Полиэтилентерефталат

редактировать
Полимер

Полиэтилентерефталат
Strukturformel фон Полиэтилентерефталат (ПЭТ)
Цепь полимера ПЭТ
Короткий участок полимера ПЭТ ch ain
Имена
Название IUPAC поли (этилентерефталат)
Систематическое название ИЮПАК поли (оксиэтиленокситерефталоил)
Идентификаторы
Номер CAS
СокращенияПЭТ, ПИТ
ЧЭБИ
ChemSpider
  • нет
ECHA InfoCard 100.121.858 Измените это на Викиданные
CompTox Dashboard (EPA )
Свойства
Химическая формула (C10H8O4)n
Молярная масса < переменная (10-50 кг / моль)
Плотность 1,38 г / см (20 ° C), аморфный : 1,370 г / см, монокристалл : 1,455 г / см
Точка плавления >250 ° C (482 ° F, 523 K) 260 ° C
Точка кипения >350 ° C (662 ° F, 623 K) (разлагается)
Растворимость в воде практически нерастворим
log P 0,94540
Теплопроводность 0,15-0,24 Вт · м K
Показатель преломления (nD)1, 57–1,58, 1,5750
Термохимия
Теплоемкость (C)1,0 кДж / (кг · K)
Re Связанные соединения
Родственные Мономеры Терефталевая кислота. Этиленгликоль
Если не указано, данные для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа.
☒ N (что такое ?)
Ссылки в информационном окне

Полиэтилентерефталат (иногда обозначается как поли (этилентерефталат)), обычно сокращенно ПЭТ, ПЭТФ, или устаревший ПЭТФ или ПЭТ-П, является наиболее распространенной термопластичной полимерной смолой полиэфира семейство и используется в волокнах для одежды, контейнерах для жидкостей и пищевых продуктов, термоформовании для производства и в сочетании со стекловолокном для технических смол.

Он также может упоминаться под торговыми марками Терилен в Великобритании, Лавсан в России и бывшем Советском Союзе и Дакрон в США..

Био-ПЭТ является аналогом ПЭТ на биологической основе.

Большая часть мирового производства ПЭТ приходится на синтетические волокна (более 60%), при этом на производство бутылок приходится около 30% мирового спроса. В контексте общего текстового приложения ПЭТ обозначается общим названием полиэстер, тогда как аббревиатура ПЭТ обычно используется в упаковке. Полиэстер составляет около 18% мирового производства полимеров и является четвертым по величине производимым полимером после полиэтилена (PE), полипропилена (PP) и поливинилхлорида. (ПВХ).

ПЭТ состоит из полимеризованных звеньев мономера этитерефталата с повторяющимися звеньями (C 10H8O4). ПЭТ обычно перерабатывается, и его идентификационный код смолы (RIC) имеет цифру «1».

В зависимости от его обработки и термической истории полиэтилентерефталат может существовать как в аморфном (прозрачном), так и в виде полукристаллического полимера. Полукристаллический материал может казаться прозрачным (размер частиц менее 500 нм ) или непрозрачным и белым (размер частиц до нескольких микрометров ) в зависимости от его кристаллической структуры и размера частиц.

Мономер бис (2-гидроксиэтил) терефталат может быть синтезирован по реакции этерификации между терефталевой кислотой и этиленгликолем с вода в качестве побочного продукта (это также известно как реакция конденсации) или путем реакции переэтерификации между этиленгликолем и диметилтерефталатом (DMT) с метанол как побочный продукт. Полимеризация происходит посредством реакции поликонденсации мономеров (проводимой сразу после этерификации / переэтерификации) с водой в качестве побочного продукта.

Содержание

  • 1 Использование
  • 2 История
  • 3 Физические свойства
    • 3.1 Собственная вязкость
  • 4 Сушка
  • 5 Сополимеры
  • 6 Производство
    • 6.1 Процесс диметилтерефталата (DMT)
    • 6.2 Процесс терефталевой кислоты
  • 7 Разложение
    • 7.1 Ацетальдегид
    • 7.2 Сурьма
    • 7.3 Биоразложение
  • 8 Безопасность
  • 9 Оборудование для обработки бутылок
  • 10 Промышленность по переработке полиэфиров
    • 10.1 Переработка ПЭТ-бутылок
      • 10.1.1 Очистка и обеззараживание
      • 10.1.2 Примеси и дефекты материала
    • 10.2 Примеры переработанного полиэфира
      • 10.2.1 Простое повторное гранулирование бутылочных хлопьев
      • 10.2. 2 Производство гранул из ПЭТ или хлопьев для бутылок (из бутылки в бутылку) и A-PET
      • 10.2.3 Прямое преобразование бутылочных хлопьев
    • 10.3 Переработка в мономеры
      • 10.3.1 Частичный гликолиз
    • 10.4 Полный гликолиз, метанолиз и гидролиз
  • 11 См. Также
  • 12 Ссылки
  • 13 Внешние ссылки
Модуль Юнга (E)2800–3100 МПа
Предел прочности на разрыв (σt)55–75 МП a
Предел упругости50–150%
испытание на надрез 3,6 kJ /m
Температура стеклования (T g) 67–81 °C
Vicat B82 ° C
коэффициент линейного расширения (α) 7 × 10 K
Водопоглощение (ASTM)0,16
Источник

Использование

Пластиковые бутылки из ПЭТ широко используются для безалко гольных напитков (см. газирование ). Для некоторых специальных бутылок, например, для бутылок, предназначенных для хранения пива, полиэтилентерефталат содержит дополнительный слой поливинилового спирта (PVOH), чтобы еще больше снизить его проницаемость для кислорода.

Биаксиально ориентированная пленка из ПЭТ (часто известная под одним из ее торговых наименований, «майлар») может быть алюминирована путем напыления на нее тонкой пленки металла для уменьшения его. проницаемость, а также сделать его отражающим и непрозрачным (MPET ). Эти свойства полезны во многих приложениях, включая гибкую пищевую упаковку и теплоизоляцию (например, космические одеяла ). Из-за своей высокой механической прочности пленка из ПЭТ часто используется в ленте, например, в основе для магнитной ленты или основы для самоклеящихся лент.

. Неориентированный лист ПЭТ может быть термоформованный для изготовления упаковочных лотков и блистерных упаковок. Если используется кристаллизующийся ПЭТ, противни можно использовать для замороженных обедов, поскольку они выдерживают как температуру замораживания, так и температуру запекания в духовке. И аморфный ПЭТ, и БоПЭТ прозрачны невооруженным глазом. Красители, придающие цвет, можно легко превратить в лист ПЭТ.

При заполнении стеклянными частями или волокнами он становится значительно более жестким и долговечным.

ПЭТ также используется в качестве подложки в тонкопленочных солнечных элементов.

ПЭТ также используется в качестве гидроизоляционного барьера в подводных кабелях..

Терилен (торговая марка, образованная инверсией (полиэти) иленового тер (эфталата)) также вшивается в вершины тросов для предотвращения веревки изнашиваются, когда они проходят через потолок.

ПЭТ используется с конца 2014 года в качестве материала футеровки в композитных газовых баллонах высокого давления типа IV. ПЭТ работает как намного лучший барьер для кислорода, чем ранее использовавшийся ПЭ (LD).

ПЭТ используется в качестве нити для 3D-печати, а также в пластике для 3D-печати PETG.

История

ПЭТ был запатентован в 1941 году Джоном Рексом Уинфилдом и их работодателем Ассоциация принтеров ситца из Манчестера, Англия.. Э. I. DuPont de Nemours в Делавэре, США, впервые применил товарный знак Mylar в июне 1951 года и получил его регистрацию в 1952 году. Это до сих пор остается самым известным, используемым для полиэфирной пленки. Текущий владелец торговой марки - DuPont Teijin Films США, партнерство с японской компанией.

В Советском Союзе ПЭТ впервые был произведен в лабораториях института высокомолекулярных соединений Академия наук СССР в 1949 году, и ее название «Лавсан» является сокращением (ла боратории Института в ысокомолекулярных с оединений А кадемии н аук СССР).

ПЭТ-бутылка была запатентована в 1973 г. Натаниэлем Вайетом.

Физические свойства

Парусная ткань обычно изготавливается из ПЭТ-волокна, также известной как полиэстер или под торговой маркой Дакрон; красочные легкие спинакеры обычно изготавливаются из нейлона.

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

Около 60% кристаллизации - это верхний предел для коммерческих продуктов, за исключением полиэфирных волокон. Прозрачные продукты могут быть получены путем быстрого охлаждения расплавленного полимера ниже температуры стеклования T g с образованием аморфного твердого вещества. Как и аморфный ПЭТ образуется, когда его молекула не достаточно времени, чтобы устроиться в упорядоченном кристаллическом состоянии при охлаждении расплава. При комнатной температуре молекулы застывают на месте, но если в них будет возвращено достаточное количество энергии путем нагревания выше T g, они снова начнут двигаться, позволяя кристаллам зародиться и расти. Эта процедура известна как кристаллизация в твердом состоянии.

При медленном охлаждении расплавленный полимер образует более кристаллический материал. Этот материал имеет сферолиты, основной набор мелких кристаллитов при кристаллизации из аморфного твердого вещества, а не образующие один большой монокристалл. Свет имеет тенденцию рассеиваться, когда он пересекает границы между кристаллитами и аморфными областями между ними. Это рассеяние означает, что кристаллический ПЭТ в большинстве случаев непрозрачный и белый. Вытяжка волокна - один из немногих промышленных процессов, позволяющий получить почти монокристаллический продукт.

Характеристическая вязкость

Одна из наиболее важных характеристик ПЭТ называется Характеристическая вязкость (IV).

Характеристическая вязкость материала, найденную экстраполяцию к нулевой относительной вязкости к концентрации, которая измеряется в децилитрах на грамм (dℓ / г). Характеристическая вязкость зависит от длины его полимерных цепей. Чем длиннее полимерные цепи, тем больше переплетений между цепями и, следовательно, выше вязкость. Среднюю длину цепи конкретной партии смолы можно контролировать во время поликонденсации.

Диапазон характерной вязкости ПЭТ:

Марка волокна:

0,40–0,70 Текстиль
0, 72–0,98 Технический, шинный корд

Класс пленки:

0,60–0,70 BoPET (биаксиально ориентированная пленка ПЭТ)
0,70–1,00 Сорт листа для термоформования

Марка бутылки:

0,70–0,78 Бутылки для воды (плоские)
0, 78–0,85 Марка газированных безалкогольных напитков

Мононить, инженерный пластик

1,00–2,00

Сушка

ПЭТ гигроскопичен, что означает, что он впитывает воду из окружающей среды. Однако, когда этот «влажный» ПЭТ затем нагревают, вода гидролизует ПЭТ, снижается его упругость. Таким образом, перед тем, как смолу можно будет обрабатывать в формовочной машине, ее необходимо высушить. Сушка достигается за счет использования осушителя или сушилок перед подачей ПЭТ в технологическое оборудование.

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

ПЭТ также можно сушить в сушилках для смолы на сжатом воздухе. В осушителях сжатого воздуха повторно не используется сушильный воздух. Сухой нагретый сжатый воздух циркулирует через гранулы ПЭТ, как в адсорбционной сушилке, а затем выпускается в атмосферу.

Сополимеры

Помимо чистого (гомополимера ) ПЭТФ, также доступны ПЭТ, модифицированный сополимеризацией.

В некоторых случаях модифицированные свойства сополимера более желательны для конкретного применения. Например, циклогександиметанол (CHDM) может быть добавлен к основной цепи полимера вместо этиленгликоля. Этот временной строительный блок намного больше (шесть атомов углерода), чем элемент этиленгликоля, который он заменяет, он не вписывается в соседние цепи, как элемент этиленгликоля. Это препятствует кристаллизации и снижает температуру плавления полимера. В общем, такой ПЭТ известен как ПЭТГ или ПЭТ-G (модифицированный полиэтилентерефталатгликолем). Это прозрачный аморфный термопласт, который может быть отлит под давлением, экструдирован листом или экструдирован в виде нити для 3D-печати. ПЭТГ можно окрашивать в процессе обработки.

Замена терефталевой кислоты (справа) на изофталевую кислоту (в центре) перегиб цепи ПЭТ, препятствияя кристаллизации и понижая точка плавления полимера.

Другой распространенный модификатор изофталевая кислота, заменяющая некоторые из 1,4- (пара-) связанных звеньев терефталата. 1,2- (орто-) или 1,3- (мета -) создаёт канал в цепи, который также нарушает кристалличность.

Такие используемые, как термоформование, используются, например, для изготовления лотков или блистерной упаковки из пленки со-ПЭТ, или листа аморфного ПЭТ (A-PET / PETA) или лист PETG. С другой стороны, важна в других областях применения, где важна механическая стабильность и стабильность размеров, как ремни безопасности. Для бутылок из ПЭТ может быть полезно использование небольшого количества изофталевой кислоты, CHDM, диэтиленгликоля (DEG) или других сомономеров: если используются только небольшое количество сомономеров, кристаллизация замедляется, но не предотвращается полностью. В результате бутылки могут быть получены посредством формования с раздувом и вытяжкой («SBM»), которые являются прозрачными, так и достаточно кристаллическими, чтобы быть адекватным барьером для ароматов и даже газов, таких как диоксид углерода в газированных напитках.

Производство

Полиэтилентерефталат получают из этиленгликоля и диметилтерефталата (DMT) (C 6H4(CO 2CH3)2) или терефталевая кислота.

Первая представляет собой реакцию переэтерификации, тогда как последняя представляет собой реакцию этерификации.

Диметилтерефталатный процесс (DMT)

Реакция полиэстерификации при производстве ПЭТ

В процессе диметилтерефталата (DMT) это соединение и избыток этиленгликоля реагируют в расплаве при 150–200 ° C с основным катализатором. Метанол (CH 3 OH) удаляется перегонкой для ускорения реакции. Избыточный этиленгликоль отгоняется при более высокой температуре с помощью вакуума. Продолжается вторая стадия переэтерификации при 270–280 ° C, а также с непрерывной перегонкой этиленгликоля.

Реакции идеализированы следующими образом:

Первая стадия
C6H4(CO 2CH3)2+ 2 HOCH 2CH2OH → C 6H4(CO 2CH2CH2OH) 2 + 2 CH 3OH
Секунды теп
n C 6H4(CO 2CH2CH2OH) 2 → [(CO) C 6H4(CO 2CH2CH2O)] n + n HOCH 2CH2OH

Процесс терефталевой кислоты

Реакция поликонденсации при производстве ПЭТ

В процессе терефталевая кислота этерификация этиленгликоля и терефталевой кислоты проводится непосредственно при умеренном давлении (2.7–5,5 бар) и высокой температуре (220–260 ° С). Вода удаляется в результате реакции, также непрерывно удаляется дистилляцией:

n C 6H4(CO 2H)2+ n HOCH 2CH2OH → [(CO) C 6H4(CO 2CH2CH2O)] n + 2n H 2O

Разложение

ПЭТ подвержен различным типам разложения во время обработки. Основные виды разложения, которые могут иметь место, - это гидролитическое и, вероятно, наиболее часто термическое окисление. ПЭТ разлагается, происходит несколько вещей: обесцвечивание, разрывы цепи , приводящие к снижению молекулярной массы, образование ацетальдегида и поперечные сшивки («гель» или образование "рыбьего глаза "). Обесцвечивание происходит из-за образования различных хромофорных систем после продолжительной термической обработки при повышенных температурах. Это становится проблемой, когда оптические требования к полимеру очень высоки, например, в упаковках. термоокислительная деструкция приводит к ухудшению обрабатываемости и производительности материала.

Один из способов умень шить это - использовать сополимер. Сомономеры, такие как CHDM или изофталевая кислота, понижают температуру плавления и снижают степень кристалличности ПЭТ (особенно важно, когда материал используется для производства бутылок). Таким образом, смолу можно формовать пластически при более низких температурах и / или с меньшим усилием. Это помогает предотвратить деградацию, снижая содержание ацетальдегида в готовом продукте до приемлемого (то есть незаметного) уровня. См. сополимеры выше. Другой способ повысить стабильность полимера - это использовать стабилизаторы, в основном антиоксиданты, такие как фосфиты. В последнее время также была рассмотрена стабилизация материала на молекулярном уровне с помощью наноструктурированных химикатов.

Ацетальдегид

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

Сурьма

Сурьма (Sb) представляет собой элемент металлоид, который используется в качестве катализатора в виде соединений, таких как сурьма триоксид (Sb 2O3) или триацетат сурьмы при производстве ПЭТ. После изготовления на поверхности можно нанести заметное количество сурьмы. Этот остаток можно удалить с помощью стирки. Сурьма также остается в самом материале и таким образом, может попадать в продукты питания и напитки. Воздействие на ПЭТ кипячением или нагреванием в настоящей печи может повысить уровень сурьмы, возможно, выше максимального уровня загрязнения Агентства по охране окружающей среды США. Лимит питьевой воды, оцененный ВОЗ, составляет 20 частей на миллиард (ВОЗ, 2003), а лимит питьевой воды в рамках Штатах составляет 6 частей на миллиард. Хотя триоксид сурьмы имеет низкую токсичность при пероральном приеме, его присутствие по-прежнему вызывает беспокойство. Швей Федеральное управление здравоохранения исследовало количество перемещений сурьмы, сравнивая воду, разлитую в ПЭТ и стекло: Концентрация сурьмы в воде в ПЭТ-бутылках была выше, но все же значительно ниже разрешенной максимальной концентрации. Швейцарское федеральное управление общественным здравоохранением пришло к выводу, что небольшое количество сурьмы мигрируют из ПЭТ в бутилированную воду, но что риск здоровья в результате низких концентраций незначителен (1% от «допустимого суточного потребления ». ). Более позднее (2006 г.), но более широко освещенное исследование обнаружило аналогичные количества сурьмы в воде в ПЭТ-бутылках. ВОЗ опубликовала опасность содержания сурьмы в питьевой воде.

Концентраты фруктовых соков (для которых установлены руководящие принципы), которые были произведены и разлиты в ПЭТ в Великобритании, содержат до 44,7%. мкг / л сурьмы, что значительно превышает пределы ЕС для водопроводной воды 5 мкг / л.

Биоразложение

По крайней мере, один вид бактерий из рода Nocardia может расщеплять ПЭТ с помощью фермента эстеразы.

Японские ученые выделили бактерию Ideonella sakaiensis, которая обладает двумя ферментами, которые могут расщеплять ПЭТ на более мелкие кусочки, которые могут переварить бактерии. Колония I. sakaiensis может разрушить пластиковую пленку примерно за шесть недель.

В апреле 2020 года университет объявил об открытии высокоэффективного оптимизированного фермента, который превосходит все известные до сих пор гидролазы ПЭТ. Это открытие может быть важным шагом на пути к концепции экономики замкнутого ПЭТ.

Безопасность

Комментарий, опубликованный в Перспективы гигиены окружающей среды в апреле 2010 г., предполагает, что ПЭТ может приводить к эндокринным разрушителям в условиях обычного использования, рекомендуются исследования Эта тема. Предлагаемые включают механизмы выщелачивания фталатов, а также выщелачивание сурьмы. В статье опубликованной в Журнале экологического мониторинга в апреле 2012 года делается вывод о том, что с помощью бутылочной воды деионизированной воды, хранящейся в ПЭТ -ках, остается в допустимых пределах ЕС при даже Вода или безалкогольные напитки хранятся при температуре до 60 ° C (140 ° F), в то время как содержимое бутылок (вода или безалкогольные напитки) может иногда превышать предел ЕС после менее года хранения при комнатной температуре.

Оборудование для обработки бутылок

Сравнение готовой бутылки для напитков из ПЭТ к преформе, из которой она изготовлена. В 2016 году во всем мире было изготовлено 480 миллиардов пластиковых бутылок для питья (и менее половины было переработано).

Существует два основных метода формования бутылок из ПЭТ: одноэтапный и двухэтапный. В двухступенчатом формовании используются две отдельные машины. Первая машина для литья под давлением формует преформу, которая напоминает пробирку, с уже отформованной резьбой крышки бутылки. На втором этапе преформы они быстро нагреваются, а на втором этапе преформы быстро нагреваются, а надуваются относительно двух частей, с помощью формовки с раздувом и вытяжкой.

. слепок, чтобы придать им окончательную форму бутылки. Преформы (ненадутые бутылки) теперь также используются как прочные и уникальные контейнеры; Помимо конфет-новинок, некоторые отделения Красного Креста раздают их домовладельцам в рамках программы Флакон жизни для хранения истории болезни для спасателей.

В одноступенчатых машинах весь процесс от сырья до готовой тары выполняется на одной машине, что делает ее особенно подходящей для формования нестандартных форм (нестандартное формование), включая банки, плоские овалы, формы колб. и т. д. Его величайшим достоинством является сокращение занимаемого пространства, обращения с продуктом и энергией, а также гораздо более высокое визуальное качество, чем может быть достигнуто с помощью двухступенчатой ​​системы.

Промышленность по переработке полиэстера

title = 1-ПЭТФ

В 2016 году это было По оценкам ежегодно 56 миллионов тонн ПЭТ. В то время как большинство термопластов, в принципе, можно переработать, переработать бутылок из ПЭТ более практично, чем многие другие применения пластмасс, из-за высокой стоимости смолы и почти исключительного использования ПЭТ для широко используемой воды и газированных мягких материалов. розлив напитков. У ПЭТ идентификационный код смолы, равный 1. Основным использованием переработанного ПЭТ является полиэфирное волокно, обвязка и непищевые контейнеры.

Из-за возможности повторного использования ПЭТ и относительного изобилие формы бытовых отходов в бутылок, ПЭТ быстро завоевывает долю рынка в качестве коврового волокна. Mohawk Industries выпустила everSTRAND в 1999 году, на 100% переработанное ПЭТ-волокно. С тех пор более 17 миллиардов бутылок были переработаны в ковровое волокно. Pharr Yarns, поставщик многих производителей ковров, включая Looptex, Dobbs Mills и Berkshire Flooring, производит ковровое волокно из полиэтилентерефталата BCF (объемная непрерывная нить), содержащее не менее 25% вторичного сырья.

ПЭТ, как и многие пластмассы, также является отличным кандидатом для термической утилизации (сжигание ), так как он состоит из углерода, водорода и кислорода и содержит лишь следовые количества каталитических элементов (но без серы). ПЭТ имеет энергоемкость мягкий уголь.

При переработке полиэтилентерефталата, ПЭТ или полиэстера в целом следует различать три способа:

  1. Химическая переработка обратно в исходное очищенное сырье терефталевая кислота (PTA) или диметилтерефталат (DMT) и этиленгликоль (EG), где структура полимера полностью разрушена, или в промежуточных продуктах процесса, таких как бис (2-гидроксиэтил) терефталат
  2. Механическая переработка, при которые исходные свойства полимера сохраняются или восстанавливаются.
  3. Химическая переработка, при которой происходит переэтерификация и добавляются другие гликоли / полиолы или глицерин для получения полиола, который может быть использован другими способами, такими как производство полиуретана или пенополиуретана

Химическая переработка ПЭТ станет рентабельной только при использовании линий переработкой с высокой производительностью более 50 000 тонн в год. Такие линии можно было увидеть только на производственных площадках очень крупных производителей полиэстера. В прошлом было предпринято несколько попыток создать такие заводы по переработке химических веществ, но без особого успеха. Даже многообещающая переработка химикатов в Японии пока не стала промышленным прорывом. Этому есть две причины: во-первых, постоянно растущие цены и нестабильность на собранные бутылки в таком огромном количестве на одном месте. Цены на упакованные в тюки бутылки выросли, например, в период с 2000 по 2008 год с примерно 50 евро за тонну до более 500 евро за тонну в 2008 году.

Механическая переработка или прямая циркуляция ПЭТ в полимерном состоянии используются самые разнообразные варианты. Подобные процессы типичны для предприятий малого бизнеса. Рентабельность уже может быть достигнута при мощности завода в диапазоне 5000–20 000 тонн в год. В этом случае сегодня возможны почти все виды обратной связи вторичного материала с его циркуляцией. Эти разнообразные процессы рециркуляции подробно обсуждаются ниже.

Помимо химических примесей и продуктов разложения, образующихся во время первой обработки и использования, механические примеси выделяют основную часть ухудшающих качество примесей в потоке рециркуляции. Переработанные материалы все чаще используются в производственных процессах, которые изначально предназначены только для новых материалов. Следовательно, эффективные процессы переработки полиэстера являются наиболее важными для высококачественного переработанного полиэстера.

Когда мы говорим о переработке полиэфира, мы концентрируемся в основном на переработке ПЭТ-бутылок, которые в настоящее время используются для всех видов упаковки для жидкостей, таких как вода, газированные безалкогольные напитки, соки, пиво, соусы, моющие средства, бытовая химия. и так далее. Бутылки отличить по форме и консистенции, они отделяются легко потоков пластикового мусора с помощью автоматической или ручной сортировки. Созданная отрасль по переработке полиэфиров состоит из трех частей:

  • Сбор бутылок из ПЭТ и разделение отходов: логистика отходов
  • Производство хлопьев для чистых бутылок: производство хлопьев
  • Конверсия хлопьев из ПЭТ в конечную Продукция: переработка хлопьев

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

Помимо этой внешней (постпотребительской) рециркуляции бутылок из полиэстера, существует ряд внутренних (до потребителя) процессов рециклинга, при отработанном полимерном материале не выходит с производственной площадки на свободный рынок, а вместо этого повторно. в той же производственной цепи. Таким образом, отходы волокна, повторно использованные для производства пленки, повторно использовались для производства пленки.

Переработка ПЭТ-бутылок

Очистка и обеззараживание

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

Чем раньше в процессе удаляются посторонние вещества и чем тщательнее это делается, тем эффективнее процесс.

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

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

Рабочие сортируют входящий поток различных пластиков, смешанных с некоторыми частями мусора, не подлежащего переработке. Тюки измельченных голубых бутылок из ПЭТ. Тюки измельченных бутылок из ПЭТ, сортированных по цвету: зеленый, прозрачный и синий.

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

  1. Раскрытие тюков, вскрытие брикетов
  2. Сортировка и выбор различных цветов, посторонних полимеров, особенно ПВХ, посторонних веществ, удаление пленки, бумага, стекло, песок, грязь, камни и металлы
  3. Предварительная мойка без резки
  4. Грубая резка, сухая или комбинированная с предварительной мойкой
  5. Удаление камней, стекла, и металл
  6. Воздушное просеивание для удаления пленки, бумаги и этикеток
  7. Шлифовка, сухая и / или влажная
  8. Удаление полимеров низкой плотности (чашки) по разнице плотности
  9. Горячая промывка
  10. Промывка щелочью и травление поверхности, поддержание собственной вязкости и обеззараживание
  11. Промывка
  12. Промывка чистой водой
  13. Сушка
  14. Воздушное просеивание хлопьев
  15. Автоматическая сортировка хлопьев
  16. Водный контур и технология очистки воды
  17. Контроль качества хлопьев

Примеси и дефекты материала

Преступники примесей и дефектов материалов, которые накапливаются в полимерном материале, постоянно увеличивается при обработке, так и при использовании полимеров - во внимание растущий срок службы, растущее количество конечных применений и повторную переработку. Что касается бутылок из переработанного ПЭТ, упомянутые дефекты можно разделить на следующие группы:

  1. Концевые группы ОН или СООН реактивного полиэфира превращаются в мертвые или нереакционноспособные концевые группы, например, образование концевых групп сложного винилового эфира путем дегидратации или декарбоксилирования терефталевой кислоты, реакции концевых групповых кислот ОН или СООН с монофункциональными продуктами разложения, такими как моноуглеродные кислоты или спирты. Результатом является снижение реакционной способности во время повторного поликонденсации или повторного SSP и расширенного массового распределения.
  2. Доля концевых групп смещается в направлении концевых групп COOH, образующихся в результате термической и окислительной деструкции. Результатом является снижение реакционной способности и увеличение кислотного автокаталитического разложения во время термической обработки в присутствии влаги.
  3. Число полифункциональных макромолекул увеличивается. Накопление гелей и дефекты длинноцепочечного разветвления.
  4. Количество, количество и разнообразие не идентичных полимерам и неорганических посторонних веществ увеличиваются. При каждой новой термической нагрузке органические посторонние вещества будут реагировать разложением. Это вызывает дальнейшее высвобождение веществ, способствующих разложению и красящих веществ.
  5. Гидроксидные и пероксидные группы накапливаются на поверхности изделий из полиэстера в атмосфере воздуха (кислорода) и окружающей. Этот процесс ускоряется ультрафиолетом. Во время скрытого процесса лечения гидроперекиси источника кислородных радикалов. Разрушение гидроперекисей должно поддерживаться перед первой термической обработкой или во время пластификации и может поддерживаться подходящими добавками, такими как антиоксиданты.

Принимает во внимание вышеизложенное, в связи с указанными химическими дефектами и примесями в течение каждого рециркуляции постоянное изменение следующих полимера, которые могут быть обнаружены с помощью химического и физического лабораторного анализа.

В частности:

  • Увеличение концевых групп COOH
  • Увеличение номера цвета b
  • Увеличение матовости (прозрачные продукты)
  • Увеличение содержания олигомера
  • Снижение фильтруемости
  • Увеличение содержания побочных продуктов, таких как ацетальдегид, формальдегид
  • Увеличение экстрагируемых посторонних примесей
  • Уменьшение цвета L
  • Снижение характеристической вязкости или динамической вязкости
  • Снижение кристаллизации и увеличение скорости кристаллизации
  • Снижение механических свойств, таких как прочность на разрыв, относительное удлинение при разрыве или модуль упругости
  • Расширение молекулярно-массового распределения

Предлагается широким спектром инженерных компаний.

Примеры переработки вторичного сырья полиэстер

Процессы переработки полиэстера почти так же разнообразны, как и производственные процессы, основанные на первичных гранулах или м elt. В зависимости от чистоты 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 1 1 1 3 3 3 3 1 1 3 3 3 3 1 3 1 3 3 3 3 1 3 1 3 1 3 1 3 3 1? Некоторые исключения, такие как BOPET-пленка малой толщины, специальные применения, такие как оптическая пленка или пряжа путем FDY-прядения со скоростью>6000 м / мин, микрофиламенты и микроволокна, производятся только из первичного полиэстера.

Простое повторное гранулирование бутылочных хлопьев

Этот процесс состоит из преобразования бутылок в хлопья путем сушки и кристаллизации хлопьев, пластификации и фильтрации, а также гранулирования. Продукт представляет собой аморфный регранулят с характеристической вязкостью в диапазоне 0,55–0,7 дня / г, в зависимости от того, как была проведена полная предварительная предварительная сушка хлопьев ПЭТ.

Особенность: ацетальдегид и олигомеры содержатся в гранулах на более низком уровне; вязкость каким-то образом снижается, гранулы аморфны и перед дальнейшей обработкой их необходимо кристаллизовать и сушить.

Обработка в:

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

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

Производство ПЭТ-гранул или хлопьев для бутылок (от бутылки к бутылке) и A-PET

Этот процесс, в принципе, аналогичный описанному выше; однако полученные гранулы непосредственно (непрерывно или периодически) кристаллизуются, затем подвергаются твердофазной поликонденсации (SSP) в барабанной сушилке или вертикальном трубчатом реакторе. На этом этапе обработки характерная вязкость 0,80–0,085 dℓ / г снова восстанавливается, и в то же время содержание ацетальдегида снижается до < 1 ppm.

Тот факт, что некоторые производители машин и производителей линий в Европе и Соединенных Штатах прилагают усилия, чтобы предложить независимые процессы переработки, например, так называемый процесс от бутылки в бутылке (B-2-B), такой как Next Generation Recycling (NGR), BePET, Starlinger, URRC или BÜHLER, как правило, направлен на предоставление доказательства «существования» необходимых остатков экстракции и об удалении образцовых загрязняющих веществ в соответствии с FDA с применением так называемого контрольного теста, который необходим для применения обработанного полиэфира в пищевой промышленности. Тем не менее, помимо этого утверждения процесса, необходимо, чтобы любой пользователь таких процессов постоянно находил пределы FDA для сырья, произведенного ими для своего процесса.

Прямая переработка бутылок

В целях экономии средств все большее число производителей полиэфирных полупродуктов, таких как прядильные фабрики, обвязочные фабрики или заводы по производству пленки, работают над прямым использованием ПЭТ. - хлопья от обработки использованных бутылок с целью производства все большего количества промежуточных полиэфиров. Для регулирования необходимой вязкости, дополнительно сушки хлопьев, возможно, необходимо также восстановить вязкость посредством поликонденсации в фазе расплава или поликонденсации в твердом состоянии хлопьев. В новейших процессах конверсии хлопьев ПЭТ используются двухшнековые экструдеры, многошнековые экструдеры или системы с перемещениями, а также случайная вакуумная дегазация для удаления влаги и предотвращения предварительной сушки хлопьев. Эти процессы позволяют преобразовывать невысушенные хлопья ПЭТ без значительного снижения вязкости, вызванного гидролизом.

Что касается бизнеса хлопьев для бутылок из ПЭТ, основная часть около 70% превращается в волокна и нити. При использовании непосредственно вторичных материалов, таких как хлопья для бутылок, в процессах прядения, необходимо соблюдать несколько технологических принципов.

Процессы высокоскоростного прядения для производства POY обычно требуют вязкости 0,62–0,64 dℓ / г. Начало с бутылочных хлопьев, вязкость можно регулировать по степени сушки. Дополнительное использование TiO 2 необходимо для полной тусклой или полутусклой пряжи. Чтобы защитить фильеры, в любом случае необходима эффективная фильтрация расплава. В настоящее время количество POY, сделанного из 100% переработанного полиэстера, довольно невелико, поскольку этот процесс требует высокой чистоты прядильного расплава. В большинстве случаев используется смесь первичных и переработанных гранул.

Штапельные волокна прядут с диапазоном характеристической вязкости, который должен составлять от 0,58 до 0,62 d2 / г. В этом случае также можно отрегулировать требуемую вязкость посредством сушки или вакуума в случае вакуумной экструзии. Однако для регулирования вязкости также можно использовать добавление модификатора длины цепи, такого как этиленгликоль или диэтиленгликоль.

Нетканый материал для прядения - в области тонкого титра для текстильных применений, а также нетканый материал для тяжелого прядения в качестве основных материалов, например для кровельных покрытий или в дорожном строительстве - может производиться путем формования бутылок. Вязкость прядении снова находится в диапазоне 0,58–0,65 dℓ / г.

Одна из областей, в которой используются используемые используемые материалы, вызывает все больший интерес, - это производство высокопрочных упаковочных полос и моноволокон. В обоих случаях исходное сырье представляет собой в основном переработанный материал с более высокой характеристической вязкостью. Затем в процессе прядения из расплава производятся высокопрочные упаковочные ленты, а также моноволокно.

Рецикл до мономеров

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

Частичный гликолиз

Частичный гликолиз (переэтерификация этиленгликолем) превращает жесткий полимер в олигомеры с короткой цепью, которые можно фильтровать из расплава при низкой температуре. температура. После очистки от примесей олигомеры могут быть возвращены в производственный процесс для полимеризации.

Задача заключается в подаче 10–25% бутылочных хлопьев с сохранением качества гранул для бутылок, которые производятся на линии. Эта решается путем разрушения бутылок из ПЭТ - уже во время их первой пластификации, которую можно проводить в одно- или многошнековом экструдере - до характерной вязкости около 0,30 dℓ / путем добавления небольшого количества этиленгликоля и подвергнуть поток расплава с низкой вязкостью эффективная фильтрация непосредственно после пластификации. Кроме того, температура доводится до минимально возможного предела. Кроме того, при таком способе обработки возможно химическое разложение гидропероксидов путем добавления соответствующего Р-стабилизатора непосредственно при пластификации. Разрушение гидропероксидных групп другими процессами уже проводится на последней стадии обработки хлопьев, например, путем добавления H 3PO3. Частично гликолизованный и отфильтрованный рециркулируемый материал непрерывно прерывается в реакторе этерификации или предварительного поликонденсации, при этом дозируемые количества исходных материалов регулируются соответствующим образом.

Полный гликолиз, метанолиз и гидролиз

Обработка полиэфирных отходов посредством полного гликолиза для полного превращения полиэфира в бис (2-гидроксиэтил) терефталат (C6H4(CO 2CH2CH2ОН) 2). Это соединение очищается вакуумной перегонкой и является одним из промежуточных продуктов, используемом при производстве полиэфиров (см. производство). Речь идет о следующей реакции:

[(CO) C 6H4(CO 2CH2CH2O)] n + n HOCH 2CH2OH → n C 6H4(CO 2CH2CH2OH) 2

Этот способ рециркуляции был реализован в промышленном опыте в Японии в качестве экспериментального производства.

Подобно общему гликолизу, метанолиз превращает полиэфир в диметилтерефталат (DMT), который можно фильтровать и перегонять в вакууме:

[(CO) C 6H4(CO 2CH2CH2O)] n + 2n CH 3 OH → n C 6H4(CO 2CH3)2

Метанолиз сегодня в промышленности проводят очень редко, потому что производство полиэфиров на основе диметилтерефталата (ДМТ) сильно уменьшилось, и многие производители диметилтерефталата (ДМТ) исчезли.

Также, как указано выше, полиэтилентерефталат может быть гидролизован до терефталевой кислоты и этиленгликоля очищена путем перекристаллизации с получением материала, подходящего для повторной полимеризации:

[(CO) C 6H4(CO 2CH2CH2O)] n + 2n H 2 O → n C 6H4(CO 2H)2+ n HOCH 2CH2OH

Этот метод, по-видимому, еще не поступил в продажу.

См. Также

  • Химический портал

Ссылки

Внешние ссылки

На сайте Wikimedia Commons есть СМИ, связанные с полиэтилентерефталатом.
Последняя правка сделана 2021-06-02 10:29:40
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте