PET

Poliëtileentereftalaat (soms geskrewe poli (etileentereftalaat)), algemeen afgekort PET, PETE, of die uitgediende PETP of PET-P, is die algemeenste termoplastiese polimeer hars van die polyester familie en word in vesels vir klere gebruik, houers vir vloeistowwe en voedsel, termovorming vir vervaardiging, en in kombinasie met glasvesel vir ingenieurshars.

Daar kan ook na die handelsnaam verwys word Dacron; in Brittanje, Terylene; of, in Rusland en die voormalige Sowjetunie, Lavsan.

Die grootste deel van die wêreld se PET-produksie is vir sintetiese vesels (meer as 60%), met bottelproduksie wat ongeveer 30% van die wêreldwye vraag uitmaak. In die konteks van tekstieltoepassings word na PET verwys met sy algemene naam, polyester, terwyl die akroniem PET word gewoonlik gebruik in vergelyking met verpakking. Polyester beslaan ongeveer 18% van die wêreldproduksie van polimeer en is die vierde produsent polimeer; poliëtileen(VOET), polipropileen (PP) en polivinielchloried (PVC) is onderskeidelik eerste, tweede en derde.

PET bestaan ​​uit gepolimeriseer eenhede van die monomeer etileentereftalaat, met herhaling (C₁₀H₈O₄) eenhede. PET word gereeld herwin en het die nommer 1 as sy herwinningsimbool.

Afhangend van die verwerking en termiese geskiedenis, kan poliëtileentereftalaat bestaan ​​as 'n amorfe (deursigtige) en 'n semi-kristallyne polimeer. Die halfkristallyne materiaal kan deursigtig lyk (deeltjiegrootte <500 nm) of ondeursigtig en wit (deeltjiegrootte tot enkele mikrometer), afhangende van die kristalstruktuur en deeltjiegrootte. Die monomeer daarvan bis (2-hidroksietiel) tereftalaat kan gesintetiseer word deur die verestering reaksie tussen tereftalsuur en etileenglikol met water as 'n neweproduk, of deur transesterifikasie reaksie tussen etileenglikol en dimetiel tereftalaat met metanol as 'n neweproduk. Polimerisasie is deur middel van a poly reaksie van die monomere (onmiddellik na esterifisering / transesterificasie) met water as die neweproduk.

name
IUPAC naam Poli (etielbenseen-1,4-dikarboksilaat)
identifiseerders
CAS nommer	25038-59-9
Afkortings	PET, PET
Eiendomme
Chemiese formule	(C10H8O4)n
Molêre massa	veranderlike
Digtheid	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorfe: 1.370 g / cm3, enkelkristal: 1.455 g / cm3
Smeltpunt	> 250 ° C, 260 ° C
Kookpunt	> 350 ° C (ontbind)
Oplosbaarheid in water	prakties onoplosbaar
Termiese geleidingsvermoë	0.15 tot 0.24 W m-1 K-1
Brekingsindeks(nD)	1.57–1.58, 1.5750
termochemie
Spesifieke Hitte kapasiteit (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Verwante verbindings
Verwante monomere	Tereftalsuur Etileenglikol
Tensy anders vermeld, word gegewens gegee vir die materiaal daarin standaardtoestand (by 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

Gebruik

Aangesien PET 'n uitstekende water- en vogversperringsmateriaal is, word plastiekbottels gemaak van PET wyd gebruik vir koeldrank (sien koolzuur). Vir sekere spesialiteitsbottels, soos dié wat vir bierbevestiging bedoel is, maak PET 'n ekstra polyvinylalkohollaag (PVOH) toe om die suurstofdeurlaatbaarheid daarvan verder te verminder.

Biaxiaal georiënteerde PET film (dikwels bekend onder een van sy handelsname, “Mylar”) kan gealuminiseer word deur 'n dun metaalplaat daarop af te verdamp om die deurlaatbaarheid daarvan te verminder, en om dit weerkaatsend en ondeursigtig te maak (MPET). Hierdie eienskappe is nuttig in baie toepassings, waaronder buigsame kos verpakking en termiese isolasie. Kyk: “spasie komberse“. Vanweë sy hoë meganiese sterkte word PET-film dikwels in tapetoepassings gebruik, soos die draagmiddel vir magneetband of rugkant vir drukgevoelige kleefbande.

Nie-georiënteerde PET-vel kan wees vacuüm om verpakkingsbakke en blisterverpakkings te maak. As kristalleerbare PET gebruik word, kan die bakke gebruik word vir bevrore etes, want dit is bestand teen vriespunt en oondbak. In teenstelling met amorfe PET, wat deursigtig is, is kristalleerbare PET of CPET geneig om swart van kleur te wees.

As dit gevul is met glasdeeltjies of vesels, word dit aansienlik stywer en duursamer.

PET word ook gebruik as 'n substraat in dunfilmsonneselle.

Terylene word ook in kloktoue aangebring om te voorkom dat dit aan die toue dra as hulle deur die plafon gaan.

Geskiedenis

PET is in 1941 gepatenteer deur John Rex Whinfield, James Tennant Dickson en hul werkgewer die Calico Printers 'Association in Manchester, Engeland. EI DuPont de Nemours in Delaware, VSA, het die handelsmerk Mylar die eerste keer in Junie 1951 gebruik en dit in 1952 geregistreer. Dit is nog steeds die bekendste naam wat vir poliësterfilm gebruik word. Die huidige eienaar van die handelsmerk is DuPont Teijin Films US, 'n vennootskap met 'n Japannese maatskappy.

In die Sowjetunie word PET vir die eerste keer in 1949 in die laboratoriums van die Institute of High-Molecular Compounds van die USSR Academy of Sciences vervaardig, en die naam "Lavsan" is 'n akroniem daarvan (laборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

Die PET-bottel is in 1973 gepatenteer deur Nathaniel Wyeth.

Fisiese eienskappe

PET in sy natuurlike toestand is 'n kleurlose, semi-kristallyne hars. Op grond van hoe dit verwerk word, kan PET semi-rigied tot rigied wees, en dit is baie liggewig. Dit maak 'n goeie gas- en regverdige vogversperring, sowel as 'n goeie versperring vir alkohol (benodig addisionele "versperring") en oplosmiddels. Dit is sterk en slagvast. PET word wit wanneer dit aan chloroform blootgestel word en ook aan ander chemikalieë soos tolueen.

Ongeveer 60% kristallisasie is die boonste limiet vir kommersiële produkte, met die uitsondering van poliëstervesels. Duidelike produkte kan geproduseer word deur vinnig gesmelte polimeer onder T af te koel_g glasoorgangstemperatuur om 'n amorfe vaste stof te vorm. Soos glas vorm amorfe PET wanneer die molekules nie genoeg tyd kry om hulself ordelik, kristallyn te rangskik soos die smelt afgekoel word nie. By kamertemperatuur word die molekules op hul plek gevries, maar as genoeg hitte-energie daarin teruggeplaas word deur verhitting bo T_g, begin hulle weer beweeg, waardeur kristalle kan kiem en groei. Hierdie prosedure staan ​​bekend as vaste-toestand kristallisasie.

As dit stadig laat afkoel, vorm die gesmelte polimeer 'n meer kristallyne materiaal. Hierdie materiaal het sferuliete bevat baie klein kristal wanneer dit uit 'n amorfe vaste stof gekristalliseer word, eerder as om een ​​groot enkele kristal te vorm. Lig is geneig om te versprei namate dit die grense tussen kristalliete en die amorfe streke tussen hulle oorsteek. Hierdie verspreiding beteken dat kristallyne PET in die meeste gevalle ondeursigtig en wit is. Veseltekening is een van die min industriële prosesse wat 'n byna enkelkristalproduk lewer.

Intrinsieke viskositeit

Daar word na een van die belangrikste eienskappe van PET verwys intrinsieke viskositeit (IV).

Die intrinsieke viskositeit van die materiaal, gevind deur ekstrapolering tot nulkonsentrasie van relatiewe viskositeit tot konsentrasie wat gemeet word in desiliters per gram (dℓ / g). Intrinsieke viskositeit is afhanklik van die lengte van sy polimeerkettings, maar het geen eenhede nie omdat dit tot nulkonsentrasie geëkstrapoleer word. Hoe langer die polimeer kettings is, hoe meer verstrengeling tussen kettings en dus hoe hoër is die viskositeit. Die gemiddelde kettinglengte van 'n bepaalde groep hars kan gedurende die tyd beheer word poly.

Die intrinsieke viskositeitsgebied van PET:

Veselgraad

0.40–0.70 Tekstiel

0.72–0.98 Tegnies, banddraad

Rolprentgraad

0.60-0.70 BOPET (tweeslagtig georiënteerde PET-film)

0.70–1.00 Bladgraad vir thermo

Bottelgraad

0.70–0.78 Waterbottels (vlak)

0.78–0.85 Graad koolzuurhoudende koeldrank

Monofilament, ingenieursplastiek

1.00-2.00

droog

PET is higroskopiese, wat beteken dat dit water uit sy omgewing absorbeer. Wanneer hierdie 'klam' PET dan verhit word, word die water hidroliseer die PET, verminder sy veerkragtigheid. Voordat die hars in 'n gietmasjien verwerk kan word, moet dit dus gedroog word. Droging word bewerkstellig deur die gebruik van a droogmiddel of droërs voordat die PET in die verwerkingstoerusting gevoer word.

Binne-in die droër word warm droë lug in die bodem van die trechter gepomp wat die hars bevat, sodat dit deur die korrels vloei en sodoende vog verwyder. Die warm nat lug verlaat die bokant van die trechter en word eers deur 'n naverkoeler gelei omdat dit makliker is om vog uit koue lug te verwyder as warm lug. Die gevolglike koel nat lug word dan deur 'n droogmiddel gelei. Laastens word die koel droë lug wat die droogmiddelbed verlaat, weer in 'n prosesverwarmer verhit en deur dieselfde prosesse in 'n geslote lus teruggestuur. Die residuele vogvlakke in die hars moet gewoonlik minder as 50 dele per miljoen wees (dele water per miljoen dele hars, volgens gewig) voordat dit verwerk word. Droër se verblyftyd mag nie korter as ongeveer vier uur wees nie. Dit is omdat die droog van die materiaal binne minder as 4 uur 'n temperatuur van meer as 160 ° C benodig, op watter vlak hidrolise sou binne-in die korrels begin voordat hulle kon uitdroog.

PET kan ook in persdroogharsdroërs gedroog word. Persdroogdroërs hergebruik nie droë lug nie. Droë, verhitte saamgeperste lug word deur die PET-korrels gesirkuleer soos in die droogmiddel, en dan na die atmosfeer vrygestel.

copolymers

Benewens suiwer (homo) PET, PET aangepas deur kopolymerisasie is ook beskikbaar.

In sommige gevalle is die gewysigde eienskappe van kopolymeer meer wenslik vir 'n spesifieke toepassing. Byvoorbeeld, sikloheksaan dimetanol (CHDM) kan in die plek van etileenglikol. Aangesien hierdie bousteen baie groter is (6 addisionele koolstofatome) as die etileenglikol-eenheid wat dit vervang, pas dit nie by die naburige kettings soos 'n etileenglikol-eenheid sou wees nie. Dit belemmer kristallisering en verlaag die polimeer se smelttemperatuur. Oor die algemeen staan ​​sulke PET bekend as PETG of PET-G (poliëtileentereftalaatglikol-gemodifiseerde; Eastman Chemical, SK Chemicals en Artenius Italia is 'n paar PETG-vervaardigers). PETG is 'n helder amorfe termoplast wat gespuit kan word of 'n vel geëxtrudeer kan word. Dit kan gekleur word tydens verwerking.

'N Ander algemene wysiger is isoftalsuurvervang sommige van die 1,4- (vir-) gekoppel PET eenhede. Die 1,2- (loodrecht) of 1,3- (meta-) koppeling lewer 'n hoek in die ketting, wat ook die kristaliniteit versteur.

Sulke kopolimere is voordelig vir sekere vormtoepassings, soos thermo, wat byvoorbeeld gebruik word om bak- of blisterverpakking uit 'n mede-PET-film, of amorfe PET-vel (A-PET) of PETG-plaat te maak. Aan die ander kant is kristallisasie belangrik in ander toepassings waar meganiese en dimensionele stabiliteit belangrik is, soos sitplekgordels. Vir PET-bottels is die gebruik van klein hoeveelhede isoftalezuur, CHDM, diëthyleenglikol (DEG) of ander comonomers kan nuttig wees: as slegs klein hoeveelhede comonomers gebruik word, word kristallisering vertraag, maar nie heeltemal verhoed nie. Gevolglik is bottels via beskikbaar rek blaasvorm (“SBM”), wat helder en kristalagtig genoeg is om 'n voldoende versperring te wees vir aromas en selfs gasse, soos koolstofdioksied in koolzuurhoudende drankies.

produksie

Poliëtileentereftalaat word vervaardig uit etileenglikol en dimetiel tereftalaat (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) Of tereftalsuur.

Eersgenoemde is 'n transesterifikasie reaksie, terwyl laasgenoemde 'n reaksie is verestering reaksie.

Dimetiel-tereftalaatproses

In dimetiel tereftalaat proses, word hierdie verbinding en oortollige etileenglikol in die smelt by 150–200 ° C gereageer met a basiese katalisator. metanol (CH₃OH) word deur distillasie verwyder om die reaksie vorentoe te dryf. Oormaat etileenglikol word met behulp van vakuum by hoër temperatuur gedistilleer. Die tweede transesterifikasiestap gaan voort by 270-280 ° C, met voortdurende distillasie van etileenglikol.

Die reaksies word soos volg geïdealiseer:

Eerste stap

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 HOCH₂CH₂OH → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ + 2CH₃OH

Tweede stap

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ → [(CO) C.₆H₄(CO₂CH₂CH₂OF)]_n + n Hoch₂CH₂OH

Tereftalsuurproses

In die tereftalsuur proses, verestering van etileenglikol en tereftaalsuur word direk onder matige druk (2.7-5.5 bar) en hoë temperatuur (220-260 ° C) gedoen. Water word tydens die reaksie uitgeskakel, en dit word ook deur distillasie voortdurend verwyder:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n Hoch₂CH₂OH → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OF)]_n + 2n H₂O

agteruitgang

PET word tydens verwerking aan verskillende soorte afbrekings onderwerp. Die belangrikste afbrekings wat kan voorkom is hidrolitiese, en waarskynlik die belangrikste, termiese oksidasie. As PET agteruitgaan, gebeur daar verskeie dinge: verkleuring, ketting skeurings wat lei tot verminderde molekulêre gewig, vorming van asetaldehied, en kruisskakels ("Gel" of "vis-oog" vorming). Verkleuring is die gevolg van die vorming van verskillende chromoforiese stelsels na langdurige termiese behandeling by verhoogde temperature. Dit word 'n probleem as die optiese vereistes van die polimeer baie hoog is, soos in verpakkingstoepassings. Die termiese en termo-oksidatiewe agteruitgang het slegte verwerkbaarheidseienskappe en prestasie van die materiaal tot gevolg.

Een manier om dit te verlig is om a te gebruik kopolimeer. Comonomers soos CHDM of isoftalsuur verlaag die smeltstemperatuur en verlaag die kristaliniteit van PET (veral belangrik as die materiaal vir die vervaardiging van bottels gebruik word). Dus kan die hars plastiek gevorm word by laer temperature en / of met 'n laer krag. Dit help om degradasie te voorkom, en verminder die asetaldehiedinhoud van die finale produk tot 'n aanvaarbare vlak (dit wil sê, onmerkbaar). sien kopolimere, hierbo. 'N Ander manier om die stabiliteit van die polimeer te verbeter, is om stabiliseerders te gebruik, hoofsaaklik antioksidante soos fosfiete. Onlangs is molekulêre vlakstabilisering van die materiaal met behulp van nanostruktureerde chemikalieë ook oorweeg.

asetaldehied

asetaldehied is 'n kleurlose, vlugtige stof met 'n vrugtige reuk. Alhoewel dit natuurlik in sommige vrugte vorm, kan dit gebottelde water veroorsaak. Asetaldehied vorm deur afbreek van PET deur die verkeerde hantering van die materiaal. Hoë temperature (PET ontbind bo 300 ° C of 570 ° F), hoë druk, ekstrudersnelheid (oormatige skuifvloei verhoog die temperatuur) en lang vatverblyftye dra alles by tot die produksie van asetaldehied. Wanneer asetaldehied geproduseer word, bly sommige daarvan in die mure van 'n houer opgelos diffundeer in die produk wat binne gestoor word, verander die smaak en aroma. Dit is nie so 'n probleem vir nie-verbruiksgoedere (soos sjampoe), vir vrugtesap (wat al asetaldehied bevat), of vir sterk proe-drankies soos koeldrank. Vir gebottelde water is die lae asetaldehiedinhoud egter baie belangrik, want as niks die geur verberg nie, kan selfs buitengewone lae konsentrasies (10–20 dele per biljoen in die water) asetaldehied die smaak produseer.

antimoon

antimoon (Sb) is 'n metalloïde element wat as katalisator gebruik word in die vorm van verbindings soos antimoontrioksied (Sb₂O₃) of antimoon triasetaat in die produksie van PET. Na vervaardiging kan 'n waarneembare hoeveelheid antimoon op die oppervlak van die produk gevind word. Hierdie oorskot kan met was verwyder word. Antimoon bly ook in die materiaal self en kan dus na voedsel en drinkgoed migreer. As PET blootgestel word aan kook of mikrogolf kan die antimonoonvlakke aansienlik verhoog, moontlik bo USEPA se maksimum besoedelingsvlakke. Die drinkwaterperk wat deur die WGO beoordeel word, is 20 dele per miljard (WHO, 2003) en die drinkwaterperk in die VSA is 6 dele per miljard. Alhoewel antimoontrioksied 'n lae toksisiteit het as dit oraal ingeneem word, is dit steeds kommerwekkend. Die Switser Federale kantoor van openbare gesondheid ondersoek ingestel na die hoeveelheid antimoonmigrasie, met die vergelyking van water wat in PET en glas gebottel is: Die antimoonkonsentrasies van die water in PET-bottels was hoër, maar steeds ver onder die toegelate maksimum konsentrasie. Die Switserse federale kantoor vir openbare gesondheid het tot die gevolgtrekking gekom dat klein hoeveelhede antimoon van die PET in gebottelde water migreer, maar dat die gesondheidsrisiko van die gevolglike lae konsentrasies weglaatbaar is (1% van dieaanvaarbare daaglikse inname”Bepaal deur die WIE). In 'n later (2006), maar meer gepubliseerde studie, is soortgelyke hoeveelhede antimoon in water in PET-bottels bevind. Die WGO het 'n risikobeoordeling vir antimoon in drinkwater gepubliseer.

Daar is gevind dat vrugtesapkonsentrate (waarvoor geen riglyne opgestel is nie) wat in die Verenigde Koninkryk in PET vervaardig en gebottel is, tot 44.7 µg / L antimoon bevat, ver bo die EU-limiete vir kraanwater van 5 µg / L.

biodegradasie

Nokardie kan PET met 'n esterase-ensiem afbreek.

Japannese wetenskaplikes het 'n bakterie geïsoleer Ideonella sakaiensis wat twee ensieme het wat die PET in kleiner stukke kan verdeel wat die bakterie kan verteer. 'N Kolonie van I. sakaiensis kan binne ses weke 'n plastiese film disintegreer.

Veiligheid

Kommentaar gepubliseer in Environmental Health Perspectives in April 2010 voorgestel dat PET moontlik sou oplewer endokrienontwrigters onder algemene voorwaardes en aanbevole navorsing oor hierdie onderwerp. Voorgestelde meganismes sluit in loging van ftalaten asook loging van antimoon. Artikel gepubliseer in Tydskrif vir Omgewingsmonitering in April 2012 tot die gevolgtrekking gekom dat die antimoonkonsentrasie in Gedeïoniseerde water in PET-bottels geberg word, bly binne die aanvaarbare limiet van die EU, selfs al word dit kortliks gestoor by temperature tot 60 ° C (140 ° F), terwyl die inhoud van die bottel (water of koeldrank) soms die EU-limiet kan oorskry na minder as 'n jaar stoor in die kamer temperatuur.

Toerusting vir bottelverwerking

Daar is twee basiese vormmetodes vir PET-bottels, een-stap en tweestap. In die vorm van twee stappe word twee aparte masjiene gebruik. Die eerste inspuiting van die masjien vorm die voorvorm, wat soos 'n proefbuis lyk, met die botteldoppe wat reeds op sy plek gevorm is. Die buis se liggaam is aansienlik dikker, aangesien dit in die tweede stap na die finale vorm opgeblaas sal word rek blaasvorm.

In die tweede stap word die voorvorms vinnig verhit en dan teen 'n vorm van twee dele opgeblaas om dit in die finale vorm van die bottel te vorm. Voorvorms (nie-opgeblaasde bottels) word nou self ook as robuuste en unieke houers gebruik; behalwe nuwighede, versprei sommige hoofstukke van die Rooi Kruis dit as deel van die Vial of Life-program aan huiseienaars om mediese geskiedenis op te stel vir noodgevalle. 'N Verdere algemene gebruik vir voorvorms is houers in die buitelugaktiwiteit Geocaching.

In eenstapmasjiene word die hele proses van grondstof tot voltooide houer binne een masjien uitgevoer, wat dit veral geskik maak vir die vorm van nie-standaard vorms (pasgemaakte vorm), insluitend flesse, plat ovaal, kolvorms, ens. Die grootste verdienste daarvan is die vermindering in ruimte, die hantering van produkte en energie, en 'n baie hoër visuele kwaliteit as wat deur die tweestapstelsel bereik kan word.

Polyester herwinningsbedryf

In 2016 word beraam dat daar jaarliks ​​56 miljoen ton PET geproduseer word.

Alhoewel die meeste termoplasties in beginsel herwin kan word, PET herwinning is meer prakties as baie ander plastiese toepassings vanweë die hoë waarde van die hars en die byna eksklusiewe gebruik van PET vir algemeen gebruikte water en gebottelde koeldrankbottel. PET het 'n hars identifikasiekode van 1. Die belangrikste gebruike vir herwinde PET is poliëster vesel, houers en houers sonder voedsel.

Vanweë die herwinbaarheid van PET en die relatiewe oorvloed van afval na verbruiker in die vorm van bottels kry PET vinnig markaandeel as tapytvesel. Mohawk Industries het in 1999 ooitSTRAND vrygestel, 'n 100% PET-vesel wat herwin is na die verbruiker. Sedertdien is meer as 17 miljard bottels in tapytvesel herwin. Pharr Yarns, 'n verskaffer aan talle tapytvervaardigers, waaronder Looptex, Dobbs Mills, en Berkshire Flooring, vervaardig 'n PETF-tapytvesel van BCF (bulk-kontinentale filament) wat minstens 25% herwinde post-verbruiker bevat.

PET, soos met baie plastiek, is ook 'n uitstekende kandidaat vir termiese beskikking (verbrand), aangesien dit bestaan ​​uit koolstof, waterstof en suurstof, met slegs spoorhoeveelhede katalisatorelemente (maar geen swael nie). PET het die energie-inhoud van sagte steenkool.

By die herwinning van poliëtileentereftalaat of PET of poliëster, moet daar in die algemeen twee maniere van mekaar onderskei word:

1. Die chemiese herwinning terug na die aanvanklike grondstowwe gesuiwer tereftalsuur (OOV) of dimetiel tereftalaat (DMT) en etileenglikol (EG) waar die polimeer struktuur heeltemal vernietig word, of in proses tussenprodukte soos bis (2-hidroksietiel) tereftalaat
2. Die meganiese herwinning waar die oorspronklike polimeer eienskappe gehandhaaf of hersaamgestel word.

Chemiese herwinning van PET sal koste-effektief word, slegs as herwinningslyne met 'n hoë kapasiteit van meer as 50,000 ton per jaar toegepas word. Sulke lyne kan slegs, indien enigsins, binne die produksiepersele van baie groot poliësterprodusente gesien word. Verskeie pogings van industriële omvang om sulke chemiese herwinningsaanlegte te vestig, is in die verlede aangewend, maar sonder sukses. Selfs die belowende chemiese herwinning in Japan het tot dusver nog nie 'n industriële deurbraak geword nie. Die twee redes hiervoor is: aanvanklik is dit moeilik om konsekwente en deurlopende afvalbottels op so 'n groot hoeveelheid op een enkele werf te bekom, en ten tweede, die geleidelik verhoogde pryse en prysvlugtigheid van versamelde bottels. Die pryse van baalbottels het byvoorbeeld tussen 2000 en 2008 gestyg van ongeveer 50 Euro / ton tot meer as 500 Euro / ton in 2008.

Meganiese herwinning of direkte sirkulasie van PET in die polimeer toestand word deesdae in die meeste uiteenlopende variante bedryf. Hierdie soort prosesse is tipies van die klein en mediumgrootte industrie. Koste-doeltreffendheid kan reeds bereik word met aanlegvermoë binne 'n reeks van 5000 tot 20,000 ton per jaar. In hierdie geval is byna alle soorte terugvoer van herwonne materiaal in die materiaal-sirkulasie moontlik. Hierdie uiteenlopende herwinningsprosesse word hierna breedvoerig bespreek.

Behalwe chemiese kontaminante en agteruitgang produkte wat tydens die eerste verwerking en gebruik gegenereer word, verteenwoordig meganiese onsuiwerhede die grootste deel van die waardevermindering van onsuiwerhede in die herwinningsstroom. Herwinde materiale word toenemend by vervaardigingsprosesse ingebring, wat oorspronklik slegs vir nuwe materiale ontwerp is. Daarom word doeltreffende sortering, skeiding en skoonmaakprosesse die belangrikste vir herwinde poliëster van hoë gehalte.

As ons van die poliësterherwinningsbedryf praat, konsentreer ons veral op die herwinning van PET-bottels, wat intussen gebruik word vir allerhande vloeistofverpakkings soos water, koolzuurhoudende koeldrank, sappe, bier, souse, skoonmaakmiddels, huishoudelike chemikalieë en so meer. Dit is maklik om bottels te onderskei as gevolg van vorm en konsekwentheid, en dit word deur outomatiese of handsorteringsprosesse van afvalplasstrome geskei. Die gevestigde poliësterherwinningsbedryf bestaan ​​uit drie hoofafdelings:

• PET-bottelversameling en afval skeiding: afvallogistiek
• Produksie van skoon bottelvlokkies: vlokproduksie
• Omskakeling van PET-vlokkies na finale produkte: vlokverwerking

Die intermediêre produk uit die eerste afdeling is 'n gebaalde bottelafval met 'n PET-inhoud van meer as 90%. Die algemeenste handelsvorm is die baal, maar ook voorgekapte bottels van gebreekte of selfs los, is algemeen in die mark. In die tweede afdeling word die versamelde bottels omgeskakel na skoon PET-bottelvlokkies. Hierdie stap kan min of meer ingewikkeld en ingewikkeld wees, afhangende van die vereiste finale vlokgehalte. Tydens die derde stap word PET-bottelflokkies verwerk tot enige soort produkte soos film, bottels, vesel, gloeidraad, stroppe of tussenprodukte soos korrels vir verdere verwerking en ingenieurswese van plastiek.

Behalwe vir hierdie eksterne (na-verbruiker) poliësterbottelherwinning, bestaan ​​daar aantal interne (voorverbruiker) herwinningsprosesse, waar die vermorsde polimeermateriaal nie die produksieterrein na die vrye mark verlaat nie en in dieselfde produksiekring hergebruik word. Op hierdie manier word veselafval direk hergebruik om vesel te produseer, voorvormafval word direk hergebruik om voorvorms te produseer, en filmafval word direk hergebruik om film te vervaardig.

PET herwinning

Suiwering en ontsmetting

Die sukses van enige herwinningsbegrip is verborge in die doeltreffendheid van suiwering en ontsmetting op die regte plek tydens verwerking en in die nodige of verlangde mate.

Oor die algemeen geld die volgende: Hoe vroeër in die proses vreemde stowwe verwyder word, en hoe deegliker dit gedoen word, hoe doeltreffender is die proses.

Die hoë plastiseerder die temperatuur van PET in die omgewing van 280 ° C (536 ° F) is die rede waarom byna alle algemene organiese onsuiwerhede soos PVC, PLA, poliolefyn, chemiese houtpulp- en papiervesels, polivinielasetaat, smelt gom, kleurmiddels, suiker en proteïen residue word omskep in gekleurde afbraakprodukte wat op hul beurt ook reaktiewe afbreekprodukte kan vrystel. Dan neem die aantal defekte in die polimeerketting aansienlik toe. Die deeltjiegrootteverdeling van onsuiwerhede is baie wyd, die groot deeltjies van 60-1000 µm - wat met die blote oog sigbaar is en maklik is om te filtreer - verteenwoordig die mindere kwaad, aangesien hulle totale oppervlakte relatief klein is en die afbreekspoed dus laer is. Die invloed van die mikroskopiese deeltjies, wat - omdat dit baie is - die frekwensie van defekte in die polimeer verhoog, is relatief groter.

Die leuse "Wat die oog nie sien nie, kan die hart nie treur nie" word in baie herwinningsprosesse as baie belangrik beskou. Daarom speel die verwydering van sigbare onsuiwerheidspartikels deur smeltfiltrasieprosesse, behalwe doeltreffende sorteer, in hierdie geval 'n spesifieke rol.

Oor die algemeen kan 'n mens sê dat die prosesse om PET-bottelvlokkies van versamelde bottels te maak, net so veelsydig is as wat die verskillende afvalstrome verskil in hul samestelling en kwaliteit. In die lig van tegnologie is daar nie net een manier om dit te doen nie. Intussen is daar baie ingenieursondernemings wat vlokproduksie-aanlegte en -onderdele aanbied, en dit is moeilik om vir die een of ander aanlegontwerp te besluit. Nietemin is daar prosesse wat die meeste van hierdie beginsels deel. Afhangend van die samestelling en onsuiwerheidsvlak van die invoermateriaal, word die volgende prosesstappe toegepas.

1. Baalopening, brikette-opening
2. Sortering en seleksie vir verskillende kleure, vreemde polimere, veral PVC, vreemde stowwe, verwydering van film, papier, glas, sand, grond, klippe en metale
3. Voorwas sonder om te sny
4. Grof sny droog of gekombineer tot vooraf gewas
5. Verwydering van klippe, glas en metaal
6. Lug sif om film, papier en etikette te verwyder
7. Slyp, droog en / of nat
8. Verwydering van lae-digtheid polimere (koppies) deur digtheidsverskille
9. Warm was
10. Caustic was en ets op die oppervlak, handhaaf intrinsieke viskositeit en ontsmet
11. spoel
12. Spoel skoon water
13. droog
14. Lug-sif van vlokkies
15. Outomatiese vlokkesortering
16. Waterkringloop en waterbehandelingstegnologie
17. Vlok kwaliteitskontrole

Onsuiwerhede en materiële defekte

Die aantal moontlike onsuiwerhede en materiële defekte wat in die polimeermateriaal ophoop, neem permanent toe - tydens prosessering sowel as polimere - met inagneming van 'n groeiende dienstyd, groeiende finale toepassings en herhaalde herwinning. Wat die herwonne PET-bottels betref, kan die genoemde defekte in die volgende groepe gesorteer word:

1. Reaktiewe polyester OH- of COOH-eindgroepe word omgeskakel in dooie of nie-reaktiewe eindgroepe, byvoorbeeld die vorming van vinielester-groepe deur ontwatering of dekarboksilering van tereftalaatzuur, reaksie van die OH- of COOH-eindgroepe met monofunksionele afbraak. produkte soos koolwaterstowwe of alkohole. Die resultate is verlaagde reaktiwiteit tydens herpolikondensasie of her-SSP en die verbreding van die molekulêre gewig.
2. Die eindgroepverhouding beweeg na die rigting van die COOH-eindgroepe wat opgebou word deur 'n termiese en oksidatiewe afbraak. Die resultate is 'n afname in reaktiwiteit en 'n toename in die outokatalitiese suur-ontbinding tydens termiese behandeling in teenwoordigheid van humiditeit.
3. Aantal polifunksionele makromolekules neem toe. Opeenhoping van gels en vertakkingsdefekte met lang ketting.
4. Aantal, konsentrasie en verskeidenheid nie-polimeer identiese organiese en anorganiese vreemde stowwe neem toe. Met elke nuwe termiese spanning reageer die organiese vreemde stowwe deur ontbinding. Dit veroorsaak die vrystelling van verdere stowwe wat afbrekend is en kleurstowwe.
5. Hidroksied- en peroksiedgroepe bou aan die oppervlak van die produkte wat van poliëster gemaak is in die teenwoordigheid van lug (suurstof) en humiditeit. Hierdie proses word versnel deur ultraviolet lig. Tydens 'n behandelingsproses vir die buitenste vorm, is hidroperoksiede 'n bron van suurstofradikale, wat die bron van oksidatiewe afbraak is. Die vernietiging van hidroperoksiede moet geskied voor die eerste termiese behandeling of tydens plastisering en kan ondersteun word deur geskikte bymiddels soos antioksidante.

Met inagneming van bogenoemde chemiese afwykings en onsuiwerhede, is daar 'n voortdurende modifisering van die volgende polimeer eienskappe gedurende elke herwinningsiklus wat deur chemiese en fisiese laboratoriumanalise waargeneem kan word.

In die besonder:

• Toename in COOH-eindgroepe
• Toename in kleurgetal b
• Toename van waas (deursigtige produkte)
• Toename in die oligomeerinhoud
• Vermindering in filterbaarheid
• Toename in neweprodukte-inhoud soos asetaldehied, formaldehied
• Toename van onttrekbare vreemde kontaminante
• Afname in kleur L
• Afname van intrinsieke viskositeit of dinamiese viskositeit
• Afname in kristallisasietemperatuur en toename in kristallisasiesnelheid
• Verminder die meganiese eienskappe soos treksterkte, rek breek of elastiese modulus
• Verbreding van molekulêre gewigsverspreiding

Die herwinning van PET-bottels is intussen 'n industriële standaardproses wat deur 'n groot verskeidenheid ingenieursfirmas aangebied word.

Verwerking van voorbeelde vir herwonne poliëster

Herwinningsprosesse met poliëster is amper net so uiteenlopend soos die vervaardigingsprosesse wat op primêre korrels of smelt gebaseer is. Afhangend van die suiwerheid van die herwinde materiale, kan poliëster vandag in die meeste polyester vervaardigingsprosesse gebruik word as 'n mengsel met suiwer polimeer of toenemend as 100% herwinde polimeer. Sommige uitsonderings soos BOPET-film met lae dikte, spesiale toepassings soos optiese film of garings deur FDY-draai teen> 6000 m / min, mikrofilamente en mikrofibre word slegs vervaardig uit virgin polyester.

Eenvoudige herpelletisering van bottelflokkies

Hierdie proses bestaan ​​uit die omskakeling van bottelafval in vlokkies, deur die vlokkies te droog en te kristalliseer, deur plastisering en filtreer, asook deur pelletisering. Produk is 'n amorfe re-granule van 'n intrinsieke viskositeit in die omgewing van 0.55–0.7 dℓ / g, afhangend van die volledige voordroging van PET-vlokkies.

Spesiale kenmerke is: asetaldehied en oligomere is op die laer vlak in die korrels vervat; die viskositeit word op een of ander manier verminder, die korrels is amorf en moet gekristalliseer en gedroog word voordat dit verder verwerk word.

Verwerk na:

• A-PET film vir thermo
• Toevoeging tot die produksie van PET-maagd
• BOPET verpakking film
• PET bottel hars deur SSP
• Tapyt garing
• Ingenieurswese plastiek
• filamente
• Nie-geweefde
• Verpakkingstrepe
• Kramvesel.

Die keuse van die herpelleteringswyse beteken dat u 'n bykomende omskakelingsproses het, wat enerzijds energie-intensief en kostebesparend is en termiese vernietiging veroorsaak. Aan die ander kant bied die pelletiseringstap die volgende voordele:

• Intensiewe smeltfiltrasie
• Intermediêre gehaltebeheer
• Aanpassing deur bymiddels
• Produk seleksie en skeiding volgens kwaliteit
• Verwerkingsbuigsaamheid het toegeneem
• Kwaliteit uniformisering.

Vervaardiging van PET-korrels of -vlokkies vir bottels (bottel tot bottel) en A-PET

Hierdie proses is in beginsel soortgelyk aan die proses hierbo beskryf; die vervaardigde korrels word egter direk (aaneenlopend of ononderbroke) gekristalliseer en dan aan 'n vaste toestand polikondensasie (SSP) onderwerp in 'n droër of 'n vertikale buisreaktor. Tydens hierdie verwerkingsstap word die ooreenstemmende intrinsieke viskositeit van 0.80-0.085 dℓ / g weer herbou en terselfdertyd word die asetaldehiedinhoud verminder tot <1 dpm.

Die feit dat sommige masjienvervaardigers en lynbouers in Europa en die VSA pogings aanwend om onafhanklike herwinningsprosesse aan te bied, soos die sogenaamde bottel-tot-bottel-proses (B-2-B), soos BEPET, Sterster, URRC of BÜHLER, is daarop gemik om gewoonlik bewys te lewer van die "bestaan" van die vereiste ekstraksiereste en van die verwydering van modelbesoedeling volgens die FDA wat die sogenaamde uitdagingstoets toepas, wat nodig is vir die toediening van die behandelde poliëster in die voedselsektor. Behalwe hierdie prosesgoedkeuring, is dit nietemin nodig dat enige gebruiker van sulke prosesse voortdurend die FDA-grense vir die grondstowwe wat hy self vervaardig vir sy proses moet nagaan.

Direkte omskakeling van bottelflokkies

Om koste te bespaar, werk 'n toenemende aantal polyester-intermediêre produsente soos spinmeulens, strookmeulens of gietfilmfabrieke aan die direkte gebruik van die PET-vlokkies, van die behandeling van gebruikte bottels, met die oog op die vervaardiging van 'n toenemende aantal poliëster-tussenprodukte. Vir die aanpassing van die nodige viskositeit, behalwe vir die doeltreffende droging van die vlokkies, is dit moontlik ook nodig om die viskositeit te rekonstitueer deur poly in die smeltfase of vaste toestand polikondensasie van die vlokkies. Die nuutste PET-vlokomskakelingsprosesse is van toepassing op tweeskroef-ekstruders, meervoudige skroef-ekstruders of meervoudige rotasiestelsels en toevallige vakuumontgassing om vog te verwyder en om voordroog te voorkom. Hierdie prosesse maak dit moontlik om ongedroogde PET-vlokkies om te skakel sonder 'n aansienlike afname in die viskositeit wat veroorsaak word deur hidrolise.

Wat die verbruik van PET-bottelflokkies betref, word die grootste gedeelte van ongeveer 70% in vesels en filamente omgeskakel. As u direk sekondêre materiale soos bottelvlokkies in spinprosesse gebruik, is daar enkele prosesseringsbeginsels wat u kan verkry.

Snelspinprosesse vir die vervaardiging van POY benodig normaalweg 'n viskositeit van 0.62–0.64 dℓ / g. Vanaf bottelvlokkies kan die viskositeit bepaal word deur die droogte. Die addisionele gebruik van TiO₂ is nodig vir 'n volledige dowwe of halfdowwe garing. Om die spinnerette te beskerm, is 'n doeltreffende filtrasie van die smelt in elk geval nodig. Voorlopig is die hoeveelheid POY wat van 100% herwinningspolyester vervaardig is, nogal laag, omdat hierdie proses hoë suiwerheid van spinmelt benodig. Die meeste van die tyd word 'n mengsel van maagdelike en herwinde korrels gebruik.

Kramvesels word gespin in 'n intrinsieke viskositeitstrek wat taamlik laer lê en tussen 0.58 en 0.62 dℓ / g moet wees. Ook in hierdie geval kan die vereiste viskositeit aangepas word deur droging of vakuumverstelling in geval van vakuum-ekstrusie. Vir die aanpassing van die viskositeit, is daar egter 'n toevoeging van kettinglengte-wysiger soos etileenglikol or diëthyleenglikol kan ook gebruik word.

Die draai van nie-geweefde materiaal - in die fyn titerveld vir tekstieltoepassings sowel as swaar draaiende non-woven as basiese materiale, byvoorbeeld vir dakbedekkings of in die bou van paaie, kan vervaardig word deur bottelvlokkies te draai. Die draaiende viskositeit is weer binne 'n reikwydte van 0.58–0.65 dℓ / g.

Die herwinning van herwinde materiale is 'n toenemende belang in die vervaardiging van verpakkingstrepe en monofilamente met hoë gehalte. In beide gevalle is die aanvanklike grondstof 'n hoofsaaklik herwinde materiaal met 'n hoër intrinsieke viskositeit. Verpakkingstrepe met hoë gehalte en monofilament word dan vervaardig in die smelt spinproses.

Herwinning na die monomere

Poliëtileentereftalaat kan gedepolymeriseer word om die samestellende monomere op te lewer. Na suiwering kan die monomere gebruik word om nuwe poliëtileentereftalaat te berei. Die esterbindings in poliëtileentereftalaat kan deur hidrolise of deur verestering gekloof word. Die reaksies is bloot die omgekeerde van die wat gebruik is in produksie.

Gedeeltelike glikolise

Gedeeltelike glikolise (transesterificasie met etileenglikol) omskep die stywe polimeer in kort-ketting-oligomere wat by lae temperatuur gesmelt kan word. Sodra hulle van die onsuiwerhede vrygestel is, kan die oligomere weer in die produksieproses vir polimerisasie gevoer word.

Die taak bestaan ​​uit die invoer van 10–25% bottelvlokkies, terwyl die kwaliteit van die bottelpille wat op die lyn vervaardig word, behou word. Hierdie doelwit word opgelos deur die PET-bottelvlokkies af te breek - al tydens hul eerste plastisering, wat in 'n enkel- of meervoudige skroef-ekstruder uitgevoer kan word, tot 'n intrinsieke viskositeit van ongeveer 0.30 dℓ / g deur klein hoeveelhede etileenglikol en deur die smeltstroom met 'n lae viskositeit te onderwerp aan 'n doeltreffende filtrasie direk na plastisering. Verder word temperatuur tot die laagste moontlike limiet gebring. Daarbenewens, met hierdie manier van verwerking, is die moontlikheid van 'n chemiese ontbinding van die hidroperoksiede moontlik deur 'n ooreenstemmende P-stabilisator direk by plastisering by te voeg. Die vernietiging van die hidroperoksiedgroepe word met ander prosesse reeds tydens die laaste stap van die vlokbehandeling uitgevoer, byvoorbeeld deur H by te voeg₃PO₃. Die gedeeltelik glikoliede en fyn gefiltreerde herwinde materiaal word deurlopend na die veresterings- of prepolikondensasiereaktor gevoer, en die dosisse van die grondstowwe word dienooreenkomstig aangepas.

Totale glikolise, metanolise en hidrolise

Die behandeling van poliësterafval deur totale glikolise om die poliëster volledig om te skakel bis (2-hidroksietiel) tereftalaat (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂). Hierdie verbinding word deur vakuumdistillasie gesuiwer en is een van die tussenprodukte wat in die vervaardiging van poliëster gebruik word. Die reaksie hierop is soos volg:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OF)]_n + n Hoch₂CH₂O → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂

Hierdie herwinningsroete is op industriële vlak in Japan as eksperimentele produksie uitgevoer.

Soortgelyk aan totale glikolise, skakel methanolysis die poliëster om na dimetiel tereftalaatwat gefiltreer en vakuum gedistilleer kan word:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OF)]_n + 2n CH₃O → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

Metanolise word deesdae maar selde in die industrie uitgevoer omdat polyesterproduksie gebaseer op dimetiel-tereftalaat geweldig gekrimp het en baie dimetyl-tereftalaatprodusente verdwyn het.

Soos hierbo, kan poliëtileentereftalaat ook gehidroliseer word tot tereftalsuur en etileenglikol onder hoë temperatuur en druk. Die resulterende ru-tereftalsuur kan gesuiwer word deur Recrystallization om materiaal te lewer wat geskik is vir herpolimerisasie:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OF)]_n + 2n H₂Of → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n Hoch₂CH₂OH

Dit lyk asof hierdie metode nog nie gekommersialiseer is nie.