PET

Tereftalat de polietilè (de vegades poli (tereftalat d’etilè)), generalment abreujada PET, pete, o el PETP obsolet o PET-P, és el més comú termoplàstic polímer resina de la polièster familiar i s'utilitza en fibres per a roba, contenidors per a líquids i aliments, termoformat per a la fabricació, i en combinació amb fibra de vidre per a resines d'enginyeria.

També es pot fer referència al nom de la marca Dacron; a Gran Bretanya, Terylene; o, a Rússia i l'antiga Unió Soviètica, Lavsan.

La majoria de la producció mundial de PET és per a fibres sintètiques (superior al 60%), amb una producció d’ampolles que representa aproximadament el 30% de la demanda mundial. En el context de les aplicacions tèxtils, el PET es coneix amb el seu nom comú, polièster, mentre que les sigles PET s'utilitza generalment en relació als envasos. El polièster representa al voltant del 18% de la producció mundial de polímer i és el quart més produït polímer; polietilè(PE), polipropilè (PP) i clorur de polivinil (PVC) són primer, segon i tercer, respectivament.

PET consta de polimeritzada unitats del monomer etilè tereftalat, amb repetició (C₁₀H₈O₄) unitats. El PET es recicla habitualment i en té el número 1 com a símbol de reciclatge.

Segons el seu processament i la seva història tèrmica, hi pot existir un polietilè tereftalat tant amorf (transparent) com polímer semicristal·lí. El material semicristal·lí pot semblar transparent (mida de les partícules <500 nm) o opac i blanc (mida de les partícules fins a uns quants micròmetres) segons la seva estructura cristal·lina i la mida de les seves partícules. El seu monòmer bis (2-hidroxietil) tereftalat es pot sintetitzar mitjançant la esterificació reacció entre àcid tereftal i glicol etilè amb l’aigua com a subproducte o bé transesterificació reacció entre glicol etilè i tereftalat de dimetil amb metanol com a subproducte. La polimerització es realitza mitjançant policondensació reacció dels monòmers (realitzada immediatament després de l'esterificació / transesterificació) amb l'aigua com a subproducte.

noms
Nom de la IUPAC Poli (benzè-etil-1,4-dicarboxilat)
Identificadors
CAS	25038-59-9
Abreviatures	PET, PETE
Propietats
Fórmula química	(C10H8O4)n
Massa molar	variable
Densitat	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorf: 1.370 g / cm3, cristall únic: 1.455 g / cm3
Punt de fusió	> 250 ° C, 260 ° C
Punt d'ebullició	> 350 ° C (es descompon)
Solubilitat en aigua	pràcticament insoluble
Conductivitat tèrmica	0.15 a 0.24 W m-1 K-1
Índex de refracció(nD)	1.57-1.58, 1.5750
Termoquímica
Específic capacitat de calor (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Compostos relacionats
connex Monòmers	Àcid tereftal Glicol etilè
Llevat que s’indiqui el contrari, es proporcionen dades sobre els seus materials estat estàndard (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

Usa

Com que el PET és un excel·lent material de barrera per a l’aigua i la humitat, les ampolles de plàstic fetes amb PET s’utilitzen àmpliament per refrescos (vegeu carbonatació). Per a determinades ampolles especials, com les designades per a la contenció de cervesa, el sandvitx PET envia una capa d’alcohol polivinil (PVOH) addicional per reduir encara més la seva permeabilitat a l’oxigen.

PET orientat biaxialment la pel·lícula (sovint coneguda amb un dels seus noms comercials, "Mylar") es pot aluminitzar evaporant-hi una fina pel·lícula de metall per reduir-ne la permeabilitat i fer-la reflectant i opaca (MPET). Aquestes propietats són útils en moltes aplicacions, inclosos els aliments flexibles embalatge i aïllament tèrmic. Vegeu:mantes d'espai“. A causa de la seva elevada resistència mecànica, la pel·lícula de PET s'utilitza sovint en aplicacions de cintes, com ara el suport per a cintes magnètiques o el suport per a cintes adhesives sensibles a la pressió.

Pot ser una fulla de PET no orientada termoformat per fer safates d’embalatge i ampolles. Si s’utilitza un PET cristal·litzable, les safates es poden utilitzar per a sopars congelats, ja que resisteixen tant a la temperatura de congelació com al forn. A diferència del PET amorf, que és transparent, el PET cristal·litzable o el CPET sol tenir un color negre.

Quan s’omple de partícules o fibres de vidre, es torna significativament més dur i durador.

El PET també s’utilitza com a substrat en cèl·lules solars de pel·lícula prima.

El terilene també s'escampa en cims de corda per evitar el desgast de les cordes al passar pel sostre.

història

La PET va ser patentada el 1941 per John Rex Whinfield, James Tennant Dickson i el seu empresari la Calico Printers 'Association de Manchester, Anglaterra. EI DuPont de Nemours a Delaware, Estats Units, va utilitzar per primera vegada la marca comercial Mylar el juny de 1951 i en va rebre el registre el 1952. Encara és el nom més conegut per a la pel·lícula de polièster. L’actual propietari de la marca comercial és DuPont Teijin Films US, una associació amb una empresa japonesa.

A la Unió Soviètica, el PET es va fabricar per primera vegada als laboratoris de l’Institut de Compostos Moleculars d’Acadèmia de Ciències de l’URSS el 1949, i el seu nom “Lavsan” és el seu acrònim (laборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

L’ampolla PET va ser patentada el 1973 per Nathaniel Wyeth.

Propietats físiques

El PET en estat natural és una resina incolora i semi-cristal·lina. En funció de com es processa, el PET pot ser semirígid a rígid i és molt lleuger. Fa una bona barrera contra el gas i la humitat, així com una bona barrera contra l'alcohol (requereix un tractament "barrera" addicional) i els dissolvents. És resistent i resistent als impactes. El PET es torna blanc quan s’exposa al cloroform i també a altres productes químics com el tolueno.

Al voltant del 60% de cristal·lització és el límit superior per a productes comercials, a excepció de les fibres de polièster. Es poden produir productes clars refredant ràpidament el polímer fos sota T_g temperatura de transició del vidre per formar un sòlid amorf. Igual que el vidre, el PET amorf es forma quan no es dóna prou temps a les seves molècules per disposar-se de manera ordenada i cristal·lina a mesura que es refreda la massa fosa. A temperatura ambient, les molècules es congelen al seu lloc, però, si es torna a introduir prou energia calorífica escalfant per sobre de T_g, comencen a moure’s de nou, permetent que els cristalls es nuclein i creixin. Aquest procediment es coneix com a cristal·lització en estat sòlid.

Quan es deixa refredar lentament, el polímer fos forma un material més cristal·lí. Aquest material té esferulites que conté molts petits cristal·lites quan es cristal·litza a partir d’un sòlid amorf, en lloc de formar un gran cristall únic. La llum tendeix a escampar-se a mesura que creua els límits entre els cristallits i les regions amorfes entre ells. Aquesta dispersió significa que la PET cristal·lina és opaca i blanca en la majoria dels casos. El dibuix de fibra es troba entre els pocs processos industrials que produeixen un producte gairebé d’un sol cristall.

Viscositat intrínseca

Es coneix com a una de les característiques més importants del PET viscositat intrínseca (IV).

La viscositat intrínseca del material, que es troba extrapolant a zero la concentració de viscositat relativa a la concentració que es mesura en decilitres per gram (dℓ / g). La viscositat intrínseca depèn de la longitud de les seves cadenes de polímer, però no té unitats per haver estat extrapolada a concentració zero. Com més llargues són les cadenes de polímer, més enllaços entre cadenes i, per tant, més gran és la viscositat. Es pot controlar la longitud mitjana de la cadena d'un determinat lot de resina policondensació.

Gamma de viscositat intrínseca del PET:

Grau de fibra

0.40–0.70 Tèxtil

0.72–0.98 Tècnic, cable de pneumàtics

Grau de cinema

0.60-0.70 TAPA (pel·lícula PET orientada biaxialment)

0.70–1.00 Grau de full per a termoformat

Grau d’ampolla

0.70–0.78 Ampolles d’aigua (planes)

0.78–0.85 Grau de begudes refrescants carbonatades

Monofilament, plàstic d’enginyeria

1.00-2.00

Assecat

PET és higroscòpic, és a dir, que absorbeix l’aigua del seu entorn. No obstant això, quan aquest PET "humit" s'escalfa, l'aigua hidrolits el PET, disminuint la seva resiliència. Així, abans que la resina es pugui processar en una màquina de modelar, s’ha d’assecar. L’assecat s’aconsegueix mitjançant l’ús d’un dessecant o assecadors abans que el PET s’introdueixi a l’equip de processament.

Dins de l'assecador, l'aire sec i calent es bomba al fons de la tremuja que conté la resina de manera que flueixi a través dels pellets, eliminant la humitat al seu pas. L’aire calent i humit surt de la part superior de la tremuja i primer passa per un refrigerador posterior, perquè és més fàcil eliminar la humitat de l’aire fred que l’aire calent. L'aire humit fresc resultant es fa passar a través d'un llit dessecant. Finalment, l'aire fresc i sec que surt del llit dessecant es torna a escalfar en un escalfador de procés i s'envia pels mateixos processos en un bucle tancat. Normalment, els nivells d’humitat residual a la resina han de ser inferiors a 50 parts per milió (parts d’aigua per milió de parts de resina, en pes) abans del processament. El temps de residència de l’assecador no ha de ser inferior a unes quatre hores. Això és degut a que l'assecat del material en menys de 4 hores requeriria una temperatura superior a 160 ° C, a quin nivell hidròlisi començarien dins dels pellets abans que es poguessin assecar.

També es pot assecar PET en assecadores de resina d’aire comprimit. Els assecadors d'aire comprimit no reutilitzen l'aire assecat. L’aire comprimit sec i escalfat circula pels pèl·lets de PET com a l’assecador dessecant, després s’allibera a l’atmosfera.

Copolímers

A més del pur (homopolímer) PET, PET modificat per copolimerització també està disponible.

En alguns casos, les propietats modificades del copolímer són més desitjables per a una aplicació determinada. Per exemple, ciclohexà dimetanol (CHDM) es pot afegir a la columna vertebral del polímer en lloc de glicol etilè. Com que aquest bloc de construcció és molt més gran (6 àtoms de carboni addicionals) que la unitat d’etilenglicol que substitueix, no s’adapta a les cadenes veïnes tal com ho faria una unitat d’etilenglicol. Això interfereix amb la cristal·lització i redueix la temperatura de fusió del polímer. En general, aquest PET es coneix com PETG o PET-G (modificats amb glicol al polietilè tereftalat; Eastman Chemical, SK Chemicals i Artenius Italia són alguns fabricants de PETG). El PETG és un termoplàstic amorf clar que es pot modelar per injecció o extrusionar xapes. Es pot acolorir durant el processament.

Un altre modificador comú és àcid isofàlic, substituint alguns dels 1,4- (per-) enllaçat tereftalat unitats. El 1,2- (orto-) o 1,3- (meta-) L'enllaç produeix un angle a la cadena, que també pertorba la cristalinitat.

Aquests copolímers són avantatjosos per a determinades aplicacions de modelat, com ara termoformat, que s'utilitza per exemple per elaborar embalatges de safates o ampolles a partir de film co-PET, o de full PET amorf (A-PET) o full de PETG. D'altra banda, la cristal·lització és important en altres aplicacions on l'estabilitat mecànica i dimensional és important, com ara els cinturons de seguretat. Per a les ampolles de PET, l’ús de petites quantitats d’àcid isofàlic, CHDM, dietilenglicol (DEG) o altres comonomers poden ser útils: si només s’utilitzen petites quantitats de comonomers, la cristal·lització s’alenteix, però no s’evita del tot. Com a resultat, les ampolles es poden obtenir mitjançant modelat per cops d’estiraments ("SBM"), que són prou clars i cristal·lins com per ser una barrera adequada als aromes i fins i tot als gasos, com ara el diòxid de carboni de les begudes carbonatades.

Producció

Es produeix a partir de polietilè tereftalat glicol etilè i tereftalat de dimetil (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) O àcid tereftal.

El primer és un transesterificació mentre que aquesta darrera és una reacció esterificació reacció.

Procés del tereftalat de dimetil

In tereftalat de dimetil procés, aquest compost i l'excés d'etilenglicol es fan reaccionar en la fosa a 150-200 ° C amb a catalitzador bàsic. Metanol (CH₃OH) s’elimina per destil·lació per conduir la reacció cap endavant. L’excés d’etilenglicol es destil·la a una temperatura més elevada amb l’ajut del buit. El segon pas de transesterificació procedeix a 270-280 ° C, amb una destil·lació contínua també d’etilenglicol.

Les reaccions són idealitzades de la següent manera:

Primer pas

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 HOCH₂CH₂OH → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ + 2 canals₃OH

Segon pas

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n ALTA₂CH₂OH

Procés àcid tereftal

A la àcid tereftal procés, l’esterificació de l’etilenglicol i l’àcid tereftàl·lic es realitza directament a pressió moderada (2.7-5.5 bar) i a alta temperatura (220-260 ° C). L’aigua s’elimina en la reacció i també s’elimina contínuament per destil·lació:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n ALTA₂CH₂OH → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

degradació

El PET està sotmès a diferents tipus de degradacions durant el processament. Les principals degradacions que es poden produir són l’oxidació tèrmica i probablement la més important. Quan el PET es degrada, succeeixen diverses coses: decoloració, cadena xiscles amb un pes molecular reduït, formació de acetaldehidi reticulacions (Formació de "gel" o "ull de peix"). La decoloració es deu a la formació de diversos sistemes cromofòrics després d’un tractament tèrmic prolongat a temperatures elevades. Això es converteix en un problema quan els requisits òptics del polímer són molt elevats, com en aplicacions d’envasat. La degradació tèrmica i termooxidativa dóna lloc a males característiques de processabilitat i al rendiment del material.

Una forma de pal·liar-ho és utilitzar una copolímer. Comonomers com el CHDM o àcid isofàlic disminuir la temperatura de fusió i reduir el grau de cristalinitat del PET (especialment important quan s’utilitza el material per a la fabricació d’ampolles). Així, la resina es pot formar plàsticament a temperatures més baixes i / o amb força menor. Això ajuda a evitar la degradació, reduint el contingut d'acetaldehid del producte acabat a un nivell acceptable (és a dir, desapercebut). Veure copolímers, per sobre. Una altra manera de millorar l'estabilitat del polímer és utilitzar estabilitzadors, principalment antioxidants com fosfits. Recentment, també s’ha considerat l’estabilització a nivell molecular del material mitjançant productes químics nanoestructurats.

Acetaldehid

Acetaldehid és una substància incolora i volàtil amb olor afruitat. Tot i que es forma de forma natural en algunes fruites, pot provocar un mal gust en aigua embotellada. L’acetaldehid es forma per degradació del PET a través del mal maneig del material. Les altes temperatures (el PET es descompon per sobre dels 300 ° C o 570 ° F), les altes pressions, les velocitats de l’extrusora (un flux de tall excessiu augmenta la temperatura) i els llargs temps de residència en barril contribueixen a la producció d’acetaldehid. Quan es produeix acetaldehid, en queda part dissolt a les parets d’un recipient i després difon al producte emmagatzemat al seu interior, modificant el sabor i l'aroma. Aquest no és un problema per als consumibles (com el xampú), per als sucs de fruites (que ja contenen acetaldehid), o per a begudes de sabor fort com els refrescos. Tanmateix, per a l’aigua embotellada, el contingut en acetaldehid és baix, ja que, si res emmascara l’aroma, fins i tot concentracions extremadament baixes (entre 10 i 20 parts per mil milions d’aigua) d’acetaldehid poden produir un desconsol.

antimoni

antimoni (Sb) és un element metaloide que s'utilitza com a catalitzador en forma de compostos com triòxid d'antimoni (Sb₂O₃) o triacetat d’antimoni en la producció de PET. Després de la fabricació, es pot trobar una quantitat detectable d’antimoni a la superfície del producte. Aquest residu es pot eliminar amb rentat. L’antimoni també roman en el material propi i, per tant, pot emigrar cap a menjar i begudes. Exposar el PET a ebullició o microones pot augmentar significativament els nivells d’antimoni, possiblement per sobre dels nivells màxims de contaminació dels USEPA. El límit d’aigua potable avaluat per l’OMS és de 20 parts per mil milions (OMS, 2003) i el límit d’aigua potable als EUA és de 6 parts per mil milions. Tot i que el triòxid d’antimoni és de baixa toxicitat quan es pren per via oral, la seva presència encara preocupa. Els suïssos Oficina Federal de Salut Pública es va investigar la quantitat de migració d'antimonis, comparant aigües embotellades en PET i vidre: les concentracions d'antimonis de l'aigua en ampolles de PET van ser més altes, però encara molt per sota de la concentració màxima permesa. L’Oficina Federal de Salut Pública de Suïssa va concloure que petites quantitats d’antimoni migren des del PET a l’aigua embotellada, però que el risc per a la salut de les baixes concentracions resultants és insignificant (1% delingesta diària tolerable”Determinat per la QUI). Un estudi posterior (2006), però més difós, va trobar quantitats similars d’antimoni a l’aigua en ampolles de PET. L’OMS ha publicat una avaluació del risc d’antimoni a l’aigua potable.

No obstant això, es va trobar que els concentrats de suc de fruita (per als quals no s’estableixen pautes) que es van produir i embotellar en PET al Regne Unit contenien fins a 44.7 µg / L d’antimoni, molt per sobre dels límits de la UE per a aigua de l'aixeta de 5 µg / L.

Biodegradació

Nocàrdia pot degradar el PET amb un enzim esterasa.

Científics japonesos han aïllat un bacteri Ideonella sakaiensis que té dos enzims que poden descompondre el PET en peces més petites que el bacteri pot digerir. Una colònia de I. sakaiensis pot desintegrar una pel·lícula de plàstic en unes sis setmanes.

Seguretat

Comentari publicat a Perspectives de Salut Ambiental a l’abril del 2010 van suggerir que el PET podria produir-se disruptors endocrins en condicions d’ús comú i recerques recomanades sobre aquest tema. Els mecanismes proposats inclouen la lixiviació ftalats així com la lixiviació de antimoni. Article publicat a: Revista de Monitorització Ambiental a l’abril de 2012 conclou que la concentració d’antimoni a aigua desionitzada emmagatzemat en ampolles de PET es manté dins del límit acceptable de la UE, fins i tot si s’emmagatzema breument a temperatures de fins a 60 ° C (140 ° F), mentre que el contingut embotellat (aigua o refrescos) pot excedir ocasionalment el límit de la UE després de menys d’un any d’emmagatzematge a l’habitació temperatura.

Equips de processament d’ampolles

Hi ha dos mètodes bàsics de modelat per a ampolles de PET, d’un sol pas i de dos passos. En el modelat en dos passos s’utilitzen dues màquines separades. La primera màquina d'injecció motlle la preforma, que s'assembla a un tub d'assaig, amb els fils de la tapa de l'ampolla ja modelats. El cos del tub és significativament més gruixut, ja que s'inflarà a la seva forma final al segon pas modelat per cops d’estiraments.

Al segon pas, les preformes s’escalfen ràpidament i s’inflen després d’un motlle de dues parts per formar-les en la forma final de l’ampolla. Ara també s’utilitzen les formes preformals (ampolles sense inflar) com a contenidors singulars robustos i únics; a més dels dolços de novetat, alguns capítols de la Creu Roja els distribueixen com a part del programa Vial of Life als propietaris de cases per emmagatzemar antecedents mèdics per a persones que responguin a emergències. Un altre ús cada vegada més habitual per a les preformes són els contenidors de l’activitat a l’aire lliure de Geocaching.

En màquines d'un sol pas, tot el procés des de la matèria primera fins al contenidor acabat es realitza dins d'una sola màquina, fent-lo especialment adequat per modelar formes no estàndard (modelat personalitzat), incloent-hi gerres, formes ovalades planes, matràs, etc. El seu mèrit més gran és la reducció de l’espai, la manipulació i l’energia del producte i una qualitat visual molt superior a la que es pot aconseguir pel sistema de dos passos.

Indústria de reciclatge de polièster

L’any 2016, es va estimar que es produeixen 56 milions de tones de PET cada any.

Si bé la majoria dels termoplàstics poden, en principi, ser reciclats, Reciclatge d’ampolles de PET és més pràctic que moltes altres aplicacions de plàstic a causa de l’elevat valor de la resina i l’ús gairebé exclusiu de PET per a l’ampolla de begudes refrescants i gasoses. PET té un codi d’identificació de resina de 1. Els usos principals per als PET reciclats són el polièster fibra, embalatges i envasos no alimentaris

A causa de la reciclabilitat del PET i l'abundància relativa de residus posteriors al consumidor en forma d'ampolles, PET obté una quota de mercat ràpidament com a fibra de catifa. Mohawk Industries va llançar everSTRAND el 1999, una fibra PET de contingut reciclat 100% post-consumidor. Des d’aquest moment, més de 17 mil milions d’ampolles s’han reciclat en fibra de catifa. Pharr Yarns, proveïdor de nombrosos fabricants de catifes inclosos Looptex, Dobbs Mills i Berkshire Flooring, produeix una fibra de catifa PET BCF (filament continu en massa) que conté un mínim del 25% de contingut reciclat després del consum.

El PET, com passa amb molts plàstics, també és un excel·lent candidat a l'eliminació tèrmica (incineració), ja que està compost per carboni, hidrogen i oxigen, amb només traces d’elements catalitzadors (però sense sofre). PET té el contingut energètic del carbó tou.

Quan es recicla el polietilè tereftalat o PET o polièster, en general s'han de diferenciar dues maneres:

1. El reciclatge químic es remunta a les matèries primeres inicials depurades àcid tereftal (PTA) o tereftalat de dimetil (DMT) i glicol etilè (EG) on l'estructura del polímer es destrueix completament, o en processos intermedis com bis (2-hidroxietil) tereftalat
2. El reciclatge mecànic on es mantenen o es reconstitueixen les propietats del polímer originals.

El reciclatge químic de PET serà rendible només aplicant línies de reciclatge d’alta capacitat de més de 50,000 tones / any. Aquestes línies només es podien veure, en absolut, dins dels llocs de producció de grans productors de polièster. En el passat s'han fet diversos intents de magnitud industrial per establir aquestes plantes de reciclatge de productes químics, però sense èxit rotund. Fins i tot el prometedor reciclatge químic al Japó no ha esdevingut un avenç industrial fins ara. Les dues raons per això són: en un primer moment, la dificultat de subministrar ampolles de residus consistents i contínues en una quantitat tan gran en un mateix lloc i, en segon lloc, l'augment constant dels preus i la volatilitat dels preus de les ampolles recollides. Els preus de les ampolles empacades augmenten, per exemple, entre els anys 2000 i 2008, passant d’uns 50 euros / tona a més de 500 euros / tona el 2008.

El reciclatge mecànic o la circulació directa del PET en estat polimèric s’utilitza en les més diverses variants actuals. Aquest tipus de processos són típics de la indústria petita i mitjana. La rendibilitat de costos ja es pot assolir amb les capacitats de la planta dins d’un rang de 5000-20,000 tones / any. En aquest cas, és possible avui dia tot tipus de comentaris de material reciclat a la circulació del material. Aquests diferents processos de reciclatge es discuteixen a continuació en detall.

A més de contaminants i substàncies químiques degradació els productes generats durant el primer processament i ús, les impureses mecàniques representen la part principal de la depreciació de les impureses de la qualitat en el flux de reciclatge. Els materials reciclats s’introdueixen cada cop més en els processos de fabricació, originalment dissenyats només per a nous materials. Per tant, els processos eficaços d'ordenació, separació i neteja esdevenen més importants per a polièster reciclat d'alta qualitat.

Quan parlem de la indústria del reciclatge de polièster, ens centrem principalment en el reciclatge d’ampolles PET, que s’utilitzen al mateix temps per a tot tipus d’envasos líquids com l’aigua, les begudes refrescants carbonatades, sucs, cervesa, salses, detergents, productes químics per a la llar, etc. Les botelles són fàcils de distingir per la seva forma i consistència i es separen dels residus de plàstic, ja sigui mitjançant processos automàtics o d'ordenació manual. La indústria de reciclatge de polièster establerta consta de tres seccions principals:

• Recollida d’ampolles de PET i separació de residus: logística de residus
• Producció de flocs d’ampolla neta: producció de flocs
• Conversió de flocs de PET en productes finals: processat de flocs

El producte intermedi de la primera secció és el rebuig de les ampolles amb un contingut de PET superior al 90%. La forma de comerç més comuna és la bala, però també els biberons o fins i tot alliberats, prèviament tallats, són habituals al mercat. A la segona secció, les ampolles recollides es converteixen en flocs d’ampolla de PET nets. Aquest pas pot ser més o menys complex i complicat segons la qualitat final del floc requerit. Durant el tercer pas, els flocs d’ampolla PET s’elaboren a qualsevol tipus de productes com pel·lícules, ampolles, fibra, filament, embenatges o intermedis com pellets per a processaments posteriors i enginyeria de plàstics.

A més d’aquest reciclatge d’ampolles de polièster extern (post consumidor), existeixen nombrosos processos de reciclatge interns (preconsumidors), on el material de polímer malgastat no surt del lloc de producció al lliure mercat i es torna a reutilitzar en el mateix circuit de producció. D’aquesta manera, els residus de fibra es reutilitzen directament per produir fibra, els residus de preformes es reutilitzen directament per produir preformes i els residus de pel·lícula es reutilitzen directament per produir film.

Reciclatge d’ampolles de PET

Purificació i descontaminació

L’èxit de qualsevol concepte de reciclatge s’amaga en l’eficiència de purificació i descontaminació al lloc adequat durant el processament i en la mesura necessària o desitjada.

En general, s'aplica el següent: Com més primerenc en el procés s'eliminen les substàncies estrangeres, i com més se'n faci, més eficient és el procés.

L’alt Plastificant la temperatura del PET en el rang de 280 ° C (536 ° F) és la raó per la qual gairebé totes les impureses orgàniques habituals, com ara PVC, PLA, poliolefina, fibres químiques i de paper de fusta, acetat de polivinil, fondre adhesiu, colorants, sucre i proteïna els residus es transformen en productes de degradació de colors que, al seu torn, poden alliberar productes de degradació reactius. Llavors, el nombre de defectes a la cadena de polímers augmenta considerablement. La distribució de la mida de les partícules de les impureses és molt àmplia, les grans partícules de 60-1000 µm —que són visibles a simple vista i fàcils de filtrar— representen el mal menor, ja que la seva superfície total és relativament petita i, per tant, la velocitat de degradació és menor. La influència de les partícules microscòpiques, que —perquè són moltes— augmenten la freqüència de defectes del polímer, és relativament major.

El lema "Allò que l'ull no veu que el cor no pot lamentar-se" es considera molt important en molts processos de reciclatge. Per tant, a més d’una classificació eficient, l’eliminació de partícules d’impuresa visibles mitjançant processos de filtració per fosa juga un paper particular en aquest cas.

En general, es pot dir que els processos per fer flocs d’ampolles de PET a partir d’ampolles recollides són tan versàtils com els diferents fluxos de residus són diferents en la seva composició i qualitat. Tenint en compte la tecnologia, no hi ha només una manera de fer-ho. Mentrestant, hi ha moltes empreses d’enginyeria que ofereixen components i plantes de producció d’escates, i és difícil decidir-se per un o altre disseny de plantes. No obstant això, hi ha processos que comparteixen la majoria d'aquests principis. Depenent de la composició i el nivell d’impuresa del material d’entrada, s’apliquen els següents passos generals del procés.

1. Obertura de bales, obertura de briquetes
2. Classificació i selecció de diferents colors, polímers estrangers, especialment PVC, matèries estrangeres, eliminació de pel·lícula, paper, vidre, sorra, sòl, pedres i metalls
3. Pre-rentat sense tallar
4. Tall gruixut en sec o combinat per al rentat previ
5. Eliminació de pedres, vidre i metall
6. Tamisat d’aire per treure pel·lícula, paper i etiquetes
7. Triturant, sec i / o humit
8. Eliminació de polímers (copes) de baixa densitat per diferències de densitat
9. Rentat en calent
10. Rentat càustic i gravat superficial, mantenint viscositat intrínseca i descontaminació
11. Esbandit
12. Esbandit d'aigua neta
13. Assecat
14. Filtració d'aire de flocs
15. Classificació automàtica de flocs
16. Circuits d’aigua i tecnologia de tractament d’aigües
17. Control de qualitat de flocs

Impureses i defectes materials

El nombre de possibles impureses i defectes materials que s’acumulen en el material polimèric s’incrementa de forma permanent –tant al processar com a l’ús dels polímers– tenint en compte una vida del servei creixent, les aplicacions finals i el reciclatge repetit. Pel que fa a les ampolles de PET reciclades, els defectes esmentats es poden classificar en els grups següents:

1. Els grups finals de polièster OH- o COOH- reactius es transformen en grups finals morts o no reactius, per exemple, formació de grups finals d’èster vinílic mitjançant la deshidratació o la descarboxilació d’àcid tereftalat, la reacció dels grups finals OH o COOH amb degradació mono-funcional. productes com els àcids mono-carbònics o els alcohols. Els resultats són disminució de la reactivitat durant el re-policondensació o re-SSP i ampliant la distribució del pes molecular.
2. La proporció de grups finals es desplaça cap a la direcció dels grups finals COOH construïts mitjançant una degradació tèrmica i oxidativa. Els resultats són disminució de la reactivitat i augment de la descomposició autocatalítica àcida durant el tractament tèrmic en presència d’humitat.
3. El nombre de macromolècules polifuncionals augmenta. Acumulació de gels i defectes de ramificació de cadena llarga.
4. El nombre, la concentració i la varietat de substàncies estrangeres orgàniques i inorgàniques idèntiques als no polímers estan augmentant. Amb cada nova tensió tèrmica, les substàncies orgàniques foren reaccionen mitjançant descomposició. Això està provocant l'alliberament de substàncies colorants i de suport de la degradació.
5. Els grups d’hidròxid i peròxids es formen a la superfície dels productes fets de polièster en presència d’aire (oxigen) i humitat. Aquest procés és accelerat per la llum ultraviolada. Durant un procés de tractament amb ulterior, els peròxids hidroxídics són una font de radicals d’oxigen, que són font de degradació oxidativa. La destrucció de peròxids hidroelèctics ha de produir-se abans del primer tractament tèrmic o durant la plastificació i pot ser recolzada per additius adequats com a antioxidants.

Tenint en compte els defectes i impureses químiques esmentades anteriorment, hi ha una modificació de les següents característiques de polímer durant cada cicle de reciclatge, detectables mitjançant anàlisis de laboratori físic i químic.

En particular:

• Augment dels grups finals de COOH
• Augment del nombre de color b
• Augment de la bruma (productes transparents)
• Augment del contingut d’oligòmers
• Reducció de la filtrabilitat
• Augment del contingut de subproductes com acetaldehid, formaldehid
• Augment de contaminants estrangers extractors
• Disminució del color L
• Disminució de viscositat intrínseca o viscositat dinàmica
• Disminució de la temperatura de cristal·lització i augment de la velocitat de cristal·lització
• Disminució de les propietats mecàniques com resistència a la tracció, allargament al trencament o mòdul elàstic
• Ampliació de la distribució de pesos moleculars

El reciclatge de les ampolles de PET és, alhora, un procés industrial estàndard que ofereix una gran varietat de companyies d'enginyeria.

Exemples de processament de polièster reciclat

Els processos de reciclatge amb polièster són gairebé tan variats com els processos de fabricació basats en pellets primaris o fosa. Depenent de la puresa dels materials reciclats, el polièster es pot utilitzar avui en la majoria dels processos de fabricació de polièster com a mescla amb polímer verge o cada vegada més com a polímer 100% reciclat. Algunes excepcions com la pel·lícula BOPET de baix gruix, aplicacions especials com la pel·lícula òptica o els fils mitjançant filats FDY a> 6000 m / min, els microfilaments i les microfibres només es fabriquen a partir de polièster verge.

Simplifica la pelletització dels flocs d'ampolla

Aquest procés consisteix en transformar els residus d’ampolles en flocs, assecant i cristal·litzant els flocs, plastificant i filtrant, així com per pelletització. El producte és un granulat amorf d’una viscositat intrínseca d’interval de 0.55-0.7 d g / g, depenent de com s’hagi fet un pre-assecat complet dels flocs PET.

Les característiques són: L'acetaldehid i els oligòmers es troben a les pastilles de nivell inferior; la viscositat es redueix d’alguna manera, els pellets són amorfs i s’han de cristal·litzar i assecar abans de processar-los.

S'està processant per a:

• A-PET film per a termoformat
• Addició a la producció verge PET
• TAPA film film
• Ampolla de PET resina per SSP
• Fil de catifes
• Enginyeria plàstica
• Filaments
• No teixides
• Embalatge ratlles
• Grapa de fibra.

Escollir la forma de tornar a pelletitzar significa tenir un procés de conversió addicional que, per un costat, consumeix energia i consumeix despeses i causa destrucció tèrmica. A l'altre costat, el pas de pelletització proporciona els avantatges següents:

• Filtració intensiva en fosa
• Control de qualitat intermedi
• Modificació per additius
• Selecció i separació del producte per qualitat
• La flexibilitat de processament va augmentar
• Uniformització de la qualitat.

Fabricació de pellets o flocs de PET per ampolles (ampolla a ampolla) i A-PET

Aquest procés és, en principi, similar al descrit anteriorment; tanmateix, els grànuls produïts es cristal·litzen directament (contínuament o discontinuament) i després se sotmeten a una policondensació d’estat sòlid (SSP) en un assecador o un reactor de tub vertical. Durant aquest pas de processament, es torna a reconstruir la viscositat intrínseca corresponent de 0.80-0.085 dℓ / g i, al mateix temps, el contingut en acetaldehid es redueix a <1 ppm.

El fet que alguns fabricants de màquines i constructors de línies a Europa i EUA facin esforços per oferir processos de reciclatge independents, com ara el procés anomenat ampolla a ampolla (B-2-B), com BePET, Estornell, URRC o BÜHLER, té com a objectiu proporcionar en general proves de l '"existència" dels residus d'extracció requerits i de l'eliminació de contaminants model segons la FDA aplicant l'anomenada prova de desafiament, que és necessària per a l'aplicació del polièster tractat a la sector alimentari. A més d'aquesta aprovació de processos, no obstant això, és necessari que qualsevol usuari d'aquests processos hagi de comprovar constantment els límits de la FDA per a les matèries primeres fabricades per ell mateix per al seu procés.

Conversió directa dels flocs d’ampolla

Per tal d’estalviar costos, un nombre creixent de productors intermedis de polièster com ara filadors, embotelladors o molins de fosa treballen en l’ús directe dels flocs PET, des del tractament d’ampolles usades, amb l’objectiu de fabricar un augment. nombre d'intermediaris de polièster. Per a l'ajust de la viscositat necessària, a més d'un assecatge eficaç dels flocs, és possible reconstituir la viscositat policondensació en fase de fusió o policondensació en estat sòlid dels flocs. Els últims processos de conversió de flocs PET estan aplicant extrusores de dos cargols, extrusores multi-cargol o sistemes de multi-rotació i desgasificacions al buit coincidents per eliminar la humitat i evitar el pre-assecat de flocs. Aquests processos permeten la conversió de flocs de PET no secs sense disminuir substancialment la viscositat causada per la hidròlisi.

Pel que fa al consum de flocs d’ampolla de PET, la part principal d’aproximadament el 70% es converteix en fibres i filaments. Quan s'utilitzen materials secundaris directament, com ara flocs d'ampolla en processos de filatura, hi ha uns quants principis de processament.

Els processos de filatura d'alta velocitat per a la fabricació de POY necessiten normalment una viscositat de 0.62–0.64 dℓ / g. A partir dels flocs d’ampolla, es pot configurar la viscositat mitjançant el grau d’assecat. L’ús addicional de TiO₂ és necessari per a un fil complet apagat o semi. Per protegir les filades, en qualsevol cas és necessària una filtració eficient de la fosa. De moment, la quantitat de POY de 100% polièster de reciclatge és bastant baixa, ja que aquest procés requereix una gran puresa de la fusió de filat. Sovint s’utilitza una barreja de pellets verges i reciclats.

Les fibres discontinues es gireixen en un rang de viscositat intrínseca que és una mica inferior i que hauria d’estar entre 0.58 i 0.62 dℓ / g. També en aquest cas, es pot ajustar la viscositat necessària mitjançant assecatge o ajustament al buit en cas d’extrusió al buit. No obstant això, per a l'ajust de la viscositat, es pot afegir un modificador de longitud de la cadena glicol etilè or dietilenglicol també es pot utilitzar.

El filat no teixit, en el camp de títols fins per a aplicacions tèxtils, així com el filat pesat no teixit com a materials bàsics, per exemple, per a cobertes de sostre o en edificis de carreteres, es poden fabricar amb flascons. La viscositat de filatura torna a situar-se entre 0.58 i 0.65 d / g.

Un dels camps d’interès creixent on s’utilitzen materials reciclats és la fabricació de ratlles i monofilaments d’envasos d’alta tenacitat. En ambdós casos, la matèria primera inicial és un material principalment reciclat de major viscositat intrínseca. Les tires d’envasament d’alta tenacitat així com el monofilament es fabriquen en el procés de filatura de fusió.

Reciclatge als monòmers

El polietilè tereftalat es pot despolimeritzar per obtenir els monòmers constituents. Després de la purificació, els monòmers es poden utilitzar per preparar nou polietilè tereftalat. Els enllaços èster del polietilè tereftalat es poden escindir per hidròlisi o per transesterificació. Les reaccions són simplement la inversa de les utilitzades en producció.

Glicòlisi parcial

La glicòlisi parcial (transesterificació amb etilenglicol) converteix el polímer rígid en oligòmers de cadena curta que es poden filtrar per fusió a baixa temperatura. Un cop alliberats de les impureses, els oligòmers es poden tornar a introduir en el procés de producció per a la polimerització.

La tasca consisteix en l’alimentació dels flocs d’ampolla del 10–25% mantenint la qualitat dels pellets d’ampolla que es fabriquen a la línia. Aquest objectiu es resol degradant els flocs d'ampolla PET, ja durant la seva primera plastificació, que es pot dur a terme en una extrusora monocargant o multi-cargol, fins a una viscositat intrínseca d'aproximadament 0.30 d / g afegint petites quantitats d'etilenglicol i sotmetent el flux de fusió de baixa viscositat a una filtració eficient directament després de la plastificació. A més, la temperatura s'arriba al límit més baix possible. A més, amb aquesta forma de processar, és possible la possibilitat d’una descomposició química dels peròxids hidràulics afegint un corresponent estabilitzador P directament quan es plastifica. La destrucció dels grups de peròxid d'hidròxid ja es fa, amb altres processos, durant l'últim pas del tractament de la flama, per exemple, mitjançant l'addició de H₃PO₃. El material reciclat parcialment glicolitzat i finament filtrat s’alimenta contínuament al reactor d’esterificació o prepolicondensació, i s’ajusten les quantitats de dosificació de les matèries primeres en conseqüència.

Glicòlisi total, metanòlisi i hidròlisi

El tractament de residus de polièster mitjançant glicòlisi total per convertir completament el polièster en bis (2-hidroxietil) tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂). Aquest compost es purifica per destil·lació al buit i és un dels intermedis utilitzats en la fabricació de polièster. La reacció implicada és la següent:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n ALTA₂CH₂OH → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂

Aquesta ruta de reciclatge s'ha executat a escala industrial al Japó com a producció experimental.

Similar a la glicòlisi total, la metanòlisi converteix el polièster en tereftalat de dimetil, que es pot filtrar i destilar al buit:

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

La metanòlisi només rarament es fa a la indústria actual perquè la producció de polièster a base de dimetil tereftalat s’ha reduït enormement i molts productors de dimetil tereftalats han desaparegut.

També com anteriorment, es pot hidrolitzar tereftalat de polietilè amb àcid tereftàlic i glicol etilè a alta temperatura i pressió. Es pot purificar l’àcid tereftàlic brut resultant recristal·lització per obtenir material adequat per a la re-polimerització:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n ALTA₂CH₂OH

Sembla que aquest mètode no s'ha comercialitzat encara.