PET

Polietilena tereftalat (kadang-kadang ditulis poli (etilena terephthalate)), biasanya disingkat PET, PETE, atau PETP atau PET-P yang usang, adalah yang paling biasa termoplastik polimer resin dari poliester keluarga dan digunakan dalam serat untuk pakaian, bekas untuk cecair dan makanan, termoforming untuk pembuatan, dan dalam kombinasi dengan gentian kaca untuk resin kejuruteraan.

Mungkin juga disebut dengan nama jenama Dacron; di Britain, Terylene; atau, di Rusia dan bekas Kesatuan Soviet, Lavsan.

Sebilangan besar pengeluaran PET dunia adalah untuk serat sintetik (melebihi 60%), dengan pengeluaran botol menyumbang sekitar 30% permintaan global. Dalam konteks aplikasi tekstil, PET disebut dengan nama umum, poliester, sedangkan akronimnya PET secara amnya digunakan berkaitan dengan pembungkusan. Poliester merangkumi sekitar 18% pengeluaran polimer dunia dan merupakan pengeluaran keempat paling banyak polimer; polietilena(KAKI), polipropilena (PP) dan polivinil klorida (PVC) masing-masing pertama, kedua dan ketiga.

PET terdiri daripada berpolimer unit monomer etilena terephthalate, dengan berulang (C₁₀H₈O₄) unit. PET biasanya dikitar semula, dan mempunyai jumlahnya 1 sebagai simbol kitar semula.

Bergantung pada pemprosesan dan sejarah termalnya, polyethylene terephthalate mungkin wujud baik sebagai amorf (telus) dan sebagai polimer separa kristal. Bahan semikristal mungkin kelihatan telus (ukuran zarah <500 nm) atau legap dan putih (ukuran zarah hingga beberapa mikrometer) bergantung pada struktur kristal dan ukuran zarahnya. Monomernya bis (2-hidroksietil) terephthalate boleh disintesis oleh pengesahan tindak balas antara asid terephthalic and etilena glikol dengan air sebagai produk sampingan, atau oleh transesterifikasi tindak balas antara etilena glikol and dimetil terephthalate bersama metanol sebagai produk sampingan. Polimerisasi adalah melalui a polikondensasi tindak balas monomer (dilakukan sejurus selepas esterifikasi / transesterifikasi) dengan air sebagai produk sampingan.

Nama
Nama IUPAC Poli (etil benzena-1,4-dikarboksilat)
Pengenal pasti
Nombor CAS	25038-59-9
Singkatan	PET, PETE
Hartanah
Formula kimia	(C10H8O4)n
Jisim molar	berubah-ubah
Ketumpatan	1.38 g / cm3 (20 ° C), amorfus: 1.370 g / cm3, kristal tunggal: 1.455 g / cm3
Takat lebur	> 250 ° C, 260 ° C
Takat didih	> 350 ° C (terurai)
Kelarutan dalam air	hampir tidak boleh larut
Kekonduksian terma	0.15 hingga 0.24 W m-1 K-1
Indeks refraktif(nD)	1.57-1.58, 1.5750
Termokimia
Khusus kapasiti haba (C)	1.0 kJ / (kg · K)
Sebatian yang berkaitan
Berkaitan Monomer	Asid terephthalic Etilena glikol
Kecuali jika dinyatakan sebaliknya, data diberikan untuk bahan-bahan di dalamnya keadaan standard (pada 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

kegunaan

Kerana PET adalah bahan penghalang air dan kelembapan yang sangat baik, botol plastik yang terbuat dari PET banyak digunakan untuk minuman ringan (lihat karbonasi). Untuk botol khas tertentu, seperti yang ditetapkan untuk penahanan bir, PET sandwic lapisan alkohol polivinil tambahan (PVOH) untuk mengurangkan lagi kebolehtelapan oksigennya.

PET berorientasikan dwifungsi filem (sering dikenali dengan salah satu nama dagangnya, "Mylar") dapat diiluminasi dengan menguap lapisan tipis logam ke atasnya untuk mengurangkan kebolehtelapannya, dan menjadikannya reflektif dan legap (MPET). Sifat ini berguna dalam banyak aplikasi, termasuk makanan yang fleksibel pembungkusan and penebat haba. Lihat: "selimut ruang". Kerana kekuatan mekaniknya yang tinggi, filem PET sering digunakan dalam aplikasi pita, seperti pembawa untuk pita magnetik atau sokongan untuk pita pelekat yang sensitif terhadap tekanan.

Lembaran PET yang tidak berorientasikan boleh termoform untuk membuat dulang pembungkus dan pek lepuh. Sekiranya PET yang dapat dikristal digunakan, dulang boleh digunakan untuk makan malam beku, kerana ia tahan pada suhu pembekuan dan pembakar oven. Berbanding dengan PET amorf, yang telus, PET atau CPET yang dapat dikristal cenderung berwarna hitam.

Apabila diisi dengan zarah atau serat kaca, ia menjadi lebih kaku dan lebih tahan lama.

PET juga digunakan sebagai substrat dalam sel suria filem tipis.

Terylene juga disambungkan ke bahagian atas tali loceng untuk membantu mencegah keausan pada tali ketika melewati siling.

Sejarah

PET dipatenkan pada tahun 1941 oleh John Rex Whinfield, James Tennant Dickson dan majikan mereka Calico Printers 'Association of Manchester, England. EI DuPont de Nemours di Delaware, Amerika Syarikat, pertama kali menggunakan tanda dagangan Mylar pada bulan Jun 1951 dan menerima pendaftarannya pada tahun 1952. Ia masih merupakan nama paling terkenal yang digunakan untuk filem poliester. Pemilik tanda dagang sekarang ialah DuPont Teijin Films US, sebuah perkongsian dengan syarikat Jepun.

Di Kesatuan Soviet, PET pertama kali dihasilkan di makmal Institut Sebatian Molekul Tinggi Akademi Sains USSR pada tahun 1949, dan namanya "Lavsan" adalah singkatannya (laборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

Botol PET dipatenkan pada tahun 1973 oleh Nathaniel Wyeth.

Ciri-ciri fizikal

PET dalam keadaan semula jadi adalah resin semi-kristal yang tidak berwarna. Berdasarkan bagaimana ia diproses, PET dapat semi-kaku hingga kaku, dan sangat ringan. Ia menjadikan penghalang gas dan kelembapan yang baik, serta penghalang alkohol yang baik (memerlukan rawatan "penghalang" tambahan) dan pelarut. Ia kuat dan tahan hentaman. PET menjadi putih apabila terkena kloroform dan juga bahan kimia lain seperti toluena.

Penghabluran sekitar 60% adalah had atas untuk produk komersial, kecuali serat poliester. Produk jernih boleh dihasilkan dengan penyejukan polimer lebur di bawah T yang cepat_g suhu peralihan kaca untuk membentuk pepejal amorf. Seperti kaca, PET amorf terbentuk apabila molekulnya tidak diberi cukup waktu untuk mengatur diri mereka secara teratur dan kristal semasa pencairannya disejukkan. Pada suhu bilik molekul dibekukan di tempat, tetapi, jika cukup tenaga haba dimasukkan kembali ke dalamnya dengan memanaskan di atas T_g, mereka mula bergerak lagi, membiarkan kristal berinti dan tumbuh. Prosedur ini dikenali sebagai penghabluran keadaan pepejal.

Apabila dibiarkan sejuk perlahan, polimer cair membentuk bahan yang lebih kristal. Bahan ini mempunyai sferulit mengandungi banyak kecil hablur apabila dikristal dari pepejal amorf, daripada membentuk satu kristal tunggal yang besar. Cahaya cenderung tersebar ketika melintasi sempadan antara hablur dan kawasan amorf di antara mereka. Penyerakan ini bermaksud bahawa PET kristal legap dan putih dalam kebanyakan kes. Lukisan gentian adalah antara beberapa proses industri yang menghasilkan produk hampir satu kristal.

Kelikatan intrinsik

Salah satu ciri terpenting PET disebut sebagai kelikatan intrinsik (IV).

Kelikatan intrinsik bahan, didapati dengan ekstrapolasi hingga kepekatan sifar kelikatan relatif kepada kepekatan yang diukur dalam desiliter per gram (dℓ / g). Kelikatan intrinsik bergantung pada panjang rantai polimernya tetapi tidak mempunyai unit kerana diekstrapolasi ke kepekatan sifar. Semakin lama rantai polimer, semakin banyak ikatan antara rantai dan oleh itu semakin tinggi kelikatannya. Panjang rantai rata-rata kumpulan resin tertentu dapat dikendalikan selama polikondensasi.

Julat kelikatan intrinsik PET:

Gred gentian

0.40–0.70 Tekstil

0.72–0.98 Teknikal, tali tayar

Gred filem

0.60-0.70 BoPET (filem PET berorientasikan dwifungsi)

0.70–1.00 Gred lembaran untuk thermoforming

Gred botol

0.70–0.78 Botol air (rata)

0.78–0.85 Gred minuman ringan berkarbonat

Monofilamen, plastik kejuruteraan

1.00-2.00

Pengeringan

PET adalah higroskopik, bermaksud bahawa ia menyerap air dari persekitarannya. Namun, apabila PET "lembap" ini kemudian dipanaskan, airnya menghidrolisis PET, mengurangkan daya tahannya. Oleh itu, sebelum resin dapat diproses dalam mesin cetak, ia mesti dikeringkan. Pengeringan dicapai melalui penggunaan a pengering atau pengering sebelum PET dimasukkan ke dalam peralatan pemprosesan.

Di dalam pengering, udara kering panas dipompa ke dasar hopper yang berisi resin sehingga mengalir ke atas pelet, menghilangkan kelembapan dalam perjalanannya. Udara basah panas meninggalkan bahagian atas hopper dan pertama kali melalui penyejuk selepas udara, kerana lebih mudah mengeluarkan kelembapan dari udara sejuk daripada udara panas. Udara basah yang sejuk kemudiannya dilalui melalui tempat tidur pengering. Akhirnya, udara kering yang sejuk yang meninggalkan tempat tidur pengering dipanaskan semula dalam pemanas proses dan dihantar kembali melalui proses yang sama dalam gelung tertutup. Biasanya, tahap kelembapan sisa dalam resin mestilah kurang dari 50 bahagian per juta (bahagian air per juta bahagian resin, berat) sebelum diproses. Waktu kediaman pengering tidak boleh lebih pendek daripada sekitar empat jam. Ini kerana pengeringan bahan dalam waktu kurang dari 4 jam akan memerlukan suhu di atas 160 ° C, pada tahap mana hidrolisis akan bermula di dalam pelet sebelum dikeringkan.

PET juga boleh dikeringkan dalam pengering resin udara termampat. Pengering udara termampat tidak menggunakan semula udara pengeringan. Udara termampat kering dan panas diedarkan melalui pelet PET seperti di pengering pengering, kemudian dilepaskan ke atmosfera.

Kopolimer

Selain tulen (homopolimer) PET, PET diubah suai oleh kopolimerisasi juga disediakan.

Dalam beberapa kes, sifat kopolimer yang diubahsuai lebih diinginkan untuk aplikasi tertentu. Sebagai contoh, sikloheksana dimetanol (CHDM) boleh ditambahkan ke tulang belakang polimer sebagai ganti etilena glikol. Oleh kerana blok bangunan ini jauh lebih besar (6 atom karbon tambahan) daripada unit etilena glikol yang digantinya, ia tidak sesuai dengan rantai tetangga seperti mana unit etilena glikol. Ini mengganggu penghabluran dan menurunkan suhu lebur polimer. Secara umum, PET semacam itu dikenal sebagai PETG atau PET-G (Polyethylene terephthalate glycol-modified; Eastman Chemical, SK Chemicals, dan Artenius Italia adalah beberapa pengeluar PETG). PETG adalah termoplastik amorf yang jelas yang boleh dibentuk dengan suntikan atau diekstrusi lembaran. Ia boleh diwarnakan semasa pemprosesan.

Pengubah umum lain ialah asid isophthalic, menggantikan sebahagian daripada 1,4- (untuk-) dihubungkan tereftalat unit. The 1,2- (orto-) atau 1,3- (meta-) penghubung menghasilkan sudut dalam rantai, yang juga mengganggu kekristalan.

Kopolimer sedemikian menguntungkan untuk aplikasi pencetakan tertentu, seperti thermoforming, yang digunakan misalnya untuk membuat bungkusan atau kemasan lepuh dari filem co-PET, atau lembaran PET amorf (A-PET) atau lembaran PETG. Sebaliknya, penghabluran penting dalam aplikasi lain di mana kestabilan dimensi dan dimensi penting, seperti tali pinggang keledar. Untuk botol PET, penggunaan sebilangan kecil asid isophthalic, CHDM, dietilena glikol (DEG) atau komonomer lain boleh berguna: jika hanya sebilangan kecil komonomer digunakan, penghabluran diperlahankan tetapi tidak dicegah sepenuhnya. Hasilnya, botol boleh didapati melalui acuan pukulan regangan (“SBM”), yang cukup jelas dan kristal untuk menjadi penghalang yang cukup untuk aroma dan bahkan gas, seperti karbon dioksida dalam minuman berkarbonat.

pengeluaran

Polyethylene terephthalate dihasilkan dari etilena glikol and dimetil terephthalate (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) Atau asid terephthalic.

Bekas adalah transesterifikasi reaksi, sedangkan yang terakhir adalah pengesahan reaksi.

Proses dimetil terephthalate

In dimetil terephthalate proses, sebatian ini dan kelebihan etilena glikol ditindak balas dalam lebur pada suhu 150-200 ° C dengan a pemangkin asas. Methanol (CH₃OH) dikeluarkan dengan penyulingan untuk mendorong tindak balas ke hadapan. Etilena glikol berlebihan disuling pada suhu yang lebih tinggi dengan bantuan vakum. Langkah transesterifikasi kedua berlangsung pada suhu 270-280 ° C, dengan penyulingan etilena glikol juga.

Reaksi ideal seperti berikut:

Langkah pertama

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2 JAM₂CH₂OH → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ + 2 CH₃OH

Langkah kedua

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n CEPAT₂CH₂OH

Proses asid terephthalic

Dalam asid terephthalic proses, esterifikasi etilena glikol dan asid terephthalic dilakukan secara langsung pada tekanan sederhana (2.7-5.5 bar) dan suhu tinggi (220-260 ° C). Air dihilangkan dalam tindak balas, dan ia juga dikeluarkan secara berterusan dengan penyulingan:

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n CEPAT₂CH₂OH → [(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O

degradasi

PET mengalami pelbagai jenis degradasi semasa pemprosesan. Kemerosotan utama yang boleh berlaku adalah hidrolisis, dan mungkin yang paling penting, pengoksidaan terma. Apabila PET merosot, beberapa perkara berlaku: perubahan warna, rantai penipuan mengakibatkan penurunan berat molekul, pembentukan acetaldehyde, dan pautan silang ("Gel" atau "ikan-mata" formasi). Perubahan warna disebabkan oleh pembentukan pelbagai sistem kromoforik berikutan rawatan termal yang berpanjangan pada suhu tinggi. Ini menjadi masalah apabila keperluan optik polimer sangat tinggi, seperti dalam aplikasi pembungkusan. Kerosakan termal dan termooksidatif menyebabkan ciri-ciri proses dan prestasi bahan yang buruk.

Salah satu cara untuk mengurangkan ini adalah dengan menggunakan a kopolimer. Komonomer seperti CHDM atau asid isophthalic menurunkan suhu lebur dan mengurangkan tahap kristaliniti PET (sangat penting apabila bahan tersebut digunakan untuk pembuatan botol). Oleh itu, resin dapat dibentuk secara plastik pada suhu yang lebih rendah dan / atau dengan daya yang lebih rendah. Ini membantu mencegah degradasi, mengurangkan kandungan asetaldehid produk jadi ke tahap yang boleh diterima (iaitu, tidak dapat diperhatikan). Lihat kopolimer, atas. Cara lain untuk meningkatkan kestabilan polimer adalah dengan menggunakan penstabil, terutamanya antioksidan seperti fosfat. Baru-baru ini, penstabilan tahap molekul bahan menggunakan bahan kimia berstruktur nano juga telah dipertimbangkan.

Asetaldehid

Asetaldehid adalah bahan yang tidak berwarna dan mudah meruap dengan bau buah. Walaupun terbentuk secara semula jadi dalam beberapa buah, ia dapat menyebabkan rasa tidak sedap dalam air botol. Asetaldehid terbentuk oleh degradasi PET melalui kesalahan penanganan bahan. Suhu tinggi (PET terurai di atas 300 ° C atau 570 ° F), tekanan tinggi, kelajuan extruder (aliran ricih berlebihan menaikkan suhu), dan masa tinggal tong yang panjang semuanya menyumbang kepada penghasilan asetaldehid. Apabila asetaldehid dihasilkan, sebahagiannya tetap larut di dinding bekas dan kemudian meresap ke dalam produk yang disimpan di dalam, mengubah rasa dan aroma. Ini bukan masalah untuk bahan tidak habis (seperti syampu), untuk jus buah (yang sudah mengandungi asetaldehid), atau untuk minuman yang enak seperti minuman ringan. Walau bagaimanapun, untuk air botol, kandungan asetaldehid rendah adalah sangat penting, kerana, jika tidak ada yang menutupi aroma, kepekatan asetaldehid yang sangat rendah (10-20 bahagian per bilion dalam air) dapat menghasilkan rasa yang tidak enak.

antimoni

antimoni (Sb) adalah unsur metalloid yang digunakan sebagai pemangkin dalam bentuk sebatian seperti antimoni trioksida (Sb₂O₃) atau antimoni triacetate dalam pengeluaran PET. Selepas pembuatan, jumlah antimoni yang dapat dikesan dapat dijumpai di permukaan produk. Sisa ini dapat dikeluarkan dengan mencuci. Antimoni juga terdapat di dalam bahan itu sendiri dan dengan demikian dapat berpindah ke makanan dan minuman. Mendedahkan PET kepada pendidihan atau gelombang mikro dapat meningkatkan tahap antimoni dengan ketara, mungkin melebihi tahap pencemaran maksimum USEPA. Had air minum yang dinilai oleh WHO adalah 20 bahagian per bilion (WHO, 2003), dan had air minum di AS adalah 6 bahagian per bilion. Walaupun antimoni trioksida mempunyai ketoksikan rendah apabila diambil secara oral, namun kehadirannya tetap menjadi perhatian. Orang Switzerland Pejabat Kesihatan Awam Persekutuan menyiasat jumlah migrasi antimoni, membandingkan perairan dalam botol PET dan gelas: Kepekatan antimoni air dalam botol PET lebih tinggi, tetapi masih jauh di bawah kepekatan maksimum yang dibenarkan. Pejabat Kesihatan Awam Persekutuan Switzerland menyimpulkan bahawa sejumlah kecil antimoni berpindah dari PET ke dalam air botol, tetapi risiko kesihatan kepekatan rendah yang dihasilkan dapat diabaikan (1% dari “pengambilan harian yang boleh diterimaDitentukan oleh WHO). Kajian kemudian (2006) tetapi lebih banyak dipublikasikan mendapati jumlah antimoni yang serupa dalam air dalam botol PET. WHO telah menerbitkan penilaian risiko antimoni dalam air minuman.

Pekat jus buah (yang tidak ada garis panduan yang ditetapkan), bagaimanapun, yang dihasilkan dan dibotolkan dalam PET di UK didapati mengandungi antimoni hingga 44.7 µg / L, jauh di atas had EU untuk air paip daripada 5 µg / L.

Biodegradasi

Nocardia dapat menurunkan PET dengan enzim esterase.

Saintis Jepun telah mengasingkan bakteria Ideonella sakaiensis yang mempunyai dua enzim yang dapat memecah PET menjadi kepingan yang lebih kecil yang dapat dicerna oleh bakteria. Tanah jajahan I. sakaiensis dapat menghancurkan filem plastik dalam masa kira-kira enam minggu.

Keselamatan

Ulasan diterbitkan dalam Perspektif Kesihatan Alam Sekitar pada bulan April 2010 mencadangkan bahawa PET mungkin menghasilkan pengganggu endokrin dalam keadaan penggunaan biasa dan cadangan penyelidikan mengenai topik ini. Mekanisme yang dicadangkan termasuk pencucian phthalates serta pencucian antimoni. Artikel diterbitkan dalam Jurnal Pemantauan Alam Sekitar pada bulan April 2012 menyimpulkan bahawa kepekatan antimoni di air deionisasi disimpan dalam botol PET tetap dalam had yang boleh diterima EU walaupun disimpan sebentar pada suhu hingga 60 ° C (140 ° F), sementara kandungan botol (air atau minuman ringan) kadangkala melebihi had EU selepas penyimpanan kurang dari setahun suhu.

Peralatan pemprosesan botol

Terdapat dua kaedah cetakan asas untuk botol PET, satu langkah dan dua langkah. Dalam pengacuan dua langkah, dua mesin berasingan digunakan. Suntikan mesin pertama membentuk pracetak, yang menyerupai tabung uji, dengan benang penutup botol sudah dibentuk di tempatnya. Tubuh tiub jauh lebih tebal, kerana ia akan melambung ke bentuk terakhirnya pada langkah kedua menggunakan acuan pukulan regangan.

Pada langkah kedua, bentuk awal dipanaskan dengan cepat dan kemudian melambung pada acuan dua bahagian untuk membentuknya ke bentuk akhir botol. Praform (botol yang tidak dilambung) kini juga digunakan sebagai bekas yang kuat dan unik; selain gula-gula baru, beberapa bab Palang Merah menyebarkannya sebagai sebahagian daripada program Vial of Life kepada pemilik rumah untuk menyimpan sejarah perubatan bagi responden kecemasan. Penggunaan lain yang lebih biasa untuk bentuk awal adalah bekas di Geocaching aktiviti luar.

Dalam mesin satu langkah, keseluruhan proses dari bahan mentah hingga bekas siap dilakukan dalam satu mesin, menjadikannya sangat sesuai untuk mencetak bentuk tidak standard (custom moulding), termasuk balang, bujur rata, bentuk termos dll. Kelebihan terbesarnya adalah pengurangan ruang, pengendalian produk dan tenaga, dan kualiti visual yang jauh lebih tinggi daripada yang dapat dicapai oleh sistem dua langkah.

Industri kitar semula poliester

Pada tahun 2016, dianggarkan 56 juta tan PET dihasilkan setiap tahun.

Walaupun kebanyakan termoplastik boleh, pada asasnya, dikitar semula, Kitar semula botol PET lebih praktikal daripada banyak aplikasi plastik lain kerana nilai tinggi resin dan penggunaan PET yang hampir eksklusif untuk pembotolan minuman ringan dan air berkarbonat yang banyak digunakan. PET mempunyai kod pengenalan resin daripada 1. Kegunaan utama untuk PET kitar semula adalah poliester serat, bekas bertali, dan bukan makanan.

Kerana kebolehkitar semula PET dan jumlah relatifnya sisa pasca pengguna dalam bentuk botol, PET dengan cepat memperoleh bahagian pasaran sebagai gentian permaidani. Industri Mohawk dilancarkan everSTRAND pada tahun 1999, 100% serat PET kandungan kitar semula pasca pengguna. Sejak masa itu, lebih daripada 17 bilion botol telah dikitar semula menjadi serat karpet. Pharr Yarns, pembekal kepada banyak pengeluar permaidani termasuk Looptex, Dobbs Mills, dan Berkshire Flooring, menghasilkan gentian karpet PET BCF (filamen berterusan pukal) yang mengandungi minimum 25% kandungan kitar semula selepas pengguna.

PET, seperti banyak plastik, juga merupakan calon yang sangat baik untuk pembuangan haba (pembakaran), kerana ia terdiri daripada karbon, hidrogen, dan oksigen, dengan hanya sedikit unsur unsur pemangkin (tetapi tidak ada belerang). PET mempunyai kandungan tenaga arang batu lembut.

Semasa mengitar semula polyethylene terephthalate atau PET atau polyester, secara amnya dua cara harus dibezakan:

1. Kitar semula bahan kimia kembali ke bahan mentah awal yang disucikan asid terephthalic (PIBG) atau dimetil terephthalate (DMT) dan etilena glikol (EG) di mana struktur polimer musnah sepenuhnya, atau dalam proses perantaraan seperti bis (2-hidroksietil) terephthalate
2. Kitar semula mekanikal di mana sifat polimer asal dikekalkan atau disusun semula.

Kitar semula bahan kimia PET akan menjimatkan kos hanya menggunakan talian kitar semula berkapasiti tinggi melebihi 50,000 tan / tahun. Garis seperti itu hanya dapat dilihat, jika ada, di dalam lokasi pengeluaran pengeluar poliester yang sangat besar. Beberapa percubaan besar industri untuk membina kilang kitar semula kimia telah dilakukan pada masa lalu tetapi tanpa kejayaan. Malah kitar semula kimia yang menjanjikan di Jepun belum menjadi kejayaan industri setakat ini. Dua sebab untuk ini adalah: pada mulanya, kesukaran pengambilan botol sampah yang konsisten dan berterusan dalam jumlah yang sangat banyak di satu laman web tunggal, dan, pada kedua, kenaikan harga dan turun naik harga botol yang dikumpulkan secara berterusan. Harga botol baled meningkat misalnya antara tahun 2000 dan 2008 dari sekitar 50 Euro / tan menjadi lebih dari 500 Euro / tan pada tahun 2008.

Kitar semula mekanikal atau peredaran langsung PET dalam keadaan polimer dikendalikan dalam pelbagai variasi hari ini. Proses seperti ini khas untuk industri kecil dan sederhana. Kecekapan kos sudah dapat dicapai dengan kapasiti kilang dalam lingkungan 5000-20,000 tan / tahun. Dalam kes ini, hampir semua jenis maklum balas bahan kitar semula ke dalam peredaran bahan mungkin berlaku hari ini. Proses kitar semula yang pelbagai ini dibincangkan selepas ini secara terperinci.

Selain bahan cemar kimia dan degradasi produk yang dihasilkan semasa pemprosesan dan penggunaan pertama, kekotoran mekanikal mewakili bahagian utama kualiti yang merosot kotoran dalam aliran kitar semula. Bahan kitar semula semakin diperkenalkan ke dalam proses pembuatan, yang pada asalnya dirancang untuk bahan baru sahaja. Oleh itu, proses penyisihan, pemisahan dan pembersihan yang berkesan menjadi yang paling penting bagi poliester kitar semula berkualiti tinggi.

Semasa bercakap mengenai industri kitar semula poliester, kami menumpukan perhatian terutama pada kitar semula botol PET, yang sementara itu digunakan untuk semua jenis pembungkusan cecair seperti air, minuman ringan berkarbonat, jus, bir, sos, detergen, bahan kimia isi rumah dan sebagainya. Botol mudah dibezakan kerana bentuk dan konsistensi dan terpisah dari aliran plastik sisa sama ada secara automatik atau proses penyortiran tangan. Industri kitar semula poliester yang mapan terdiri daripada tiga bahagian utama:

• Pengumpulan botol PET dan pemisahan sampah: logistik sisa
• Pengeluaran serpihan botol bersih: pengeluaran serpihan
• Penukaran serpihan PET ke produk akhir: pemprosesan serpihan

Produk perantaraan dari bahagian pertama adalah sampah botol yang disekat dengan kandungan PET melebihi 90%. Bentuk perdagangan yang paling biasa adalah bale tetapi juga botol bata atau longgar, bekas yang biasa dipakai di pasaran. Pada bahagian kedua, botol yang dikumpulkan diubah menjadi serpihan botol PET yang bersih. Langkah ini lebih kurang rumit dan rumit bergantung pada kualiti serpihan akhir yang diperlukan. Pada langkah ketiga, serpihan botol PET diproses ke semua jenis produk seperti filem, botol, serat, filamen, pengikat atau perantaraan seperti pelet untuk pemprosesan dan kejuruteraan plastik selanjutnya.

Selain kitar semula botol poliester luaran (pasca pengguna), terdapat banyak proses kitar semula dalaman (pra-pengguna), di mana bahan polimer yang terbuang tidak keluar dari lokasi pengeluaran ke pasaran bebas, dan sebaliknya digunakan kembali dalam rangkaian pengeluaran yang sama. Dengan cara ini, sisa serat digunakan kembali secara langsung untuk menghasilkan serat, sisa buangan pracetak digunakan kembali secara langsung untuk menghasilkan bentuk pra, dan sisa filem digunakan semula untuk menghasilkan filem.

Kitar semula botol PET

Penyucian dan penyahtinjaan

Kejayaan konsep kitar semula tersembunyi dalam kecekapan pemurnian dan penyahtinjaan di tempat yang betul semasa pemprosesan dan sejauh yang diperlukan atau diinginkan.

Secara umum, hal-hal berikut berlaku: Lebih awal dalam proses bahan asing dikeluarkan, dan semakin teliti dilakukan, semakin efisien prosesnya.

Yang tinggi Pemplastik suhu PET dalam lingkungan 280 ° C (536 ° F) adalah sebab mengapa hampir semua kekotoran organik biasa seperti PVC, PLA, poliolefin, pulpa kayu kimia dan serat kertas, polivinil asetat, pelekat lebur, agen pewarna, gula, dan protein soya residu diubah menjadi produk degradasi berwarna yang, pada gilirannya, mungkin melepaskan produk degradasi reaktif. Kemudian, jumlah kecacatan pada rantai polimer meningkat dengan ketara. Taburan saiz zarah kekotoran sangat luas, zarah-zarah besar 60-1000 µm — yang dapat dilihat dengan mata kasar dan mudah ditapis — mewakili kejahatan yang lebih rendah, kerana jumlah permukaannya agak kecil dan kelajuan penurunan lebih rendah. Pengaruh zarah mikroskopik, yang — kerana banyak — meningkatkan frekuensi kecacatan pada polimer, relatif lebih besar.

Cogan kata "Apa yang tidak dapat dilihat oleh hati tidak dapat bersedih hati" dianggap sangat penting dalam banyak proses kitar semula. Oleh itu, selain penyortiran yang cekap, penyingkiran zarah-zarah pengotor yang dapat dilihat dengan proses penapisan lebur memainkan peranan tertentu dalam kes ini.

Secara umum, seseorang dapat mengatakan bahawa proses membuat serpihan botol PET dari botol yang dikumpulkan adalah serbaguna dengan aliran sisa yang berbeza dalam komposisi dan kualitinya. Dari segi teknologi tidak ada satu cara untuk melakukannya. Sementara itu, terdapat banyak syarikat kejuruteraan yang menawarkan kilang dan komponen pengeluaran serpihan, dan sukar untuk memutuskan reka bentuk kilang satu atau yang lain. Walaupun begitu, terdapat proses yang berkongsi sebahagian besar prinsip ini. Bergantung pada komposisi dan tahap pengotoran bahan input, langkah-langkah proses berikut umum diterapkan.

1. Pembukaan bale, pembukaan briket
2. Menyusun dan memilih warna yang berbeza, polimer asing terutamanya PVC, benda asing, penyingkiran filem, kertas, kaca, pasir, tanah, batu, dan logam
3. Pra-mencuci tanpa memotong
4. Keratan kasar kering atau digabungkan dengan pra-mencuci
5. Penyingkiran batu, kaca, dan logam
6. Penyaring udara untuk mengeluarkan filem, kertas, dan label
7. Mengisar, kering dan / atau basah
8. Penyingkiran polimer berketumpatan rendah (cawan) oleh perbezaan ketumpatan
9. Basuh panas
10. Pencucian kaustik, dan pengukiran permukaan, mengekalkan kelikatan dan dekontaminasi intrinsik
11. Bilas
12. Bilas air bersih
13. Pengeringan
14. Penyaringan serpihan udara
15. Pengisihan serpihan automatik
16. Litar air dan teknologi rawatan air
17. Kawalan kualiti serpihan

Kekotoran dan kecacatan bahan

Jumlah kemungkinan kekotoran dan kecacatan bahan yang terkumpul dalam bahan polimer meningkat secara kekal - ketika memproses dan juga ketika menggunakan polimer - dengan mempertimbangkan jangka hayat perkhidmatan yang semakin meningkat, aplikasi akhir yang semakin meningkat dan kitar semula berulang. Sejauh botol PET kitar semula, kecacatan yang disebutkan dapat diselesaikan dalam kumpulan berikut:

1. Kumpulan akhir poliester OH- atau COOH- berubah menjadi kumpulan akhir mati atau tidak reaktif, contohnya pembentukan kumpulan akhir ester vinil melalui penyahhidratan atau dekarboksilasi asid terephthalate, reaksi kumpulan akhir OH- atau COOH- dengan degradasi mono-fungsi produk seperti asid mono-karbonik atau alkohol. Hasilnya adalah penurunan kereaktifan semasa re-polikondensasi atau re-SSP dan memperluas pembahagian berat molekul.
2. Bahagian kumpulan akhir beralih ke arah kumpulan akhir COOH yang terbentuk melalui degradasi termal dan oksidatif. Hasilnya adalah penurunan kereaktifan, dan peningkatan penguraian autokatalitik asid semasa rawatan termal di hadapan kelembapan.
3. Jumlah makromolekul polifungsi meningkat. Pengumpulan kecacatan gel dan rantaian panjang.
4. Bilangan, kepekatan, dan pelbagai bahan asing dan organik bukan polimer serupa semakin meningkat. Dengan setiap tekanan haba yang baru, bahan asing organik akan bertindak balas dengan penguraian. Ini menyebabkan pembebasan bahan penyokong degradasi dan bahan pewarna selanjutnya.
5. Kumpulan hidroksida dan peroksida terbentuk di permukaan produk yang diperbuat daripada poliester di hadapan udara (oksigen) dan kelembapan. Proses ini dipercepat oleh sinar ultraviolet. Semasa proses rawatan tersembunyi, hidroksida merupakan sumber radikal oksigen, yang merupakan sumber penurunan oksidatif. Pemusnahan hidro peroksida berlaku sebelum rawatan termal pertama atau semasa pemplastikan dan dapat disokong oleh bahan tambahan yang sesuai seperti antioksidan.

Dengan mempertimbangkan kecacatan dan kekotoran kimia yang disebutkan di atas, terdapat pengubahsuaian berterusan terhadap ciri polimer berikut selama setiap kitaran kitar semula, yang dapat dikesan oleh analisis makmal kimia dan fizikal.

Khususnya:

• Peningkatan kumpulan akhir COOH
• Peningkatan nombor warna b
• Peningkatan jerebu (produk telus)
• Peningkatan kandungan oligomer
• Pengurangan kebolehtapis
• Peningkatan kandungan produk sampingan seperti asetaldehid, formaldehid
• Peningkatan pencemaran asing yang dapat diekstrak
• Penurunan warna L
• Penurunan sebanyak kelikatan intrinsik atau kelikatan dinamik
• Penurunan suhu penghabluran dan peningkatan kelajuan penghabluran
• Penurunan sifat mekanik seperti kekuatan tegangan, pemanjangan pada waktu rehat atau modulus elastik
• Memperluas pembahagian berat molekul

Kitar semula botol PET merupakan proses standard industri yang ditawarkan oleh pelbagai syarikat kejuruteraan.

Contoh pemprosesan untuk poliester kitar semula

Proses kitar semula dengan poliester hampir sama seperti proses pembuatan berdasarkan pelet primer atau lebur. Bergantung pada ketulenan bahan kitar semula, poliester boleh digunakan pada masa ini dalam kebanyakan proses pembuatan poliester sebagai campuran dengan polimer dara atau 100% polimer kitar semula. Beberapa pengecualian seperti filem BOPET dengan ketebalan rendah, aplikasi khas seperti filem optik atau benang melalui pemintalan FDY pada> 6000 m / min, mikrofilamen, dan gentian mikro dihasilkan dari poliester dara sahaja.

Pelet semula serpihan botol yang ringkas

Proses ini terdiri daripada mengubah sampah botol menjadi serpihan, dengan mengeringkan dan mengkristal serpihan, dengan membuat plastik dan menyaring, dan juga melalui pelet. Produk adalah butiran semula amorf dari kelikatan intrinsik dalam kisaran 0.55-0.7 dℓ / g, bergantung pada seberapa lengkap pra-pengeringan serpihan PET telah dilakukan.

Keistimewaannya ialah: Asetaldehid dan oligomer terkandung dalam pelet pada tahap yang lebih rendah; kelikatannya dikurangkan entah bagaimana, peletnya adalah amorf dan harus dikristal dan dikeringkan sebelum diproses lebih lanjut.

Memproses ke:

• Filem A-PET untuk thermoforming
• Penambahan pengeluaran dara PET
• BoPET filem pembungkusan
• Botol PET damar oleh SSP
• Benang permaidani
• Plastik kejuruteraan
• Filamen
• Bukan tenunan
• Jalur pembungkusan
• Serat ruji.

Memilih cara pelet semula bermaksud mempunyai proses penukaran tambahan yang, di satu pihak, memerlukan tenaga dan memakan kos, dan menyebabkan pemusnahan termal. Di sisi lain, langkah pelet memberikan kelebihan berikut:

• Penapisan lebur intensif
• Kawalan kualiti pertengahan
• Pengubahsuaian dengan bahan tambahan
• Pemilihan produk dan pemisahan mengikut kualiti
• Fleksibiliti pemprosesan meningkat
• Penyeragaman kualiti.

Pembuatan pelet atau serpihan PET untuk botol (botol ke botol) dan A-PET

Proses ini, pada dasarnya, serupa dengan yang dijelaskan di atas; bagaimanapun, pelet yang dihasilkan dikristal secara langsung (berterusan atau tidak berkesinambungan) dan kemudian dikenakan polikondensasi keadaan pepejal (SSP) dalam mesin pengering atau reaktor tiub menegak. Semasa langkah pemprosesan ini, kelikatan intrinsik yang sesuai dari 0.80-0.085 dℓ / g dibina semula dan, pada masa yang sama, kandungan asetaldehid dikurangkan menjadi <1 ppm.

Fakta bahawa beberapa pengeluar mesin dan pembangun lini di Eropah dan Amerika Syarikat berusaha untuk menawarkan proses kitar semula bebas, seperti proses botol-ke-botol (B-2-B), seperti BePET, Jalak, URRC atau BÜHLER, bertujuan untuk secara umum memberikan bukti "kewujudan" residu pengekstrakan yang diperlukan dan penyingkiran bahan cemar model menurut FDA yang menggunakan ujian cabaran yang disebut, yang diperlukan untuk penggunaan poliester yang dirawat di sektor makanan. Di samping kelulusan proses ini, adalah perlu bagi setiap pengguna proses tersebut untuk sentiasa memeriksa had FDA untuk bahan mentah yang dihasilkan olehnya untuk prosesnya.

Penukaran serpihan botol secara langsung

Untuk menjimatkan kos, semakin banyak pengeluar perantara poliester seperti kilang berputar, kilang pengikat, atau kilang filem pelakon sedang mengusahakan penggunaan langsung serpihan PET, dari perawatan botol bekas, dengan tujuan pembuatan peningkatan bilangan perantaraan poliester. Untuk penyesuaian kelikatan yang diperlukan, selain pengeringan serpihan yang cekap, mungkin juga perlu untuk menyusun semula kelikatan melalui polikondensasi dalam fasa lebur atau polikondensasi keadaan pepejal serpihan. Proses penukaran serpihan PET terkini adalah menggunakan extruder screw twin, extruder multi-screw atau sistem multi-rotation dan degassing vakum kebetulan untuk menghilangkan kelembapan dan mengelakkan pengeringan serpihan. Proses-proses ini memungkinkan penukaran serpihan PET yang belum dikeringkan tanpa penurunan kelikatan yang besar yang disebabkan oleh hidrolisis.

Berkenaan dengan penggunaan serpihan botol PET, bahagian utama sekitar 70% ditukar menjadi serat dan filamen. Semasa menggunakan bahan sekunder secara langsung seperti serpihan botol dalam proses pemintalan, terdapat beberapa prinsip pemprosesan yang perlu diperoleh.

Proses pemintalan berkelajuan tinggi untuk pembuatan POY biasanya memerlukan kelikatan 0.62-0.64 dℓ / g. Bermula dari serpihan botol, kelikatan dapat ditetapkan melalui tahap pengeringan. Penggunaan TiO tambahan₂ diperlukan untuk benang kusam atau separa penuh. Untuk melindungi pemintal, penyaringan lebur yang cekap diperlukan, dalam apa jua keadaan. Buat masa ini, jumlah POY yang diperbuat daripada poliester kitar semula 100% agak rendah kerana proses ini memerlukan kemurnian lebur berputar yang tinggi. Selalunya, campuran pelet dara dan kitar semula digunakan.

Serat staple berputar dalam julat kelikatan intrinsik yang agak lebih rendah dan antara 0.58 hingga 0.62 dℓ / g. Dalam kes ini juga, kelikatan yang diperlukan dapat disesuaikan melalui pengeringan atau penyesuaian vakum dalam hal penyemperitan vakum. Untuk menyesuaikan kelikatan, bagaimanapun, penambahan pengubah panjang rantai seperti etilena glikol or dietilena glikol juga boleh digunakan.

Putaran bukan tenunan — di bidang titer halus untuk aplikasi tekstil serta bukan tenunan berputar berat sebagai bahan asas, misalnya untuk penutup bumbung atau di bangunan jalan raya — boleh dihasilkan dengan memutar serpihan botol. Kelikatan berputar sekali lagi berada dalam julat 0.58-0.65 dℓ / g.

Salah satu bidang yang semakin diminati di mana bahan kitar semula digunakan adalah pembuatan jalur pembungkusan berketahanan tinggi, dan monofilamen. Dalam kedua kes tersebut, bahan mentah awal adalah bahan kitar semula yang mempunyai kelikatan intrinsik yang lebih tinggi. Jalur pembungkusan berketahanan tinggi serta monofilamen kemudian dihasilkan dalam proses pemintalan lebur.

Kitar semula ke monomer

Polyethylene terephthalate dapat depolimerisasi untuk menghasilkan monomer penyusunnya. Selepas pemurnian, monomer dapat digunakan untuk menyediakan polietilena terefthalat baru. Ikatan ester dalam polyethylene terephthalate boleh dibelah dengan hidrolisis, atau dengan transesterifikasi. Reaksinya hanyalah kebalikan dari yang digunakan dalam pengeluaran.

Glikolisis separa

Sebilangan glikolisis (transesterifikasi dengan etilena glikol) mengubah polimer kaku menjadi oligomer rantai pendek yang boleh ditapis cair pada suhu rendah. Setelah dibebaskan dari kekotoran, oligomer dapat dimasukkan kembali ke dalam proses pengeluaran untuk polimerisasi.

Tugasnya adalah memberi makan 10–25% serpihan botol sambil menjaga kualiti pelet botol yang dihasilkan di talian. Objektif ini diselesaikan dengan merendahkan serpihan botol PET - yang sudah dilakukan semasa pemplastikan pertama mereka, yang dapat dilakukan dalam extruder tunggal atau multi-skru - ke kelikatan intrinsik sekitar 0.30 dℓ / g dengan menambahkan sejumlah kecil etilena glikol dan dengan meletakkan aliran cair dengan kelikatan rendah kepada penyaringan yang cekap secara langsung selepas pemplastik. Selanjutnya, suhu dibawa ke had serendah mungkin. Di samping itu, dengan cara pemprosesan ini, kemungkinan penguraian kimia hidroksoksida adalah mungkin dengan menambahkan penstabil P yang sesuai secara langsung semasa membuat plastik. Pemusnahan kumpulan hidroksida, dengan proses lain, telah dilakukan pada langkah terakhir rawatan serpihan misalnya dengan menambahkan H₃PO₃. Bahan kitar semula yang sebahagiannya glikolisis dan ditapis halus terus dimasukkan ke reaktor esterifikasi atau prepolikondensasi, jumlah dos bahan mentah diselaraskan dengan sewajarnya.

Jumlah glikolisis, metanolisis, dan hidrolisis

Rawatan sisa poliester melalui glikolisis total untuk menukar poliester menjadi bis (2-hidroksietil) terephthalate (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂). Sebatian ini disucikan dengan penyulingan vakum, dan merupakan salah satu perantaraan yang digunakan dalam pembuatan poliester. Reaksi yang terlibat adalah seperti berikut:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + n CEPAT₂CH₂OH → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂

Laluan kitar semula ini telah dilaksanakan pada skala industri di Jepun sebagai pengeluaran eksperimental.

Sama dengan glikolisis total, metanolisis menukar poliester menjadi dimetil terephthalate, yang dapat disaring dan disuling vakum:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n CH₃OH → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

Metanolisis jarang dilakukan di industri sekarang kerana pengeluaran poliester berdasarkan dimetil terephthalate telah menyusut dengan hebat, dan banyak pengeluar dimetil terephthalate telah hilang.

Seperti di atas, polyethylene terephthalate dapat dihidrolisis menjadi asid terephthalic dan etilena glikol di bawah suhu dan tekanan tinggi. Asid terephthalic mentah yang dihasilkan dapat disucikan dengan penghabluran semula untuk menghasilkan bahan yang sesuai untuk pempolimeran semula:

[(CO) C₆H₄(CO₂CH₂CH₂O)]_n + 2n H₂O → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n CEPAT₂CH₂OH

Kaedah ini nampaknya belum dikomersialkan.