HIŠNE ŽIVALI

Polietilen tereftalat (včasih napisan poli (etilen tereftalat)), običajno skrajšano HIŠNE ŽIVALI, Peteali zastareli PETP ali PET-P je najpogostejši termoplast polimer smola poliester družina in se uporablja v vlaknih za oblačila, posode za tekočine in živila, termoformiranje za proizvodnjo in v kombinaciji s steklenimi vlakni za inženirske smole.

Navedeno je lahko tudi z blagovno znamko Dacron; v Britaniji, Terylene; ali v Rusiji in nekdanji Sovjetski zvezi, Lavsan.

Večina svetovne proizvodnje PET je namenjena sintetičnim vlaknom (več kot 60%), pri čemer proizvodnja steklenic predstavlja približno 30% svetovnega povpraševanja. V zvezi s tekstilnimi aplikacijami se PET imenuje njegovo splošno ime, poliester, ker kratica HIŠNE ŽIVALI se običajno uporablja v zvezi z embalažo. Poliester predstavlja približno 18% svetovne proizvodnje polimerov in je četrti najbolj pridelani polimer; polietilena(NOGA), polipropilen (PP) in polivinilklorid (PVC) so prvi, drugi in tretji.

PET je sestavljen iz polimeriziran enote monomera etilen tereftalata, s ponavljajočimi se C₁₀H₈O₄) enote. PET se običajno reciklira in ima številko 1 kot njegov simbol recikliranja.

Polietilen tereftalat lahko glede na njegovo predelavo in toplotno zgodovino obstaja tudi kot amorfen (prozoren) in kot polkristalni polimer. Polkristalni material je lahko videti prozoren (velikost delcev <500 nm) ali neprozoren in bel (velikost delcev do nekaj mikrometrov), odvisno od njegove kristalne strukture in velikosti delcev. Njegov monomer bis (2-hidroksietil) tereftalat lahko sintetizira s esterifikacija reakcija med tereftalna kislina in etilen glikol z vodo kot stranski proizvod ali preeterifikacija reakcija med etilen glikol in dimetil tereftalat z metanol kot stranski proizvod. Polimerizacija je prek a polikondenzacija reakcija monomerov (izvedena takoj po esterifikaciji / prenesterifikaciji) z vodo kot stranskim produktom.

imena
Ime IUPAC Poli (etilbenzen-1,4-dikarboksilat)
Identifikatorji
CAS številka	25038-59-9
Okrajšave	PET, PETE
Nepremičnine
Kemična formula	(C10H8O4)n
Molarna masa	spremenljivka
Gostota	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorfni: 1.370 g / cm3, monokristal: 1.455 g / cm3
Tališče	> 250 ° C, 260 ° C
Vrelišče	> 350 ° C (razpade)
Topnost v vodi	praktično netopne
Toplotna prevodnost	0.15 do 0.24 W m-1 K-1
Lomni količnik(nD)	1.57–1.58, 1.5750
Termokemija
specifična toplotna zmogljivost (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Sorodne spojine
Podobni Monomeri	Tereftalna kislina Etilen glikol
Razen če ni drugače navedeno, so podani podatki za gradivo standardno stanje (pri 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

uporabljate

Ker je PET odličen material, ki preprečuje vodo in vlago, se plastične steklenice iz PET pogosto uporabljajo za brezalkoholne pijače (glej karbonacijo). Za nekatere posebne steklenice, na primer tiste, ki so določene za zadrževanje piva, PET sendvič dodatno plast polivinil alkohola (PVOH), da še dodatno zmanjša njegovo prepustnost za kisik.

Dvoosno usmerjen PET film (pogosto znan pod enim od njegovih trgovskih imen, "Mylar") lahko aluminiziramo tako, da nanj uparimo tanek kovinski film, da zmanjšamo njegovo prepustnost ter ga naredimo odsevnega in neprozornega (MPET). Te lastnosti so uporabne v številnih aplikacijah, vključno s prilagodljivo hrano embalaža in toplotna izolacija. Glej: “vesoljske odeje“. Zaradi visoke mehanske trdnosti se PET folija pogosto uporablja v trakovih, kot je nosilec za magnetni trak ali podlaga za lepilne trakove, občutljive na pritisk.

Ne orientiran PET list je lahko termoformirano za izdelavo pladnjev za pakiranje in pretisnih omotov. Če uporabimo kristaliziran PET, lahko pladnje uporabimo za zamrznjene večerje, saj prenesejo tako temperaturo zamrzovanja kot peko v pečici. V nasprotju z amorfnim PET, ki je prozoren, kristaliziran PET ali CPET je ponavadi črne barve.

Ko se napolni s steklenimi delci ali vlakni, postane bistveno bolj trda in trajnejša.

PET se uporablja tudi kot substrat v tankih filmskih sončnih celicah.

Terilen je prav tako zapet v vrhove vrvi zvončkov, da se prepreči obraba vrvi, ko gredo skozi strop.

Zgodovina

PET so leta 1941 patentirali John Rex Whinfield, James Tennant Dickson in njihov delodajalec Združenje tiskarjev Calico v Manchestru v Angliji. EI DuPont de Nemours v Delawareju v ZDA je blagovno znamko Mylar prvič uporabil junija 1951 in jo registriral leta 1952. Še vedno je najbolj znano ime za poliestrski film. Trenutni lastnik blagovne znamke je DuPont Teijin Films US, partnerstvo z japonskim podjetjem.

V Sovjetski zvezi je bil PET prvič izdelan v laboratorijih Inštituta za visoko molekularne spojine Akademije znanosti ZSSR leta 1949, njegovo ime "Lavsan" pa je njegova kratica (laboraoriji Institut вyaskomolekularnih сenoten Аkademije нavk SSSR).

PET steklenico je leta 1973 patentiral Nathaniel Wyeth.

Fizične lastnosti

PET je v naravnem stanju brezbarvna polkristalna smola. Glede na način obdelave je PET lahko poltog do tog in je zelo lahek. Je dobra zaščita pred plinom in pošteno vlago ter dobra ovira za alkohol (zahteva dodatno „pregradno“ obdelavo) in topila. Je močan in odporen na udarce. PET postane bel, ko je izpostavljen kloroformu in nekaterim drugim kemikalijam, kot je toluen.

Približno 60% kristalizacija je zgornja meja za komercialne izdelke, razen poliestrskih vlaken. Bistre izdelke lahko dobimo s hitro hlajenjem staljenega polimera pod T_g temperatura steklenega prehoda, da nastane amorfna trdna snov. Tako kot steklo se tudi amorfni PET tvori, kadar njegove molekule ne dobijo dovolj časa, da se med hlajenjem taline uredijo urejeno in kristalno. Pri sobni temperaturi molekule zamrznejo na mestu, vendar če se vanj vloži dovolj toplotne energije s segrevanjem nad T_g, spet se začnejo premikati, kar omogoča, da se kristali razkrajajo in rastejo. Ta postopek je znan kot trdna kristalizacija.

Ko se staljeni polimer počasi ohladi, tvori bolj kristalni material. Ta material ima sferuliti ki vsebuje veliko majhnih kristaliti ko kristaliziramo iz amorfne trdne snovi, ne da bi tvorili en velik en sam kristal. Ko prestopi meje med kristaliti in amorfnimi območji med njimi, se svetloba razsipa. To sipanje pomeni, da je kristalni PET v večini primerov neprozoren in bel. Vlečenje vlaken je med redkimi industrijskimi postopki, ki proizvajajo skoraj enokristalni izdelek.

Notranja viskoznost

Ena najpomembnejših značilnosti PET je omenjena kot lastna viskoznost (IV).

Notranja viskoznost materiala, ugotovljena z ekstrapoliranjem na ničelno koncentracijo relativne viskoznosti na koncentracijo, ki se meri v decilitrov na gram (dℓ / g). Notranja viskoznost je odvisna od dolžine njenih polimernih verig, vendar nima enot zaradi ekstrapoliranja na ničelno koncentracijo. Daljši kot je polimer verižen, več je zapletov med verigami in s tem večja viskoznost. Med povprečno dolžino verige določene serije smole je mogoče nadzorovati med polikondenzacija.

Razpon notranje viskoznosti PET:

Vlaknaste stopnje

0.40–0.70 Tekstil

0.72–0.98 Tehnični, pnevmatični kabel

Ocena filma

0.60-0.70 BoPET (dvoaksialno usmerjen PET film)

0.70–1.00 Ocena stanja za termoformiranje

Stopnja steklenice

0.70–0.78 Steklenice z vodo (ravne)

0.78–0.85 Gazirana brezalkoholna pijača

Monofilament, inženirska plastika

1.00-2.00

Sušenje

PET je higroskopski, kar pomeni, da absorbira vodo iz okolice. Ko pa se ta "vlažni" PET nato segreje, voda hidrolizira PET, ki zmanjšuje njegovo odpornost. Tako se lahko pred obdelavo smole v stroju za oblikovanje posuši. Sušenje dosežemo z uporabo a sušilno sredstvo ali sušilniki, preden se PET poda v procesno opremo.

Znotraj sušilnika se vroči suh zrak črpa na dno zalogovnika, ki vsebuje smolo, tako da teče skozi pelete in na svoji poti odstranjuje vlago. Vroč moker zrak zapusti vrh lijaka in se najprej pretaka skozi hladilnik, ker je lažje odstraniti vlago iz hladnega zraka kot vroč zrak. Nato se hladen moker zrak spusti skozi sušilno plast. Na koncu hladen suh zrak, ki zapušča posodo s sušilnim sredstvom, ponovno segrejemo v procesnem grelniku in ga po istih postopkih pošljemo nazaj v zaprti zanki. Običajno morajo biti stopnje preostale vlage v smoli pred predelavo manjše od 50 delov na milijon (dele vode na milijon delov smole, utežne). Čas bivanja sušilnika ne sme biti krajši od približno štirih ur. To je zato, ker bi sušenje materiala v manj kot 4 urah zahtevalo temperaturo nad 160 ° C, pri kateri ravni hidrolizo bi se začeli znotraj peletov, preden bi jih lahko izsušili.

PET lahko sušimo tudi v sušilnikih na stisnjeni zračni smoli. Sušilniki stisnjenega zraka ne uporabljajo ponovno sušilnega zraka. Suh, ogrevan stisnjen zrak kroži skozi pelete PET kot v sušilniku za sušenje, nato se sprosti v ozračje.

Kopolimeri

Poleg čistega (homopolimer) PET, PET spremenjen z kopolimerizacija je na voljo tudi.

V nekaterih primerih so spremenjene lastnosti kopolimerja bolj zaželene pri določeni uporabi. Na primer cikloheksan dimetanol (CHDM) lahko dodamo polimerni hrbtenici namesto etilen glikol. Ker je ta gradnik veliko večji (6 dodatnih atomov ogljika) kot enota etilen glikola, ki jo nadomešča, se ne ujema s sosednjimi verigami tako, kot bi se enota etilen glikola. To moti kristalizacijo in znižuje temperaturo taljenja polimera. Na splošno je tak PET znan kot PETG ali PET-G (polietilen tereftalat glikol modificiran; Eastman Chemical, SK Chemicals in Artenius Italia so nekateri proizvajalci PETG). PETG je bistra amorfna termoplastika, ki jo lahko brizgamo ali ekstrudiramo pločevino. Med obdelavo je lahko obarvan.

Drug pogost modifikator je izoftalna kislina, ki nadomešča nekaj 1,4- (para-) povezana tereftalat enot. 1,2- (orto-) ali 1,3- (meta-) povezava povzroči kot v verigi, kar moti tudi kristalnost.

Takšni kopolimeri so ugodni za nekatere aplikacije za oblikovanje, kot so termoformiranje, ki se uporablja na primer za izdelavo pladnja ali pretisnih omotov iz folije s sočasno PET ali iz amorfnega PET listov (A-PET) ali listov PETG. Po drugi strani je kristalizacija pomembna pri drugih aplikacijah, kjer sta pomembni mehanska in dimenzijska stabilnost, na primer varnostni pasovi. Pri PET plastenkah je uporaba majhnih količin izoftalne kisline, CHDM oz. dietilen glikol (DEG) ali drugi komonomeri so lahko koristni: če uporabimo le majhne količine komonomerjev, se kristalizacija upočasni, vendar ne prepreči v celoti. Kot rezultat, steklenice lahko dobite preko raztezno pihanje („SBM“), ki so dovolj bistri in kristalinični, da so ustrezna ovira za arome in celo pline, kot je ogljikov dioksid v gaziranih pijačah.

proizvodnja

Polietilen tereftalat se proizvaja iz etilen glikol in dimetil tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) Ali tereftalna kislina.

Prva je a preeterifikacija reakcija, medtem ko je slednja an esterifikacija reakcija.

Dimetil tereftalatni postopek

In dimetil tereftalat postopek, ta spojina in presežek etilen glikola reagirata v talini pri 150–200 ° C z a osnovni katalizator. Metanol (CH₃OH) se odstrani z destilacijo, da se reakcija požene naprej. Presežek etilen glikola s pomočjo vakuuma destiliramo pri višji temperaturi. Drugi korak preesterifikacije poteka pri 270–280 ° C, z neprekinjeno destilacijo tudi etilen glikola.

Reakcije so idealizirane na naslednji 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

Postopek s tereftalno kislino

v tereftalna kislina postopek, esterifikacija etilen glikola in tereftalne kisline poteka neposredno pri zmernem tlaku (2.7–5.5 bara) in visoki temperaturi (220–260 ° C). Voda se v reakciji izloči in jo tudi z destilacijo neprekinjeno odstranjuje:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n Hoch₂CH₂OH → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

degradacija

PET se med predelavo podvrže različnim vrstam degradacije. Glavni razkroji, ki se lahko pojavijo, so hidrolizna in verjetno najpomembnejša termična oksidacija. Ko se PET razgradi, se zgodi več stvari: sprememba barve, veriga škarje zaradi česar se zmanjša molekulska teža, tvorba acetaldehidin navzkrižne povezave (Tvorba "gela" ali "ribje oko"). Razbarvanje je posledica nastajanja različnih kromofornih sistemov po dolgotrajni termični obdelavi pri povišanih temperaturah. To postane problem, če so optične zahteve polimera zelo visoke, na primer pri pakiranju. Termična in termooksidativna razgradnja ima za posledico slabe lastnosti obdelave in lastnosti materiala.

Eden od načinov za lajšanje tega je uporaba a kopolimer. Komnomerji, kot so CHDM ali izoftalna kislina znižati temperaturo taljenja in zmanjšati stopnjo kristalnosti PET (še posebej pomembno, če se material uporablja za proizvodnjo plastenk). Tako lahko smolo plastično tvorimo pri nižjih temperaturah in / ali z nižjo silo. To pomaga preprečiti razgradnjo in zmanjša vsebnost acetaldehida v končnem izdelku na sprejemljivo (torej neopazno) raven. Glej kopolimeri, zgoraj. Drug način za izboljšanje stabilnosti polimera je uporaba stabilizatorjev, predvsem antioksidantov, kot so fosfiti. V zadnjem času se razmišlja tudi o stabilizaciji materiala na molekularni ravni z uporabo nanostrukturnih kemikalij.

Acetaldehid

Acetaldehid je brezbarvna, hlapljiva snov po sadnem vonju. Čeprav se naravno oblikuje v nekaterih sadežih, lahko v ustekleničeni vodi povzroči neprijeten okus. Acetaldehid se tvori z razgradnjo PET zaradi neustreznega ravnanja s snovjo. Visoke temperature (PET se razgradi nad 300 ° C ali 570 ° F), visoki tlaki, hitrosti ekstruderja (prekomerni strižni tok dvigne temperaturo) in dolgi čas zadrževanja v sodu prispevajo k proizvodnji acetaldehida. Ko nastane acetaldehid, ostane nekaj raztopljenega v stenah posode in nato razpršeno v izdelek, shranjen v notranjosti, ki spreminja okus in aromo. To ni tako težava pri potrošnih materialih (kot je šampon), sadnih sokovih (ki že vsebujejo acetaldehid) ali pri močnih pijačah, kot so brezalkoholne pijače. Za ustekleničeno vodo pa je zelo pomembna nizka vsebnost acetaldehida, ker lahko, če že nič ne prikrije arome, tudi izredno nizke koncentracije acetaldehida v vodi (10–20 delov na milijardo) povzročijo nenavaden okus.

antimon

antimon (Sb) je metaloidni element, ki se uporablja kot katalizator v obliki spojin, kot so antimonov trioksid (sb₂O₃) ali antimonov triacetat v proizvodnji PET. Po izdelavi je na površini izdelka mogoče najti zaznavno količino antimona. Ta ostanek lahko odstranimo s pranjem. Antimoni ostajajo tudi v samem materialu in lahko tako preidejo v hrano in pijačo. Izpostavljenost PET vretju ali mikrovalovni pečici lahko znatno poveča raven antimona, morda nad najvišjimi stopnjami kontaminacije USEPA. Omejitev pitne vode, ki jo je ocenila WHO, znaša 20 delov na milijardo (WHO, 2003), v ZDA pa je 6 delov na milijardo. Čeprav je antimonov trioksid pri peroralnem jemanju nizko toksičen, njegova prisotnost še vedno skrbi. Švicarji Zvezni urad za javno zdravje raziskal količino selitve antimona, primerjal vodo v plastenkah v PET in steklu: Koncentracije antimona v vodi v PET steklenicah so bile višje, vendar še vedno precej pod dovoljeno največjo koncentracijo. Švicarski zvezni urad za javno zdravje je zaključil, da se majhne količine antimona migrirajo iz PET v ustekleničeno vodo, vendar je tveganje za zdravje zaradi posledično nizkih koncentracij zanemarljivo (1%dopustni dnevni vnos”, Ki ga določa WHO). Kasneje (2006), vendar širše objavljena študija je odkrila podobne količine antimona v vodi v plastenkah iz PET. SZO je objavila oceno tveganja za antimon v pitni vodi.

Ugotovljeno je bilo, da koncentrati sadnega soka (za katere niso določene smernice), ki so bili proizvedeni in polnjeni v PET v Združenem kraljestvu, vsebujejo do 44.7 µg / L antimona, kar je precej nad mejnimi vrednostmi EU za voda iz pipe 5 µg / L.

Biorazgradnja

Nokardija lahko razgradijo PET z encimom esteraze.

Japonski znanstveniki so izolirali bakterijo Ideonella sakaiensis ki ima dva encima, ki lahko razgradita PET na manjše koščke, ki jih bakterija lahko prebavi. Kolonija I. sakaiensis lahko razkrojijo plastični film v približno šestih tednih.

Varnost

Komentar objavljen v Perspektive zdravja okolja aprila 2010 je predlagal, da bi lahko PET prinesel hormonski motilci v pogojih skupne uporabe in priporočenih raziskav na to temo. Predlagani mehanizmi vključujejo izpiranje ftalatov kot tudi izpiranje antimona. Članek objavljen v Časopis za spremljanje okolja aprila 2012 sklepa, da je koncentracija antimona v deionizirana voda shranjeno v plastenkah PET ostane znotraj sprejemljive meje EU, tudi če je na kratko shranjeno pri temperaturah do 60 ° C (140 ° F), medtem ko lahko vsebina v steklenicah (voda ali brezalkoholne pijače) občasno preseže mejo EU po manj kot letu skladiščenja v sobi temperatura.

Oprema za predelavo steklenic

Obstajata dva osnovna načina oblikovanja PET plastenk, enostopenjska in dvostopenjska. Pri dvostopenjskem oblikovanju se uporabljata dva ločena stroja. Prvi strojni vbrizgavanje oblikuje predobliko, ki spominja na epruveto, pri čemer so že nameščene niti za steklenice. Telo cevi je bistveno debelejše, saj se bo v drugem koraku z uporabo napihnilo v končno obliko raztezno pihanje.

V drugem koraku se predoblike hitro segrejejo in nato napihnejo na dvodelnem kalupu, da se oblikujejo v končno obliko steklenice. Predoblike (neinflirane steklenice) se zdaj uporabljajo tudi kot robustne in edinstvene posode; Nekatera poglavja Rdečega križa jih poleg novosti o sladkarijah kot del programa Vial of Life razdelijo lastnikom domov, da shranijo anamnezo za nujne primere. Druga pogostejša uporaba predoblik so posode v dejavnosti Geocaching na prostem.

V enostopenjskih strojih se celoten postopek od surovine do končne posode izvaja znotraj enega stroja, zato je še posebej primeren za oblikovanje nestandardnih oblik (oblikovanje po meri), vključno s kozarci, ploščatimi ovalnimi oblikami, oblik bučk itd. Njegova največja zasluga je zmanjšanje prostora, ravnanje z izdelki in energijo ter veliko višja kakovost vida, kot ga lahko dosežemo dvostopenjski sistem.

Industrija recikliranja poliestra

V letu 2016 so ocenili, da se vsako leto proizvede 56 milijonov ton PET.

Medtem ko je večina termoplastov načeloma mogoče reciklirati, Recikliranje PET plastenk je zaradi visoke vrednosti smole in skoraj izključne uporabe PET za polnjenje vode in gaziranih brezalkoholnih pijač bolj praktičen kot številne druge plastične aplikacije. PET ima a identifikacijska koda smole 1. Najpomembnejša uporaba za reciklirani PET je poliester Vlakno, jermeni in posode za neživila.

Zaradi reciklabilnosti PET in sorazmernega obilja odpadki za potrošnike V obliki plastenk PET hitro pridobiva tržni delež kot preproga vlakna. Mohawk Industries izdan everSTRAND leta 1999, 100-odstotno PET-vlakno, ki ga je potrošnik recikliral. Od tega časa je bilo več kot 17 milijard steklenic recikliranih v preproga iz vlaken. Pharr Preja, dobavitelj številnih proizvajalcev preprog, vključno z Looptex, Dobbs Mills in Berkshire Flooring, proizvaja vlakna iz preprog iz BCF (razsuti topi v neprekinjenem stanju), ki vsebujejo najmanj 25% reciklirane vsebnosti potrošnikov.

PET je, tako kot mnoge plastike, tudi odličen kandidat za toplotno odstranjevanje (sežiganje), saj je sestavljen iz ogljika, vodika in kisika, le v sledovih je treba elemente katalizatorja (vendar ne žvepla). PET ima energijsko vsebnost mehkega premoga.

Pri recikliranju polietilen tereftalata ali PET ali poliestra je treba na splošno razlikovati dva načina:

1. Kemično recikliranje nazaj do prvotnih očiščenih surovin tereftalna kislina (PTA) ali dimetil tereftalat (DMT) in etilen glikol (EG), kjer se polimerna struktura popolnoma uniči, ali v vmesnih intermediratih, kot so bis (2-hidroksietil) tereftalat
2. Mehansko recikliranje, pri katerem se ohranjajo ali obnavljajo prvotne lastnosti polimera.

Kemično recikliranje PET-a bo postalo stroškovno učinkovito le, če se uporabijo zmogljive linije za recikliranje z več kot 50,000 ton na leto. Take linije bi bilo mogoče videti, če sploh, na proizvodnih mestih zelo velikih proizvajalcev poliestra. V preteklosti je bilo izvedenih več poskusov industrijske razsežnosti tovrstnih obratov za recikliranje, vendar brez uspeha. Tudi obetavna kemična reciklaža na Japonskem doslej ni postala industrijski preboj. Razloga za to sta: sprva težava doslednega in neprekinjenega pridobivanja odpadnih steklenic v tako veliki količini na enem samem mestu, drugič pa neprestano zvišanje cen in nestanovitnost cen zbranih steklenic. Cene baliranih steklenic so se na primer med letoma 2000 in 2008 zvišale s približno 50 EUR na tono na več kot 500 EUR / tono v letu 2008.

Mehansko recikliranje ali neposredno kroženje PET v polimernem stanju danes deluje v najrazličnejših različicah. Tovrstni procesi so značilni za majhno in srednje veliko industrijo. Stroškovno učinkovitost je že mogoče doseči z zmogljivostmi obratov v območju od 5000 do 20,000 XNUMX ton na leto. V tem primeru so danes možne skoraj vse vrste povratnih informacij v materialni promet. O teh raznovrstnih postopkih recikliranja bomo podrobneje razpravljali v nadaljevanju.

Poleg kemičnih onesnaževalcev in degradacija proizvodi, ustvarjeni med prvo predelavo in uporabo, mehanske nečistoče predstavljajo glavni del kakovostnih nečistoč, ki se amortizirajo v toku recikliranja. Reciklirani materiali se vse bolj uvajajo v proizvodne procese, ki so bili prvotno zasnovani samo za nove materiale. Zato učinkovito razvrščanje, ločevanje in čiščenje postanejo najpomembnejše za visokokakovostni reciklirani poliester.

Ko govorimo o industriji recikliranja poliestra, se osredotočamo predvsem na recikliranje PET plastenk, ki se medtem uporabljajo za vse vrste tekoče embalaže, kot so voda, gazirane brezalkoholne pijače, sokovi, pivo, omake, detergenti, gospodinjske kemikalije in tako naprej. Steklenice je zaradi oblike in doslednosti enostavno ločiti, ločene od odpadnih plastičnih tokov pa samodejno ali ročno razvrščajo. Uveljavljena industrija recikliranja poliestra je sestavljena iz treh glavnih sklopov:

• Zbiranje in odvajanje PET plastenk: logistika odpadkov
• Izdelava čistih kosmičev iz steklenic: proizvodnja kosmičev
• Pretvorba kosmičev PET v končne izdelke: obdelava kosmičev

Vmesni izdelek iz prvega oddelka so odpadki iz plastenk z balonom z vsebnostjo PET več kot 90%. Najbolj pogosta oblika trgovanja so bale, vendar tudi opečne ali celo ohlapne, narezane steklenice so pogoste na trgu. V drugem delu se zbrane steklenice pretvorijo v čiste kosmiče iz PET plastenk. Ta korak je lahko bolj ali manj zapleten in zapleten, odvisno od zahtevane kakovosti končne luske. V tretjem koraku se kosmiči iz PET plastenk predelajo na kakršne koli izdelke, kot so film, steklenice, vlakna, nitke, jermeni ali vmesni materiali kot peleti za nadaljnjo predelavo in inženiring plastike.

Poleg tega zunanjega recikliranja steklenic iz poliestrskih steklenic obstajajo številni postopki recikliranja (za potrošnike), pri katerih zapravljeni polimerni material ne zapusti proizvodnega obrata na prosti trg in se namesto tega ponovno uporabi v istem proizvodnem krogu. Na ta način se vlaknasti odpadki neposredno ponovno uporabijo za proizvodnjo vlaken, odpadki predoblike se neposredno ponovno uporabijo za izdelavo predoblik, filmski odpadki pa se neposredno ponovno uporabijo za proizvodnjo filma.

Recikliranje PET plastenk

Čiščenje in dekontaminacija

Uspeh katerega koli koncepta recikliranja se skriva v učinkovitosti čiščenja in dekontaminacije na pravem mestu med predelavo in v potrebnem ali želenem obsegu.

Na splošno velja naslednje: čim prej se v postopku odstranijo tuje snovi in ​​bolj ko je to temeljito izvedeno, bolj učinkovit je postopek.

Visoka Plastifikator temperatura PET v območju 280 ° C (536 ° F) je razlog, da skoraj vse običajne organske nečistoče, kot so PVC, PLA, poliolefin, kemična vlakna iz lesne kaše in papirja, polivinil acetat, lepilo za talino, barvila, sladkor in beljakovine ostanki se pretvorijo v barvne razgradne produkte, ki bi lahko poleg tega sprostili tudi reaktivne razgradne produkte. Nato se število napak v polimerni verigi znatno poveča. Porazdelitev velikosti delcev nečistoč je zelo široka, veliki delci 60–1000 µm - ki so vidni s prostim očesom in jih je enostavno filtrirati - predstavljajo manjše zlo, saj je njihova celotna površina razmeroma majhna in je zato hitrost razgradnje manjša. Vpliv mikroskopskih delcev, ki - ker jih je veliko - povečajo pogostost napak v polimeru, je razmeroma večji.

V mnogih procesih recikliranja velja, da je geslo »Česar oko ne vidi, da srce ne more žalovati« zelo pomembno. Zato ima poleg učinkovitega razvrščanja v tem primeru posebno vlogo odstranjevanje vidnih delcev nečistoč s postopki filtracije v talini.

Na splošno lahko rečemo, da so postopki za izdelavo kosmičev iz plastenk iz stekleničk iz PET tako raznoliki, saj se različni tokovi odpadkov razlikujejo po svoji sestavi in ​​kakovosti. Glede na tehnologijo ni le enega načina za to. Medtem obstaja veliko inženirskih podjetij, ki ponujajo obrate in komponente za proizvodnjo kosmičev, zato se je težko odločiti za eno ali drugo zasnovo obrata. Kljub temu obstajajo procesi, ki si delijo večino teh načel. Glede na sestavo in stopnjo nečistoče vhodnega materiala se uporabljajo splošni naslednji koraki postopka.

1. Odpiranje bale, odpiranje briketov
2. Razvrščanje in izbor različnih barv, tujih polimerov, zlasti PVC, tujih snovi, odstranjevanje folije, papirja, stekla, peska, zemlje, kamnov in kovin
3. Predpranje brez rezanja
4. Grobo rezanje suho ali kombinirano za predhodno pranje
5. Odstranjevanje kamnov, stekla in kovin
6. Zračno presejanje za odstranitev filma, papirja in nalepk
7. Brušenje, suho in / ali mokro
8. Odstranjevanje polimerov (skodelic) z nizko gostoto glede na razlike v gostoti
9. Vroče pranje
10. Kavstično pranje in jedkanje na površini, ohranjanje notranje viskoznosti in dekontaminacije
11. Izpiranje
12. Izpiranje čiste vode
13. Sušenje
14. Zračno presejanje kosmičev
15. Samodejno razvrščanje kosmičev
16. Vodni krogotok in tehnologija čiščenja vode
17. Kontrola kakovosti lusk

Nečistoče in materialne pomanjkljivosti

Število možnih nečistoč in materialnih napak, ki se nabirajo v polimernem materialu, se stalno povečuje - tako pri predelavi kot pri uporabi polimerov - ob upoštevanju vse večje življenjske dobe, naraščanja končne uporabe in večkratnega recikliranja. Kar zadeva reciklirane plastenke iz PET, lahko omenjene pomanjkljivosti razvrstimo v naslednje skupine:

1. Reaktivne skupine poliestra OH- ali COOH se pretvorijo v odmrle ali nereaktivne končne skupine, npr. Tvorba končnih skupin vinil estra z dehidracijo ali dekarboksilacijo tereftalatne kisline, reakcijo končnih skupin OH- ali COOH z monofunkcionalno razgradnjo proizvodi, kot so mono-ogljikove kisline ali alkoholi. Rezultati so zmanjšana reaktivnost med ponovno polikondenzacijo ali ponovnim SSP in razširitev molekularne porazdelitve.
2. Delež končne skupine se premakne proti smeri COOH končnih skupin, nastalih s toplotno in oksidacijsko razgradnjo. Rezultati so zmanjšanje reaktivnosti in povečanje kislinskega avtokataliznega razkroja med termično obdelavo ob prisotnosti vlage.
3. Poveča se število polifunkcionalnih makromolekul. Kopičenje gelov in napake na vejah z dolgimi verigami.
4. Število, koncentracija in raznolikost nepolimernih identičnih organskih in anorganskih tujih snovi naraščajo. Z vsakim novim toplotnim stresom bodo organske tuje snovi reagirale z razpadom. To povzroča sproščanje nadaljnjih snovi, ki podpirajo razgradnjo, in barvil.
5. Hidroksidne in peroksidne skupine nastajajo na površini izdelkov iz poliestra v prisotnosti zraka (kisika) in vlage. Ta postopek pospešuje ultravijolična svetloba. Med postopkom zadnjične obdelave so hidro peroksidi vir kisikovih radikalov, ki so vir oksidativne razgradnje. Uničenje hidro peroksidov se mora zgoditi pred prvo termično obdelavo ali med plastificiranjem, podprti pa so lahko z ustreznimi aditivi, kot so antioksidanti.

Upoštevajoč zgoraj omenjene kemične okvare in nečistoče, se med vsakim ciklom recikliranja stalno spreminjajo naslednje značilnosti polimerov, ki jih je mogoče zaznati s kemijsko in fizikalno laboratorijsko analizo.

Zlasti:

• Povečanje končnih skupin COOH
• Povečanje barvne številke b
• Povečanje meglice (prozorni izdelki)
• Povečanje vsebnosti oligomera
• Zmanjšanje filtrabilnosti
• Povečanje vsebnosti stranskih proizvodov, kot so acetaldehid, formaldehid
• Povečanje izločljivih tujih onesnaževal
• Zmanjša se barva L
• Zmanjšanje lastna viskoznost ali dinamična viskoznost
• Znižanje temperature kristalizacije in povečanje hitrosti kristalizacije
• Zmanjšanje mehanskih lastnosti, kot so natezna trdnost, raztezek pri preboju ali modul elastike
• Širitev porazdelitve molekulske mase

Recikliranje PET plastenk je medtem industrijski standardni postopek, ki ga ponuja veliko različnih inženirskih podjetij.

Primeri obdelave recikliranega poliestra

Postopki recikliranja s poliestrom so skoraj tako raznoliki kot postopki izdelave na osnovi primarnih peletov ali taline. Glede na čistost recikliranih materialov lahko danes poliester uporabljamo v večini proizvodnih postopkov iz poliestra kot mešanico z neobdelanim polimerom ali vse bolj kot 100% recikliran polimer. Nekatere izjeme, kot so BOPET-folije z majhno debelino, posebne aplikacije, kot so optični film ali preja s predenjem FDY s hitrostjo> 6000 m / min, mikrofilamenti in mikro-vlakna so izdelani samo iz deviškega poliestra.

Enostavna ponovna peletizacija kosmičev iz steklenic

Ta postopek je sestavljen iz preoblikovanja odpadnih steklenic v kosmiče, s sušenjem in kristalizacijo kosmičev, s plastificiranjem in filtriranjem, pa tudi s peletiranjem. Izdelek je amorfen re-granulat z lastno viskoznostjo v območju od 0.55–0.7 dℓ / g, odvisno od popolnega predhodnega sušenja kosmičev PET.

Posebnost sta: acetildehid in oligomeri so v peletih na nižji ravni; viskoznost se nekako zmanjša, peleti so amorfni in jih je treba pred nadaljnjo obdelavo kristalizirati in posušiti.

Obdelava v:

• A-PET folija za termoformiranje
• Dodatek k proizvodnji virusa PET
• BoPET embalažni film
• PET Steklenica smola s strani SSP
• Preja preproga
• Inženirska plastika
• Filamenti
• Netkani
• Pakiranje trakov
• Preprosta vlakna.

Izbira načina ponovnega peletiranja pomeni dodaten postopek pretvorbe, ki je na eni strani energetsko intenziven in dolgotrajen ter povzroča toplotno uničenje. Na drugi strani korak peletiranja zagotavlja naslednje prednosti:

• Intenzivna filtracija taline
• Vmesni nadzor kakovosti
• Spreminjanje z dodatki
• Izbira in ločevanje izdelkov po kakovosti
• Povečala se je prilagodljivost obdelave
• Kakovostna poenotenja.

Proizvodnja peletov ali kosmičev za plastenke (steklenica za steklenico) in A-PET

Ta postopek je načeloma podoben zgoraj opisanemu; proizvedeni peleti pa se neposredno (neprekinjeno ali občasno) kristalizirajo in nato podvržejo polkondenzaciji v trdnem stanju (SSP) v sušilnem stroju ali reaktorju z navpično cevjo. Med tem korakom predelave se znova vzpostavi ustrezna notranja viskoznost 0.80–0.085 dℓ / g, hkrati pa se vsebnost acetaldehida zmanjša na <1 ppm.

Dejstvo, da se nekateri proizvajalci strojev in gradbeniki linij v Evropi in ZDA trudijo ponuditi neodvisne postopke recikliranja, npr. Tako imenovani postopek od steklenice do steklenice (B-2-B), kot je npr. BePET, Škorci, URRC ali BÜHLER, želi na splošno predložiti dokaze o „obstoju“ zahtevanih ostankov ekstrakcije in odstranjevanju vzorcev onesnaževal po FDA z uporabo tako imenovanega preizkusnega testa, ki je potreben za nanašanje obdelanega poliestra v živilski sektor. Poleg odobritve tega postopka je kljub temu potrebno, da mora vsak uporabnik takih postopkov nenehno preverjati mejne vrednosti FDA za surovine, ki jih sam proizvaja za svoj postopek.

Neposredna pretvorba kosmičev iz steklenic

Da bi prihranili stroške, vse več proizvajalcev poliestrskih vmesnih proizvajalcev, kot so predilnice, jermeni ali litoplastni mlini, dela na neposredni uporabi kosmičev PET, od obdelave rabljenih steklenic, da bi izdelali vse večje število poliestrskih polizdelkov. Za prilagoditev potrebne viskoznosti je poleg učinkovitega sušenja kosmičev mogoče tudi rekonstruirati viskoznost polikondenzacija v stopnji taline ali polkondenzaciji kosmičev v trdnem stanju. Najnovejši postopki pretvorbe PET kosmičev uporabljajo dvojne vijačne ekstruderje, več vijačne ekstruderje ali več rotacijske sisteme in sočasno vakuumsko razplinjevanje, da odstranite vlago in se izognete predhodnemu sušenju kosmičev. Ti procesi omogočajo pretvorbo suhih kosmičev PET brez občutnega zmanjšanja viskoznosti, ki ga povzroči hidroliza.

Glede na porabo kosmičev iz PET plastenk se glavni delež približno 70% pretvori v vlakna in nitke. Pri neposredni uporabi sekundarnih materialov, kot so kosmiči iz steklenic, v postopku predenja je treba pridobiti nekaj načel obdelave.

Hitrostni predilni postopki za izdelavo POY običajno potrebujejo viskoznost 0.62–0.64 dℓ / g. Od kosmičev iz steklenic lahko viskoznost nastavimo s stopnjo sušenja. Dodatna uporaba TiO₂ je potrebna za polno dolgočasno ali pol dolgočasno prejo. Za zaščito spineretov je v vsakem primeru potrebna učinkovita filtracija taline. Zaenkrat je količina POY iz 100% recikliranega poliestra precej majhna, ker ta postopek zahteva visoko čistost predilnega taljenja. Večino časa uporabljamo mešanico deviških in recikliranih peletov.

Navadna vlakna se vrtijo v notranjem viskoznem območju, ki leži nekoliko nižje in mora biti med 0.58 in 0.62 dℓ / g. Tudi v tem primeru se lahko zahtevana viskoznost prilagodi s sušenjem ali nastavitvijo vakuuma v primeru vakuumske ekstruzije. Za prilagoditev viskoznosti pa je dodaten modifikator dolžine verige etilen glikol or dietilen glikol se lahko uporablja tudi.

Predenje netkanega materiala - v polju z lepim titrom za tekstilne namene, pa tudi težko predenje netkanega materiala kot osnovnih materialov, npr. Za strešne kritine ali gradnjo cest - lahko izdeluje z vrtenjem kosmičev iz steklenic. Viskoznost predenja je spet v območju 0.58–0.65 dℓ / g.

Eno področje vse večjega zanimanja, kjer se uporabljajo reciklirani materiali, je izdelava embalažnih trakov visoke trdnosti in monofilamentov. V obeh primerih je začetna surovina večinoma recikliran material z višjo lastno viskoznostjo. Pakirni trakovi z visoko trdnostjo in monofilamenti se nato izdelajo v postopku predenja taline.

Recikliranje monomerov

Polietilen tereftalat lahko depolimeriziramo, da dobimo sestavne monomere. Po čiščenju lahko monomere uporabimo za pripravo novega polietilen tereftalata. Estrne vezi v polietilen tereftalatu se lahko cepijo s hidrolizo ali s presnovitvijo. Reakcije so preprosto obratne od uporabljenih v izdelavi.

Delna glikoliza

Delna glikoliza (transeterifikacija z etilen glikolom) pretvarja tog polimer v kratke verige oligomerov, ki jih je mogoče pri nizki temperaturi filtrirati talino. Ko se olimomeri osvobodijo nečistoč, jih lahko vrnemo nazaj v proizvodni postopek za polimerizacijo.

Naloga je hranjenje 10–25% kosmičev iz steklenic, hkrati pa ohranjanje kakovosti peletov, ki se proizvajajo na liniji. Ta cilj je rešen z razgradnjo kosmičev PET plastenk - že med prvo plastifikacijo, ki jo lahko izvedemo v enojnem ali več vijačnem ekstruderju - do lastne viskoznosti približno 0.30 dℓ / g z dodajanjem majhnih količin etilen glikola in z nizko viskoznostjo toka taline učinkoviti filtraciji neposredno po plastifikaciji. Poleg tega se temperatura zniža na najnižjo možno mejo. Poleg tega je s tem načinom predelave možna kemična razgradnja hidro peroksidov z dodajanjem ustreznega P-stabilizatorja neposredno pri plastificiranju. Uničenje hidro-peroksidnih skupin se pri drugih postopkih že izvaja v zadnjem koraku obdelave kosmičev, na primer z dodajanjem H₃PO₃. Delno glikoliziran in fino filtriran recikliran material se neprekinjeno dovaja v reaktor za esterifikacijo ali predkondenzacijo, količine doziranja surovin pa se ustrezno prilagodijo.

Totalna glikoliza, metanoliza in hidroliza

Obdelava poliestrskih odpadkov s popolno glikolizo za popolno pretvorbo poliestra v bis (2-hidroksietil) tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂). Ta spojina se očisti z vakuumsko destilacijo in je eden od vmesnih snovi, ki se uporabljajo v proizvodnji poliestra. Vključena je naslednja reakcija:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n Hoch₂CH₂OH → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂

Ta pot recikliranja je bila na Japonskem izvedena v industrijskem obsegu kot poskusna proizvodnja.

Podobno kot skupna glikoliza metanoliza pretvori poliester v dimetil tereftalat, ki se lahko filtrira in vakuumsko destilira:

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

Metanoliza se danes v industriji le redko izvaja, saj se je proizvodnja poliestra na osnovi dimetil tereftalata močno zmanjšala, številni proizvajalci dimetil tereftalata pa so izginili.

Kot zgoraj je lahko polietilen tereftalat hidroliziran v tereftalno kislino in etilen glikol pod visoko temperaturo in tlakom. Nastalo surovo tereftalno kislino lahko očistimo s rekristalizacija da dobimo material, primeren za ponovno polimerizacijo:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n Hoch₂CH₂OH

Zdi se, da ta metoda še ni bila komercializirana.