PET

Полиэтилентерефталат (иногда пишется поли (этилентерефталат)), обычно сокращенно PET, ПИТили устаревший ПЭТФ или ПЭТ-П, является наиболее распространенным термопласт полимер смола полиэстер семья и используется в волокнах для одежды, контейнеры для жидкостей и пищевых продуктов, термоформования для производства и в сочетании со стекловолокном для технических смол.

Это может также упоминаться торговой маркой Лавсана; в Британии, Терилен; или в России и бывшем Советском Союзе, лавсан.

Большая часть мирового производства ПЭТ приходится на синтетические волокна (более 60%), при этом на производство бутылок приходится около 30% мирового спроса. В контексте текстильных приложений ПЭТ упоминается под общим названием, полиэстертогда как аббревиатура PET обычно используется по отношению к упаковке. Полиэстер составляет около 18% мирового производства полимеров и является четвертым по объему производства полимер; полиэтилен(ПЭ), полипропилен (ПП) и поливинил хлорид (ПВХ) - первый, второй и третий соответственно.

ПЭТ состоит из полимеризуется звеньев мономера этилентерефталата, с повторением (C₁₀H₈O₄) единицы. ПЭТ обычно перерабатывается и имеет номер 1 как его символ переработки.

В зависимости от процесса переработки и термической истории полиэтилентерефталат может существовать как аморфный (прозрачный), так и как полукристаллический полимер. Полукристаллический материал может казаться прозрачным (размер частиц <500 нм) или непрозрачным и белым (размер частиц до нескольких микрометров) в зависимости от его кристаллической структуры и размера частиц. Его мономер бис (2-гидроксиэтил) терефталат может быть синтезирован эстерификация реакция между терефталевая кислота и Этиленгликоль с водой в качестве побочного продукта или переэтерификации реакция между Этиленгликоль и диметилтерефталат метанол как побочный продукт. Полимеризация происходит через поликонденсации реакция мономеров (проводится сразу после этерификации / переэтерификации) с водой в качестве побочного продукта.

имен
ИЮПАК Поли (этилбензол-1,4-дикарбоксилат)
Идентификаторы
Номер по CAS	25038-59-9
Сокращения	ПЭТ, ПЭТ
Объекты
Химическая формула	(C10H8O4)n
Молярная масса	переменная
Плотность	1.38 г / см3 (20 ° С), аморфный: 1.370 г / см3, монокристалл: 1.455 г / см3
Температура плавления	> 250 ° С, 260 ° С
Точка кипения	> 350 ° C (разлагается)
Растворимость в воде	Практически нерастворимый
Теплопроводность	От 0.15 до 0.24 Вт · м-1 K-1
Показатель преломления(nD)	1.57–1.58, 1.5750
термохимия
Конкретный теплоемкость (C)	1.0 кДж / (кг · К)
Родственные соединения
Похожие страницы: Мономеры	Терефталевая кислота Этиленгликоль
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).

Пользы

Поскольку ПЭТ является отличным водо- и влагозащитным материалом, пластиковые бутылки из ПЭТ широко используются для безалкогольных напитков (см. Газирование). Для некоторых специальных бутылок, таких как те, которые предназначены для удержания пива, PET помещает дополнительный слой поливинилового спирта (PVOH) для дальнейшего снижения его кислородопроницаемости.

Двухосно ориентированный ПЭТ пленка (часто известная под одним из своих торговых наименований «майлар») может быть алюминирована путем напыления на нее тонкой пленки металла, чтобы уменьшить ее проницаемость, сделать ее отражающей и непрозрачной (МПЭТ). Эти свойства полезны во многих приложениях, включая гибкую пищу коробок и теплоизоляция. Видеть: "космические одеяла«. Из-за своей высокой механической прочности пленка из ПЭТ часто используется в лентах, таких как носитель для магнитной ленты или основа для самоклеящихся клейких лент.

Неориентированный лист ПЭТ может быть термоформования изготовить упаковочные лотки и блистерные упаковки. Если используется кристаллизующийся ПЭТ, лотки можно использовать для замороженных обедов, поскольку они выдерживают температуры как замерзания, так и выпекания в духовке. В отличие от аморфного ПЭТ, который является прозрачным, кристаллизующийся ПЭТ или СРЕТ имеет тенденцию быть черного цвета.

При заполнении стеклянными частицами или волокнами он становится значительно жестче и долговечнее.

ПЭТ также используется в качестве подложки в тонкопленочных солнечных элементах.

Терилен также нарезан на вершины колокольчиков, чтобы предотвратить износ веревок, когда они проходят через потолок.

История

ПЭТ был запатентован в 1941 году Джоном Рексом Уинфилдом, Джеймсом Теннантом Диксоном и их работодателем - Ассоциацией типографов Манчестера, Англия. Компания EI DuPont de Nemours в Делавэре, США, впервые использовала товарный знак Mylar в июне 1951 года и получила его регистрацию в 1952 году. Это до сих пор остается самым известным названием, используемым для полиэфирной пленки. Текущий владелец торговой марки - DuPont Teijin Films US, партнерство с японской компанией.

В Советском Союзе ПЭТ впервые был произведен в лабораториях Института высокомолекулярных соединений АН СССР в 1949 году, и его название «Лавсан» является его сокращением (алаборатории Института ввысокомолекулярных соединений Аакадемия наук СССР).

Бутылка ПЭТ была запатентована в 1973 году Натаниэлем Уайетом.

Физические свойства

ПЭТ в своем естественном состоянии представляет собой бесцветную полукристаллическую смолу. В зависимости от способа обработки ПЭТ может быть от полужесткого до жесткого, и он очень легкий. Он обеспечивает хороший барьер для газа и влаги, а также хороший барьер для спирта (требует дополнительной «барьерной» обработки) и растворителей. Он прочный и ударопрочный. ПЭТ становится белым под воздействием хлороформа, а также некоторых других химических веществ, таких как толуол.

Около 60% кристаллизации является верхним пределом для коммерческих продуктов, за исключением полиэфирных волокон. Прозрачные продукты могут быть получены путем быстрого охлаждения расплавленного полимера ниже T_g температура стеклования с образованием аморфного твердого вещества. Как и стекло, аморфный ПЭТ образуется, когда его молекулам не дается достаточно времени, чтобы устроиться в упорядоченном кристаллическом состоянии при охлаждении расплава. При комнатной температуре молекулы замораживаются на месте, но если в них возвращается достаточное количество тепловой энергии путем нагрева выше T_g, они начинают двигаться снова, позволяя кристаллам зарождаться и расти. Эта процедура известна как кристаллизация в твердом состоянии.

Когда ему дают медленно остыть, расплавленный полимер образует более кристаллический материал. Этот материал имеет сферолиты содержащий много маленьких кристаллиты когда кристаллизуется из аморфного твердого вещества, а не образуя один большой монокристалл. Свет имеет тенденцию рассеиваться, когда он пересекает границы между кристаллитами и аморфными областями между ними. Это рассеяние означает, что кристаллический ПЭТ в большинстве случаев непрозрачный и белый. Волокно вытягивание является одним из немногих промышленных процессов, которые производят почти монокристаллический продукт

Характеристическая вязкость

Одна из самых важных характеристик ПЭТ упоминается как характеристическая вязкость (IV).

Характеристическая вязкость материала, найденная путем экстраполяции до нулевой концентрации относительной вязкости к концентрации, которая измеряется в декалитров за грамм (дℓ / г). Характеристическая вязкость зависит от длины его полимерных цепей, но не имеет единиц измерения, поскольку экстраполируется до нулевой концентрации. Чем дольше полимер цепей, тем больше запутывания между цепями и, следовательно, выше вязкость. Средняя длина цепи конкретной партии смолы может контролироваться в течение поликонденсации.

Диапазон характеристической вязкости ПЭТ:

Класс волокна

0.40–0.70 Текстиль

0.72–0.98 технический, шинный корд

Класс пленки

0.60-0.70 BOPET (двухосно ориентированная ПЭТ пленка)

0.70–1.00 Оценка листа для термоформования

Сорт бутылки

0.70–0.78 Бутылки для воды (плоские)

0.78–0.85 сорт газированных безалкогольных напитков

Мононить, инженерный пластик

1.00-2.00

Высушивание

ПЭТ гигроскопический, что означает, что он поглощает воду из окружающей среды. Однако, когда этот «влажный» ПЭТ нагревается, вода гидролизует ПЭТ, снижая его устойчивость. Таким образом, прежде чем смолу можно обрабатывать в формовочной машине, ее необходимо высушить. Сушка достигается за счет использования сиккатив или сушилки перед подачей ПЭТ в технологическое оборудование.

Внутри сушилки горячий сухой воздух закачивается на дно бункера, содержащего смолу, так что он проходит через гранулы, удаляя на своем пути влагу. Горячий влажный воздух выходит из верхней части бункера и сначала проходит через доохладитель, поскольку из холодного воздуха легче удалить влагу, чем из горячего воздуха. Полученный прохладный влажный воздух затем пропускается через слой адсорбента. Наконец, холодный сухой воздух, покидающий слой адсорбента, повторно нагревается в технологическом нагревателе и отправляется обратно через те же процессы в замкнутом контуре. Обычно уровень остаточной влажности в смоле должен быть менее 50 частей на миллион (частей воды на миллион частей смолы по весу) до обработки. Время пребывания в сушилке не должно быть менее четырех часов. Это связано с тем, что для сушки материала менее чем за 4 часа потребуется температура выше 160 ° C, при которой гидролиз начнется внутри гранул, прежде чем они могут быть высушены.

ПЭТ также можно сушить в сушилках со сжатым воздухом. Сушилки сжатым воздухом не используют повторно сушильный воздух. Сухой нагретый сжатый воздух циркулирует через гранулы ПЭТ, как в сушилке с осушителем, а затем выпускается в атмосферу.

Сополимеры

В дополнение к чистому (гомополимер) ПЭТ, ПЭТ модифицированный сополимеризация также доступны.

В некоторых случаях модифицированные свойства сополимера являются более желательными для конкретного применения. Например, циклогексан диметанол (CHDM) может быть добавлен к основной цепи полимера вместо Этиленгликоль. Поскольку этот строительный блок намного больше (6 дополнительных атомов углерода), чем элемент этиленгликоля, который он заменяет, он не вписывается в соседние цепи, как элемент этиленгликоля. Это препятствует кристаллизации и снижает температуру плавления полимера. В общем, такой ПЭТ известен как ПЭТГ или ПЭТ-G (модифицированный полиэтилентерефталатом гликоль; некоторые производители ПЭТГ являются Eastman Chemical, SK Chemicals и Artenius Italia). ПЭТГ - это прозрачный аморфный термопласт, который может быть подвергнут литью под давлением или экструдированию листа. Его можно окрасить в процессе обработки.

Еще один распространенный модификатор изофталевая кислота, заменяя некоторые из 1,4- (пара-) связаны полиэтилентерефталат единицы. 1,2- (орто-) или 1,3- (цель-) связь создает угол в цепи, который также нарушает кристалличность.

Такие сополимеры являются предпочтительными для определенных формовочных применений, таких как термоформования, который используется, например, для изготовления лотка или блистерной упаковки из пленки совместного ПЭТ, или листа аморфного ПЭТ (A-PET), или листа PETG. С другой стороны, кристаллизация важна в других приложениях, где важна механическая и размерная стабильность, таких как ремни безопасности. Для ПЭТ бутылок, использование небольших количеств изофталевой кислоты, CHDM, диэтиленгликоль (DEG) или другие сомономеры могут быть полезны: если используются только небольшие количества сомономеров, кристаллизация замедляется, но не предотвращается полностью. В результате бутылки можно получить через выдувное формование («SBM»), которые являются одновременно прозрачными и достаточно кристаллическими, чтобы служить адекватным барьером для запахов и даже газов, таких как углекислый газ в газированных напитках.

Производство

Полиэтилентерефталат производится из Этиленгликоль и диметилтерефталат (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) Или терефталевая кислота.

Бывший переэтерификации реакция, в то время как последний является эстерификация реакция.

Диметилтерефталатный процесс

In диметилтерефталат В процессе это соединение и избыток этиленгликоля реагируют в расплаве при 150–200 ° C с основной катализатор. метанол (СН₃OH) удаляют перегонкой, чтобы ускорить реакцию. Избыток этиленгликоля отгоняют при более высокой температуре с помощью вакуума. Вторая стадия переэтерификации проходит при 270–280 ° C с непрерывной отгонкой этиленгликоля.

Реакции идеализируются следующим образом:

Первый шаг

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 ХОЧ₂CH₂ОН → С₆H₄(CO₂CH₂CH₂ОЙ)₂ + 2 канала₃OH

Второй шаг

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ОЙ)₂ → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂О)]_n + n ВЫСОКАЯ₂CH₂OH

Процесс терефталевой кислоты

В терефталевая кислота В процессе этерификации этиленгликоля и терефталевой кислоты происходит непосредственно при умеренном давлении (2.7–5.5 бар) и высокой температуре (220–260 ° C). Вода удаляется в результате реакции, а также непрерывно удаляется перегонкой:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n ВЫСОКАЯ₂CH₂ОН → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂О)]_n + 2n H₂O

деградация

ПЭТ подвергается различным типам деградации во время обработки. Основными причинами деградации являются гидролитическое и, возможно, наиболее важное термическое окисление. Когда ПЭТ ухудшается, происходит несколько вещей: изменение цвета, цепочка разрывов что приводит к снижению молекулярной массы, образованию ацетальдегидкачества сшивает (Образование «гель» или «рыбий глаз»). Обесцвечивание связано с образованием различных хромофорных систем после продолжительной термической обработки при повышенных температурах. Это становится проблемой, когда оптические требования к полимеру очень высоки, например, при упаковке. Термическое и термоокислительное разложение приводит к ухудшению обрабатываемости и производительности материала.

Одним из способов облегчить это является использование сополимер, Сомономеры, такие как CHDM или изофталевая кислота снизить температуру плавления и снизить степень кристалличности ПЭТ (особенно важно, когда материал используется для изготовления бутылок). Таким образом, смола может быть пластически сформирована при более низких температурах и / или с меньшей силой. Это помогает предотвратить деградацию, снижая содержание ацетальдегида в готовом продукте до приемлемого (то есть незаметного) уровня. Видеть сополимеры, выше. Другим способом улучшения стабильности полимера является использование стабилизаторов, в основном антиоксидантов, таких как фосфиты, Недавно также была рассмотрена молекулярная стабилизация материала с использованием наноструктурированных химических веществ.

Ацетальдегид

Ацетальдегид Бесцветное летучее вещество с фруктовым запахом. Хотя он естественным образом образуется в некоторых фруктах, он может вызывать неприятный привкус в бутилированной воде. Ацетальдегид образуется при разложении ПЭТ в результате неправильного обращения с материалом. Высокие температуры (ПЭТ разлагается выше 300 ° C или 570 ° F), высокое давление, скорость экструдера (чрезмерный сдвигающий поток повышает температуру) и длительное время пребывания в цилиндре - все это способствует образованию ацетальдегида. Когда образуется ацетальдегид, часть его остается растворенной в стенках контейнера, а затем диффундирует в продукт хранится внутри, изменяя вкус и аромат. Это не такая проблема для не расходуемых материалов (таких как шампунь), для фруктовых соков (которые уже содержат ацетальдегид) или для напитков с сильным вкусом, таких как безалкогольные напитки. Однако для бутилированной воды очень важно низкое содержание ацетальдегида, потому что, если ничто не маскирует аромат, даже очень низкие концентрации (10–20 частей на миллиард в воде) ацетальдегида могут привести к неприятному привкусу.

сурьма

сурьма (Sb) представляет собой металлоидный элемент, который используется в качестве катализатора в форме таких соединений, как триоксид сурьмы (Сб₂O₃) или триацетат сурьмы в производстве ПЭТ. После изготовления на поверхности изделия можно обнаружить определяемое количество сурьмы. Этот остаток можно удалить при мытье. Сурьма также остается в самом материале и, таким образом, может мигрировать в пищу и напитки. Воздействие ПЭТ на кипение или в микроволновую печь может значительно увеличить уровни сурьмы, возможно, выше максимальных уровней загрязнения USEPA. Лимит питьевой воды, оцененный ВОЗ, составляет 20 частей на миллиард (ВОЗ, 2003), а лимит питьевой воды в США составляет 6 частей на миллиард. Хотя триоксид сурьмы имеет низкую токсичность при пероральном приеме, его присутствие по-прежнему вызывает беспокойство. Швейцарцы Федеральное управление общественного здравоохранения исследовали количество миграции сурьмы, сравнивая воду, разлитую в ПЭТ и стекло: Концентрация сурьмы в воде в ПЭТ-бутылках была выше, но все же значительно ниже допустимой максимальной концентрации. Швейцарское федеральное управление общественного здравоохранения пришло к выводу, что небольшие количества сурьмы переходят из ПЭТ в бутилированную воду, но что риск для здоровья, связанный с получением низких концентраций, незначителен (1% от «терпимое ежедневное потребление»Определяется КТО). В более позднем (2006 г.), но более широко освещенном исследовании было обнаружено аналогичное количество сурьмы в воде в ПЭТ-бутылках. ВОЗ опубликовала оценку риска содержания сурьмы в питьевой воде.

Однако было обнаружено, что концентраты фруктовых соков (для которых не установлены руководящие принципы), которые были произведены и разлиты в ПЭТ в Великобритании, содержат до 44.7 мкг / л сурьмы, что значительно превышает пределы ЕС для водопроводная вода 5 мкг / л.

биологический распад

Нокардия может разлагать ПЭТ с помощью фермента эстеразы.

Японские ученые выделили бактерию Идеонелла сакайенсис он обладает двумя ферментами, которые могут расщеплять ПЭТ на более мелкие кусочки, которые бактерия может переваривать. Колония И. сакайенсис может разрушить пластиковую пленку примерно через шесть недель.

Сохранность

Комментарий опубликован в Экологические перспективы здоровья в апреле 2010 года предположили, что ПЭТ может дать эндокринные разрушители в условиях общего пользования и рекомендуемых исследований по этой теме. Предлагаемые механизмы включают выщелачивание фталаты а также выщелачивание сурьма, Статья опубликована в Журнал экологического мониторинга в апреле 2012 года приходит к выводу, что концентрация сурьмы в деионизированная вода хранение в ПЭТ-бутылках остается в пределах допустимых пределов ЕС даже при кратковременном хранении при температуре до 60 ° C (140 ° F), в то время как содержимое бутылок (вода или безалкогольные напитки) может иногда превышать ограничения ЕС после менее чем года хранения в комнате температура.

Оборудование для обработки бутылок

Существует два основных метода формования бутылок из ПЭТ: одностадийный и двухступенчатый. В двухступенчатом литье используются две отдельные машины. Первая машина для литья под давлением формирует заготовку, которая напоминает пробирку, с резьбой крышки бутылки, уже сформированной на месте. Корпус трубки значительно толще, так как он будет накачан до окончательной формы на втором этапе, используя выдувное формование.

На втором этапе преформы быстро нагреваются и затем надуваются на двухкомпонентную форму, чтобы сформировать их в окончательную форму бутылки. Преформы (бутылки без наполнителя) теперь также используются в качестве надежных и уникальных контейнеров; Помимо новинок, некоторые главы Красного Креста раздают их как часть программы «Vial of Life» домовладельцам для хранения истории болезни для аварийных служб. Еще одним распространенным видом использования преформ являются контейнеры для активного геокэшинга.

В одношаговых машинах весь процесс от сырья до готового контейнера выполняется в одной машине, что делает его особенно подходящим для формовки нестандартных форм (нестандартное формование), включая банки, плоский овал, колбы и т. Д. сокращение пространства, обработки продукта и энергии, а также гораздо более высокое визуальное качество, чем может быть достигнуто с помощью двухступенчатой ​​системы.

Переработка полиэфира

По оценкам, в 2016 году ежегодно производится 56 миллионов тонн ПЭТФ.

Хотя большинство термопластов, в принципе, могут быть переработаны, Переработка ПЭТ-бутылок является более практичным, чем многие другие применения в пластмассе, из-за высокой стоимости смолы и почти исключительного использования ПЭТ для широко используемого розлива воды и газированных безалкогольных напитков. ПЭТ имеет идентификационный код смолы из 1. Основное использование для вторичного ПЭТФ - полиэстер волокно, обвязочные и непищевые контейнеры.

Из-за перерабатываемости ПЭТ и относительного обилия отходы после потребления в виде бутылок ПЭТ быстро завоевывает рыночную долю в качестве коврового волокна. Ирокез промышленности Выпущенный Everstran в 1999 году, 100% ПЭТ-волокно после вторичного использования. С тех пор более 17 миллиардов бутылок было переработано в ковровое волокно. Pharr Yarns, поставщик для многих производителей ковров, включая Looptex, Dobbs Mills и Berkshire Flooring, производит ковровое волокно из ПЭТФ BCF (объемная непрерывная нить), содержащее не менее 25% вторичного сырья.

ПЭТ, как и многие другие пластмассы, также является отличным кандидатом для термической утилизации (сжигание), так как он состоит из углерода, водорода и кислорода, с незначительными количествами каталитических элементов (но без серы). ПЭТ обладает энергетическим содержанием мягкого угля.

При переработке полиэтилентерефталата, ПЭТ или полиэфира, как правило, необходимо различать два способа:

1. Химическая переработка обратно в исходное очищенное сырье терефталевая кислота (PTA) или диметилтерефталат (ДМТ) и Этиленгликоль (EG), где структура полимера разрушается полностью, или в промежуточных процессах, таких как бис (2-гидроксиэтил) терефталат
2. Механическая переработка, при которой исходные полимерные свойства сохраняются или восстанавливаются.

Химическая переработка ПЭТ станет экономически эффективной только при использовании линий по переработке с высокой производительностью более 50,000 тонн в год. Такие линии можно было увидеть только на производственных площадках очень крупных производителей полиэфира. Несколько попыток промышленного масштаба по созданию таких заводов по переработке химических веществ были предприняты в прошлом, но без особого успеха. Даже многообещающая химическая переработка в Японии до сих пор не стала промышленным прорывом. Это объясняется двумя причинами: во-первых, сложность последовательного и непрерывного поиска бутылок с отходами в таком огромном количестве на одной площадке, а во-вторых, постоянно растущие цены и изменчивость цен на собранные бутылки. Цены на упакованные бутылки выросли, например, в период с 2000 по 2008 год с примерно 50 евро / тонна до более чем 500 евро / тонна в 2008 году.

Механическая переработка или прямая циркуляция ПЭТ в полимерном состоянии в настоящее время осуществляется в самых разных вариантах. Эти виды процессов типичны для малых и средних предприятий. Экономическая эффективность уже может быть достигнута с производственными мощностями в диапазоне 5000–20,000 XNUMX тонн / год. В этом случае сегодня возможны почти все виды обратной связи с переработанным материалом. Эти разнообразные процессы переработки подробно обсуждаются ниже.

Помимо химических загрязнителей и деградация В продуктах, образующихся при первой обработке и использовании, механические примеси составляют основную часть качественных примесей в потоке рециклинга. Вторичные материалы все чаще внедряются в производственные процессы, которые изначально были предназначены только для новых материалов. Поэтому эффективные процессы сортировки, разделения и очистки становятся наиболее важными для высококачественного переработанного полиэфира.

Говоря о промышленности по переработке полиэстера, мы концентрируемся в основном на переработке ПЭТ-бутылок, которые тем временем используются для всех видов жидкой упаковки, таких как вода, газированные безалкогольные напитки, соки, пиво, соусы, моющие средства, бытовая химия и так далее. Бутылки легко отличить благодаря форме и консистенции, и они отделяются от пластиковых отходов либо автоматическими, либо вручную. Созданная индустрия переработки полиэфира состоит из трех основных разделов:

• Сбор ПЭТ-бутылок и разделение отходов: логистика отходов
• Производство чистых бутылочных хлопьев: производство хлопьев
• Переработка ПЭТ-хлопьев в конечную продукцию: переработка хлопьев

Промежуточным продуктом первой секции являются упакованные в тюки отходы бутылок с содержанием ПЭТ более 90%. Наиболее распространенной формой торговли является тюк, но на рынке распространены также кирпичные или даже предварительно нарезанные бутылки. На втором этапе собранные бутылки превращаются в чистые хлопья для бутылок из ПЭТ. Этот этап может быть более или менее сложным и сложным в зависимости от требуемого конечного качества хлопьев. На третьем этапе хлопья из ПЭТ-бутылок перерабатываются в любой вид продукции, такой как пленка, бутылки, волокна, нити, ленты или промежуточные продукты, такие как гранулы для дальнейшей обработки и инженерные пластмассы.

Помимо этой внешней (постпотребительской) переработки из полиэфирной бутылки, существует множество внутренних (допотребительских) процессов переработки, когда потраченный впустую полимерный материал не выходит с производственной площадки на свободный рынок, а вместо этого повторно используется в той же производственной схеме. Таким образом, отходы волокна непосредственно повторно используются для производства волокна, отходы преформ непосредственно повторно используются для производства заготовок, а отходы пленки непосредственно используются для производства пленки.

Переработка ПЭТ-бутылок

Очистка и дезактивация

Успех любой концепции переработки заключается в эффективности очистки и дезактивации в нужном месте во время обработки и в необходимой или желаемой степени.

Как правило, применяется следующее: чем раньше удаляются посторонние вещества, и чем тщательнее это делается, тем эффективнее процесс.

Высота пластифицирующая добавка температура ПЭТ в диапазоне 280 ° C (536 ° F) является причиной того, что почти все распространенные органические примеси, такие как ПВХ, PLA, полиолефинхимические древесно-целлюлозные и бумажные волокна, поливинилацетат, расплавленный клей, красители, сахар и белок Остатки превращаются в окрашенные продукты разложения, которые, в свою очередь, могут выделять дополнительно реактивные продукты разложения. Затем количество дефектов в полимерной цепи значительно увеличивается. Гранулометрический состав примесей очень широк, большие частицы размером 60–1000 мкм, которые видны невооруженным глазом и легко фильтруются, представляют меньшее зло, поскольку их общая поверхность относительно мала и поэтому скорость разложения ниже. Влияние микроскопических частиц, которые - в силу их большого количества - увеличивают частоту дефектов в полимере, относительно больше.

Девиз «То, что не видит глаз, сердце не может печалиться» считается очень важным во многих процессах переработки. Следовательно, помимо эффективной сортировки, в этом случае особую роль играет удаление видимых примесных частиц с помощью процессов фильтрации расплава.

В целом, можно сказать, что процессы производства хлопьев для бутылок из ПЭТ из собранных бутылок столь же универсальны, как и разные потоки отходов по своему составу и качеству. С точки зрения технологий, нет единственного способа сделать это. Между тем, существует множество инжиниринговых компаний, которые предлагают установки и компоненты для производства хлопьев, и сложно выбрать тот или иной дизайн завода. Тем не менее, есть процессы, которые разделяют большинство этих принципов. В зависимости от состава и уровня примесей входящего материала применяются следующие общие этапы процесса.

1. Вскрытие тюков, вскрытие брикетов
2. Сортировка и отбор по разным цветам, посторонним полимерам, особенно ПВХ, посторонним веществам, удалению пленки, бумаги, стекла, песка, почвы, камней и металлов
3. Предварительная стирка без резки
4. Грубая резка сухая или в сочетании с предварительной стиркой
5. Удаление камней, стекла и металла
6. Воздушное просеивание для удаления пленки, бумаги и этикеток
7. Шлифовка, сухая и / или влажная
8. Удаление полимеров (чашек) низкой плотности по разнице плотности
9. Горячая стирка
10. Каустическая промывка и травление поверхности, поддержание внутренней вязкости и дезактивации
11. полоскание
12. Промывание чистой водой
13. Высушивание
14. Воздушное просеивание хлопьев
15. Автоматическая сортировка хлопьев
16. Водный контур и технология очистки воды
17. Контроль качества хлопьев

Примеси и дефекты материала

Количество возможных примесей и дефектов материала, которые накапливаются в полимерном материале, постоянно увеличивается - как при переработке, так и при использовании полимеров - с учетом растущего срока службы, растущих конечных применений и повторной переработки. Что касается переработанных ПЭТ-бутылок, указанные дефекты могут быть отсортированы по следующим группам:

1. Реакционноспособные полиэфирные ОН- или СООН-концевые группы превращаются в мертвые или нереакционноспособные концевые группы, например образование концевых групп винилового эфира путем дегидратации или декарбоксилирования терефталевой кислоты, реакция концевых групп ОН или СООН с монофункциональной деградацией продукты, такие как монокарбоновые кислоты или спирты. Результатами являются снижение реакционной способности во время повторной поликонденсации или повторного SSP и расширение молекулярно-массового распределения.
2. Доля концевых групп смещается в направлении концевых групп СООН, образованных в результате термической и окислительной деградации. Результатом является снижение реакционной способности и увеличение кислотного автокаталитического разложения во время термической обработки в присутствии влаги.
3. Количество полифункциональных макромолекул увеличивается. Накопление гелей и длинноцепочечных разветвлений.
4. Количество, концентрация и разнообразие неполимер-идентичных органических и неорганических посторонних веществ увеличиваются. С каждым новым тепловым напряжением органические посторонние вещества будут реагировать разложением. Это вызывает высвобождение других веществ, поддерживающих деградацию, и красящих веществ.
5. Гидроксидные и пероксидные группы образуются на поверхности изделий из полиэстера в присутствии воздуха (кислорода) и влажности. Этот процесс ускоряется ультрафиолетом. Во время скрытого процесса обработки гидропероксиды являются источником кислородных радикалов, которые являются источником окислительной деградации. Разрушение гидропероксидов должно происходить до первой термической обработки или во время пластификации и может поддерживаться подходящими добавками, такими как антиоксиданты.

Принимая во внимание вышеупомянутые химические дефекты и примеси, во время каждого цикла рециркуляции происходит постоянное изменение следующих характеристик полимера, которые обнаруживаются химическим и физическим лабораторным анализом.

В частности:

• Увеличение концевых групп COOH
• Увеличение цветового числа b
• Увеличение мутности (прозрачные продукты)
• Увеличение содержания олигомеров
• Снижение фильтруемости
• Увеличение содержания побочных продуктов, таких как ацетальдегид, формальдегид
• Увеличение извлекаемых посторонних примесей
• Уменьшение в цвете L
• Уменьшение характеристическая вязкость или динамическая вязкость
• Снижение температуры кристаллизации и увеличение скорости кристаллизации
• Снижение механических свойств, таких как прочность на растяжение, удлинение при разрыве или модуль упругости
• Расширение молекулярно-массового распределения

В то же время переработка ПЭТ-бутылок - это стандартный промышленный процесс, который предлагается широким кругом инжиниринговых компаний.

Примеры переработки переработанного полиэстера

Процессы переработки полиэстера почти так же разнообразны, как и производственные процессы, основанные на первичных гранулах или расплаве. В зависимости от чистоты переработанных материалов полиэфир сегодня может использоваться в большинстве процессов производства полиэфиров в виде смеси с первичным полимером или все чаще как 100% переработанный полимер. Некоторые исключения, такие как BOPET-пленка малой толщины, специальные применения, такие как оптическая пленка или пряжа путем FDY-прядения со скоростью> 6000 м / мин, микрофиламенты и микроволокна, производятся только из первичного полиэстера.

Простое повторное гранулирование бутылочных хлопьев

Этот процесс состоит из превращения отходов бутылки в хлопья, путем сушки и кристаллизации хлопьев, пластификации и фильтрации, а также гранулирования. Продукт представляет собой аморфный повторный гранулят с характеристической вязкостью в диапазоне 0.55-0.7 дН / г, в зависимости от того, как была проведена полная предварительная сушка хлопьев ПЭТ.

Особенность: ацетальдегид и олигомеры содержатся в гранулах на более низком уровне; вязкость несколько снижается, гранулы являются аморфными и должны быть кристаллизованы и высушены перед дальнейшей обработкой.

Обработка в:

• A-PET пленка для термоформования
• Дополнение к производству ПЭТ девственницы
• BOPET упаковочная пленка
• ПЭТ-бутылка смола по SSP
• Ковровая пряжа
• Инженерный пластик
• Filaments
• Нетканые
• Упаковочные полосы
• Штапельное волокно.

Выбор способа повторного гранулирования означает наличие дополнительного процесса конверсии, который, с одной стороны, является энергоемким и дорогостоящим и вызывает термическое разрушение. С другой стороны, стадия гранулирования обеспечивает следующие преимущества:

• Интенсивная фильтрация расплава
• Промежуточный контроль качества
• Модификация добавками
• Выбор продукта и разделение по качеству
• Увеличена гибкость обработки
• Унификация качества.

Производство ПЭТ-гранул или хлопьев для бутылок (от бутылки до бутылки) и А-ПЭТ

Этот процесс в принципе аналогичен описанному выше; однако полученные гранулы непосредственно (непрерывно или периодически) кристаллизуются, а затем подвергаются твердофазной поликонденсации (SSP) в барабанной сушилке или вертикальном трубчатом реакторе. Во время этой стадии обработки соответствующая характеристическая вязкость 0.80–0.085 dℓ / г снова восстанавливается, и в то же время содержание ацетальдегида снижается до <1 ppm.

Тот факт, что некоторые производители оборудования и линейные производители в Европе и США прилагают усилия к тому, чтобы предлагать независимые процессы переработки, например, так называемый процесс «от бутылки к бутылке» (B-2-B), такой как БеПЭТ, Старлингер, URRC или BÜHLER, как правило, стремится предоставить доказательства «существования» требуемых остатков экстракции и удаления модельных примесей в соответствии с FDA, применяя так называемый контрольный тест, который необходим для применения обработанного полиэфира в пищевой сектор. Тем не менее, помимо этого утверждения процесса, необходимо, чтобы любой пользователь таких процессов постоянно проверял пределы FDA для сырья, произведенного им самим для его процесса.

Прямая конверсия бутылочных хлопьев

Чтобы снизить затраты, все большее число производителей промежуточного полиэфира, таких как прядильные фабрики, мельницы для обвязки или мельницы с литой пленкой, работают над непосредственным использованием хлопьев ПЭТ, от обработки использованных бутылок, с целью увеличения производства. количество полиэфирных промежуточных соединений. Для корректировки необходимой вязкости, помимо эффективной сушки хлопьев, возможно, необходимо также восстановить вязкость через поликонденсации в фазе расплава или твердофазной поликонденсации хлопьев. Новейшие процессы переработки ПЭТФ-хлопьев включают в себя двухшнековые экструдеры, многошнековые экструдеры или многооборотные системы и одновременную вакуумную дегазацию для удаления влаги и предотвращения предварительной сушки хлопьев. Эти процессы позволяют превращать не высушенные ПЭТ-хлопья без существенного снижения вязкости, вызванного гидролизом.

Что касается потребления ПЭТ бутылочных хлопьев, основная часть около 70% превращается в волокна и филаменты. При использовании непосредственно вторичных материалов, таких как хлопья бутылок, в процессах прядения, есть несколько принципов обработки.

В высокоскоростных прядильных процессах для производства POY обычно требуется вязкость 0.62–0.64 d g / г. Начиная с бутылочных хлопьев, вязкость можно устанавливать по степени сушки. Дополнительное использование TiO₂ необходим для полной тусклой или полутупой пряжи. Чтобы защитить фильеры, в любом случае необходима эффективная фильтрация расплава. В настоящее время количество POY, изготовленного из 100% полиэфира, пригодного для вторичной переработки, довольно мало, поскольку этот процесс требует высокой чистоты прядильного расплава. Большую часть времени используется смесь девственных и переработанных гранул.

Штапельное волокно прядется в интервале характеристической вязкости, который лежит несколько ниже и должен составлять от 0.58 до 0.62 dℓ / г. В этом случае также требуемая вязкость может регулироваться с помощью сушки или регулировки вакуума в случае вакуумной экструзии. Однако для регулировки вязкости добавляется модификатор длины цепи, такой как Этиленгликоль or диэтиленгликоль также может быть использован.

Прядильные нетканые материалы - в области тонкого титрования для текстильных изделий, а также тяжелые прядильные нетканые материалы в качестве основных материалов, например, для крышных покрытий или в дорожном строительстве, - могут быть изготовлены путем формования хлопьев бутылок. Вязкость при вращении снова находится в диапазоне 0.58–0.65 dℓ / г.

Одной из областей повышенного интереса, где используются переработанные материалы, является производство высокопрочных упаковочных полос и мононитей. В обоих случаях исходное сырье представляет собой в основном переработанный материал с более высокой характеристической вязкостью. В процессе прядения из расплава изготавливаются высокопрочные упаковочные ленты, а также мононить.

Переработка на мономеры

Полиэтилентерефталат может быть деполимеризован с получением составляющих мономеров. После очистки мономеры можно использовать для приготовления нового полиэтилентерефталата. Эфирные связи в полиэтилентерефталате могут быть расщеплены гидролизом или переэтерификацией. Реакции просто противоположны тем, которые используются в производстве.

Частичный гликолиз

Частичный гликолиз (переэтерификация этиленгликолем) превращает жесткий полимер в короткоцепные олигомеры, которые могут быть отфильтрованы в расплаве при низкой температуре. После освобождения от примесей олигомеры могут быть возвращены в производственный процесс для полимеризации.

Задача состоит в подаче 10–25% бутылочных хлопьев при сохранении качества гранул бутылки, которые производятся на линии. Эта цель решается путем разложения хлопьев ПЭТ-бутылки - уже во время их первой пластификации, которую можно проводить в одно- или многошнековом экструдере, - до характеристической вязкости около 0.30 дК / г путем добавления небольших количеств этиленгликоля и подвергая расплавленный поток с низкой вязкостью эффективной фильтрации непосредственно после пластификации. Кроме того, температура доводится до минимально возможного предела. Кроме того, при таком способе обработки возможность химического разложения гидропероксидов возможна путем добавления соответствующего P-стабилизатора непосредственно при пластификации. Разрушение гидроперекисных групп, с другими процессами, уже осуществляется на последнем этапе обработки хлопьев, например, путем добавления Н₃PO₃. Частично гликолизированный и тонко отфильтрованный рециркулируемый материал непрерывно подают в реактор этерификации или предварительной поликонденсации, при этом дозируемые количества сырья регулируются соответствующим образом.

Общий гликолиз, метанолиз и гидролиз

Обработка отходов полиэфира посредством полного гликолиза для полного превращения полиэфира в бис (2-гидроксиэтил) терефталат (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ОЙ)₂). Это соединение очищается вакуумной перегонкой и является одним из промежуточных соединений, используемых в производстве полиэфира. Реакция заключается в следующем:

[(СО) С₆H₄(CO₂CH₂CH₂О)]_n + n ВЫСОКАЯ₂CH₂ОН → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ОЙ)₂

Этот маршрут переработки был выполнен в промышленных масштабах в Японии в качестве экспериментального производства.

Подобно полному гликолизу, метанолиз превращает полиэфир в диметилтерефталат, который можно отфильтровать и отогнать в вакууме:

[(СО) С₆H₄(CO₂CH₂CH₂О)]_n + 2n CH₃ОН → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

Метанолиз сегодня в промышленности проводится редко, поскольку производство полиэфира на основе диметилтерефталата значительно сократилось, а многие производители диметилтерефталата исчезли.

Также, как указано выше, полиэтилентерефталат может быть гидролизован до терефталевой кислоты и Этиленгликоль под высокой температурой и давлением. Полученная сырая терефталевая кислота может быть очищена перекристаллизация чтобы получить материал, пригодный для повторной полимеризации:

[(СО) С₆H₄(CO₂CH₂CH₂О)]_n + 2n H₂О → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n ВЫСОКАЯ₂CH₂OH

Этот метод, по-видимому, еще не был коммерциализирован.