SÄLLSKAPSDJUR

Polyetentereftalat (ibland skrivet poly(etylentereftalat)), vanligen förkortat SÄLLSKAPSDJUR, PETE, eller den föråldrade PETP eller PET-P, är den vanligaste termoplastisk polymer harts av polyester familj och används i fibrer för kläder, behållare för vätskor och livsmedel, termoformning för tillverkning, och i kombination med glasfiber för tekniska hartser.

Det kan också hänvisas till med varumärket Dacron; i Storbritannien, terylen; eller, i Ryssland och fd Sovjetunionen, Lavsan.

Majoriteten av världens PET-produktion är för syntetiska fibrer (över 60 %), med flaskproduktionen som står för cirka 30 % av den globala efterfrågan. I sammanhanget för textilapplikationer hänvisas till PET med sitt vanliga namn, polyester, medan förkortningen SÄLLSKAPSDJUR används vanligtvis i samband med förpackningar. Polyester utgör cirka 18 % av världens polymerproduktion och är den fjärde mest producerade polymer; polyeten(FOT), polypropen (PP) och polyvinylklorid (PVC) är första, andra respektive tredje.

PET består av polymeriserad enheter av monomeren etylentereftalat, med upprepande (C₁₀H₈O₄) enheter. PET återvinns vanligtvis och har numret 1 som dess återvinningssymbol.

Beroende på dess bearbetning och termiska historia kan polyetylentereftalat existera både som en amorf (transparent) och som en halvkristallin polymer. Det semikristallina materialet kan se transparent ut (partikelstorlek < 500 nm) eller ogenomskinligt och vitt (partikelstorlek upp till några mikrometer) beroende på dess kristallstruktur och partikelstorlek. Dess monomer bis (2-hydroxietyl) tereftalat kan syntetiseras av förestring reaktion mellan tereftalsyra och etylenglykol med vatten som biprodukt, eller genom transesterifiering reaktion mellan etylenglykol och dimetyl-tereftalat med metanol som en biprodukt. Polymerisation sker genom en polykondensation reaktion av monomererna (utförs omedelbart efter förestring / transesterifiering) med vatten som biprodukt.

namn
IUPAC-namn Poly(etylbensen-1,4-dikarboxylat)
Identifierare
CAS-nummer	25038-59-9
Förkortningar	PET, PETE
Våra Bostäder
Kemisk formel	(C10H8O4)n
Molmassa	variabel
Densitet	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorf1.370 g / cm3, enkelkristall1.455 g / cm3
Smältpunkt	> 250 °C, 260 °C
Kokpunkt	> 350 °C (sönderdelas)
Vattenlöslighet	praktiskt taget olöslig
Värmeledningsförmåga	0.15 till 0.24 W m-1 K-1
Brytningsindex(nD)	1.57–1.58, 1.5750
TERMOKEMI
Specifik värmekapacitet (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Relaterade föreningar
Relaterad monomerer	Tereftalsyra Etylenglykol
Om inget annat anges ges data för material i deras standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).

du använder

Eftersom PET är ett utmärkt vatten- och fuktbarriärmaterial används plastflaskor gjorda av PET i stor utsträckning för läsk (se kolsyra). För vissa specialflaskor, såsom de som är avsedda för ölinneslutning, lägger PET ett extra lager av polyvinylalkohol (PVOH) för att ytterligare minska dess syrepermeabilitet.

Biaxiellt orienterad PET film (ofta känd under ett av dess handelsnamn, "Mylar") kan aluminiseras genom att förånga en tunn metallfilm på den för att minska dess permeabilitet och göra den reflekterande och ogenomskinlig (MPET). Dessa egenskaper är användbara i många applikationer, inklusive flexibel mat förpackning och värmeisolering. Ser: "utrymme filtar". På grund av sin höga mekaniska hållfasthet används PET-film ofta i tejpapplikationer, såsom bärare för magnettejp eller baksida för självhäftande tejp.

Icke-orienterad PET-ark kan vara termoformade att göra förpackningsbrickor och blisterförpackningar. Om kristalliserbar PET används kan brickorna användas till frysta middagar, eftersom de tål både frys- och ugnstemperaturer. Till skillnad från amorf PET, som är transparent, tenderar kristalliserbar PET eller CPET att vara svart till färgen.

När den fylls med glaspartiklar eller fibrer blir den betydligt styvare och mer hållbar.

PET används också som ett underlag i tunnfilms solceller.

Terylene är också skarvad i klockrepstoppar för att förhindra slitage på repen när de passerar genom taket.

historik

PET patenterades 1941 av John Rex Whinfield, James Tennant Dickson och deras arbetsgivare Calico Printers' Association of Manchester, England. EI DuPont de Nemours i Delaware, USA, använde varumärket Mylar för första gången i juni 1951 och registrerades 1952. Det är fortfarande det mest kända namnet som används för polyesterfilm. Den nuvarande ägaren av varumärket är DuPont Teijin Films US, ett partnerskap med ett japanskt företag.

I Sovjetunionen tillverkades PET först i laboratorierna vid Institute of High-Molecular Compounds vid USSR Academy of Sciences 1949, och dess namn "Lavsan" är en akronym därav (лаборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

PET-flaskan patenterades 1973 av Nathaniel Wyeth.

Fysikaliska egenskaper

PET är i sitt naturliga tillstånd ett färglöst, halvkristallint harts. Baserat på hur det bearbetas kan PET vara halvstyvt till styvt, och det är mycket lätt. Det är en bra gas- och fuktbarriär, samt en bra barriär mot alkohol (kräver ytterligare "barriärbehandling") och lösningsmedel. Den är stark och slagtålig. PET blir vitt när det utsätts för kloroform och även vissa andra kemikalier som toluen.

Cirka 60 % kristallisation är den övre gränsen för kommersiella produkter, med undantag för polyesterfibrer. Klara produkter kan tillverkas genom att snabbt kyla smält polymer under T_g glasövergångstemperatur för att bilda ett amorft fast ämne. Liksom glas bildas amorft PET när dess molekyler inte får tillräckligt med tid att ordna sig på ett ordnat, kristallint sätt när smältan kyls. Vid rumstemperatur fryses molekylerna på plats, men om tillräckligt med värmeenergi sätts tillbaka i dem genom att värmas över T_g, börjar de röra sig igen, vilket gör att kristaller kan bilda kärnor och växa. Denna procedur är känd som kristallisation i fast tillstånd.

När den får svalna långsamt bildar den smälta polymeren ett mer kristallint material. Detta material har sfäruliter som innehåller många små kristalliter när den kristalliseras från ett amorft fast ämne, snarare än att bilda en stor enkristall. Ljus tenderar att spridas när det korsar gränserna mellan kristalliter och de amorfa regionerna mellan dem. Denna spridning gör att kristallint PET är ogenomskinligt och vitt i de flesta fall. Fiberdragning är bland de få industriella processer som producerar en nästan enkristallprodukt.

Intrinsisk viskositet

En av de viktigaste egenskaperna hos PET kallas inneboende viskositet (IV).

Materialets gränsviskositet, hittad genom extrapolering till nollkoncentration av relativ viskositet till koncentration som mäts i deciliter per gram (dl/g). Gränsviskositeten är beroende av längden på dess polymerkedjor men har inga enheter på grund av att den extrapoleras till nollkoncentration. Ju längre polymerkedjorna är, desto fler sammanvecklingar mellan kedjorna och därför desto högre viskositet. Den genomsnittliga kedjelängden för en viss sats av harts kan kontrolleras under polykondensation.

Det inre viskositetsintervallet för PET:

Fiberkvalitet

0.40–0.70 Textil

0.72–0.98 Teknisk, däcksladd

Filmbetyg

0.60-0.70 BOPET (biaxiellt orienterad PET-film)

0.70–1.00 Bladbetyg för varmformning

Flaskkvalitet

0.70–0.78 Vattenflaskor (platta)

0.78–0.85 Kolsyrad läskkvalitet

Monofilament, ingenjörsplast

1.00-2.00

Torkning

PET är hygroskopisk, vilket betyder att den absorberar vatten från sin omgivning. Men när denna "fuktiga" PET sedan värms upp kommer vattnet hydrolyserar PET, vilket minskar dess motståndskraft. Innan hartset kan bearbetas i en formningsmaskin måste det alltså torkas. Torkning uppnås genom användning av en torkmedel eller torkar innan PET matas in i processutrustningen.

Inuti torktumlaren pumpas varm torr luft in i botten av behållaren som innehåller hartset så att den rinner upp genom pelletsen och avlägsnar fukt på sin väg. Den varma våta luften lämnar toppen av behållaren och körs först genom en efterkylare, eftersom det är lättare att ta bort fukt från kall luft än varm luft. Den resulterande kalla våta luften förs sedan genom en torkmedelsbädd. Slutligen återuppvärms den kalla torra luften som lämnar torkmedelsbädden i en processvärmare och skickas tillbaka genom samma processer i en sluten slinga. Vanligtvis måste kvarvarande fuktnivåer i hartset vara mindre än 50 delar per miljon (delar vatten per miljon delar harts, i vikt) före bearbetning. Torkarens uppehållstid bör inte vara kortare än cirka fyra timmar. Detta beror på att torkning av materialet på mindre än 4 timmar skulle kräva en temperatur över 160 °C, vid vilken nivå hydrolys skulle börja inuti pelletsen innan de kunde torkas ut.

PET kan även torkas i tryckluftstorkar. Tryckluftstorkar återanvänder inte torkluft. Torr, uppvärmd tryckluft cirkuleras genom PET-pellets som i torkmedelstorken och släpps sedan ut i atmosfären.

sampolymerer

Förutom ren (homopolymer) PET, PET modifierad av sampolymerisation finns också.

I vissa fall är de modifierade egenskaperna hos sampolymer mer önskvärda för en speciell tillämpning. Till exempel, cyklohexandimetanol (CHDM) kan läggas till polymerskelettet i stället för etylenglykol. Eftersom denna byggsten är mycket större (6 ytterligare kolatomer) än den etylenglykolenhet som den ersätter, passar den inte in i de närliggande kedjorna som en etylenglykolenhet skulle göra. Detta stör kristallisationen och sänker polymerens smälttemperatur. I allmänhet är sådan PET känd som PETG eller PET-G (polyetylentereftalatglykol-modifierad; Eastman Chemical, SK Chemicals och Artenius Italia är några PETG-tillverkare). PETG är en klar amorf termoplast som kan formsprutas eller extruderas i plåt. Det kan färgas under bearbetningen.

En annan vanlig modifierare är isoftalsyra, ersätter några av de 1,4- (para-) länkade tereftalat enheter. 1,2- (orto-) eller 1,3- (meta-) koppling ger en vinkel i kedjan, som också stör kristalliniteten.

Sådana sampolymerer är fördelaktiga för vissa gjutanvändningar, såsom varmformning, som används till exempel för att göra brick- eller blisterförpackningar av co-PET-film, eller amorft PET-ark (A-PET) eller PETG-ark. Å andra sidan är kristallisation viktig i andra applikationer där mekanisk och dimensionell stabilitet är viktig, såsom säkerhetsbälten. För PET-flaskor, användning av små mängder isoftalsyra, CHDM, Dietylenglykol (DEG) eller andra sammonomerer kan vara användbara: om endast små mängder av sammonomerer används, bromsas kristallisationen men hindras inte helt. Som ett resultat kan flaskor erhållas via sträckblåsgjutning ("SBM"), som är både klara och kristallina nog att vara en adekvat barriär mot aromer och till och med gaser, såsom koldioxid i kolsyrade drycker.

Produktion

Polyetylentereftalat framställs från etylenglykol och dimetyl-tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) Eller tereftalsyra.

Den förstnämnda är en transesterifiering reaktion, medan den senare är en förestring reaktion.

Dimetyltereftalatprocess

In dimetyl-tereftalat process, reagerar denna förening och överskott av etylenglykol i smältan vid 150–200 °C med en basisk katalysator. Metanol (CH₃OH) avlägsnas genom destillation för att driva reaktionen framåt. Överskott av etylenglykol destilleras av vid högre temperatur med hjälp av vakuum. Det andra transesterifieringssteget fortsätter vid 270–280 °C, med kontinuerlig destillation av etylenglykol också.

Reaktionerna idealiseras enligt följande:

Första steget

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 HOCH₂CH₂OH → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ÅH)₂ + 2 CH₃OH

Andra steg

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ÅH)₂ → [(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n HÖG₂CH₂OH

Tereftalsyraprocess

I tereftalsyra process, förestring av etylenglykol och tereftalsyra utförs direkt vid måttligt tryck (2.7–5.5 bar) och hög temperatur (220–260 °C). Vatten elimineras i reaktionen, och det avlägsnas också kontinuerligt genom destillation:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n HÖG₂CH₂OH → [(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

nedbrytning

PET utsätts för olika typer av nedbrytningar under bearbetningen. De huvudsakliga nedbrytningarna som kan inträffa är hydrolytisk, och förmodligen viktigast, termisk oxidation. När PET bryts ned händer flera saker: missfärgning, kedja klyvningar resulterar i minskad molekylvikt, bildning av acetaldehydoch tvärbindningar ("gel" eller "fisköga"-bildning). Missfärgning beror på bildandet av olika kromofora system efter långvarig värmebehandling vid förhöjda temperaturer. Detta blir ett problem när de optiska kraven på polymeren är mycket höga, såsom i förpackningsapplikationer. Den termiska och termooxidativa nedbrytningen resulterar i dåliga bearbetningsegenskaper och prestanda hos materialet.

Ett sätt att lindra detta är att använda en sampolymer. Comonomer som CHDM eller isoftalsyra sänka smälttemperaturen och minska graden av kristallinitet hos PET (särskilt viktigt när materialet används för flasktillverkning). Hartset kan således formas plastiskt vid lägre temperaturer och/eller med lägre kraft. Detta hjälper till att förhindra nedbrytning, vilket minskar acetaldehydhalten i den färdiga produkten till en acceptabel (det vill säga omärkbar) nivå. Ser sampolymerer, ovan. Ett annat sätt att förbättra polymerens stabilitet är att använda stabilisatorer, främst antioxidanter som t.ex fosfiter. Nyligen har också molekylär nivåstabilisering av materialet med nanostrukturerade kemikalier övervägts.

Acetaldehyd

Acetaldehyd är ett färglöst, flyktigt ämne med en fruktig doft. Även om det bildas naturligt i vissa frukter, kan det orsaka bismak i vatten på flaska. Acetaldehyd bildas genom nedbrytning av PET genom felaktig hantering av materialet. Höga temperaturer (PET sönderdelas över 300 °C eller 570 °F), höga tryck, extruderhastigheter (överdrivet skjuvflöde höjer temperaturen) och långa uppehållstider för fatet bidrar alla till produktionen av acetaldehyd. När acetaldehyd produceras, förblir en del av det löst i väggarna i en behållare och sedan diffunderar i produkten lagrad inuti och förändrar smak och arom. Detta är inte ett sådant problem för icke-förbrukningsvaror (som schampo), för fruktjuicer (som redan innehåller acetaldehyd) eller för starka smaker som läsk. För flaskvatten är emellertid lågt acetaldehydinnehåll ganska viktigt, eftersom om ingenting maskerar aromen kan till och med extremt låga koncentrationer (10–20 delar per miljard i vattnet) av acetaldehyd ge en smak.

Antimon

Antimon (Sb) är ett metalloidelement som används som katalysator i form av föreningar som t.ex antimontrioxid (Sb₂O₃) eller antimontriacetat vid framställning av PET. Efter tillverkning kan en detekterbar mängd antimon hittas på produktens yta. Denna rest kan avlägsnas med tvätt. Antimon finns också kvar i själva materialet och kan därför migrera ut i mat och dryck. Att utsätta PET för kokning eller mikrovågsugn kan öka nivåerna av antimon avsevärt, möjligen över USEPA:s maximala föroreningsnivåer. Dricksvattengränsen som bedöms av WHO är 20 delar per miljard (WHO, 2003), och dricksvattengränsen i USA är 6 miljarder. Även om antimontrioxid är av låg toxicitet när det tas oralt, är dess närvaro fortfarande oroande. schweizarna Federal Office of Public Health undersökte mängden antimonmigrering och jämförde vatten buteljerat i PET och glas: Antimonkoncentrationerna i vattnet i PET-flaskor var högre, men fortfarande långt under den tillåtna maximala koncentrationen. Schweiziska federala folkhälsomyndigheten drog slutsatsen att små mängder antimon migrerar från PET till vatten på flaska, men att hälsorisken för de resulterande låga koncentrationerna är försumbar (1 % av "tolerabelt dagligt intag” bestäms av VEM). En senare (2006) men mer allmänt publicerad studie fann liknande mängder antimon i vatten i PET-flaskor. WHO har publicerat en riskbedömning för antimon i dricksvatten.

Fruktjuicekoncentrat (för vilka inga riktlinjer fastställts) som producerades och buteljerades i PET i Storbritannien visade sig innehålla upp till 44.7 µg/L antimon, långt över EU:s gränsvärden för kranvatten av 5 | ig / L.

bionedbrytning

Nocardia kan bryta ned PET med ett esterasenzym.

Japanska forskare har isolerat en bakterie Ideonella sakaiensis som har två enzymer som kan bryta ner PET i mindre bitar som bakterien kan smälta. En koloni av I. sakaiensis kan sönderdela en plastfilm på cirka sex veckor.

Säkerhet

Kommentar publicerad i Environmental Health Perspectives i april 2010 föreslog att PET skulle kunna ge hormonstörande under villkor för gemensam användning och rekommenderad forskning om detta ämne. Föreslagna mekanismer inkluderar urlakning av ftalater liksom utlakning av antimon. Artikel publicerad i Journal of Environmental Monitoring i april 2012 drar slutsatsen att antimon koncentration i avjoniserat vatten förvaras i PET-flaskor håller sig inom EU:s acceptabla gräns även om den förvaras kort vid temperaturer upp till 60 °C (140 °F), medan innehållet på flaskan (vatten eller läsk) ibland kan överskrida EU-gränsen efter mindre än ett års förvaring i rummet temperatur.

Utrustning för flaskbearbetning

Det finns två grundläggande formningsmetoder för PET-flaskor, ett steg och tvåsteg. Vid formning i två steg används två separata maskiner. Den första maskininjektionen formar förformen, som liknar ett provrör, med flaskhylsegängorna redan formade på plats. Rörets kropp är betydligt tjockare, eftersom det kommer att blåsa upp till sin slutliga form i det andra steget med användning sträckblåsgjutning.

I det andra steget värms förformarna snabbt upp och blåses sedan upp mot en tvådelad form för att forma dem till flaskans slutliga form. Preforms (ouppblåsta flaskor) används nu också som robusta och unika behållare själva; förutom nyhet godis, vissa Röda Korsets kapitel distribuerar dem som en del av Vial of Life-programmet till husägare för att lagra medicinsk historia för räddningspersonal. En annan allt vanligare användning av förformarna är behållare inom utomhusaktiviteten Geocaching.

I enstegsmaskiner utförs hela processen från råmaterial till färdig behållare i en maskin, vilket gör den särskilt lämplig för formning av icke-standardiserade former (skräddarsydd formning), inklusive burkar, platta ovala, kolvformer etc. Dess största förtjänst är minskningen av utrymme, produkthantering och energi, och mycket högre visuell kvalitet än vad som kan uppnås med tvåstegssystemet.

Polyester återvinningsindustri

År 2016 beräknades det att 56 miljoner ton PET produceras varje år.

Medan de flesta termoplaster i princip kan återvinnas, PET-flaskåtervinning är mer praktiskt än många andra plastapplikationer på grund av det höga värdet av hartset och den nästan exklusiva användningen av PET för flitigt använt vatten och kolsyrad läsk. PET har en hartsidentifieringskod av 1. De främsta användningarna för återvunnet PET är polyester fiber, band och icke-livsmedelsbehållare.

På grund av återvinningsbarheten hos PET och det relativa överflödet av avfall efter konsumenten i form av flaskor får PET snabbt marknadsandelar som en mattfiber. Mohawk Industries släpptes everSTRAND 1999, en 100% PET-fiber med återvunnet innehåll. Sedan den tiden har mer än 17 miljarder flaskor återvunnits till mattfiber. Pharr Yarns, en leverantör till många mattatillverkare inklusive Looptex, Dobbs Mills och Berkshire Flooring, producerar en BCF (bulk-kontinuerlig glödtråd) PET-mattfiber innehållande minst 25% återvunnet innehåll efter konsumenten.

PET, som med många plaster, är också en utmärkt kandidat för termisk kassering (förbränning), eftersom det är sammansatt av kol, väte och syre, med endast spårmängder av katalysatorelement (men inget svavel). PET har energiinnehållet i mjukt kol.

Vid återvinning av polyetentereftalat eller PET eller polyester måste i allmänhet två sätt skiljas åt:

1. Den kemiska återvinningen tillbaka till de ursprungliga råmaterialen renas tereftalsyra (PTA) eller dimetyl-tereftalat (DMT) och etylenglykol (EG) där polymerstrukturen förstörs fullständigt, eller i processmellanprodukter som bis (2-hydroxietyl) tereftalat
2. Den mekaniska återvinningen där de ursprungliga polymeregenskaperna bibehålls eller rekonstitueras.

Kemisk återvinning av PET kommer att bli kostnadseffektiv endast genom att använda återvinningslinjer med hög kapacitet på mer än 50,000 2000 ton / år. Sådana linjer kunde bara ses, om inte alls, inom produktionsanläggningarna för mycket stora polyesterproducenter. Flera försök med industriell storlek för att etablera sådana kemiska återvinningsanläggningar har gjorts tidigare men utan lyckad framgång. Till och med den lovande kemiska återvinningen i Japan har inte blivit ett industriellt genombrott hittills. De två orsakerna till detta är: till en början svårigheten att konsekvent och kontinuerligt skaffa avfallsflaskor med en sådan enorm mängd på en enda plats, och för det andra de stadigt ökade priserna och prisvolatiliteten för insamlade flaskor. Priserna på ballade flaskor ökade exempelvis mellan åren 2008 och 50 från cirka 500 Euro / ton till över 2008 Euro / ton XNUMX.

Mekanisk återvinning eller direkt cirkulation av PET i polymertillstånd drivs i de flesta olika varianter idag. Sådana processer är typiska för små och medelstora industrier. Kostnadseffektivitet kan redan uppnås med anläggningskapacitet inom ett intervall av 5000–20,000 XNUMX ton / år. I detta fall är nästan alla typer av återvunnet materialåterkoppling i materialcirkulationen möjliga idag. Dessa olika återvinningsprocesser diskuteras nedan i detalj.

Förutom kemiska föroreningar och nedbrytning produkter som genererats under första bearbetningen och användningen, mekaniska föroreningar representerar huvuddelen av kvaliteten som deprecierar föroreningar i återvinningsströmmen. Återvunnet material introduceras alltmer i tillverkningsprocesser, som ursprungligen utformades för nya material. Därför blir effektiva sorterings-, separations- och rengöringsprocesser viktigast för återvunnen polyester av hög kvalitet.

När vi talar om återvinningsindustri i polyester, koncentrerar vi oss främst på återvinning av PET-flaskor, som under tiden används för alla typer av flytande förpackningar som vatten, kolsyrade läskedrycker, juice, öl, såser, tvättmedel, hushållskemikalier och så vidare. Flaskor är lätta att urskilja på grund av form och konsistens och separeras från plastplastflöden, antingen genom automatiska eller genom handsorteringsprocesser. Den etablerade återvinningsindustrin består av tre huvuddelar:

• PET-flaskinsamling och avfallsseparation: avfallslogistik
• Produktion av rena flaskflingor: flingproduktion
• Omvandling av PET-flingor till slutprodukter: flingbearbetning

Mellanprodukt från det första avsnittet är ballad flaskavfall med ett PET-innehåll större än 90%. Vanligaste handelsform är balen, men också murade eller till och med lösa, förskurna flaskor är vanliga på marknaden. I det andra avsnittet omvandlas de insamlade flaskorna till rena PET-flaskflingor. Detta steg kan vara mer eller mindre komplicerat och komplicerat beroende på den slutliga flingkvaliteten. Under det tredje steget bearbetas PET-flaskflingor till alla typer av produkter som film, flaskor, fiber, filament, band eller mellanprodukter som pellets för vidare bearbetning och konstruktion av plast.

Förutom denna externa (postkonsument) polyesterflaskåtervinning finns det antal interna (före konsument) återvinningsprocesser, där det bortkastade polymermaterialet inte lämnar produktionsplatsen till den fria marknaden och istället återanvänds i samma produktionskrets. På detta sätt återanvändas fiberavfall direkt för att producera fiber, förformavfall återanvändas direkt för att producera förformer, och filmavfall återanvändas direkt för att producera film.

PET-flaskåtervinning

Rening och sanering

Framgången för alla återvinningskoncept är dold i effektiviteten av rening och sanering på rätt plats under bearbetning och i nödvändig eller önskad utsträckning.

I allmänhet gäller följande: Ju tidigare i processen avlägsnas främmande ämnen, och ju mer noggrant detta görs, desto effektivare är processen.

Den höga mjukgörare PET i intervallet 280 ° C (536 ° F) är anledningen till att nästan alla vanliga organiska föroreningar som PVC, PLA, polyolefin, kemisk trämassa och pappersfibrer, polyvinylacetat, smältlim, färgämnen, socker och proteinet rester omvandlas till färgade nedbrytningsprodukter som i sin tur kan frigöra dessutom reaktiva nedbrytningsprodukter. Sedan ökar antalet defekter i polymerkedjan avsevärt. Partikelstorleksfördelningen av föroreningar är mycket bred, de stora partiklarna på 60–1000 µm – som är synliga med blotta ögat och lätta att filtrera – representerar det mindre onda, eftersom deras totala yta är relativt liten och nedbrytningshastigheten därför lägre. Inverkan av de mikroskopiska partiklarna, som — eftersom de är många — ökar frekvensen av defekter i polymeren, är relativt sett större.

Mottot "Det ögat inte ser kan hjärtat inte sörja över" anses vara mycket viktigt i många återvinningsprocesser. Därför, förutom effektiv sortering, spelar avlägsnandet av synliga föroreningspartiklar genom smältfiltreringsprocesser en särskild roll i detta fall.

Generellt kan man säga att processerna för att göra PET-flaskflingor från insamlade flaskor är lika mångsidiga eftersom de olika avfallsströmmarna är olika i sammansättning och kvalitet. Med tanke på tekniken finns det inte bara ett sätt att göra det. Samtidigt finns det många ingenjörsföretag som erbjuder flingproduktionsanläggningar och komponenter, och det är svårt att bestämma sig för en eller annan anläggningsdesign. Ändå finns det processer som delar de flesta av dessa principer. Beroende på sammansättning och föroreningsnivå av insatsmaterial, tillämpas de allmänna följande processtegen.

1. Balöppning, brikettöppning
2. Sortering och urval för olika färger, främmande polymerer särskilt PVC, främmande material, borttagning av film, papper, glas, sand, jord, stenar och metaller
3. Förtvätt utan skärning
4. Grov skärning torr eller kombinerad till förtvätt
5. Borttagning av stenar, glas och metall
6. Luftsiktning för att ta bort film, papper och etiketter
7. Slipning, torr och / eller våt
8. Avlägsnande av lågdensitetspolymerer (koppar) genom densitetsskillnader
9. Hot-tvätt
10. Kaustisk tvättning och ytetsning, bibehållande av inneboende viskositet och dekontaminering
11. sköljning
12. Skölj av rent vatten
13. Torkning
14. Luftsiktning av flingor
15. Automatisk flingesortering
16. Vattenkrets och vattenbehandlingsteknik
17. Flake kvalitetskontroll

Föroreningar och materiella defekter

Antalet möjliga föroreningar och materialfel som samlas i det polymera materialet ökar permanent - vid bearbetning och vid användning av polymerer - med hänsyn till en växande livslängd, växande slutanvändning och upprepad återvinning. När det gäller återvunna PET-flaskor kan de nämnda defekterna sorteras i följande grupper:

1. Reaktiva polyester-OH- eller COOH-ändgrupper omvandlas till döda eller icke-reaktiva slutgrupper, t.ex. bildning av vinylesterändgrupper genom dehydrering eller dekarboxylering av tereftalatsyra, reaktion av OH- eller COOH-ändgrupper med monofunktionell nedbrytning produkter som monokolsyror eller alkoholer. Resultaten är minskad reaktivitet under re-polykondensation eller re-SSP och breddar molekylviktsfördelningen.
2. Ändgruppens andel förskjuts mot riktningen för COOH-ändgrupperna uppbyggda genom en termisk och oxidativ nedbrytning. Resultaten är minskning i reaktivitet och ökning av den sura autokatalytiska sönderdelningen under termisk behandling i närvaro av fukt.
3. Antalet polyfunktionella makromolekyler ökar. Ackumulering av geler och långkedjiga förgreningsfel.
4. Antalet, koncentrationen och variationen av icke-polymeridentiska organiska och oorganiska främmande ämnen ökar. Med varje ny termisk spänning kommer de organiska främmande ämnena att reagera genom sönderdelning. Detta orsakar befrielse av ytterligare nedbrytningsbärande ämnen och färgämnen.
5. Hydroxid- och peroxidgrupper byggs upp vid ytan på produkterna gjorda av polyester i närvaro av luft (syre) och fuktighet. Denna process påskyndas av ultraviolett ljus. Under en yttre behandlingsprocess är hydroperoxider en källa till syreradikaler som är källa för oxidativ nedbrytning. Destruktion av hydroperoxider ska ske före den första värmebehandlingen eller under mjukgöringen och kan stöds av lämpliga tillsatser som antioxidanter.

Med hänsyn till de ovannämnda kemiska defekterna och föroreningarna sker en pågående modifiering av följande polymeregenskaper under varje återvinningscykel, som kan detekteras genom kemisk och fysisk laboratorieanalys.

I synnerhet:

• Ökning av COOH-slutgrupper
• Ökning av färgnummer b
• Ökning av dis (transparenta produkter)
• Ökning av oligomerinnehåll
• Minskning av filtrerbarhet
• Ökning av innehållet av biprodukter som acetaldehyd, formaldehyd
• Ökning av extraherbara främmande föroreningar
• Minska i färg L
• Minska med inneboende viskositet eller dynamisk viskositet
• Minska kristallisationstemperaturen och öka kristallisationshastigheten
• Minska de mekaniska egenskaperna som draghållfasthet, töjning vid brytning eller elasticitetsmodul
• Bredning av molekylviktsfördelningen

Återvinning av PET-flaskor är samtidigt en industriell standardprocess som erbjuds av en mängd olika ingenjörsföretag.

Bearbetningsexempel för återvunnen polyester

Återvinningsprocesser med polyester är nästan lika varierade som tillverkningsprocesserna baserade på primära pellets eller smälta. Beroende på renheten hos de återvunna materialen kan polyester användas idag i de flesta polyesterframställningsprocesser som blandning med jungfrupolymer eller alltmer som 100% återvunnen polymer. Vissa undantag som BOPET-film med låg tjocklek, speciella applikationer som optisk film eller garn genom FDY-spinning vid> 6000 m / min, mikrofilament och mikrofibrer tillverkas endast av jungfru polyester.

Enkel ompelletering av flaskflingor

Denna process består i att omvandla flaskavfall till flingor, genom torkning och kristallisering av flingorna, genom mjukning och filtrering samt genom pelletisering. Produkten är ett amorft omgranulat med en gränsviskositet i intervallet 0.55–0.7 dℓ/g, beroende på hur fullständig förtorkning av PET-flingor har gjorts.

Särskilda egenskaper är: Acetaldehyd och oligomerer finns i pellets på lägre nivå; viskositeten reduceras på något sätt, pelletsen är amorfa och måste kristalliseras och torkas innan ytterligare bearbetning.

Bearbetar till:

• A-PET-film för varmformning
• Tillägg till PET virgin produktion
• BOPET förpackningsfilm
• PET-flaska harts av SSP
• Mattgarn
• Teknisk plast
• filament
• Icke-vävt
• Förpackningsränder
• Häftfibrer.

Att välja det ompelleterande sättet innebär att ha en ytterligare omvandlingsprocess som å ena sidan är energiintensiv och kostnadskrävande och orsakar termisk förstörelse. På andra sidan ger pelleteringssteget följande fördelar:

• Intensiv smältfiltrering
• Mellankvalitetskontroll
• Modifiering med tillsatser
• Produktval och separering efter kvalitet
• Processflexibiliteten ökade
• Kvalitetsuniformisering.

Tillverkning av PET-pellets eller flingor för flaskor (flaska till flaska) och A-PET

Denna process liknar i princip den som beskrivits ovan; emellertid kristalliseras de framställda pelletarna direkt (kontinuerligt eller diskontinuerligt) och utsätts sedan för en solid-state polykondensation (SSP) i en torktumlare eller en vertikal rörreaktor. Under detta bearbetningssteg återuppbyggs motsvarande gränsviskositet på 0.80–0.085 dℓ/g och samtidigt reduceras acetaldehydhalten till < 1 ppm.

Det faktum att vissa maskintillverkare och linjebyggare i Europa och USA anstränger sig för att erbjuda oberoende återvinningsprocesser, t ex den så kallade flaska-till-flaska (B-2-B) processen, som t.ex. BePET, Starar. livsmedelssektorn. Förutom detta processgodkännande är det ändå nödvändigt att alla användare av sådana processer ständigt måste kontrollera FDA-gränserna för de råvaror som han själv tillverkar för sin process.

Direktomvandling av flaskflingor

För att spara kostnader arbetar ett ökande antal polyesterprodukter med mellanprodukter som spinnverk, bandverk eller gjutfilmsbruk med direkt användning av PET-flingorna, från behandling av begagnade flaskor, i syfte att tillverka en ökande antal polyester-mellanprodukter. För justering av den nödvändiga viskositeten, förutom en effektiv torkning av flingorna, är det möjligen nödvändigt att också rekonstituera viskositeten genom polykondensation i smältfasen eller polykondensation i fast tillstånd av flingorna. De senaste PET-flingkonverteringsprocesserna tillämpar tvillingskruvsprutmaskiner, flerskruvsprutmaskiner eller multirotationssystem och sammanfallande vakuumavgasning för att avlägsna fukt och undvika flingförtorkning. Dessa processer möjliggör omvandling av otorkade PET-flingor utan väsentlig minskning av viskositeten orsakad av hydrolys.

När det gäller konsumtionen av PET-flaskflingor omvandlas huvuddelen av cirka 70% till fibrer och filament. När man använder direkt sekundära material såsom flaskflingor i spinnprocesser finns det några få behandlingsprinciper att erhålla.

Höghastighetsspinningsprocesser för tillverkning av POY kräver normalt en viskositet på 0.62–0.64 dℓ/g. Utgående från flaskflingor kan viskositeten ställas in via torkningsgraden. Den ytterligare användningen av TiO₂ är nödvändigt för helt tråkigt eller halvtråkigt garn. För att skydda spinnerets är en effektiv filtrering av smältan i alla fall nödvändig. För tillfället är mängden POY gjord av 100% återvinningspolyester ganska låg eftersom denna process kräver hög renhet av spinnsmälta. För det mesta används en blandning av oskuld och återvunna pellets.

Häftfibrer snurras i ett inneboende viskositetsområde som ligger ganska något lägre och som bör vara mellan 0.58 och 0.62 dℓ / g. Även i detta fall kan den erforderliga viskositeten justeras via torkning eller vakuumjustering vid vakuumextrudering. För justering av viskositeten är dock en tillsats av kedjelängdsmodifierare etylenglykol or Dietylenglykol kan också användas.

Spinning non-woven - i det fina titerfältet för textilapplikationer samt tungt spinning non-woven som basmaterial, t.ex. för takbeläggningar eller i vägbyggnad - kan tillverkas genom att snurra flaskflingor. Snurrviskositeten ligger igen inom ett intervall av 0.58–0.65 dℓ / g.

Ett område med ökande intresse där återvunna material används är tillverkningen av förpackningsremsor med hög hållfasthet och monofilament. I båda fallen är det initiala råmaterialet huvudsakligen ett återvunnet material med högre inneboende viskositet. Förpackningsremsor med hög hållfasthet såväl som monofilament tillverkas sedan i smältspinnprocessen.

Återvinning till monomererna

Polyetentereftalat kan depolymeriseras för att ge de ingående monomererna. Efter rening kan monomererna användas för att framställa nytt polyetylentereftalat. Esterbindningarna i polyetylentereftalat kan klyvas genom hydrolys eller genom omförestring. Reaktionerna är helt enkelt det omvända mot de som används i produktion.

Partiell glykolys

Partiell glykolys (transesterifiering med etylenglykol) omvandlar den styva polymeren till kortkedjade oligomerer som kan smältfiltreras vid låg temperatur. När oligomererna befriats från föroreningarna kan matas tillbaka till produktionsprocessen för polymerisation.

Uppgiften består i att mata 10–25 % flaskflingor med bibehållen kvalitet på de flaskpellets som tillverkas på linjen. Detta mål löses genom att degradera PET-flaskflingorna – redan under deras första mjukning, som kan utföras i en enkel- eller flerskruvsextruder – till en gränsviskositet av cirka 0.30 dℓ/g genom att tillsätta små mängder etylenglykol och genom att utsätta den lågviskösa smältströmmen för en effektiv filtrering direkt efter plasticering. Dessutom bringas temperaturen till lägsta möjliga gräns. Dessutom, med detta sätt att bearbeta, är möjligheten till en kemisk nedbrytning av hydroperoxiderna möjlig genom att tillsätta en motsvarande P-stabilisator direkt vid mjukning. Destruktionen av hydroperoxidgrupperna utförs, med andra processer, redan under det sista steget av flingbehandling, t.ex. genom att tillsätta H₃PO₃. Det delvis glykolyserade och finfiltrerade återvunna materialet matas kontinuerligt till förestrings- eller prepolykondensationsreaktorn, doseringsmängderna för råmaterialen justeras därefter.

Total glykolys, metanolys och hydrolys

Behandlingen av polyesteravfall genom total glykolys för att helt omvandla polyestern till bis (2-hydroxietyl) tereftalat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ÅH)₂). Denna förening renas genom vakuumdestillation och är en av de mellanprodukter som används vid polyestertillverkning. Reaktionen är som följer:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n HÖG₂CH₂ÅH → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂ÅH)₂

Denna återvinningsväg har genomförts i industriell skala i Japan som experimentell produktion.

I likhet med total glykolys omvandlar metanolys polyestern till dimetyl-tereftalat, som kan filtreras och vakuumdestilleras:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n CH₃ÅH → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

Metanolys görs idag endast sällan inom industrin eftersom polyesterproduktion baserad på dimetyltereftalat har krympt enormt och många dimetyltereftalatproducenter har försvunnit.

Likaså som ovan kan polyetylentereftalat hydrolyseras till tereftalsyra och etylenglykol under hög temperatur och högt tryck. Den resulterande råa tereftalsyran kan renas med omkristallisation för att ge material lämpligt för ompolymerisation:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n HÖG₂CH₂OH

Denna metod verkar inte ha kommersialiserats ännu.