetljive na pritisak.

Neorijentirani PET list može biti Termički za izradu ladica za pakiranje i blister pakiranja. Ako se koristi PET koji se može kristalizirati, pladnjevi se mogu koristiti za smrznute večere, jer podnose temperaturu smrzavanja i pečenja. Za razliku od amorfnog PET-a, koji je proziran, PET ili CPET koji se kristalizira imaju tendenciju da budu crne boje.

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

PET se koristi i kao supstrat u tankoslojnim solarnim ćelijama.

Terilen je također spojen u vrhove zvonastih užeta kako bi se spriječilo trošenje užadi dok prolaze kroz strop.

Povijest

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 lipnju 1951. godine, a registraciju ga je dobio 1952. To je i dalje najpoznatije ime koje se koristi za poliesterski film. Trenutni vlasnik zaštitnog znaka je DuPont Teijin Films US, partnerstvo s japanskom tvrtkom.

U Sovjetskom Savezu PET je prvi put proizveden u laboratorijima Instituta za visoko-molekularne spojeve Akademije znanosti SSSR-a 1949. godine, a njegovo ime „Lavsan“ njegov je akronim (laboratorii Institut вizomokomolekularnyh сoedinenij Аkademii нauk SSSR).

PET bocu patentirao je 1973. Nathaniel Wyeth.

Fizička svojstva

PET je u svom prirodnom stanju bezbojna, polukristalna smola. Na temelju načina obrade, PET može biti polukrut do krut i vrlo je lagan. Čini dobru zaštitu od plina i poštene vlage, kao i dobru prepreku za alkohol (zahtijeva dodatni tretman "zapreke") i otapala. Snažan je i otporan na udarce. PET postaje bijel kada je izložen kloroformu i nekim drugim kemikalijama poput toluena.

Oko 60% kristalizacije gornja je granica za komercijalne proizvode, osim poliesterskih vlakana. Bistri proizvodi mogu se dobiti brzim hlađenjem rastaljenog polimera ispod T_g temperatura staklenog prijelaza kako bi nastala amorfna krutina. Poput stakla, amorfni PET nastaje kad se njegovim molekulama ne daje dovoljno vremena da se poslože na uredan, kristalni način dok se rastopina hladi. Na sobnoj temperaturi molekule su zamrznute na mjestu, ali ako se zagrijavanjem iznad T u njih vrati dovoljno toplinske energije_g, oni se ponovno počinju kretati, dopuštajući kristalima da nastanu i rastu. Ovaj postupak poznat je pod nazivom solid-state kristalizacija.

Kad se ostavi da se polako ohladi, rastaljeni polimer stvara kristalniji materijal. Ovaj materijal ima sferolita sadrži mnogo malih kristalita kada kristalizira iz amorfne krutine, umjesto da tvori jedan veliki pojedinačni kristal. Svjetlost se nastoji raspršiti dok prelazi granice između kristalita i amorfnih područja između njih. Ovo raspršivanje znači da je kristalni PET u većini slučajeva neprovidan i bijel. Crtanje vlakana jedan je od rijetkih industrijskih procesa koji proizvode gotovo monokristalni proizvod.

Sopstvena viskoznost

Jedna od najvažnijih karakteristika PET-a naziva se intrinzična viskoznost (IV).

Sopstvena viskoznost materijala, pronađena ekstrapolacijom na nultu koncentraciju relativne viskoznosti na koncentraciju koja se mjeri u decilitre po gramu (dℓ / g). Sopstvena viskoznost ovisi o duljini njegovih polimernih lanaca, ali nema jedinica zbog ekstrapolacije na nultu koncentraciju. Što su polimerni lanci duži, to je više zapletenosti među lancima i time je veća viskoznost. Prosječna duljina lanca određene serije smole može se kontrolirati tijekom polikondenzacija.

Sopstveni raspon viskoznosti PET-a:

Klasa vlakana

0.40–0.70 Tekstil

0.72–0.98 Tehnički, kabel gume

Filmska ocjena

0.60-0.70 BoPET (dvoosno orijentirani PET film)

0.70–1.00 Ocjena lima za termoformiranje

Ocjena boce

0.70–0.78 Boce za vodu (ravne)

0.78–0.85 Gazirano bezalkoholno piće

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. Dakle, prije nego što se smola može obraditi u stroju za kalupiranje, mora se osušiti. Sušenje se postiže upotrebom a sredstvo za sušenje ili sušilice prije nego što se PET ubaci 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 mokri zrak napušta gornji dio lijevka i prvo se provlači kroz hladnjak za naknadno hlađenje, jer je lakše uklanjati vlagu iz hladnog zraka nego vrući zrak. Rezultirajući hladni vlažni zrak zatim se propušta kroz sušilac. Konačno, hladni suhi zrak koji napušta sloj sušila ponovno se zagrijava u procesnom grijaču i vraća natrag kroz iste postupke u zatvorenoj petlji. Uobičajeno, razina zaostale vlage u smoli mora biti manja od 50 dijelova na milijun (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 sušenje materijala za manje od 4 sata zahtijevalo temperaturu iznad 160 ° C, na toj razini hidroliza započeli bi unutar peleta prije nego što bi se mogli isušiti.

PET se također može sušiti u sušilicama smole komprimiranog zraka. Sušilice sa komprimiranim zrakom ne upotrebljavaju ponovno zrak za sušenje. Suh, zagrijani komprimirani zrak cirkulira kroz PET pelete kao u sušilici za sušenje, a zatim se ispušta u atmosferu.

kopolimeri

Pored čistog (homopolimer) PET, PET modificirao kopolimerizacijskim je također dostupan.

U nekim su slučajevima modificirana svojstva kopolimera poželjnija za određenu primjenu. Na primjer, cikloheksan dimetanol (CHDM) se može dodati polimernoj okosnici umjesto Etilen glikol. Budući da je ovaj gradivni blok mnogo veći (6 dodatnih atoma ugljika) od jedinice etilen glikola koju zamjenjuje, ne uklapa se u susjedne lance onako kako bi to bila jedinica etilen glikola. To ometa kristalizaciju i snižava temperaturu topljenja polimera. Općenito, takav PET poznat je kao PETG ili PET-G (polietilen tereftalat glikol modificiran; 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. Tijekom obrade može se obojiti.

Još jedan uobičajeni modifikator je izoftalna kiselina, zamjenjujući neke od 1,4- (para) povezani tereftalata jedinice. 1,2- (orto-) ili 1,3- (meta-) veza stvara kut u lancu, koji također remeti kristalnost.

Takvi kopolimeri su korisni za određene primjene oblikovanja, kao što je termoformiranje, koji se koristi, na primjer, za izradu ladica ili blister ambalaže od co-PET filma, ili amorfnog PET lima (A-PET) ili PETG lima. S druge strane, kristalizacija je važna u drugim 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 sprječava u potpunosti. Kao rezultat toga, boce se mogu dobiti putem rastezanje puhanja ("SBM"), koji su i bistri i kristalni da budu adekvatna prepreka aromama, pa čak i plinovima, poput ugljičnog dioksida u gaziranim pićima.

Proizvodnja

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

Prvi je a transesterifikacije reakcija, dok je potonja reakcija esteritikacija reakcija.

Postupak dimetil tereftalata

In dimetil tereftalat ovog postupka, ovaj spoj i višak etilen glikola reagiraju u talini na 150-200 ° C s a osnovni katalizator. metanol (CH₃OH) uklanja se destilacijom da se reakcija odvede 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 izravno pri umjerenom tlaku (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 tijekom obrade podvrgava raznim vrstama razgradnje. Glavne degradacije koje se mogu dogoditi su hidrolitička i vjerojatno najvažnija termička oksidacija. Kad se PET razgradi, dogodi se nekoliko stvari: promjena boje, lanac škare što rezultira smanjenom molekulskom težinom, stvaranjem acetaldehidi unakrsne veze (Formacija „gela“ ili „ribljeg oka“). Do promjene boje dolazi zbog stvaranja različitih kromofornih sustava nakon dugotrajne termičke obrade na povišenim temperaturama. To postaje problem kada su optički zahtjevi polimera vrlo visoki, na primjer u primjeni pakiranja. Termička i termooksidativna razgradnja rezultira slabim svojstvima obradivosti i performansama materijala.

Jedan od načina da se to ublaži jest upotreba a kopolimer. Comonomeri poput CHDM ili izoftalna kiselina smanjiti temperaturu topljenja i smanjiti stupanj kristalnosti PET-a (posebno važno kada se materijal koristi za proizvodnju boca). Dakle, smola se može plastično oblikovati na nižim temperaturama i / ili s nižom silom. To pomaže u sprječavanju razgradnje, smanjujući sadržaj acetaldehida u gotovom proizvodu na prihvatljivu (odnosno neprimjetnu) razinu. Vidjeti kopolimeri, gore. Drugi način za poboljšanje stabilnosti polimera je upotreba stabilizatora, uglavnom antioksidansa poput fosfiti. Nedavno se razmatra i molekularna stabilizacija materijala pomoću nanostrukturiranih kemikalija.

Acetaldehid

Acetaldehid je bezbojna, hlapljiva tvar s voćnim mirisom. Iako se prirodno stvara u nekom voću, u vodi u bocama može izazvati neukus. Acetaldehid nastaje razgradnjom PET-a nepravilnim rukovanjem materijalom. Visoke temperature (PET se razlaže iznad 300 ° C ili 570 ° F), visoki tlakovi, brzine ekstrudera (prekomjerni posmični protok povisuje temperaturu) i dugo zadržavanje u bačvi doprinose stvaranju acetaldehida. Kada se proizvede acetaldehid, dio ostaće otopljen u stijenkama posude, a zatim difundira u proizvod pohranjen unutra, mijenjajući okus i aromu. To nije takav problem za ne-potrošne proizvode (poput šampona), za voćne sokove (koji već sadrže acetaldehid) ili za pića jakog okusa poput bezalkoholnih pića. Međutim, za vodu u bocama prilično je važan nizak sadržaj acetaldehida, jer ako ništa ne prikriva aromu, čak i izuzetno niske koncentracije (10-20 dijelova na milijardu u vodi) acetaldehida mogu proizvesti neukus.

Antimon

Antimon (Sb) je metaloidni element koji se koristi kao katalizator u obliku spojeva kao što su antimonov trioksid (SB₂O₃) ili antimon triacetat u proizvodnji PET-a. Nakon proizvodnje, na površini proizvoda može se pronaći uočljiva količina antimona. Taj se ostatak može ukloniti pranjem. Antimon također ostaje u samom materijalu i tako može migrirati u hranu i piće. Izlaganje PET-a vrenju ili mikrovalnim pećnicama može značajno povećati razinu antimona, vjerojatno iznad maksimalnih razina onečišćenja USEPA. Ograničenje pitke vode koju je procijenio WHO 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 kad se uzima oralno, njegova prisutnost još uvijek zabrinjava. Švicarci Savezni ured za javno zdravstvo istraživao količinu migracije antimona, uspoređujući vodu u bocama u PET i staklu: Koncentracije antimona u vodi u PET bocama bile su veće, ali još uvijek znatno ispod dopuštene 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% "podnošljiv dnevni unos”Određuje WHO). Kasnija (2006.), ali šire objavljena studija, pronašla je slične količine antimona u vodi u PET bocama. SZO je objavio procjenu rizika za antimon 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 pipe od 5 µg / L.

Biološka razgradnja

Nokardija može razgraditi PET enzimom esteraze.

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

Sigurnosni

Komentar objavljen u Environmental Health Perspectives u travnju 2010. sugerirao je da bi PET mogao donijeti endokrine disruptors u uvjetima zajedničke upotrebe i preporučenih istraživanja na ovu temu. Predloženi mehanizmi uključuju ispiranje ftalati kao i ispiranje antimon. Članak objavljen u Časopis za praćenje stanja okoliša u travnju 2012. zaključuje da je koncentracija antimona u deionizirana voda pohranjeno u PET bocama ostaje unutar prihvatljivih granica EU-a, 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-a nakon manje od godinu dana skladištenja u sobi temperatura.

Oprema za obradu boca

Postoje dvije osnovne metode oblikovanja PET boca, jedna i dvije. U kalupu u dva koraka koriste se dva odvojena stroja. Prvo ubrizgavanje u stroj oblikova predobliku koja sliči na epruvetu, a navoji poklopca boce već su oblikovani na svoje mjesto. Tijelo cijevi je znatno deblje, jer će se u drugom koraku napuhati u svoj konačni oblik rastezanje puhanja.

U drugom se koraku predforme brzo zagrijavaju, a zatim napuhuju prema dvodijelnom kalupu kako bi se oblikovale u konačni oblik boce. Predoblike (nenapuhane boce) sada se također koriste kao robusni i jedinstveni spremnici; uz novitetne bombone, neka poglavlja Crvenog križa distribuiraju ih u sklopu programa Vial of Life vlasnicima kuća kako bi pohranili povijest bolesti za hitne službe. Druga sve češća upotreba za predforme su spremnici u vanjskoj aktivnosti Geocaching.

U strojevima u jednom koraku, čitav postupak od sirovine do gotovog spremnika odvija se unutar jednog stroja, što ga čini posebno pogodnim za oblikovanje nestandardnih oblika (prilagođeno oblikovanje), uključujući staklenke, ravne ovalne oblike, oblike tikvica itd. Njegova je najveća zasluga smanjenje prostora, rukovanje proizvodima i energije te daleko veća vizualna kvaliteta nego što se može postići dvostupanjskim sustavom.

Industrija recikliranja poliestera

U 2016. godini procijenjeno je da se svake godine proizvede 56 milijuna tona PET-a.

Iako se većina termoplastike u principu može reciklirati, Reciklaža PET boca je praktičniji od mnogih drugih plastičnih primjena zbog visoke vrijednosti smole i gotovo ekskluzivne upotrebe PET-a za široko korištenu flaširanje vode i gaziranih bezalkoholnih pića. PET ima identifikacijski kod smole od 1. Primjena recikliranog PET-a je poliester vlakno, remenje i spremnike za neprehranu.

Zbog mogućnosti PET-a za recikliranje i relativnog obilja otpad nakon konzumiranja u obliku boca, PET brzo dobiva tržišni udio kao vlakno tepiha. Mohawk Industries objavljen everSTRAND 1999. godine, 100% PET vlakna s recikliranim sadržajem. Od tada je više od 17 milijardi boca reciklirano u vlakna tepiha. Pharr Yarns, dobavljač brojnim proizvođačima tepiha, uključujući Looptex, Dobbs Mills i Berkshire Flooring, proizvodi BCF (rasuti kontinuirani filament) PET vlakna tepiha koja sadrže najmanje 25% recikliranog sadržaja nakon konzumacije.

PET je, kao i kod mnogih plastičnih masa, također izvrstan kandidat za termičko odlaganje (spaljivanje), jer se sastoji od ugljika, vodika i kisika, s samo tragovima katalizatorskih elemenata (ali bez sumpora). PET ima energetski sadržaj mekog ugljena.

Prilikom recikliranja polietilen tereftalata ili PET-a ili poliestera, općenito se moraju razlikovati dva načina:

1. Kemijska reciklaža natrag u početne pročišćene sirovine tereftalna kiselina (PTA) ili dimetil tereftalat (DMT) i Etilen glikol (EG) gdje je polimerna struktura potpuno uništena ili u procesu međuprodukti poput bis (2-hidroksietil) tereftalat
2. Mehaničko recikliranje gdje se održavaju ili obnavljaju izvorna svojstva polimera.

Kemijsko recikliranje PET-a postat će isplativo samo primjenom linija za reciklažu velikog kapaciteta veće od 50,000 2000 tona godišnje. Takve linije mogle su se vidjeti, ako ih uopće postoje, samo na proizvodnim mjestima vrlo velikih proizvođača poliestera. U prošlosti je poduzeto nekoliko pokušaja industrijske veličine da se uspostave takva postrojenja za reciklažu kemikalija, ali bez zvučnog uspjeha. Čak i obećavajuća reciklaža kemikalija u Japanu do sada nije postala industrijski proboj. Dva razloga za to su: u početku poteškoća dosljednog i kontinuiranog nabavljanja otpadnih boca u tako ogromnoj količini na jednom mjestu, a drugo, stalno povećane cijene i nestabilnost cijena prikupljenih boca. Cijene baliranih boca porasle su, na primjer, između 2008. i 50. godine s oko 500 eura / tonu na više od 2008 eura / tonu u XNUMX. godini.

Mehanička reciklaža ili izravna cirkulacija PET-a u polimernom stanju danas se obavlja u najrazličitijim varijantama. Ovakve su vrste tipične za malu i srednju industriju. Isplativost se već može postići s kapacitetima postrojenja u rasponu od 5000–20,000 tona godišnje. U ovom su slučaju danas moguće gotovo sve vrste povratnih informacija recikliranog materijala u cirkulaciju materijala. O ovim raznolikim postupcima recikliranja detaljno se raspravlja u daljnjem tekstu.

Osim kemijskih onečišćenja i degradacija proizvodi nastali tijekom prve obrade i uporabe, mehaničke nečistoće predstavljaju glavni dio kvalitativno amortizirajućih nečistoća u reciklažnom toku. Reciklirani materijali sve se više uvode u proizvodne procese koji su izvorno dizajnirani samo za nove materijale. Stoga učinkoviti postupci sortiranja, odvajanja i čišćenja postaju najvažniji za visokokvalitetni reciklirani poliester.

Kada govorimo o industriji recikliranja poliestera, koncentriramo se uglavnom na recikliranje PET boca, koje se u međuvremenu koriste za sve vrste tekućih pakiranja poput vode, gaziranih bezalkoholnih pića, sokova, piva, umaka, deterdženata, kemikalija za kućanstvo i tako dalje. Boce je lako razlikovati zbog oblika i konzistencije te se odvajaju od otpadnih plastičnih tokova bilo automatskim ili ručnim sortiranjem. Utvrđena industrija recikliranja poliestera sastoji se od tri glavna dijela:

• Prikupljanje i odvajanje PET boca: logistika otpada
• Proizvodnja čistih pahuljica iz boca: proizvodnja pahuljica
• Konverzija PET pahuljica u gotove proizvode: prerada pahuljica

Međuprodukt iz prvog odjeljka je balirani otpad iz boca sa sadržajem PET-a većim od 90%. Najčešći oblik trgovanja je bala, ali također su na tržištu uobičajene i cigle ili čak labave, prethodno izrezane boce. U drugom odjeljku prikupljene boce pretvaraju se u čiste ljuspice PET boca. Ovaj korak može biti više ili manje složen i složen, ovisno o potrebnoj konačnoj kvaliteti pahuljica. Tijekom trećeg koraka, pahuljice od PET boce prerađuju se u bilo koje proizvode poput filma, boca, vlakana, niti, trake ili međuprodukte poput peleta za daljnju obradu i inženjersku plastiku.

Osim ovog vanjskog (post-potrošačkog) recikliranja boca od poliestera, postoji i broj unutarnjih (reciklažnih) procesa recikliranja, gdje otpadni polimerni materijal ne izlazi s mjesta proizvodnje na slobodno tržište, već se ponovno koristi u istom proizvodnom krugu. Na taj se način otpad od vlakana izravno ponovno koristi za proizvodnju vlakana, otpad od predformi izravno se ponovno koristi za proizvodnju predformi, a filmski otpad izravno se koristi za proizvodnju filma.

Reciklaža PET boca

Pročišćavanje i dekontaminacija

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

Općenito vrijedi sljedeće: Što se ranije uklone strane tvari i što se to temeljitije učini, to je postupak učinkovitiji.

Visoka plastifikator temperatura PET-a u rasponu od 280 ° C (536 ° F) razlog je zašto gotovo sve uobičajene organske nečistoće poput PVC, PLA, poliolefina, kemijska vlakna od celuloze i papira, polivinil acetat, ljepilo za topljenje, bojila, šećer i protein ostaci se pretvaraju u obojene produkte razgradnje koji bi zauzvrat mogli dodatno osloboditi 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 - budući da ih je mnogo - povećavaju učestalost oštećenja u polimeru, relativno je veći.

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

Općenito se može reći da su postupci za izradu 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, postoje mnoge inženjerske tvrtke 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 postupka.

1. Otvaranje bala, otvaranje briketa
2. Sortiranje i odabir za različite boje, strani polimeri, posebno PVC, strane tvari, uklanjanje filma, papira, stakla, pijeska, tla, kamenja i metala
3. Prethodno pranje bez rezanja
4. Grubo rezanje suho ili kombinirano za prethodno pranje
5. Uklanjanje kamenja, stakla i metala
6. Prosijavanje zrakom za uklanjanje filma, papira i naljepnica
7. Brušenje, suho i / ili mokro
8. Uklanjanje polimera male gustoće (čašica) razlikama gustoće
9. Toplo pranje
10. Kaustično pranje i nagrizanje površine, održavajući unutarnju viskoznost i dekontaminaciju
11. ispiranje
12. Ispiranje čistom vodom
13. Sušenje
14. Prosijavanje pahuljica zrakom
15. Automatsko sortiranje pahuljica
16. Kružni vod i tehnologija obrade vode
17. Kontrola kvalitete pahuljica

Nečistoće i materijalne mane

Broj mogućih nečistoća i materijalnih nedostataka koji se nakupljaju u polimernom materijalu trajno se povećava - kako kod obrade, tako i kod upotrebe polimera - uzimajući u obzir sve duži radni vijek, sve veće konačne primjene i ponovljeno recikliranje. Što se tiče recikliranih PET boca, spomenuti se nedostaci mogu razvrstati u sljedeće skupine:

1. Reaktivne poliesterske OH- ili COOH- krajnje skupine transformiraju se u mrtve ili nereaktivne krajnje skupine, npr. Stvaranjem krajnjih skupina vinil estera dehidracijom ili dekarboksilacijom tereftalatne kiseline, reakcijom OH- ili COOH- krajnjih skupina s mono-funkcionalnom razgradnjom proizvodi poput monokarbonskih kiselina ili alkohola. Rezultati su smanjena reaktivnost tijekom ponovne polikondenzacije ili re-SSP i širenje raspodjele molekularne težine.
2. Udio krajnje skupine pomiče se u smjeru krajnjih skupina COOH izgrađenih toplinskom i oksidativnom razgradnjom. Rezultati su smanjenje reaktivnosti i povećanje autokatalitičkog raspadanja kiseline tijekom termičke obrade u prisutnosti vlage.
3. Povećava se broj polifunkcionalnih makromolekula. Nakupljanje gelova i dugolančani razgranati nedostaci.
4. Povećavaju se broj, koncentracija i raznolikost nepolimerskih 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 tvari za bojenje.
5. Skupine hidroksida i peroksida nakupljaju se na površini proizvoda izrađenih od poliestera u prisutnosti zraka (kisika) i vlage. Ovaj proces ubrzava ultraljubičasto svjetlo. Tijekom zadnjeg postupka obrade, hidro peroksidi su izvor kisikovih radikala, koji su izvor oksidativne razgradnje. Uništavanje hidroperoksida mora se dogoditi prije prve termičke obrade ili tijekom plastificiranja, a može se poduprijeti odgovarajućim aditivima poput antioksidansa.

Uzimajući u obzir gore spomenute kemijske nedostatke i nečistoće, u tijeku je izmjena sljedećih karakteristika polimera tijekom svakog ciklusa recikliranja koja se mogu otkriti kemijskom i fizikalnom laboratorijskom analizom.

Konkretno:

• Povećanje COOH krajnjih grupa
• Povećanje broja boja b
• Povećanje maglice (prozirni proizvodi)
• Povećanje sadržaja oligomera
• Smanjenje filtrabilnosti
• Povećanje sadržaja nusproizvoda poput acetaldehida, formaldehida
• Povećanje stranih onečišćenja koje se mogu izvući
• Smanjenje boje L
• Smanjenje za intrinzična viskoznost ili dinamička viskoznost
• Smanjenje temperature kristalizacije i povećanje brzine kristalizacije
• Smanjenje mehaničkih svojstava poput vlačne čvrstoće, istezanja pri prekidu ili modul elastičnosti
• Širenje raspodjele molekularne težine

Recikliranje PET boca u međuvremenu je industrijski standardni postupak koji nudi širok spektar inženjerskih tvrtki.

Primjeri obrade 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 djevičanskim polimerom ili sve više kao 100% reciklirani polimer. Neke iznimke poput BOPET-filma male debljine, posebne primjene poput optičkog filma ili pređe FDY-predenjem pri> 6000 m / min, mikrofilamenti i mikro-vlakna proizvode se samo od djevičanskog poliestera.

Jednostavno ponovno peletiranje pahuljica iz boca

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

Posebnost su: Acetaldehid i oligomeri sadržani su u peletima na nižoj razini; viskoznost se nekako smanjuje, pelete su amorfne i moraju se kristalizirati i osušiti prije daljnje obrade.

Obrada za:

• A-PET film za termoformiranje
• Dodatak djevičanskoj proizvodnji PET
• BoPET ambalažni film
• PET boca smola SSP
• Pređa od tepiha
• Tehnička plastika
• filamenti
• Netkani
• Trake za pakiranje
• Osnovna vlakna.

Odabir načina ponovnog peletiziranja znači imati dodatni postupak pretvorbe koji je, s jedne strane, energetski intenzivan i troši puno troškova i uzrokuje toplinsko uništavanje. S druge strane, korak peletiranja pruža sljedeće prednosti:

• Intenzivna filtracija taline
• Srednja kontrola kvalitete
• Modifikacija aditivima
• Odabir i odvajanje proizvoda prema kvaliteti
• Povećana fleksibilnost obrade
• Ujednačavanje kvalitete.

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

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

Činjenica da se neki proizvođači strojeva i tvornici linija u Europi i SAD-u trude ponuditi neovisne procese recikliranja, npr. Takozvani postupak boce do boce (B-2-B), kao što je npr. BePET, Starlinger, 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 potreban 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 konverzija pahuljica iz boca

Kako bi se uštedjeli troškovi, sve veći broj proizvođača poliestera, poput predionica, mlinova za vezivanje ili tvornica lijevanog filma, radi na izravnoj upotrebi PET-pahuljica, od obrade korištenih boca, s ciljem proizvodnje sve veće broj poliesterskih međuprodukata. Za podešavanje potrebne viskoznosti, osim učinkovitog sušenja pahuljica, možda je potrebno i rekonstituirati viskoznost kroz polikondenzacija u fazi taljenja ili čvrsta polikondenzacija pahuljica. Najnoviji postupci pretvaranja PET pahuljica primjenjuju se dvostrukim vijčanim ekstruderima, ekstruderima s više vijaka ili sustavima s više rotacija te slučajnim vakuumskim otplinjavanjem kako bi se uklonila vlaga i izbjeglo predsušenje pahuljica. Ovi postupci omogućuju pretvaranje neosušenih PET pahuljica bez značajnog smanjenja viskoznosti uzrokovanog hidrolizom.

S obzirom na potrošnju pahuljica PET boca, glavni dio od oko 70% pretvara se u vlakna i niti. Kada se izravno koriste sekundarni materijali poput pahuljica boca u procesima predenja, potrebno je dobiti nekoliko principa obrade.

Brzi postupci predenja za proizvodnju POY obično trebaju viskoznost od 0.62–0.64 dℓ / g. Polazeći od pahuljica u boci, viskoznost se može podesiti stupnjem sušenja. Dodatna upotreba TiO₂ je potreban za potpuno mutnu ili polutupu pređu. Kako bi se zaštitile predilice, u svakom je slučaju potrebna učinkovita filtracija taline. Za sada je količina POY-a izrađena od 100% reciklirajućeg poliestera prilično niska jer ovaj postupak zahtijeva visoku čistoću predljive taline. Većinu vremena koristi se mješavina djevičanskih i recikliranih peleta.

Staple vlakna se vrte u unutarnjem rasponu viskoznosti koji je prilično niži i koji bi trebao biti između 0.58 i 0.62 dℓ / g. I u ovom se slučaju potrebna viskoznost može podesiti sušenjem ili podešavanjem vakuuma u slučaju ekstruzije u vakuumu. Za podešavanje viskoznosti, međutim, dodatak modifikatora duljine lanca poput Etilen glikol or dietilen glikol također se mogu koristiti.

Predenje netkano - na polju finog titra za tekstilnu primjenu, kao i teško predenje netkano kao osnovni materijal, npr. Za krovne pokrivače ili u izgradnji cesta - može se proizvesti predenjem pahuljica boca. Viskoznost predenja je opet u rasponu od 0.58-0.65 dℓ / g.

Jedno područje sve većeg interesa gdje se koriste reciklirani materijali je proizvodnja visokokvalitetnih traka za pakiranje i monofilamenata. U oba slučaja početna sirovina uglavnom je reciklirani materijal veće unutarnje viskoznosti. Postupak pakiranja visoke čvrstoće, kao i monofilament, tada se proizvode u procesu predenja u talini.

Recikliranje do monomera

Polietilen tereftalat se može depolimerizirati dajući sastavne monomere. Nakon pročišćavanja, monomeri se mogu koristiti za pripremu novog polietilen tereftalata. Estrske veze u polietilen tereftalatu mogu se cijepati hidrolizom ili transesterifikacijom. Reakcije su jednostavno obrnute od korištenih u proizvodnji.

Djelomična glikoliza

Djelomična glikoliza (transesterifikacija etilen glikolom) pretvara kruti polimer u kratkolančane oligomere koji se mogu taliti na niskoj temperaturi. Jednom oslobođeni nečistoća, oligomeri se mogu vratiti natrag u proizvodni postupak za polimerizaciju.

Zadatak se sastoji u hranjenju 10-25% pahuljica boca uz održavanje kvalitete peleta boca koje se proizvode na liniji. Ovaj se cilj rješava razgradnjom ljuskica PET boca - već tijekom njihove prve plastifikacije, koja se može provesti u ekstruderu s jednim ili više vijaka -, do unutarnje viskoznosti od oko 0.30 dℓ / g dodavanjem malih količina etilen glikola i podvrgavanjem struje taline niske viskoznosti učinkovitoj filtraciji neposredno nakon plastificiranja. Nadalje, temperatura je svedena na najnižu moguću granicu. Uz to, s ovim načinom prerade moguća je kemijska razgradnja hidroperoksida dodavanjem odgovarajućeg P-stabilizatora izravno prilikom plastificiranja. Uništavanje hidroperoksidnih skupina vrši se, s drugim postupcima, već tijekom zadnjeg koraka obrade pahuljica, na primjer dodavanjem H₃PO₃. Djelomično glikolizirani i fino filtrirani reciklirani materijal kontinuirano se dovodi u reaktor za esterifikaciju ili predkondenzaciju, a količine doziranja sirovina prilagođavaju se u skladu s tim.

Ukupna glikoliza, metanoliza i hidroliza

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

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

Ovaj je put recikliranja u industrijskim razmjerima izveden u Japanu kao eksperimentalna proizvodnja.

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

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

Metanoliza se danas rijetko izvodi u industriji jer se proizvodnja poliestera na bazi dimetil tereftalata izuzetno smanjila, a mnogi proizvođači dimetil tereftalata su nestali.

Kao i gore, polietilen tereftalat se može hidrolizirati u tereftalnu kiselinu i Etilen glikol pod visokom temperaturom i pritiskom. Rezultirajuća 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.