переработка ПЭТ-бутылок
- Сортировка на предприятии по вторичной переработке материалов
- Тюки разноцветных ПЭТ-бутылок
- Предприятие по переработке, где использованные бутылки превращаются в чистые хлопья или гранулы, пригодные для переработки в новые изделия.
- Переработанные хлопья ПЭТ
- Бутылка для воды из переработанного ПЭТ (переработка бутылок в бутылки).
- Полиэстеровая сумка из переработанного ПЭТ.
- Поднос для еды из переработанного ПЭТ с символом rPET.
Хотя ПЭТ используется в нескольких сферах (в основном текстильные волокна для одежды и обивки, бутылки и другая жесткая упаковка, гибкая упаковка, а также электрические и электронные товары), по состоянию на 2022 год в значительных масштабах собираются только бутылки. Основными мотивами были либо снижение затрат (когда цены на нефть растут), либо переработка содержимого розничных товаров (движущаяся правилами или общественным мнением). Все большее количество перерабатывается обратно в бутылки, остальное идет на волокна, пленку, термоформованную упаковку и обвязку. [1] После сортировки, очистки и измельчения получают «бутылочные хлопья», которые затем обрабатывают:
- «базовая» или «физическая» переработка. Бутылочные хлопья плавятся непосредственно в новую форму с фундаментальными изменениями в ее физических свойствах. [2]
- «химическая» или «продвинутая» переработка. Бутылочные хлопья (или, возможно, менее чистое сырье) частично или полностью деполимеризуются, что позволяет провести очистку. Полученные олигомеры или мономеры реполимеризуются в полимер ПЭТ, который затем обрабатывается так же, как и первичный полимер.
В любом случае полученное сырье известно как «r-PET» или «RPET». [2]
ПЭТ-бутылки с истекшим сроком эксплуатации
[ редактировать ]широкий ассортимент напитков, продуктов питания и других товаров народного потребления В ПЭТ-бутылку разливается . В большинстве бутылок содержится вода или безалкогольные напитки , как негазированные, так и газированные. Другие товары, разлитые в ПЭТ-бутылки, включают пищевое масло, уксус, молоко и шампунь. ПЭТ-бутылки закрываются полиолефиновой винтовой крышкой с кольцом защиты от несанкционированного вскрытия и имеют этикетку, которую можно напечатать на бумаге или пластике и приклеить. Смола может быть бесцветной, иметь синий, зеленый или коричневый оттенок или иметь белую пигментацию. [3] [4]
Коллекция
[ редактировать ]
Пустая ПЭТ-упаковка после использования выбрасывается потребителем и становится ПЭТ- отходами . В сфере переработки это называется «ПЭТ после потребления». Все виды ПЭТ-упаковки, включая бутылки, обычно маркируются символом вторичной переработки 1.
По сути, существует три разные системы сбора:
- Залог: в некоторых странах законодательно установлен залог за упаковку, включая ПЭТ-бутылки. В ЕС депозитные схемы в среднем обеспечивают возврат средств на уровне 86%. [6]
- Сбор: сборщики мусора собирают ПЭТ-бутылки, смешанные с каким-либо другим потоком (утилизация 54% в ЕС).
- Принесите: потребители берут ПЭТ-бутылки и помещают их в контейнер (43% утилизации в ЕС).
Разные страны выбрали разные системы.
- Франция: общественность добровольно складывает ПЭТ-бутылки в контейнеры для пластиковых бутылок и металлическую упаковку. Поток, в котором собираются ПЭТ-бутылки, включает металлическую упаковку, пластиковые бутылки и нежелательные загрязнения.
- Германия: ПЭТ-бутылки подлежат залогу, [7] поэтому ПЭТ-бутылки собираются розничными торговцами. Собранный поток почти полностью состоит из ПЭТ-бутылок.
- Сингапур: пластиковые бутылки собираются вместе со стеклянными. Поток, в котором собираются ПЭТ-бутылки, включает ПЭТ-бутылки, другие пластиковые бутылки и стеклянные бутылки, а также загрязнения.
- Швейцария: Розничные торговцы вносят плату национальному оператору (PRS), который управляет бункерами для сбора, сортировкой и производством хлопьев rPET. Поток, в котором собираются ПЭТ-бутылки, предназначен для ПЭТ-бутылок, но содержит другую ПЭТ-упаковку и другие загрязнения. [2]
- Великобритания: Производители пластика платят сбор, а сбор мусора передается муниципалитетам. [8] Поток, в котором собираются ПЭТ-бутылки, варьируется в зависимости от муниципалитета, но всегда требует дальнейшей сортировки.
- США: переработка мусора на обочине, к которой имеет доступ большинство потребителей. Самосвал для перевозки отходов доставляет переработанный материал на предприятия по вторичной переработке материалов (MRF), где он далее разделяется. Затем ПЭТ прессуют в тюки и отправляют на реклаймер ПЭТ. Реклаймер ПЭТ перерабатывает тюк, измельчая ПЭТ в хлопья. Некоторые проводят дополнительную обработку, чтобы подготовить упаковку для пищевых продуктов.
ПЭТ-бутылки или хлопья можно экспортировать из одной страны в другую. [9]
 |
 |
Сортировка
[ редактировать ]Собранные бывшие в употреблении ПЭТ-бутылки доставляются на предприятия по вторичной переработке материалов (MRF). Здесь ПЭТ-бутылки сортируются и отделяются от других предметов и бутылок из других материалов.
В Швейцарии, например, бутылки выполняются следующим образом: [2]
- разделение металлов
- баллистическая сортировка (здесь удаляются предметы, которые падают медленнее или быстрее в воздухе, например, пыль, пленки, стеклянные бутылки и камни)
- разделение металла снова
- спектральная сортировка: датчики определяют тип и цвет полимера
- сортировка на ленточном конвейере (ручная)
- пакетирование: сплющенные бутылки прессуются в тюки для отправки в перерабатывающий центр.
 |
 |
Отсортированные бывшие в употреблении ПЭТ-бутылки расплющиваются, прессуются в тюки и продаются компаниям по переработке отходов. Бесцветный/голубой переработанный ПЭТ имеет более высокую продажную цену, чем темно-синяя и зеленая фракции. Фракция смешанного цвета является наименее ценной просто потому, что, в отличие от алюминия, для окраски ПЭТ существует мало стандартов. В отличие от прозрачных сортов, ПЭТ с уникальными цветовыми характеристиками полезен только тому конкретному производителю, который использует этот цвет. [10] Поэтому для предприятий по вторичной переработке материалов цветные ПЭТ-бутылки являются поводом для беспокойства, поскольку они могут повлиять на финансовую рентабельность переработки таких материалов. Компания Plastics Recyclers Europe (PRE, Брюссель, Бельгия) заявила, что увеличение количества различных цветов ПЭТ будет проблемой, поскольку в нынешних условиях переработки для них не существует рынка. [11]
Процессы переработки
[ редактировать ]Тюки, состоящие в основном из ПЭТ, преимущественно одного цвета, доставляются на заводы, где бутылки могут быть обработаны различными способами, чтобы превратить их в полезное сырье. [12]
Предпочтительным методом переработки этого потока является механическая переработка, процесс, при котором смолу переплавляют, фильтруют и экструдируют или формуют в новые изделия из ПЭТ, такие как бутылки, [2] фильмы [13] лента или волокна. [14]
Если ПЭТ-сырье недостаточно чистое для механической переработки, используется химическая переработка обратно в мономеры или олигомеры. Терефталевая кислота (ПТА) или диметилтерефталат (ДМТ) и этиленгликоль (ЭГ) или бис(2-гидроксиэтил)терефталат (БГЭТ) являются популярными продуктами реакции. Однако также осуществляется химическая переработка в другие продукты. [15] [16]
Физическая переработка
[ редактировать ]Для физической переработки, особенно для переработки в контакт с пищевыми продуктами, требуется тщательная сортировка и очистка.
В Швейцарии, например, этапы, которым следуют бутылки, следующие: [2] (аналогичные процессы используются и в других местах): [17]
- сепарация металлов (для защиты гранулятора)
- грануляция в «хлопья»
- стирка в горячей воде
- флотация (которая отделяет материалы с плотностью <1, особенно полиэтиленовые крышки и кольца защиты от несанкционированного доступа) и седиментация
- сушка
- сортировка воздушных потоков
- промывание каустической содой
Эти хлопья подходят для экструзии волокна. Для переработки «бутылка в бутылку» необходимы следующие дополнительные шаги для корректировки молекулярной массы и соблюдения правил контакта с пищевыми продуктами :
- мойка и сушка под вакуумом
- после стирки и сушки
- сортировка хлопьев
- фильтрация и регрануляция расплава
- твердофазная полимеризация
- формование в преформы
Фильтрация расплава обычно используется для удаления загрязнений из расплавов полимеров в процессе экструзии. [18] Внутри машины происходит механическое отделение загрязнений, называемое «устройством смены сит». Типичная система состоит из стального корпуса, в котором фильтрующая среда содержится в подвижных поршнях или скользящих пластинах, что позволяет переработчику удалять сетки из потока экструдера, не останавливая производство. Загрязнения обычно собираются на плетеных проволочных ситах, которые опираются на пластину из нержавеющей стали, называемую «переключающей пластиной», — прочный круглый кусок стали, просверленный с большими отверстиями, позволяющими течь расплаву полимера. Для переработки полиэстера обычно в экструзионную линию встраивают устройство смены сеток. Это может быть линия гранулирования, экструзии листов или экструзии обвязочной ленты.
Очистка и обеззараживание
[ редактировать ]Успех любой концепции переработки скрыт в эффективности очистки и обеззараживания в нужном месте во время переработки и в необходимой или желаемой степени.
В целом справедливо следующее: 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 , [19] 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 выделять дополнительно реакционноспособные продукты разложения. [ нужны разъяснения ] [ нужна ссылка ] Тогда количество дефектов в полимерной цепи значительно увеличивается. Распределение примесей по размерам очень широкое, крупные частицы размером 60–1000 мкм, видимые невооруженным глазом и легко фильтруемые, представляют собой меньшее зло, поскольку их общая поверхность относительно мала и, следовательно, скорость разложения ниже. Влияние микроскопических частиц, которые из-за их большого количества увеличивают частоту дефектов в полимере, относительно больше.
Помимо эффективной сортировки, в этом случае особую роль играет удаление видимых частиц примесей с помощью процессов фильтрации расплава.
В целом можно сказать, что процессы производства хлопьев ПЭТ-бутылок из собранных бутылок настолько же универсальны, насколько различные потоки отходов различаются по своему составу и качеству. С точки зрения технологии существует не один способ сделать это. Между тем, существует множество инжиниринговых компаний, предлагающих установки и комплектующие для производства хлопьев, и сделать выбор в пользу той или иной конструкции установки сложно. Тем не менее, существуют процессы, которые разделяют большинство этих принципов. В зависимости от состава и уровня примесей исходного материала применяются следующие общие этапы процесса. [17]
- Открытие тюка, открытие брикета
- Сортировка и отбор по цветам, посторонним полимерам, особенно ПВХ, посторонним веществам, удалению пленки, бумаги, стекла, песка, почвы, камней и металлов.
- Предварительная стирка без резки
- Грубая резка всухую или в сочетании с предварительной промывкой
- Удаление камней, стекла и металла
- Просеивание воздуха для удаления пленки, бумаги и этикеток.
- Шлифование сухое и/или мокрое
- Удаление полимеров низкой плотности (пробок бутылок) по разнице плотностей
- Горячая стирка
- Каустическая промывка и травление поверхности, сохранение характеристической вязкости и обеззараживание.
- Полоскание
- Промывка чистой водой
- Сушка
- Воздушное просеивание хлопьев
- Автоматическая сортировка хлопьев
- Водяной контур и технология водоподготовки
- Контроль качества хлопьев
Примеси и дефекты материала
[ редактировать ]Количество возможных примесей и дефектов материалов, накапливающихся в полимерном материале, постоянно увеличивается — как при переработке, так и при использовании полимеров — с учетом растущего срока службы, растущего конечного применения и повторной переработки. Что касается бутылок из вторичного ПЭТ, то упомянутые дефекты можно разделить на следующие группы:
- Реакционноспособные концевые ОН- или СООН-группы полиэфира превращаются в мертвые или нереакционноспособные концевые группы, например, образование концевых групп винилового эфира путем дегидратации или декарбоксилирования терефталатной кислоты, реакция ОН- или СООН-концевых групп с монофункциональной деградацией. такие продукты, как монокарбоновые кислоты или спирты. Результатом является снижение реакционной способности во время повторной поликонденсации или повторной SSP и расширение молекулярно-массового распределения.
- Пропорция концевых групп смещается в сторону концевых групп COOH, образовавшихся в результате термической и окислительной деградации. Результатом является снижение реакционной способности и увеличение кислотного автокаталитического разложения при термической обработке в присутствии влажности.
- Увеличивается количество полифункциональных макромолекул. Накопление гелей и дефектов длинноцепного разветвления.
- Количество, концентрация и разнообразие неполимероидентичных органических и неорганических посторонних веществ увеличивается. При каждом новом термическом стрессе органические посторонние вещества вступают в реакцию разложения. Это вызывает высвобождение дополнительных веществ, способствующих разложению, и красящих веществ.
- Гидроксидные и пероксидные группы образуются на поверхности изделий из полиэстера в присутствии воздуха (кислорода) и влажности. Этот процесс ускоряется ультрафиолетом. В процессе последующей обработки гидропероксиды являются источником кислородных радикалов, которые являются источником окислительной деградации. Разрушение гидроперекисей должно произойти до первой термической обработки или во время пластификации и может быть подкреплено подходящими добавками, такими как антиоксиданты.
Принимая во внимание вышеупомянутые химические дефекты и примеси, во время каждого цикла переработки происходит постоянная модификация следующих характеристик полимера, которые можно обнаружить с помощью химического и физического лабораторного анализа.
В частности:
- Увеличение концевых групп COOH
- Увеличение номера цвета b
- Увеличение матовости (прозрачные изделия)
- Увеличение содержания олигомеров
- Снижение фильтруемости
- Увеличение содержания побочных продуктов, таких как ацетальдегид, формальдегид.
- Увеличение экстрагируемых посторонних примесей
- Уменьшение цвета L
- Снижение характеристической вязкости или динамической вязкости.
- Снижение температуры кристаллизации и увеличение скорости кристаллизации.
- Снижение механических свойств, таких как прочность на разрыв, удлинение при разрыве или модуль упругости.
- Расширение молекулярно-массового распределения
В то же время переработка ПЭТ-бутылок является промышленным стандартным процессом, который предлагается множеством инжиниринговых компаний. [20]
Маршруты обработки
[ редактировать ]Процессы переработки полиэстера почти так же разнообразны, как и процессы производства на основе первичных гранул или расплава. В зависимости от чистоты переработанных материалов полиэстер сегодня может использоваться в большинстве процессов производства полиэстера в виде смеси с первичным полимером или, все чаще, в виде 100% переработанного полимера. Некоторые исключения, такие как БОПЭТ-пленка небольшой толщины, специальные применения, такие как оптическая пленка или пряжа, полученная методом FDY-прядения со скоростью > 6000 м/мин, микроволокна и микроволокна, производятся только из первичного полиэстера.
Простое повторное гранулирование бутылочных хлопьев
[ редактировать ]
Этот процесс состоит из преобразования отходов бутылок в хлопья путем сушки и кристаллизации хлопьев, пластификации и фильтрации, а также гранулирования. Продукт представляет собой аморфный регранулят с характеристической вязкостью в пределах 0,55–0,7 в зависимости от того, насколько полно была проведена предварительная сушка ПЭТ-хлопьев.
Отличительными особенностями являются: ацетальдегид и олигомеры содержатся в гранулах на низком уровне; вязкость каким-то образом снижается, гранулы аморфны и перед дальнейшей обработкой их необходимо кристаллизовать и сушить.
Обработка для:
- A-PET пленка для термоформования
- Расширение производства первичного ПЭТ
- БоПЭТ Упаковочная пленка
- для ПЭТ-бутылок Смола от SSP
- Ковровая пряжа
- Инженерный пластик
- Нити
- Нетканый
- Упаковочные полосы
- Штапельное волокно .
Выбор способа повторного гранулирования означает проведение дополнительного процесса конверсии, который, с одной стороны, энергоемок и затратоемок, а также вызывает термическую деструкцию. С другой стороны, этап гранулирования дает следующие преимущества:
- Интенсивная фильтрация расплава
- Промежуточный контроль качества
- Модификация добавками
- Выбор и разделение продукции по качеству
- Повышена гибкость обработки
- Качественная унификация.
Производство ПЭТ-пеллет или хлопьев для бутылок (бутылка в бутылку) и А-ПЭТ.
[ редактировать ]Этот процесс в принципе аналогичен описанному выше; однако полученные гранулы непосредственно (непрерывно или прерывисто) кристаллизуются, а затем подвергаются твердофазной поликонденсации (SSP) в барабанной сушилке или вертикальном трубчатом реакторе. На этом этапе обработки соответствующая характеристическая вязкость 0,80–0,085 дℓ/г снова восстанавливается, и в то же время содержание ацетальдегида снижается до <1 частей на миллион.
Тот факт, что некоторые производители оборудования и производители линий в Европе и США прилагают усилия, чтобы предложить независимые процессы переработки, например, так называемый процесс «от бутылки к бутылке» (B-2-B), такой как переработка следующего поколения (NGR). , BePET, Starlinger, URRC или BÜHLER, направлены на предоставление доказательств «существования» необходимых остатков экстракции и удаления модельных примесей в соответствии с FDA с использованием так называемого теста на пробу, который необходим для применения обработанный полиэстер в пищевой промышленности. Помимо этого утверждения процесса, тем не менее, необходимо, чтобы любой пользователь таких процессов постоянно проверял пределы FDA для сырья, производимого самим для своего процесса.
Прямая переработка бутылочных хлопьев
[ редактировать ]В целях экономии затрат все большее число производителей полиэфирных промежуточных продуктов, таких как прядильные фабрики, обвязочные фабрики или фабрики по производству пленки, работают над прямым использованием ПЭТ-хлопьев, начиная с обработки использованных бутылок, с целью увеличения производства количество полиэфирных промежуточных продуктов. Для регулирования необходимой вязкости, помимо эффективной сушки хлопьев, возможно, необходимо также восстановить вязкость посредством поликонденсации в фазе расплава или поликонденсации хлопьев в твердом состоянии. В новейших процессах переработки хлопьев ПЭТ применяются двухшнековые экструдеры, многошнековые экструдеры или многоротационные системы, а также одновременная вакуумная дегазация для удаления влаги и предотвращения предварительной сушки хлопьев. Эти процессы позволяют перерабатывать невысушенные хлопья ПЭТ без существенного снижения вязкости, вызванного гидролизом. [ нужна ссылка ]
Что касается потребления хлопьев из ПЭТ-бутылок, то основная часть, около 70%, перерабатывается в волокна и нити. При использовании непосредственно вторичных материалов, таких как бутылочные хлопья, в процессах прядения необходимо соблюдать несколько принципов обработки. [ нужна ссылка ]
Для процессов высокоскоростного прядения для производства частично ориентированной пряжи («POY») обычно требуется IV 0,62–0,64. Начиная с бутылочных хлопьев, вязкость можно регулировать по степени высыхания. Дополнительное использование TiO 2 необходимо для полностью матовой или полутусклой пряжи. Для защиты фильер в любом случае необходима эффективная фильтрация расплава. В настоящее время количество ПОИ, изготовленного из 100% вторичного полиэстера, довольно невелико, поскольку этот процесс требует высокой чистоты прядильного расплава. В большинстве случаев используется смесь первичных и переработанных пеллет. [ нужна ссылка ]
Штапельные волокна прядут в диапазоне характеристической вязкости, который несколько ниже и должен составлять от 0,58 до 0,62 дℓ/г. В этом случае требуемую вязкость также можно регулировать путем сушки или регулировки вакуума в случае вакуумной экструзии. Однако для регулирования вязкости добавление модификатора длины цепи, такого как этиленгликоль или диэтиленгликоль . также можно использовать [ нужна ссылка ]
Прядильные нетканые материалы - в области мелкого титра для текстильного применения, а также тяжелые прядильные нетканые материалы в качестве основных материалов, например, для кровельных покрытий или в дорожном строительстве - могут быть изготовлены путем прядения хлопьев бутылок. Вязкость прядения снова находится в диапазоне 0,58–0,65 дℓ/г. [ нужна ссылка ]
Одной из областей, вызывающих растущий интерес в использовании переработанных материалов, является производство высокопрочных упаковочных лент и моноволокон. В обоих случаях исходным сырьем является преимущественно переработанный материал с более высокой характеристической вязкостью. Затем в процессе прядения из расплава производятся высокопрочные упаковочные ленты, а также моноволокно. [ нужна ссылка ]
Сушка
[ редактировать ]Полимер ПЭТ очень чувствителен к гидролитическому разложению, что приводит к резкому снижению его молекулярной массы, что отрицательно влияет на его последующую перерабатываемость в расплаве. Поэтому перед экструзией расплава важно высушить хлопья или гранулы ПЭТ до очень низкого уровня влажности.
ПЭТ должен быть высушен до влажности <100 частей на миллион (ppm) и поддерживаться на этом уровне влажности, чтобы свести к минимуму гидролиз во время обработки расплава. [21]
Осушающая сушка. Эти типы сушилок направляют горячий и осушенный сухой воздух на смолу, всасывают воздух обратно, сушат его, а затем снова перекачивают в режиме замкнутого цикла. Этот процесс снижает уровень влаги в ПЭТ до 50 ppm или ниже. Эффективность удаления влаги зависит от точки росы воздуха. Если точка росы воздуха недостаточна, в щепе остается некоторое количество влаги, что приводит к потере вязкости во время обработки.
Инфракрасная сушка полиэфирных гранул и хлопьев. В последние годы был представлен новый тип сушилки, использующий инфракрасную сушку (IRD). Благодаря высокой скорости передачи энергии при ИК-нагреве в сочетании с конкретной используемой длиной волны, затраты на электроэнергию, связанные с этими системами, могут быть значительно снижены, а также их размер. Полиэстер можно высушить, а аморфные хлопья кристаллизовать и высушить всего за 15 минут до уровня влажности ок. 300 ppm за один этап и до <50 ppm при использовании буферного бункера для завершения сушки обычно менее чем за 1 час.
Химическая переработка
[ редактировать ]также известная как «третичная» или «продвинутая» переработка. Полиэтилентерефталат может быть частично или полностью деполимеризован с получением составляющих олигомеров или мономеров, МЭГ и ПТА или ДМТ. Основными процессами являются гликолиз, метанолиз или гидролиз. [22] [23] После очистки олигомеры или мономеры можно использовать для получения нового переработанного полиэтилентерефталата («р-ПЭТ»). Эфирные связи в полиэтилентерефталате могут быть расщеплены гидролизом или переэтерификацией. Реакции просто обратны тем, которые используются в производстве . [24]
Частичный гликолиз
[ редактировать ]Частичный гликолиз (переэтерификация этиленгликолем) превращает жесткий полимер в короткоцепочечные олигомеры, которые можно фильтровать из расплава при низкой температуре. После освобождения от примесей олигомеры можно вернуть в производственный процесс для полимеризации. [ нужна ссылка ]
Задача состоит в том, чтобы подавать 10–25% бутылочных хлопьев при сохранении качества бутылочных пеллет, которые производятся на линии. Эта цель решается путем разложения хлопьев ПЭТ-бутылок – уже во время их первой пластификации, которую можно проводить в одношнековом или многошнековом экструдере – до характеристической вязкости около 0,30 дℓ/г путем добавления небольших количеств этиленгликоля и подвергая поток маловязкого расплава эффективной фильтрации непосредственно после пластификации. Кроме того, температура доводится до минимально возможного предела. Кроме того, при таком способе обработки возможна возможность химического разложения гидропероксидов за счет добавления соответствующего Р-стабилизатора непосредственно при пластификации. Разрушение гидропероксидных групп, наряду с другими процессами, осуществляется уже на последнем этапе обработки хлопьев, например, путем добавления H 3 PO 3 . [25] Частично гликолизованный и тонко отфильтрованный переработанный материал непрерывно подается в реактор этерификации или преполиконденсации, при этом дозированные количества сырья корректируются соответствующим образом.
Общий гликолиз
[ редактировать ]Обработка отходов полиэфира путем полного гликолиза для полного превращения полиэфира в бис(2-гидроксиэтил)терефталат (C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 OH) 2 ). Это соединение очищается вакуумной перегонкой и является одним из промежуточных продуктов, используемых в производстве полиэфиров (см. Производство ). Реакция следующая: [23]
- [(CO)C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 O)] n + n HOCH 2 CH 2 OH → n C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 OH) 2
Этот маршрут переработки был реализован в промышленном масштабе в Японии в качестве экспериментального производства. [ нужна ссылка ]
Метанолиз
[ редактировать ]превращает полиэфир в диметилтерефталат (ДМТ), который можно фильтровать и перегонять в вакууме: [23]
- [(CO)C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 O)] n + 2n CH 3 OH → n C 6 H 4 (CO 2 CH 3 ) 2
Несмотря на то, что производство полиэфиров на основе диметилтерефталата (ДМТ) ограничено устаревшими заводами, [26] объявлены инвестиции в 2021 и 2022 годы в заводы метанолиза. [27] [28]
Гидролиз
[ редактировать ]Гидролиз можно проводить в нейтральной, щелочной или кислой среде. [23]
Нейтральный гидролиз
[ редактировать ]Полиэтилентерефталат может гидролизоваться до терефталевой кислоты и этиленгликоля при высокой температуре (200-300 °С) и давлении. Полученную сырую терефталевую кислоту можно очистить перекристаллизацией с получением материала, пригодного для повторной полимеризации:
- [(CO)C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 O)] n + 2 n H 2 O → n C 6 H 4 (CO 2 H) 2 + n HOCH 2 CH 2 OH
Отказ от стадии нейтрализации требует меньше ресурсов, чем щелочной или кислотный гидролиз, но нет возможности фильтровать раствор, поэтому вместе с терефталевой кислотой остаются механические примеси. [23] По состоянию на 2022 год этот метод, по-видимому, не был коммерциализирован.
Щелочной гидролиз
[ редактировать ]Щелочной гидролиз проводят в водном растворе гидроксида калия или гидроксида натрия . В результате реакции получают этиленгликоль и терефалатную соль в водном растворе. После разделения и фильтрации на втором этапе соль нейтрализуют сильной минеральной кислотой для осаждения терефталевой кислоты.
- [(CO)C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 O)] n + 2 n MOH → n C 6 H 4 (CO 2 M) 2 + n HOCH 2 CH 2 OH
- C 6 H 4 (CO 2 M) 2 + 2HCl → C 6 H 4 (CO 2 H) 2 + 2MCl
Этот метод особенно устойчив к загрязнениям. [23] Предпочтительно использование NaOH в качестве основания, а добавление этанола в среду ускоряет процесс. Многие катализаторы были оценены в научных исследованиях. [22]
Кислотный гидролиз
[ редактировать ]Обычно в этом процессе используется серная кислота . Серная кислота вызывает коррозию, поэтому в реакционных сосудах необходимо использовать дорогие коррозионностойкие сплавы. Кроме того, регенерация этиленгликоля, а также регенерация и повторное использование самой серной кислоты являются дорогостоящими. [23] Это вероятные причины, по которым кислотный гидролиз не будет использоваться в коммерческих целях в 2022 году.
Ферментативный гидролиз
[ редактировать ]Большинство пластиков на нефтяной основе устойчивы к микробному разложению, однако эфирные группы в ПЭТФ могут быть подвергнуты воздействию. о ряде ферментов , способных гидролизовать ПЭТ ( ПЭТазы Сообщалось ). Привлекательность ферментативного гидролиза заключается в том, что он может работать в гораздо более мягких условиях, что снижает затраты энергии. Ферменты также очень точны в своем действии, уменьшая образование побочных продуктов. В апреле 2020 года французский университет в сотрудничестве с Carbios объявил об открытии высокоэффективного оптимизированного фермента, который, как утверждается, превосходит все известные до сих пор ПЭТ-гидролазы. [29] Ферментативная рециркуляция может потребовать уменьшения размера и аморфизации перед реакцией деполимеризации. [30]
Химическая переработка с получением молекул, отличных от мономеров ПЭТ.
[ редактировать ]Химическая переработка, при которой происходит переэтерификация и добавляются другие гликоли/полиолы или глицерин для получения полиола, который можно использовать в других целях, например, в производстве полиуретана или производстве пенополиуретана. [31] [32]
Глобальная статистика
[ редактировать ]
В 2011 году во всем мире было собрано около 7,5 миллионов тонн ПЭТ. Это дало 5,9 миллиона тонн хлопьев. В 2009 году 3,4 миллиона тонн было использовано для производства волокна, 500 000 тонн - для производства бутылок, 500 000 тонн - для производства листов APET для термоформования, 200 000 тонн - для производства стреппинг-ленты и 100 000 тонн - для других целей. [33] Таким образом, только около 15% собранных ПЭТ-бутылок было фактически переработано в новые бутылки, а остальная часть использовалась для производства продуктов, которые, как правило, не подлежат вторичной переработке.
Petcore , европейская торговая ассоциация , которая способствует сбору и переработке ПЭТ, сообщила, что в ЕС 28+2, [6] из 3,4 млн тонн проданных бутылок в 2018 году было собрано 2,1 млн тонн ПЭТ-бутылок (т.е. около 2/3). Было произведено 1,35 млн тонн r-ПЭТ, конечным использованием которого было:
- 30% листов и пленок (половина для контакта с пищевыми продуктами). (2010: 22% [34] )
- Бутылки 28% (половина для контакта с пищевыми продуктами). (2010: 25%)
- 24% клетчатки (2010 г.: 38%)
- 10% связывание (2010 г.: 10%)
- 8% другое
NAPCOR сообщил, что для США и Канады в 2018 году: [35]
из 3 млн тонн проданных бутылок 900 тыс. тонн ПЭТ-бутылок (по сравнению с 600 тыс. тонн в 2008 году) [36] ) были собраны в 2018 году (то есть около 1/3). Было произведено 700 тыс. тонн r-PET, конечным использованием которых было:
- 15% листов и пленок
- 35% флаконы (1/5 для контакта с пищевыми продуктами).
- 40% клетчатки
- 8% обвязка
- 1% другое
В 2019 году 81% ПЭТ-бутылок, проданных в Швейцарии, были переработаны. [37] как в 2012 году. [38]
ПЭТ-бутылок В 2018 году 90% проданных в Финляндии было переработано. Высокий уровень переработки в основном является результатом использования депозитной системы. Закон требует налога в размере 0,51 евро/л для бутылок и банок, которые не являются частью системы возврата. Таким образом, согласно закону, продукты включаются с залогом в размере от 10 до 40 центов, который выплачивается переработчику банок или бутылок. [39]
Рост цен на энергоносители может увеличить объем переработки ПЭТ-бутылок. [36] В Европе Рамочная директива ЕС по отходам требует, чтобы к 2020 году 50% пластика из бытовых отходов было переработано или повторно использовано. [36]
Уровень переработки ПЭТ-бутылок в мире [40] [41]
| Япония | НАС | Европа | Индия [42] |
|---|---|---|---|
| 72% | 33% [35] | 66% [6] | 90% |
Использование
[ редактировать ]Повторное использование ПЭТ-бутылок
[ редактировать ]В 2019 году в Германии минеральной водой было перелито 2 миллиарда ПЭТ-бутылок. Планируется производить эти многоразовые бутылки из вторичного ПЭТ. [43]
ПЭТ-бутылки также перепрофилируются для различных целей, в том числе для использования в школьных проектах и для использования в солнечной дезинфекции воды в развивающихся странах , при которой пустые ПЭТ-бутылки наполняются водой и оставляются на солнце для дезинфекции ультрафиолетовым излучением . ПЭТ полезен для этой цели, поскольку многие другие материалы (включая оконное стекло), прозрачные для видимого света, непрозрачны для ультрафиолетового излучения. [44]
Новое применение – в качестве строительного материала в странах третьего мира. [45] По данным интернет-источников [ который? ] Бутылки в ходе трудоемкого процесса наполняются песком, затем складываются друг в друга и либо замазываются грязью, либо склеиваются вместе, образуя стену. Вместо этого некоторые бутылки можно наполнить воздухом или водой, чтобы обеспечить проникновение света в конструкцию.
Волокна
[ редактировать ]Большая часть переработанного ПЭТ используется в качестве волокна для одежды. Однако rPET также продается в виде коврового волокна. В 1999 году компания Mohawk Industries выпустила EverSTRAND — ПЭТ-волокно, полностью переработанное после потребления. С тех пор более 17 миллиардов бутылок было переработано в ковровое волокно. [46] Pharr Yarns, поставщик многочисленных производителей ковров, включая Looptex, Dobbs Mills и Berkshire Flooring, [47] производит ковровое волокно из ПЭТ BCF (объемная непрерывная нить), содержащее минимум 25% переработанного материала.
Рекуперация энергии
[ редактировать ]Если по какой-либо причине невозможно переработать ПЭТ-бутылки, ПЭТ хорошо работает в качестве топлива для отходов энергетических предприятий, поскольку он состоит из углерода, водорода и кислорода, с лишь незначительными количествами каталитических элементов (но без серы). ПЭТ имеет энергетическую ценность мягкого угля .
Анализ жизненного цикла
[ редактировать ]Исследования показали, что механическая переработка оказывает меньшее воздействие на окружающую среду , чем сжигание, поскольку позволяет избежать производства нового сырья. [48]
Одно исследование на территории США в 2018 г. [49] пришли к выводу, что переработанный ПЭТ по сравнению с первичным ПЭТ приводит к снижению воздействия на окружающую среду (охвачены все формы, но бутылки доминируют в потоке ПЭТ). Предполагая, что первичный ПЭТ будет использоваться независимо от наличия вторичной переработки:
- Энергия 70 → 15 МДж/кг
- Вода 9,9 → 10,3 л/кг (это увеличение связано с интенсивной промывкой, необходимой для механической переработки)
- Выбросы парниковых газов 2,8 → 0,9 кгCO 2 /кг
См. также
[ редактировать ]- Проблемы здоровья и окружающей среды с пластиковыми бутылками
- Низкая пластиковая бутылка с водой.
- Пластик
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Исследование: процесс переработки ПЭТ: бутылки становятся все более экологически чистыми» . Newsroom.Kunststoffverpackungen . 19 ноября 2020 г. Проверено 6 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж «R-PET: Schweizer Kreislauf – переработка ПЭТ» . www.petrecycling.ch (на французском языке) . Проверено 6 марта 2022 г.
- ^ Кларк Ховард, Брайан. «Символы переработки пластмасс – что означают коды переработки пластмасс» . Daily Green (Хорошая уборка) . Проверено 7 мая 2012 г.
- ^ Чакон, Ф.А. (январь 2020 г.), «Влияние переработанного содержимого и качества вторичного ПЭТ на свойства бутылок из ПЭТ, часть I: Оптические и механические свойства», Packaging Technology and Science , 33 (9): 347–357, doi : 10.1002/ оч.2490
- ^ «Смолы для пластиковой упаковки» (PDF) . Американский химический совет. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с «СОСТОЯНИЕ РЫНКА ЖИВОТНЫХ В ЕВРОПЕ» . ПЕТКОР . Проверено 22 марта 2022 г.
- ^ Банос Руис, Ирен; Квинк, Жаннет (17 ноября 2021 г.). «Как работает система хранения бутылок в Германии?» . DW.COM . Немецкая волна . Проверено 6 марта 2022 г.
- ^ «Переработка пластика» . Британская федерация пластмасс . Проверено 6 марта 2022 г.
- ^ К. Ханаки: Управление городской средой и технологии, ISBN 9784431783978 , с. 104
- ^ Саки, Том (22 апреля 2015 г.). «Множество проблем переработки пластика» . Устойчивые бренды .
- ^ «Цветной ПЭТ: красиво смотреть; головная боль для переработчиков» . www.ptonline.com . 28 мая 2015 г.
- ^ "Обработка" . www.petcore-europe.org . Петкор Европа . Проверено 17 марта 2022 г.
- ^ «Смолы для пластиковой упаковки» (PDF) . Американский химический совет. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 года.
- ^ «Продукция вторичной переработки» . www.petcore-europe.org . Петкор Европа . Проверено 17 марта 2022 г.
- ^ Ширазимогаддам, Шади; Амин, Ихсан; Фариа Альбанезе, Джимми А.; Сиджу, Н. Равендран (3 января 2023 г.). «Химическая переработка использованного ПЭТФ путем гликолиза с использованием катализаторов на основе ниобии» . АКС Инжиниринг Ау . 3 (1): 37–44. doi : 10.1021/acsengineeringau.2c00029 . ISSN 2694-2488 . ПМЦ 9936547 . ПМИД 36820227 . S2CID 255634660 .
- ^ Джеанно, Корали; Перес-Мадригал, Мария М.; Демарто, Джереми; Сардон, Хариц; Дав, Эндрю П. (21 декабря 2018 г.). «Органический катализ деполимеризации» . Полимерная химия . 10 (2): 172–186. дои : 10.1039/C8PY01284A . hdl : 2117/365711 . ISSN 1759-9962 . S2CID 106033120 .
- ^ Jump up to: а б Форум по переработке ПЭТ; «Современные технологические тенденции в переработке полиэстера»; 9-й Международный форум по переработке полиэстера, Вашингтон, 2006 г.; Сан-Паулу; ISBN 3-00-019765-6
- ^ фильтрации расплава. Варианты и альтернативы Архивировано 28 сентября 2011 г. в Wayback Machine.
- ^ Пачи, М; Ла Мантия, FP (январь 1999 г.). «Влияние небольших количеств поливинилхлорида на переработку полиэтилентерефталата». Деградация и стабильность полимеров . 63 (1): 11–14. дои : 10.1016/S0141-3910(98)00053-6 .
- ^ Тиле, Ульрих К. (2007) Производство, обработка, свойства и переработка полиэфирных бутылочных смол , PETplanet Publisher GmbH, Гейдельберг, Германия, стр. 259 и далее, ISBN 978-3-9807497-4-9
- ^ http://infohouse.p2ric.org/ref/14/13543.pdf Лучшие практики сушки ПЭТ
- ^ Jump up to: а б Барнард, Элейн; Рубио Ариас, Хосе Джонатан; Тилеманс, Вим (2021). «Хемолитическая деполимеризация ПЭТ: обзор» . Зеленая химия . 23 (11): 3765–3789. дои : 10.1039/D1GC00887K . S2CID 236225958 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Г.П. Караяннидис, Джордж П.; Д. С. Ахилиас, Димитрис С. (2007). «Химическая переработка полиэтилентерефталата». Макромол. Матер. англ . 292 (2): 128–146. дои : 10.1002/мамэ.200600341 .
- ^ Турнье, В.; Топхэм, CM; Жиль, А.; Дэвид, Б.; Фолгоас, К.; Мойя-Леклер, Э.; Камёнка, Е.; Деруссо, М.-Л.; Тексье, Х.; Гавальда, С.; Кот, М.; Гемар, Э.; Далибей, М.; Нымме, Дж.; Чочи, Г.; Барбе, С.; Шато, М.; Андре, И.; Дюкен, С.; Марти, А. (9 апреля 2020 г.). «Разработанная ПЭТ-деполимераза для разрушения и переработки пластиковых бутылок» . Природа . 580 (7802): 216–219. Бибкод : 2020Natur.580..216T . дои : 10.1038/s41586-020-2149-4 . ПМИД 32269349 . S2CID 215411815 .
- ^ Боос, Франк и Тиле, Ульрих «Переработка измельченных полиэфирных отходов без пожелтения», патент Германии DE19503055 , дата публикации: 8 августа 1996 г.
- ^ Факиров, Стойко (ред.) (2002) Справочник по термопластичным полиэфирам , Wiley-VCH, Weinheim, стр. 1223 и далее, ISBN 3-527-30113-5
- ^ Лэрд, Карен (18 января 2022 г.). «Loop, Суэц выбирает площадку во Франции для первого европейского объекта Infinite Loop» . Новости пластмасс . Проверено 11 марта 2022 г.
- ^ Тото, Динн (1 февраля 2021 г.). «Истман инвестирует в завод метанолиза в Кингспорте, штат Теннесси» . Переработка сегодня . Проверено 11 марта 2022 г.
- ^ Турнье, В.; и др. (8 апреля 2020 г.). «Разработанная ПЭТ-деполимераза для разрушения и переработки пластиковых бутылок» . Природа . 580 (7802): 216–9. Бибкод : 2020Natur.580..216T . дои : 10.1038/s41586-020-2149-4 . ПМИД 32269349 . S2CID 215411815 .
- ^ Сингх, Авантика; Роррер, Николас А.; Николсон, Скотт Р.; Эриксон, Эрика; ДеВо, Джейсон С.; Авелино, Андре FT; Ламерс, Патрик; Бхатт, Арпит; Чжан, Иминь; Эйвери, Грег; Тао, Линг; Пикфорд, Эндрю Р.; Карпентер, Альберта К.; МакГихан, Джон Э.; Бекхэм, Грегг Т. (15 сентября 2021 г.). «Техно-экономический, жизненный цикл и социально-экономический анализ воздействия ферментативной переработки поли(этилентерефталата)» . Джоуль . 5 (9): 2479–2503. Бибкод : 2021Джоуль...5.2479С . дои : 10.1016/j.joule.2021.06.015 . ISSN 2542-4785 . S2CID 237841226 .
- ^ Макушка, Рикардас (2008). «Гликолиз промышленных отходов поли(этилентерефталата) с получением бис(гидроксиэтилен)терефталата и ароматических полиэфирполиолов» (PDF) . Химия . 19 (2): 29–34.
- ^ «Арропол | Аррополь Кемикалс» . Проверено 02 января 2019 г.
- ^ «- PCI Вуд Маккензи» . PCI Вуд Маккензи . Архивировано из оригинала 25 мая 2002 года . Проверено 1 июля 2017 г.
- ^ «Переработка вторичного ПЭТ в Европе, 2010 г.» . PCI . Проверено 22 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б «Деятельность по вторичной переработке ПЭТ в 2018 году» (PDF) . Проверено 22 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с Николас Деге: Технология бутилированной воды, с. 431, Джон Уайли и сыновья, 2011 г., ISBN 9781444393323
- ^ «Шифры указатели и др.» . Swiss Recycling (на швейцарском французском языке) . Проверено 13 марта 2022 г.
- ^ http://www.bafu.admin.ch/documentation/medieninformation/00962/index.html?lang=fr&msg-id=50084 (страница посещена 4 ноября 2013 г.).
- ^ «Система возврата депозитов» . www.palpa.fi .
- ^ Япония лидирует в глобальной гонке по переработке пластика. Основной источник: 『Институт управления пластиковыми отходами, Токио http://www.pwmi.or.jp/ei/index.htm』
- ^ «Анализ и прогноз мирового рынка переработки пластиковых бутылок и отрасли (2020–2027 гг.)» . БЕСПЛАТНАЯ рассылка пресс-релизов в Великобритании . Проверено 21 декабря 2020 г.
- ^ http://www.hindustantimes.com/mumbai-news/india-recycles-90-of-its-pet-waste-outperforms-japan-europe-and-us-study/story-yqphS1w2GdlwMYPgPtyb2L.html Упаковка из NCL и ПЭТ Публикация данных Ассоциации за чистую окружающую среду (PACE), февраль 2017 г. Эта цифра поразительно высока и может поставить Индию в число лидеров по переработке ПЭТ. Считается, что причина кроется не в сильной культуре переработки или инфраструктуре на стороне потребителя, а в старьевщиках, которые собирают и продают выброшенные бутылки как обычный мусор переработчикам. Предполагается, что эта отрасль будет стоить 3200 крор фунтов стерлингов>
- ^ «Petainer поддерживает refPET на рынке Германии» . Петенер . 21 апреля 2021 г. Проверено 27 марта 2022 г.
- ^ Шпулер, Дороти; Мейерхофер, Регула. «СОДИС» . Устойчивая санитария и управление водными ресурсами . Сикон . Проверено 12 июля 2017 г. .
- ^ «Дом из пластиковых бутылок Dune Towers, построенный в Шри-Ланке» . Дюнные башни . 21 апреля 2021 г. Проверено 12 июня 2023 г.
- ^ когда-СТРЭНД [ постоянная мертвая ссылка ] Carpet-inspectors-experts.com 17 марта 2008 г. Архив
- ^ Simply Green Carpet — бренд напольных покрытий Berkshire . простоgreencarpet.com
- ^ Чилтон, Том; Бернли, Стивен; Несаратнам, Суреш (октябрь 2010 г.). «Оценка жизненного цикла замкнутой переработки и термического восстановления использованного ПЭТ». Ресурсы, сохранение и переработка . 54 (12): 1241–1249. Бибкод : 2010RCR....54.1241C . doi : 10.1016/j.resconrec.2010.04.002 .
- ^ «Влияние на жизненный цикл переработанных смол: ПЭТ, ПЭВП и ПП» (PDF) . Франклин Ассошиэйтс . Проверено 23 марта 2022 г.
