KÆLEDYR

Polyethylenterephthalat (nogle gange skrevet poly(ethylenterephthalat)), almindeligvis forkortet KÆLEDYR, PETE, eller den forældede PETP eller PET-P, er den mest almindelige termoplastiske polymer harpiks af polyester familie og bruges i fibre til tøj, beholdere til væsker og fødevarer, termoformning til fremstilling og i kombination med glasfiber til ingeniørharpikser.

Det kan også henvises til med mærkenavnet Dacron; i Storbritannien, terylene; eller i Rusland og det tidligere Sovjetunionen, Lavsan.

Størstedelen af ​​verdens PET-produktion er til syntetiske fibre (over 60%), hvor flaskeproduktionen tegner sig for omkring 30% af den globale efterspørgsel. I forbindelse med tekstilapplikationer omtales PET ved sit almindelige navn, polyester, hvorimod forkortelsen KÆLEDYR bruges generelt i forhold til emballage. Polyester udgør omkring 18 % af verdens polymerproduktion og er den fjerdemest producerede polymer; polyethylen(FOD), polypropylen (PP) og polyvinylchlorid (PVC) er henholdsvis første, anden og tredje.

PET består af polymeriseret enheder af monomeren ethylenterephthalat, med gentagne (C₁₀H₈O₄) enheder. PET genbruges almindeligvis og har nummeret 1 som dets genbrugssymbol.

Afhængig af dens behandling og termiske historie kan polyethylenterephthalat eksistere både som en amorf (gennemsigtig) og som en halvkrystallinsk polymer. Det semikrystallinske materiale kan virke gennemsigtigt (partikelstørrelse < 500 nm) eller uigennemsigtigt og hvidt (partikelstørrelse op til et par mikrometer) afhængigt af dets krystalstruktur og partikelstørrelse. Dens monomer bis (2-hydroxyethyl) terephthalat kan syntetiseres af esterificering reaktion mellem terephthalsyre , ethylenglycol med vand som biprodukt, eller ved transesterificering reaktion mellem ethylenglycol , dimethylterphthalat med methanol som et biprodukt. Polymerisering sker gennem en polykondensation omsætning af monomererne (udført umiddelbart efter esterificering / transesterificering) med vand som biprodukt.

navne
IUPAC-navn Poly(ethylbenzen-1,4-dicarboxylat)
Identifikatorer
CAS-nummer	25038-59-9
Forkortelser	PET, PETE
Ejendomme
Kemiske formel	(C10H8O4)n
Molekylmassen	variabel
Density	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorf1.370 g / cm3, enkelt krystal1.455 g / cm3
Smeltepunkt	> 250 °C, 260 °C
Kogepunkt	> 350 °C (nedbrydes)
Opløselighed i vand	praktisk talt uopløselig
Varmeledningsevne	0.15 til 0.24 W m-1 K-1
Brydningsindeks(nD)	1.57-1.58, 1.5750
termokemi
Specifik Varmekapacitet (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Relaterede forbindelser
Relaterede monomerer	Terephthalsyre Ethylenglycol
Medmindre andet er angivet, gives der data for materialer i deres standardtilstand (ved 25 °C [77 °F], 100 kPa).

Du bruger

Fordi PET er et fremragende vand- og fugtbarrieremateriale, er plastikflasker fremstillet af PET meget brugt til læskedrikke (se kulsyre). For visse specialflasker, såsom dem, der er beregnet til ølindeslutning, indsætter PET et ekstra lag af polyvinylalkohol (PVOH) for yderligere at reducere dets oxygenpermeabilitet.

Biaxialt orienteret PET film (ofte kendt under et af dets handelsnavne, "Mylar") kan aluminiseres ved at fordampe en tynd metalfilm på den for at reducere dens permeabilitet og gøre den reflekterende og uigennemsigtig (mPET). Disse egenskaber er nyttige i mange anvendelser, herunder fleksibel mad emballage , termisk isolering. Se: "plads tæpper“. På grund af sin høje mekaniske styrke bruges PET-film ofte i tapeapplikationer, såsom bæreren til magnetbånd eller bagside til trykfølsomme klæbende tape.

Ikke-orienteret PET-ark kan være termoformet at lave emballagebakker og blisterpakninger. Hvis der anvendes krystalliserbart PET, kan bakkerne bruges til frosne middage, da de tåler både fryse- og ovnbagningstemperaturer. I modsætning til amorft PET, som er gennemsigtigt, har krystalliserbart PET eller CPET en tendens til at være sort i farven.

Når det fyldes med glaspartikler eller fibre, bliver det væsentligt stivere og mere holdbart.

PET bruges også som et underlag i tyndfilms solceller.

Terylene er også splejset ind i klokketoppe for at hjælpe med at forhindre slid på rebene, når de passerer gennem loftet.

Historie

PET blev patenteret i 1941 af John Rex Whinfield, James Tennant Dickson og deres arbejdsgiver, Calico Printers' Association of Manchester, England. EI DuPont de Nemours i Delaware, USA, brugte første gang varemærket Mylar i juni 1951 og modtog registrering af det i 1952. Det er stadig det mest kendte navn, der bruges til polyesterfilm. Den nuværende ejer af varemærket er DuPont Teijin Films US, et partnerskab med et japansk selskab.

I Sovjetunionen blev PET først fremstillet i laboratorierne i Institute of High-Molecular Compounds af USSR Academy of Sciences i 1949, og dets navn "Lavsan" er et akronym deraf (laборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

PET-flasken blev patenteret i 1973 af Nathaniel Wyeth.

Fysiske egenskaber

PET er i sin naturlige tilstand en farveløs, semi-krystallinsk harpiks. Baseret på hvordan det behandles, kan PET være halvstivt til stift, og det er meget let. Det udgør en god gas- og retfærdig fugtbarriere, samt en god barriere mod alkohol (kræver yderligere "barriere"-behandling) og opløsningsmidler. Den er stærk og slagfast. PET bliver hvidt, når det udsættes for chloroform og også visse andre kemikalier såsom toluen.

Omkring 60 % krystallisation er den øvre grænse for kommercielle produkter, med undtagelse af polyesterfibre. Klare produkter kan fremstilles ved hurtig afkøling af smeltet polymer under T_g glasovergangstemperatur for at danne et amorft fast stof. Ligesom glas dannes amorf PET, når dets molekyler ikke får tid nok til at arrangere sig selv på en ordnet, krystallinsk måde, når smelten afkøles. Ved stuetemperatur fryses molekylerne på plads, men hvis tilstrækkelig varmeenergi sættes tilbage i dem ved opvarmning over T_g, begynder de at bevæge sig igen, hvilket tillader krystaller at danne kerne og vokse. Denne procedure er kendt som faststofkrystallisation.

Når den får lov til at afkøle, danner den smeltede polymer et mere krystallinsk materiale. Dette materiale har spherulitter der indeholder mange små krystallitter når de krystalliseres fra et amorft fast stof, snarere end at danne en stor enkelt krystal. Lys har en tendens til at spredes, når det krydser grænserne mellem krystallitter og de amorfe områder mellem dem. Denne spredning betyder, at krystallinsk PET i de fleste tilfælde er uigennemsigtig og hvid. Fibertrækning er blandt de få industrielle processer, der producerer et næsten enkrystalprodukt.

Intrinsisk viskositet

En af de vigtigste egenskaber ved PET omtales som iboende viskositet (IV).

Materialets indre viskositet, fundet ved ekstrapolering til nulkoncentration af relativ viskositet til koncentration, som måles i deciliter gram (dl/g). Indre viskositet er afhængig af længden af ​​dens polymerkæder, men har ingen enheder på grund af at være ekstrapoleret til nul koncentration. Jo længere polymerkæderne er, jo flere sammenfiltringer mellem kæderne og derfor højere viskositet. Den gennemsnitlige kædelængde af et bestemt parti harpiks kan kontrolleres under polykondensation.

Det indre viskositetsområde for PET:

Fiberkvalitet

0.40–0.70 Tekstil

0.72–0.98 Teknisk, dæksnor

Film karakter

0.60-0.70 BOPET (biaksialt orienteret PET-film)

0.70–1.00 Bladkarakter for termoformning

Flaskekvalitet

0.70–0.78 vandflasker (flade)

0.78–0.85 Kulsyreholdige læskedrikke

Monofilament, ingeniørplast

1.00-2.00

Tørring

PET er hygroskopisk, hvilket betyder, at den absorberer vand fra omgivelserne. Men når denne "fugtige" PET så opvarmes, vil vandet hydrolyserer PET, hvilket mindsker dens modstandsdygtighed. Før harpiksen kan behandles i en støbemaskine, skal den således tørres. Tørring opnås ved brug af en tørremiddel eller tørretumblere, før PET'et føres ind i forarbejdningsudstyret.

Inde i tørretumbleren pumpes varm tør luft ind i bunden af ​​tragten, der indeholder harpiksen, så den strømmer op gennem pillerne og fjerner fugt på sin vej. Den varme våde luft forlader toppen af ​​tragten og køres først gennem en efterkøler, fordi det er lettere at fjerne fugt fra kold luft end varm luft. Den resulterende kølige våde luft ledes derefter gennem et tørremiddelleje. Til sidst opvarmes den kølige tørre luft, der forlader tørremiddellejet, i en procesvarmer og sendes tilbage gennem de samme processer i et lukket kredsløb. Typisk skal resterende fugtniveauer i harpiksen være mindre end 50 dele pr. million (dele vand pr. million dele af harpiks, efter vægt) før behandling. Tørretumblerens opholdstid bør ikke være kortere end omkring fire timer. Dette skyldes, at tørring af materialet på mindre end 4 timer vil kræve en temperatur over 160 °C, ved hvilket niveau hydrolyse ville begynde inde i pillerne, før de kunne tørres ud.

PET kan også tørres i harpikstørrere med trykluft. Tryklufttørrere genbruger ikke tørreluft. Tør, opvarmet trykluft cirkuleres gennem PET-pillerne som i tørretumbleren og frigives derefter til atmosfæren.

copolymerer

Ud over ren (homopolymer) PET, PET modificeret af copolymerisation er også tilgængelig.

I nogle tilfælde er de modificerede egenskaber af copolymer mere ønskelige til en bestemt anvendelse. For eksempel, cyclohexandimethanol (CHDM) kan sættes til polymerryggen i stedet for ethylenglycol. Da denne byggesten er meget større (6 yderligere carbonatomer) end den ethylenglycol-enhed, den erstatter, passer den ikke ind i de tilstødende kæder, som en ethylenglycol-enhed ville. Dette interfererer med krystallisation og sænker polymerens smeltetemperatur. Generelt er sådan PET kendt som PETG eller PET-G (polyethylenterephthalatglycol-modificeret; Eastman Chemical, SK Chemicals og Artenius Italia er nogle PETG-producenter). PETG er en klar amorf termoplast, der kan sprøjtestøbes eller pladeekstruderes. Det kan farves under behandlingen.

En anden almindelig ændrer er isophthalsyre, udskiftning af nogle af de 1,4- (til-) knyttet terephthalat enheder. 1,2- (orto-) eller 1,3- (meta-) kobling producerer en vinkel i kæden, som også forstyrrer krystallinitet.

Sådanne copolymerer er fordelagtige til visse støbeapplikationer, såsom termoformning, som fx bruges til at lave bakke- eller blisteremballage af co-PET-folie, eller amorf PET-ark (A-PET) eller PETG-ark. På den anden side er krystallisering vigtig i andre applikationer, hvor mekanisk og dimensionel stabilitet er vigtig, såsom sikkerhedsseler. For PET-flasker, brug af små mængder isophthalsyre, CHDM, diethylenglycol (DEG) eller andre comonomerer kan være nyttige: hvis der kun bruges små mængder comonomerer, bremses krystallisationen, men forhindres ikke helt. Som et resultat kan flasker fås via strækblæsestøbning ("SBM"), som både er klare og krystallinske nok til at være en passende barriere for aromaer og endda gasser, såsom kuldioxid i kulsyreholdige drikkevarer.

produktion

Polyethylenterephthalat fremstilles ud fra ethylenglycol , dimethylterphthalat (C₆H₄(CO₂CH₃)₂), Eller terephthalsyre.

Førstnævnte er en transesterificering reaktion, hvorimod sidstnævnte er en esterificering reaktion.

Dimethylterephthalatproces

In dimethylterphthalat proces, omsættes denne forbindelse og overskydende ethylenglycol i smelten ved 150-200 °C med en basisk katalysator. methanol (CH₃OH) fjernes ved destillation for at drive reaktionen fremad. Overskydende ethylenglycol afdestilleres ved højere temperatur ved hjælp af vakuum. Det andet transesterificeringstrin fortsætter ved 270-280 °C, med også kontinuerlig destillation af ethylenglycol.

Reaktionerne idealiseres som følger:

Første skridt

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 HOCH₂CH₂Åh → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂Åh)₂ + 2 CH₃OH

Andet trin

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂Åh)₂ → [(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n HØJ₂CH₂OH

Terephthalsyre proces

I terephthalsyre proces, esterificering af ethylenglycol og terephthalsyre udføres direkte ved moderat tryk (2.7-5.5 bar) og høj temperatur (220-260 °C). Vand elimineres i reaktionen, og det fjernes også kontinuerligt ved destillation:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n HØJ₂CH₂OH → [(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

nedbrydning

PET udsættes for forskellige former for nedbrydning under forarbejdningen. De vigtigste nedbrydninger, der kan forekomme, er hydrolytisk, og nok vigtigst, termisk oxidation. Når PET nedbrydes, sker der flere ting: misfarvning, kæde udskæringer resulterer i reduceret molekylvægt, dannelse af acetaldehydog tværbindinger ("gel" eller "fiskeøje"-dannelse). Misfarvning skyldes dannelsen af ​​forskellige kromofore systemer efter langvarig termisk behandling ved forhøjede temperaturer. Dette bliver et problem, når de optiske krav til polymeren er meget høje, såsom i emballeringsapplikationer. Den termiske og termooxidative nedbrydning resulterer i dårlige bearbejdelighedskarakteristika og ydeevne af materialet.

En måde at afhjælpe dette på er at bruge en copolymer. Comonomere såsom CHDM eller isophthalsyre sænke smeltetemperaturen og reducere graden af ​​krystallinitet af PET (især vigtigt, når materialet bruges til flaskefremstilling). Harpiksen kan således formes plastisk ved lavere temperaturer og/eller med lavere kraft. Dette hjælper med at forhindre nedbrydning og reducerer acetaldehydindholdet i det færdige produkt til et acceptabelt (det vil sige umærkeligt) niveau. Se copolymerer, ovenfor. En anden måde at forbedre stabiliteten af ​​polymeren på er at bruge stabilisatorer, hovedsageligt antioxidanter som f.eks phosphiter. For nylig er molekylær niveaustabilisering af materialet ved hjælp af nanostrukturerede kemikalier også blevet overvejet.

acetaldehyd

acetaldehyd er et farveløst, flygtigt stof med en frugtagtig lugt. Selvom det dannes naturligt i nogle frugter, kan det forårsage en bismag i flaskevand. Acetaldehyd dannes ved nedbrydning af PET gennem forkert håndtering af materialet. Høje temperaturer (PET nedbrydes over 300 °C eller 570 °F), høje tryk, ekstruderhastigheder (overdreven forskydningsflow øger temperaturen) og lange tøndeopholdstider bidrager alle til produktionen af ​​acetaldehyd. Når acetaldehyd produceres, forbliver noget af det opløst i væggene i en beholder og derefter diffunderer ind i produktet, der er opbevaret inde, og ændrer smag og aroma. Dette er ikke et sådant problem for ikke-forbrugsstoffer (som shampoo), for frugtsaft (som allerede indeholder acetaldehyd) eller for stærk-smagende drinks som læskedrikke. For flaskevand er imidlertid lavt acetaldehydindhold ret vigtigt, fordi, hvis intet masker aromaen, selv ekstremt lave koncentrationer (10-20 dele pr. Milliard i vandet) af acetaldehyd kan give en smag.

Antimon

Antimon (Sb) er et metalloid grundstof, der bruges som katalysator i form af forbindelser som f.eks antimon trioxid (Sb₂O₃) eller antimontriacetat til fremstilling af PET. Efter fremstillingen kan der findes en påviselig mængde antimon på produktets overflade. Denne rest kan fjernes med vask. Antimon forbliver også i selve materialet og kan derfor vandre ud i mad og drikke. Udsættelse af PET for kogning eller mikrobølgeopvarmning kan øge niveauet af antimon betydeligt, muligvis over USEPA's maksimale kontamineringsniveauer. Drikkevandsgrænsen vurderet af WHO er 20 dele per milliard (WHO, 2003), og drikkevandsgrænsen i USA er 6 dele per milliard. Selvom antimontrioxid er af lav toksicitet, når det tages oralt, giver det stadig anledning til bekymring. Schweizeren Forbundsstyrelsen for folkesundhed undersøgte mængden af ​​antimonmigrering, og sammenlignede vand aftappet i PET og glas: Antimonkoncentrationerne af vandet i PET-flasker var højere, men stadig et godt stykke under den tilladte maksimale koncentration. Det schweiziske føderale kontor for folkesundhed konkluderede, at små mængder antimon migrerer fra PET til flaskevand, men at sundhedsrisikoen ved de resulterende lave koncentrationer er ubetydelig (1 % af "tolerabelt dagligt indtag” bestemt af WHO). En senere (2006) men mere udbredt undersøgelse fandt lignende mængder af antimon i vand i PET-flasker. WHO har offentliggjort en risikovurdering for antimon i drikkevand.

Frugtjuicekoncentrater (som der ikke er fastlagt retningslinjer for), der blev produceret og aftappet i PET i Storbritannien viste sig imidlertid at indeholde op til 44.7 µg/L antimon, et godt stykke over EU's grænseværdier for postevand på 5 µg / L.

Biologisk nedbrydning

Nocardia kan nedbryde PET med et esteraseenzym.

Japanske forskere har isoleret en bakterie Ideonella sakaiensis der har to enzymer, der kan nedbryde PET i mindre stykker, som bakterien kan fordøje. En koloni af I. sakaiensis kan opløses i en plastfolie på cirka seks uger.

Sikkerhed

Kommentar offentliggjort i Environmental Health Perspectives i april 2010 antydede, at PET muligvis kunne give afkast hormonforstyrrende stoffer under betingelser for almindelig brug og anbefalet forskning om dette emne. Foreslåede mekanismer inkluderer udvaskning af phthalater samt udvaskning af antimon. Artikel offentliggjort i Tidsskrift for miljøovervågning i april 2012 konkluderer, at antimon koncentration i deioniseret vand opbevaret i PET-flasker holder sig inden for EU's acceptable grænse, selvom det opbevares kortvarigt ved temperaturer op til 60 °C (140 °F), mens flaskeindhold (vand eller læskedrikke) lejlighedsvis kan overskride EU-grænsen efter mindre end et års opbevaring i rummet temperatur.

Flaskebehandlingsudstyr

Der er to grundlæggende støbemetoder til PET-flasker, et-trins og to-trins. I to-trins støbning anvendes to separate maskiner. Den første maskineinjektion støber præformen, der ligner et reagensglas, med flaskehætte trådene allerede formet på plads. Rørets krop er væsentligt tykkere, da det vil blive oppustet til sin endelige form i det andet trin ved anvendelse af strækblæsestøbning.

I det andet trin opvarmes præformene hurtigt og pustes derefter op mod en todelt form for at forme dem til flaskens endelige form. Præforme (uoppustede flasker) bruges nu også som robuste og unikke beholdere selv; udover nyhedsslik, distribuerer nogle Røde Kors-kapitler dem som en del af Vial of Life-programmet til husejere for at gemme sygehistorie for nødhjælpspersonale. En anden stadig mere almindelig anvendelse af præformene er containere i udendørsaktiviteten Geocaching.

I et-trins maskiner udføres hele processen fra råmateriale til færdig beholder i én maskine, hvilket gør den særligt velegnet til støbning af ikke-standardformer (brugerdefineret støbning), herunder krukker, flade ovale, kolbeformer osv. Dens største fordel er reduktionen af ​​plads, produkthåndtering og energi og langt højere visuel kvalitet, end der kan opnås med to-trins-systemet.

Polyester genbrugsindustri

I år 2016 blev det anslået, at der produceres 56 millioner tons PET hvert år.

Mens de fleste termoplaster i princippet kan genanvendes, PET-flaske genanvendelse er mere praktisk end mange andre plastapplikationer på grund af den høje værdi af harpiksen og den næsten udelukkende brug af PET til udbredt vand og kulsyreholdige læskedrikke. PET har en harpiksidentifikationskode af 1. Den primære anvendelse til genanvendt PET er polyester fiber, stropper og ikke-fødevarebeholdere.

På grund af PET-genanvendelighed og den relative overflod af affald efter forbruger i form af flasker vinder PET hurtigt markedsandele som tæppefibre. Mohawk Industries blev frigivet everSTRAND i 1999, en 100% genbrugsindhold PET-fiber. Siden den tid er mere end 17 milliarder flasker genanvendt til tæppefibre. Pharr Yarns, en leverandør til adskillige tæppefabrikanter, herunder Looptex, Dobbs Mills og Berkshire Flooring, producerer en BCF (bulk-kontinuerlig filament) PET-tæppefibre indeholdende mindst 25% genbrugsindhold efter postforbrugeren.

PET, som med mange plasttyper, er også en fremragende kandidat til termisk bortskaffelse (forbrænding), da det er sammensat af kulstof, brint og oxygen, med kun spormængder af katalysatorelementer (men ingen svovl). PET har energiindholdet af blødt kul.

Ved genanvendelse af polyethylenterephthalat eller PET eller polyester skal der generelt skelnes mellem to måder:

1. Den kemiske genanvendelse tilbage til de oprindelige råmaterialer renset terephthalsyre (PTA) eller dimethylterphthalat (DMT) og ethylenglycol (EG), hvor polymerstrukturen ødelægges fuldstændigt eller i procesmellemprodukter som bis (2-hydroxyethyl) terephthalat
2. Den mekaniske genanvendelse, hvor de originale polymeregenskaber opretholdes eller rekonstitueres.

Kemisk genanvendelse af PET vil blive omkostningseffektiv kun ved anvendelse af genanvendelsesledninger med høj kapacitet på mere end 50,000 ton / år. Sådanne linjer kunne kun ses, hvis overhovedet, inden for produktionsstederne for meget store polyesterproducenter. Adskillige forsøg på industriel størrelse med at etablere sådanne kemiske genvindingsanlæg er blevet foretaget i fortiden, men uden stor succes. Selv den lovende kemiske genanvendelse i Japan er ikke hidtil blevet et industrielt gennembrud. De to grunde til dette er: til at begynde med vanskeligheden ved konsistent og kontinuerlig affaldsflasker, der købes i en sådan enorm mængde på et enkelt sted, og for det andet de konstant øgede priser og prisvolatilitet på indsamlede flasker. Priserne på flasker med baller steg for eksempel mellem årene 2000 og 2008 fra ca. 50 Euro / ton til over 500 Euro / ton i 2008.

Mekanisk genanvendelse eller direkte cirkulation af PET i polymertilstand drives i de fleste forskellige varianter i dag. Disse typer processer er typiske for små og mellemstore brancher. Omkostningseffektivitet kan allerede opnås med anlægskapaciteter inden for en rækkevidde på 5000-20,000 tons / år. I dette tilfælde er næsten alle former for feedback til genanvendt materiale i materialecirkulationen mulig i dag. Disse forskellige genvindingsprocesser diskuteres i det følgende i detaljer.

Udover kemiske forureninger og nedbrydning Produkter, der er genereret under første forarbejdning og anvendelse, repræsenterer mekaniske urenheder hoveddelen af ​​kvaliteten, der afskrives urenheder i genanvendelsesstrømmen. Genanvendte materialer introduceres i stigende grad i fremstillingsprocesser, som oprindeligt kun var designet til nye materialer. Derfor bliver effektive sorterings-, separations- og rengøringsprocesser det vigtigste for genvundet polyester af høj kvalitet.

Når vi taler om polyestergenvindingsindustri, koncentrerer vi os hovedsageligt om genanvendelse af PET-flasker, som i mellemtiden bruges til alle former for flydende emballage som vand, kulsyreholdige sodavand, juice, øl, saucer, vaskemidler, husholdningskemikalier og så videre. Flasker er lette at skelne på grund af form og konsistens og adskiller sig fra affaldsplaststrømme enten ved automatiske eller ved håndsorteringsprocesser. Den etablerede polyestergenvindingsindustri består af tre større sektioner:

• PET-flaskeindsamling og affaldsskillelse: affaldslogistik
• Produktion af rene flaskeflager: flageproduktion
• Konvertering af PET-flager til slutprodukter: flagerbehandling

Mellemprodukt fra den første sektion er affald med flasker med ballet med et PET-indhold på over 90%. Den mest almindelige handelsform er balle, men også murede eller endda løse, forudskårne flasker er almindelige på markedet. I det andet afsnit omdannes de indsamlede flasker til rene PET-flaskeflager. Dette trin kan være mere eller mindre kompleks og kompliceret afhængigt af den krævede endelige flage-kvalitet. I løbet af det tredje trin behandles PET-flaskeflager til enhver form for produkter som film, flasker, fiber, filament, stropper eller mellemprodukter som pellets til yderligere forarbejdning og konstruktion af plast.

Udover denne eksterne (post-forbruger) polyesterflaskegenbrug findes der antal interne (før forbruger) genbrugsprocesser, hvor det spildte polymermateriale ikke forlader produktionsstedet til det frie marked og i stedet genbruges i det samme produktionskredsløb. På denne måde genanvendes fiberaffald direkte til produktion af fiber, præformaffald genbruges direkte til fremstilling af præformer, og filmaffald genbruges direkte til produktion af film.

PET-flaske genanvendelse

Rensning og dekontaminering

Succesen med ethvert genbrugskoncept er skjult i effektiviteten af ​​rensning og dekontaminering på det rigtige sted under forarbejdning og i det nødvendige eller ønskede omfang.

Generelt gælder følgende: Jo tidligere i processen fjernes fremmede stoffer, og jo mere grundigt dette gøres, desto mere effektiv er processen.

Det høje blødgører PET-temperatur i området 280 ° C (536 ° F) er grunden til, at næsten alle almindelige organiske urenheder såsom PVC, PLAN, polyolefin, kemisk træmasse og papirfibre, polyvinylacetat, smelt klæbemiddel, farvestoffer, sukker og protein rester omdannes til farvede nedbrydningsprodukter, der på sin side kan frigive yderligere reaktive nedbrydningsprodukter. Derefter stiger antallet af defekter i polymerkæden betydeligt. Partikelstørrelsesfordelingen af ​​urenheder er meget bred, de store partikler på 60-1000 µm - som er synlige med det blotte øje og lette at filtrere - repræsenterer det mindre onde, da deres samlede overflade er relativt lille og nedbrydningshastigheden derfor er lavere. Påvirkningen af ​​de mikroskopiske partikler, som — fordi de er mange — øger hyppigheden af ​​defekter i polymeren, er relativt større.

Mottoet "Hvad øjet ikke ser, kan hjertet ikke sørge over" anses for at være meget vigtigt i mange genbrugsprocesser. Ud over effektiv sortering spiller fjernelse af synlige urenhedspartikler ved smeltefiltreringsprocesser derfor en særlig rolle i dette tilfælde.

Generelt kan man sige, at processerne til fremstilling af PET-flaskeflager fra indsamlede flasker er lige så alsidige, da de forskellige affaldsstrømme er forskellige i deres sammensætning og kvalitet. I lyset af teknologien er der ikke kun én måde at gøre det på. I mellemtiden er der mange ingeniørvirksomheder, der tilbyder flageproduktionsanlæg og komponenter, og det er svært at beslutte sig for et eller andet anlægsdesign. Ikke desto mindre er der processer, der deler de fleste af disse principper. Afhængigt af sammensætning og urenhedsniveau af inputmateriale anvendes de generelle følgende procestrin.

1. Balåbning, briketteåbning
2. Sortering og valg af forskellige farver, fremmede polymerer, især PVC, fremmedlegemer, fjernelse af film, papir, glas, sand, jord, sten og metaller
3. Forvask uden at skære
4. Grov skæring tør eller kombineret til forvask
5. Fjernelse af sten, glas og metal
6. Luftsigtning for at fjerne film, papir og etiketter
7. Slibning, tør og / eller våd
8. Fjernelse af lavdensitetspolymerer (kopper) ved densitetsforskelle
9. Hot-vask
10. Kaustisk vask og ætsning af overflader, vedligeholdelse af iboende viskositet og dekontaminering
11. skylning
12. Skyl med rent vand
13. Tørring
14. Luftsigtning af flager
15. Automatisk flagesortering
16. Vandkredsløb og vandbehandlingsteknologi
17. Flake kvalitetskontrol

Urenheder og materielle defekter

Antallet af mulige urenheder og materialefejl, der akkumuleres i det polymere materiale, stiger permanent - både ved behandling og ved anvendelse af polymerer - under hensyntagen til en voksende levetid for levetiden, voksende endelige applikationer og gentagen genanvendelse. Hvad angår genanvendte PET-flasker, kan de nævnte defekter sorteres i følgende grupper:

1. Reaktive polyester OH- eller COOH-endegrupper omdannes til døde eller ikke-reaktive slutgrupper, fx dannelse af vinylesterenderegrupper gennem dehydrering eller dekarboxylering af terephthalatsyre, reaktion af OH- eller COOH-endegrupperne med monofunktionel nedbrydning produkter som mono-kullsyre eller alkoholer. Resultaterne er nedsat reaktivitet under re-polykondensering eller re-SSP og udvidelse af molekylvægtsfordelingen.
2. Endegruppeproportionen forskydes i retning af COOH-endegrupperne opbygget gennem en termisk og oxidativ nedbrydning. Resultaterne er fald i reaktivitet og stigning i den autokatalytiske syre-nedbrydning under termisk behandling i nærvær af fugtighed.
3. Antallet af polyfunktionelle makromolekyler stiger. Akkumulering af geler og langkædede forgreningsdefekter.
4. Antallet, koncentrationen og variationen af ​​ikke-polymeridentiske organiske og uorganiske fremmede stoffer stiger. Ved hver ny termisk belastning reagerer de organiske fremmede stoffer ved nedbrydning. Dette medfører frigørelse af yderligere nedbrydningsstøttende stoffer og farvestoffer.
5. Hydroxid- og peroxidgrupper opbygges ved overfladen af ​​produkterne lavet af polyester i nærvær af luft (ilt) og fugtighed. Denne proces accelereres af ultraviolet lys. Under en ulterebehandlingsproces er hydroperoxider en kilde til iltradikaler, der er kilde til oxidativ nedbrydning. Ødelæggelse af hydroperoxider skal ske inden den første termiske behandling eller under plastificering og kan understøttes af egnede tilsætningsstoffer som antioxidanter.

Under hensyntagen til de ovennævnte kemiske defekter og urenheder sker der en løbende modifikation af de følgende polymeregenskaber under hver genvindingscyklus, som kan påvises ved kemisk og fysisk laboratorieanalyse.

Især:

• Forøgelse af COOH-slutgrupper
• Forøgelse af farvenummer b
• Forøgelse af dis (gennemsigtige produkter)
• Forøgelse af oligomerindhold
• Reduktion i filtrerbarhed
• Forøgelse af indholdet af biprodukter, såsom acetaldehyd, formaldehyd
• Forøgelse af ekstraherbare udenlandske forurenende stoffer
• Fald i farve L
• Fald på iboende viskositet eller dynamisk viskositet
• Sænkning af krystallisationstemperatur og stigning i krystallisationshastighed
• Fald i de mekaniske egenskaber som trækstyrke, forlængelse ved brud eller elastisk modul
• Udvidelse af molekylvægtfordeling

Genanvendelse af PET-flasker er i mellemtiden en industriel standardproces, der tilbydes af en lang række ingeniørvirksomheder.

Forarbejdningseksempler for genanvendt polyester

Genbrugsprocesser med polyester er næsten lige så forskellige som fremstillingsprocesserne baseret på primære pellets eller smelte. Afhængig af renheden af ​​de genbrugsmaterialer kan polyester anvendes i dag i de fleste af fremstillingsprocesserne af polyester som blanding med jomfruelig polymer eller i stigende grad som 100% genanvendt polymer. Nogle undtagelser som BOPET-film med lav tykkelse, specielle anvendelser som optisk film eller garn gennem FDY-spinding ved> 6000 m / min, mikrofilamenter og mikrofibre fremstilles kun af jomfru polyester.

Enkel genpelletering af flaskeflager

Denne proces består i at omdanne flaskeaffald til flager, ved at tørre og krystallisere flagerne, ved plastificering og filtrering samt ved pelletisering. Produktet er et amorft re-granulat med en indre viskositet i området 0.55-0.7 dℓ/g, afhængigt af hvor fuldstændig fortørring af PET-flager er blevet udført.

Specielt træk er: Acetaldehyd og oligomerer er indeholdt i pellets på lavere niveau; viskositeten reduceres på en eller anden måde, pellets er amorfe og skal krystalliseres og tørres inden yderligere forarbejdning.

Behandler til:

• A-PET film til termoformning
• Tilføjelse til PET-jomfruproduktion
• BOPET emballage film
• PET-flaske harpiks af SSP
• Tæppet garn
• Teknisk plast
• Filaments
• Ikke-vævede
• Emballagestrimler
• Hæftefibre.

Valg af re-pelleteringsmåde betyder at have en ekstra konverteringsproces, der på den ene side er energiintensiv og omkostningskrævende og forårsager termisk ødelæggelse. På den anden side tilvejebringer pelleteringstrinnet følgende fordele:

• Intensiv smeltefiltrering
• Mellemkvalitetskontrol
• Ændring efter tilsætningsstoffer
• Produktvalg og adskillelse efter kvalitet
• Behandlingens fleksibilitet steg
• Kvalitetsuniformisering.

Fremstilling af PET-pellets eller flager til flasker (flaske til flaske) og A-PET

Denne proces ligner i princippet den ovenfor beskrevne; imidlertid krystalliseres de fremstillede pellets direkte (kontinuerligt eller diskontinuerligt) og udsættes derefter for en faststofpolykondensation (SSP) i en tørretumbler eller en vertikal rørreaktor. Under dette forarbejdningstrin genopbygges den tilsvarende indre viskositet på 0.80-0.085 dℓ/g igen, og samtidig reduceres acetaldehydindholdet til < 1 ppm.

At nogle maskinfabrikanter og linjebyggere i Europa og USA gør en indsats for at tilbyde selvstændige genbrugsprocesser, fx den såkaldte flaske-til-flaske (B-2-B) proces, som f.eks. BePET, Stære. fødevaresektoren. Udover denne procesgodkendelse er det ikke desto mindre nødvendigt, at enhver bruger af sådanne processer konstant skal kontrollere FDA-grænserne for de råvarer, han selv fremstiller til sin proces.

Direkte konvertering af flaskeflager

For at spare omkostninger arbejder et stigende antal polyester-mellemproducenter, f.eks. Spinderier, båndmøller eller støbte filmfabrikker med direkte anvendelse af PET-flagerne fra behandling af brugte flasker med henblik på at fremstille en stigende antal polyester-mellemprodukter. For justering af den nødvendige viskositet, udover en effektiv tørring af flagerne, er det muligvis også nødvendigt at rekonstituere viskositeten gennem polykondensation i smeltefasen eller fast tilstand polykondensation af flagerne. De seneste PET-flageromdannelsesprocesser anvender dobbelte skrueekstrudere, multi-skrueekstrudere eller multirotationssystemer og sammenfaldende vakuumafgasning for at fjerne fugtighed og undgå forud tørring af flager. Disse processer tillader omdannelse af u tørrede PET-flager uden væsentligt viskositetsfald forårsaget af hydrolyse.

Med hensyn til forbruget af PET-flaskeflager omdannes hoveddelen af ​​ca. 70% til fibre og filamenter. Når man bruger direkte sekundære materialer, såsom flaskeflager i spindeprocesser, er der et par behandlingsprincipper at opnå.

Højhastighedsspindeprocesser til fremstilling af POY kræver normalt en viskositet på 0.62–0.64 dℓ/g. Med udgangspunkt i flaskeflager kan viskositeten indstilles via tørregraden. Den ekstra brug af TiO₂ er nødvendigt for fuldt kedeligt eller halvkedeligt garn. For at beskytte spinderets er en effektiv filtrering af smelten under alle omstændigheder nødvendig. For tiden er mængden af ​​POY, der er fremstillet af 100% genbrugspolyester, temmelig lav, fordi denne proces kræver høj renhed af spinsmelte. Det meste af tiden bruges en blanding af jomfru og genbrugte pellets.

Hæftefibre spindes i et iboende viskositetsområde, der ligger temmelig lidt lavere, og som skal være mellem 0.58 og 0.62 dℓ / g. Også i dette tilfælde kan den krævede viskositet justeres ved tørring eller vakuumjustering i tilfælde af vakuumekstrudering. Til justering af viskositeten er imidlertid en tilføjelse af kædelængdemodifier som ethylenglycol or diethylenglycol Kan også bruges.

Spinding non-woven - i det fine titer felt til tekstil applikationer såvel som tung spinding non-woven som basismaterialer, f.eks. Til tagdæksler eller i vejbygning - kan fremstilles ved at dreje flaskeflager. Spindeviskositeten er igen inden for et område på 0.58-0.65 dℓ / g.

Et felt af stigende interesse, hvor genanvendte materialer anvendes, er fremstilling af emballeringsstrimler med høj holdbarhed og monofilamenter. I begge tilfælde er det oprindelige råmateriale et hovedsageligt genanvendt materiale med højere egenviskositet. Derefter fremstilles emballagestrimler med høj holdbarhed såvel som monofilament i smeltespindeprocessen.

Genanvendelse til monomererne

Polyethylenterephthalat kan depolymeriseres for at give de monomerer, der består af. Efter oprensning kan monomererne bruges til at fremstille nyt polyethylenterephthalat. Esterbindingerne i polyethylenterephthalat kan spaltes ved hydrolyse eller ved transesterificering. Reaktionerne er simpelthen det modsatte af dem, der blev brugt i produktion.

Delvis glykolyse

Delvis glycolyse (transesterificering med ethylenglycol) omdanner den stive polymer til kortkædede oligomerer, der kan smeltefiltreres ved lav temperatur. Når oligomerer er frigjort for urenhederne, kan de ledes tilbage i produktionsprocessen til polymerisation.

Opgaven består i at fodre 10–25 % flaskeflager samtidig med at kvaliteten af ​​de flaskepiller, der fremstilles på linjen, opretholdes. Dette mål løses ved at nedbryde PET-flaskeflagerne – allerede under deres første plastificering, som kan udføres i en enkelt- eller flerskruet ekstruder – til en indre viskositet på omkring 0.30 dℓ/g ved at tilsætte små mængder ethylenglycol og ved at udsætte den lavviskose smeltestrøm for en effektiv filtrering direkte efter plastificering. Endvidere bringes temperaturen til den lavest mulige grænse. Derudover er muligheden for en kemisk nedbrydning af hydroperoxiderne med denne forarbejdningsmåde mulig ved at tilsætte en tilsvarende P-stabilisator direkte ved plastificering. Destruktionen af ​​hydroperoxidgrupperne er, med andre processer, allerede udført under det sidste trin af flagebehandling, f.eks. ved at tilsætte H₃PO₃. Det delvist glykolyserede og fintfiltrerede genbrugsmateriale tilføres kontinuerligt til esterificerings- eller præpolykondensationsreaktoren, og doseringsmængderne af råmaterialerne justeres i overensstemmelse hermed.

Total glykolyse, metanolyse og hydrolyse

Behandlingen af ​​polyesteraffald gennem total glykolyse for fuldt ud at omdanne polyesteren til bis (2-hydroxyethyl) terephthalat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂Åh)₂). Denne forbindelse renses ved vakuumdestillation og er et af de mellemprodukter, der anvendes til polyesterfremstilling. Reaktionen er som følger:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n HØJ₂CH₂Åh → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂Åh)₂

Denne genvindingsvej er blevet udført i industriel skala i Japan som eksperimentel produktion.

I lighed med total glykolyse omdanner metanolyse polyesteren til dimethylterphthalat, som kan filtreres og vakuumdestilleres:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n CH₃Åh → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

Metanolyse udføres kun sjældent i industrien i dag, fordi polyesterproduktion baseret på dimethylterephthalat er skrumpet voldsomt, og mange dimethylterephthalatproducenter er forsvundet.

Også som ovenfor kan polyethylenterephthalat hydrolyseres til terephthalsyre og ethylenglycol under høj temperatur og tryk. Den resulterende rå terephthalsyre kan renses ved omkrystallisering for at give materiale egnet til re-polymerisation:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n HØJ₂CH₂OH

Denne metode ser ikke ud til at være blevet kommercialiseret endnu.