MASCOTA

by / Viernes, Marzo 25 2016 / Publicado en Materia prima

Tereftalato de polietileno (a veces escrito poli (tereftalato de etileno)), abreviado comúnmente MASCOTA, PETE, o el obsoleto PETP o PET-P, es el más común termoplástico polímero resina de la poliéster familia y se utiliza en fibras para ropa, contenedores para líquidos y alimentos, termoformado para fabricación y en combinación con fibra de vidrio para resinas de ingeniería.

También puede ser referido por la marca Dacron; en Gran Bretaña, Terylene; o, en Rusia y la ex Unión Soviética, Lavsan.

La mayor parte de la producción mundial de PET es para fibras sintéticas (más del 60%), y la producción de botellas representa aproximadamente el 30% de la demanda mundial. En el contexto de las aplicaciones textiles, se hace referencia al PET por su nombre común, poliéster, mientras que el acrónimo MASCOTA se usa generalmente en relación con el embalaje. El poliéster representa aproximadamente el 18% de la producción mundial de polímeros y es el cuarto más producido polímero; polietileno(EDUCACIÓN FÍSICA), polipropileno (PP) y cloruro de polivinilo (PVC) son primero, segundo y tercero, respectivamente.

PET consta de polimerizado unidades del monómero tereftalato de etileno, con repetición (C10H8O4) unidades. El PET se recicla comúnmente y tiene el número 1 como su símbolo de reciclaje

Dependiendo de su procesamiento e historial térmico, el tereftalato de polietileno puede existir tanto como amorfo (transparente) como como polímero semicristalino. El material semicristalino puede aparecer transparente (tamaño de partícula <500 nm) u opaco y blanco (tamaño de partícula de hasta unos pocos micrómetros) dependiendo de su estructura cristalina y tamaño de partícula. Su monómero tereftalato de bis (2-hidroxietilo) puede ser sintetizado por el esterificación reacción entre ácido tereftálico y etilenglicol con agua como subproducto, o por transesterificación reacción entre etilenglicol y tereftalato de dimetilo con metanol como subproducto La polimerización es a través de un policondensación reacción de los monómeros (realizada inmediatamente después de la esterificación / transesterificación) con agua como subproducto.

nombres
Nombre IUPAC

Poli (etilbenceno-1,4-dicarboxilato)
Identificadores
25038-59-9 Sí
Abreviaturas PET, PETE
Propiedades
(C10H8O4)n
Masa molar variable
Densidad 1.38 g / cm3 (20 ° C), amorfo: 1.370 g / cm3, cristal individual: 1.455 g / cm3
punto de fusión > 250 ° C, 260 ° C
Punto de ebullición > 350 ° C (se descompone)
prácticamente insoluble
Conductividad térmica 0.15 a 0.24 W m-1 K-1
1.57-1.58, 1.5750
Termoquímica
1.0 kJ / (kg · K)
Compuestos relacionados
Relacionado: Monómeros
Ácido tereftálico
Etilenglicol
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).

Usos

Debido a que el PET es un excelente material de barrera contra el agua y la humedad, las botellas de plástico hechas de PET son ampliamente utilizadas para refrescos (ver carbonatación). Para ciertas botellas especiales, como las designadas para la contención de cerveza, los sándwiches de PET una capa adicional de alcohol polivinílico (PVOH) para reducir aún más su permeabilidad al oxígeno.

PET orientado biaxialmente La película (conocida a menudo por uno de sus nombres comerciales, "Mylar") se puede aluminizar al evaporar una película delgada de metal sobre ella para reducir su permeabilidad y hacerla reflectante y opaca (MPET) Estas propiedades son útiles en muchas aplicaciones, incluyendo alimentos flexibles. embalaje y aislamiento térmico. Ver: "mantas espaciales". Debido a su alta resistencia mecánica, la película de PET a menudo se usa en aplicaciones de cinta, como el soporte para cinta magnética o el respaldo para cintas adhesivas sensibles a la presión.

La lámina de PET no orientada puede ser termoformado para hacer bandejas de embalaje y blísters. Si se usa PET cristalizable, las bandejas se pueden usar para cenas congeladas, ya que soportan temperaturas de congelación y cocción en horno. A diferencia del PET amorfo, que es transparente, el PET o CPET cristalizable tiende a ser de color negro.

Cuando se llena con partículas de vidrio o fibras, se vuelve significativamente más rígido y más duradero.

El PET también se usa como sustrato en células solares de película delgada.

El terileno también se empalma en la parte superior de la cuerda de campana para ayudar a evitar el desgaste de las cuerdas a medida que pasan a través del techo.

Historia

PET fue patentado en 1941 por John Rex Whinfield, James Tennant Dickson y su empleador, la Asociación de Impresoras Calicó de Manchester, Inglaterra. EI DuPont de Nemours en Delaware, EE. UU., Usó por primera vez la marca Mylar en junio de 1951 y recibió el registro en 1952. Sigue siendo el nombre más conocido utilizado para la película de poliéster. El propietario actual de la marca registrada es DuPont Teijin Films US, una sociedad con una compañía japonesa.

En la Unión Soviética, el PET se fabricó por primera vez en los laboratorios del Instituto de Compuestos de Alto Molecular de la Academia de Ciencias de la URSS en 1949, y su nombre "Lavsan" es un acrónimo del mismo (лаборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР).

La botella de PET fue patentada en 1973 por Nathaniel Wyeth.

Propiedades físicas

El PET en su estado natural es una resina incolora semicristalina. Según cómo se procesa, el PET puede ser semirrígido a rígido, y es muy liviano. Es una buena barrera contra los gases y la humedad, así como una buena barrera contra el alcohol (requiere un tratamiento adicional de "barrera") y solventes. Es fuerte y resistente a los golpes. El PET se vuelve blanco cuando se expone al cloroformo y también a otros químicos como el tolueno.

Alrededor del 60% de cristalización es el límite superior para productos comerciales, con la excepción de las fibras de poliéster. Se pueden producir productos transparentes enfriando rápidamente el polímero fundido por debajo de Tg temperatura de transición vítrea para formar un sólido amorfo. Al igual que el vidrio, el PET amorfo se forma cuando a sus moléculas no se les da suficiente tiempo para organizarse de manera ordenada y cristalina a medida que se enfría la masa fundida. A temperatura ambiente, las moléculas se congelan en su lugar, pero si se les devuelve suficiente energía térmica al calentarlas por encima de Tg, comienzan a moverse nuevamente, permitiendo que los cristales se nucleen y crezcan. Este procedimiento se conoce como cristalización en estado sólido.

Cuando se deja enfriar lentamente, el polímero fundido forma un material más cristalino. Este material tiene esferulitas que contiene muchos pequeños cristalitos cuando se cristaliza a partir de un sólido amorfo, en lugar de formar un solo cristal grande. La luz tiende a dispersarse a medida que cruza los límites entre los cristalitos y las regiones amorfas entre ellos. Esta dispersión significa que el PET cristalino es opaco y blanco en la mayoría de los casos. El dibujo de fibra se encuentra entre los pocos procesos industriales que producen un producto de cristal casi único.

Viscosidad intrínseca

Sailcloth está hecho típicamente de fibras de PET también conocidas como poliéster o bajo la marca Dacron; los spinnakers ligeros y coloridos generalmente están hechos de nylon

Una de las características más importantes del PET se conoce como viscosidad intrínseca (IV)

La viscosidad intrínseca del material, que se encuentra extrapolando a una concentración cero de viscosidad relativa a la concentración que se mide en decilitros por gramo (dℓ / g). La viscosidad intrínseca depende de la longitud de sus cadenas de polímero, pero no tiene unidades debido a que se extrapola a concentración cero. Cuanto más largas son las cadenas de polímero, más enredos entre cadenas y, por lo tanto, mayor es la viscosidad. La longitud promedio de la cadena de un lote particular de resina se puede controlar durante policondensación.

El rango de viscosidad intrínseca del PET:

Grado de fibra

0.40–0.70 Textil
0.72–0.98 Técnica, cordón de neumático

Grado de la película

0.60-0.70 BoPET (película PET orientada biaxialmente)
0.70–1.00 Grado de hoja para termoformado

Grado de botella

0.70–0.78 Botellas de agua (planas)
0.78–0.85 Grado de refresco carbonatado

Monofilamento, plástico de ingeniería.

1.00-2.00

El secado

Mascota es higroscópico, lo que significa que absorbe agua de su entorno. Sin embargo, cuando este PET "húmedo" se calienta, el agua hidroliza el PET, disminuyendo su resistencia. Por lo tanto, antes de que la resina pueda procesarse en una máquina de moldeo, debe secarse. El secado se logra mediante el uso de un desecante o secadores antes de alimentar el PET al equipo de procesamiento.

Dentro de la secadora, se bombea aire caliente y seco al fondo de la tolva que contiene la resina para que fluya a través de los gránulos, eliminando la humedad en su camino. El aire húmedo caliente sale de la parte superior de la tolva y primero pasa por un enfriador posterior, porque es más fácil eliminar la humedad del aire frío que el aire caliente. El aire húmedo frío resultante se hace pasar a través de un lecho desecante. Finalmente, el aire seco y frío que sale del lecho desecante se vuelve a calentar en un calentador de proceso y se envía de vuelta a través de los mismos procesos en un circuito cerrado. Por lo general, los niveles de humedad residual en la resina deben ser inferiores a 50 partes por millón (partes de agua por millón de partes de resina, en peso) antes del procesamiento. El tiempo de residencia de la secadora no debe ser inferior a aproximadamente cuatro horas. Esto se debe a que secar el material en menos de 4 horas requeriría una temperatura superior a 160 ° C, en cuyo nivel hidrólisis comenzaría dentro de los gránulos antes de que pudieran secarse.

El PET también se puede secar en secadores de resina de aire comprimido. Los secadores de aire comprimido no reutilizan el aire de secado. El aire comprimido seco y calentado circula a través de los gránulos de PET como en el secador desecante, luego se libera a la atmósfera.

Copolímeros

Además de puro (homopolímero) PET, PET modificado por copolimerización también está disponible.

En algunos casos, las propiedades modificadas del copolímero son más deseables para una aplicación particular. Por ejemplo, ciclohexano dimetanol (CHDM) se puede agregar a la cadena principal del polímero en lugar de etilenglicol. Dado que este bloque de construcción es mucho más grande (6 átomos de carbono adicionales) que la unidad de etilenglicol que reemplaza, no encaja con las cadenas vecinas como lo haría una unidad de etilenglicol. Esto interfiere con la cristalización y disminuye la temperatura de fusión del polímero. En general, dicho PET se conoce como PETG o PET-G (tereftalato de polietileno modificado con glicol; Eastman Chemical, SK Chemicals y Artenius Italia son algunos fabricantes de PETG). El PETG es un termoplástico amorfo transparente que puede moldearse por inyección o extruirse en láminas. Se puede colorear durante el procesamiento.

Otro modificador común es ácido isoftálico, reemplazando algunos de los 1,4- (para-) vinculado tereftalato unidades. El 1,2- (orto-) o 1,3- (meta-) el enlace produce un ángulo en la cadena, que también perturba la cristalinidad.

Tales copolímeros son ventajosos para ciertas aplicaciones de moldeo, tales como termoformado, que se utiliza, por ejemplo, para hacer envases de bandejas o ampollas a partir de una película de co-PET o una lámina de PET amorfo (A-PET) o una lámina de PETG. Por otro lado, la cristalización es importante en otras aplicaciones donde la estabilidad mecánica y dimensional son importantes, como los cinturones de seguridad. Para botellas de PET, el uso de pequeñas cantidades de ácido isoftálico, CHDM, dietilenglicol (DEG) u otros comonómeros pueden ser útiles: si solo se usan pequeñas cantidades de comonómeros, la cristalización se ralentiza pero no se evita por completo. Como resultado, las botellas se pueden obtener a través de estiramiento soplado ("SBM"), que son lo suficientemente transparentes y cristalinos como para ser una barrera adecuada para los aromas e incluso gases, como el dióxido de carbono en las bebidas carbonatadas.

Producción

Reemplazar el ácido tereftálico (derecha) con ácido isoftálico (centro) crea un nudo en la cadena de PET, interfiriendo con la cristalización y bajando el punto de fusión del polímero.
Reacción de poliesterificación en la producción de PET.

El tereftalato de polietileno se produce a partir de etilenglicol y tereftalato de dimetilo (C6H4(CO2CH3)2) o ácido tereftálico.

El primero es un transesterificación reacción, mientras que este último es un esterificación reacción.

Proceso de tereftalato de dimetilo

In tereftalato de dimetilo proceso, este compuesto y el exceso de etilenglicol se hacen reaccionar en la masa fundida a 150–200 ° C con un catalizador básico. Metanol (CH3OH) se elimina por destilación para impulsar la reacción hacia adelante. El exceso de etilenglicol se destila a una temperatura más alta con la ayuda de vacío. El segundo paso de transesterificación continúa a 270–280 ° C, con destilación continua de etilenglicol también.

Las reacciones se idealizan de la siguiente manera:

El primer paso
C6H4(CO2CH3)2 + 2 HOCH2CH2OH → C6H4(CO2CH2CH2OH)2 + 2 CH3OH
Segundo paso
n C6H4(CO2CH2CH2OH)2 → [(CO) C6H4(CO2CH2CH2O)]n + n ALTA2CH2OH

Proceso de ácido tereftálico

En la sección que pone ácido tereftálico proceso, la esterificación de etilenglicol y ácido tereftálico se realiza directamente a presión moderada (2.7–5.5 bar) y alta temperatura (220–260 ° C). El agua se elimina en la reacción, y también se elimina continuamente por destilación:

n C6H4(CO2H)2 + n ALTA2CH2OH → [(CO) C6H4(CO2CH2CH2O)]n + 2n H2O

degradación

El PET está sujeto a varios tipos de degradaciones durante el procesamiento. Las principales degradaciones que pueden ocurrir son la oxidación térmica hidrolítica, y probablemente la más importante. Cuando el PET se degrada, suceden varias cosas: decoloración, cadena escisión resultando en peso molecular reducido, formación de acetaldehído y enlaces cruzados (Formación de "gel" u "ojo de pez"). La decoloración se debe a la formación de varios sistemas cromóforos después de un tratamiento térmico prolongado a temperaturas elevadas. Esto se convierte en un problema cuando los requisitos ópticos del polímero son muy altos, como en las aplicaciones de embalaje. La degradación térmica y termooxidativa da como resultado pobres características de procesabilidad y rendimiento del material.

Una forma de aliviar esto es usar un copolímero. Comonómeros como CHDM o ácido isoftálico baje la temperatura de fusión y reduzca el grado de cristalinidad del PET (especialmente importante cuando el material se usa para la fabricación de botellas). Por lo tanto, la resina puede formarse plásticamente a temperaturas más bajas y / o con una fuerza más baja. Esto ayuda a prevenir la degradación, reduciendo el contenido de acetaldehído del producto terminado a un nivel aceptable (es decir, imperceptible). Ver copolímeros, encima. Otra forma de mejorar la estabilidad del polímero es usar estabilizadores, principalmente antioxidantes como fosfitos. Recientemente, también se ha considerado la estabilización a nivel molecular del material utilizando productos químicos nanoestructurados.

El acetaldehído

El acetaldehído Es una sustancia incolora, volátil, con olor afrutado. Aunque se forma naturalmente en algunas frutas, puede causar un mal sabor en el agua embotellada. El acetaldehído se forma por la degradación del PET a través del mal manejo del material. Las altas temperaturas (el PET se descompone por encima de 300 ° C o 570 ° F), las altas presiones, las velocidades de la extrusora (el flujo de corte excesivo eleva la temperatura) y los largos tiempos de residencia del barril contribuyen a la producción de acetaldehído. Cuando se produce acetaldehído, parte queda disuelto en las paredes de un recipiente y luego difunde en el producto almacenado en el interior, alterando el sabor y el aroma. Esto no es un problema para los no consumibles (como el champú), para los jugos de frutas (que ya contienen acetaldehído) o para las bebidas de sabor fuerte como los refrescos. Sin embargo, para el agua embotellada, el bajo contenido de acetaldehído es bastante importante porque, si nada enmascara el aroma, incluso concentraciones extremadamente bajas (10-20 partes por billón en el agua) de acetaldehído pueden producir un sabor desagradable.

Antimonio

Antimonio (Sb) es un elemento metaloide que se usa como catalizador en forma de compuestos como trióxido de antimonio (Sb2O3) o triacetato de antimonio en la producción de PET. Después de la fabricación, se puede encontrar una cantidad detectable de antimonio en la superficie del producto. Este residuo se puede eliminar con lavado. El antimonio también permanece en el material mismo y, por lo tanto, puede migrar a alimentos y bebidas. Exponer el PET a ebullición o microondas puede aumentar significativamente los niveles de antimonio, posiblemente por encima de los niveles máximos de contaminación de USEPA. El límite de agua potable evaluado por la OMS es de 20 partes por mil millones (OMS, 2003), y el límite de agua potable en los Estados Unidos es de 6 partes por mil millones. Aunque el trióxido de antimonio es de baja toxicidad cuando se toma por vía oral, su presencia sigue siendo motivo de preocupación. El suizo Oficina Federal de Salud Pública investigó la cantidad de migración de antimonio, comparando las aguas embotelladas en PET y vidrio: las concentraciones de antimonio del agua en botellas de PET fueron más altas, pero aún muy por debajo de la concentración máxima permitida. La Oficina Federal de Salud Pública de Suiza concluyó que pequeñas cantidades de antimonio migran del PET al agua embotellada, pero que el riesgo para la salud de las bajas concentraciones resultantes es insignificante (1% de la "ingesta diaria tolerable"Determinado por el SOBRE) Un estudio posterior (2006) pero más publicitado encontró cantidades similares de antimonio en agua en botellas de PET. La OMS ha publicado una evaluación de riesgos para el antimonio en el agua potable.

Sin embargo, se encontró que los concentrados de jugo de frutas (para los cuales no se establecen pautas), que fueron producidos y embotellados en PET en el Reino Unido, contienen hasta 44.7 µg / L de antimonio, muy por encima de los límites de la UE para agua del grifo de 5 µg / L.

Biodegradacion

Nocardia puede degradar la PET con una enzima esterasa.

Científicos japoneses han aislado una bacteria Ideonella sakaiensis que posee dos enzimas que pueden descomponer el PET en pedazos más pequeños que la bacteria puede digerir. Una colonia de I. sakaiensis puede desintegrar una película de plástico en aproximadamente seis semanas.

Seguridad

Comentario publicado en Perspectivas de Salud Ambiental en abril de 2010 sugirió que el PET podría producir disruptores endocrinos bajo condiciones de uso común e investigación recomendada sobre este tema. Los mecanismos propuestos incluyen la lixiviación de ftalatos así como la lixiviación de antimonio. Artículo publicado en Revista de Monitoreo Ambiental en abril de 2012 concluye que la concentración de antimonio en agua desionizada almacenado en botellas de PET se mantiene dentro del límite aceptable de la UE, incluso si se almacena brevemente a temperaturas de hasta 60 ° C (140 ° F), mientras que el contenido embotellado (agua o refrescos) en ocasiones puede exceder el límite de la UE después de menos de un año de almacenamiento en la habitación temperatura.

Equipo de procesamiento de botellas

Una botella de bebida PET terminada en comparación con la preforma de la que está hecha

Existen dos métodos básicos de moldeo para botellas de PET, uno y dos pasos. En el moldeo de dos pasos, se utilizan dos máquinas separadas. La primera máquina de inyección moldea la preforma, que se asemeja a un tubo de ensayo, con los hilos de la tapa de la botella ya moldeados en su lugar. El cuerpo del tubo es significativamente más grueso, ya que se inflará en su forma final en el segundo paso utilizando estiramiento soplado.

En el segundo paso, las preformas se calientan rápidamente y luego se inflan contra un molde de dos partes para formar la forma final de la botella. Las preformas (botellas sin inflar) ahora también se usan como contenedores robustos y únicos; Además de los dulces novedosos, algunos capítulos de la Cruz Roja los distribuyen como parte del programa Vial of Life a los propietarios de viviendas para almacenar el historial médico de los servicios de emergencia. Otro uso cada vez más común para las preformas son los contenedores en la actividad al aire libre Geocaching.

En las máquinas de un solo paso, todo el proceso, desde la materia prima hasta el recipiente terminado, se lleva a cabo dentro de una máquina, lo que lo hace especialmente adecuado para moldear formas no estándar (moldeo personalizado), incluidos frascos, óvalos planos, formas de matraces, etc. Su mayor mérito es la reducción de espacio, manejo de productos y energía, y una calidad visual mucho más alta que la que puede lograr el sistema de dos pasos.

Industria de reciclaje de poliéster

En el año 2016, se estimó que se producen 56 millones de toneladas de PET cada año.

Si bien la mayoría de los termoplásticos pueden, en principio, ser reciclados, Reciclaje de botellas de PET es más práctico que muchas otras aplicaciones de plástico debido al alto valor de la resina y al uso casi exclusivo de PET para el embotellado de refrescos con gas y agua ampliamente utilizado. PET tiene un código de identificación de resina de 1. Los usos principales del PET reciclado son el poliéster. fibra, flejes y contenedores no alimentarios.

Debido a la reciclabilidad del PET y la abundancia relativa de residuos postconsumo En forma de botellas, el PET está ganando rápidamente participación en el mercado como fibra de alfombra. Industrias Mohawk lanzó everSTRAND en 1999, un 100% de fibra de PET con contenido reciclado post-consumo. Desde entonces, más de 17 mil millones de botellas han sido recicladas en fibra de alfombra. Pharr Yarns, proveedor de numerosos fabricantes de alfombras, incluidos Looptex, Dobbs Mills y Berkshire Flooring, produce una fibra de alfombra PET BCF (filamento continuo a granel) que contiene un mínimo de 25% de contenido reciclado post-consumo.

El PET, como muchos plásticos, también es un excelente candidato para la eliminación térmica (incineración), ya que está compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno, con solo pequeñas cantidades de elementos catalizadores (pero sin azufre). El PET tiene el contenido energético del carbón blando.

Al reciclar tereftalato de polietileno o PET o poliéster, en general, deben diferenciarse dos formas:

  1. El reciclaje químico vuelve a las materias primas iniciales purificadas ácido tereftálico (PTA) o tereftalato de dimetilo (DMT) y etilenglicol (EG) donde la estructura del polímero se destruye por completo, o en procesos intermedios como tereftalato de bis (2-hidroxietilo)
  2. El reciclaje mecánico donde las propiedades originales del polímero se mantienen o reconstituyen.

El reciclaje químico de PET será rentable solo aplicando líneas de reciclaje de alta capacidad de más de 50,000 toneladas / año. Tales líneas solo se podían ver, si es que se veían, dentro de los sitios de producción de productores de poliéster muy grandes. En el pasado se han realizado varios intentos de magnitud industrial para establecer tales plantas de reciclaje químico, pero sin éxito rotundo. Incluso el prometedor reciclaje químico en Japón no se ha convertido en un avance industrial hasta ahora. Las dos razones para esto son: al principio, la dificultad de abastecimiento constante y continuo de botellas de desechos en una cantidad tan grande en un solo sitio, y, en segundo lugar, el aumento constante de los precios y la volatilidad de los precios de las botellas recolectadas. Los precios de las botellas embaladas aumentaron, por ejemplo, entre los años 2000 y 2008 de aproximadamente 50 euros / tonelada a más de 500 euros / tonelada en 2008.

El reciclaje mecánico o la circulación directa de PET en el estado polimérico se opera en las variantes más diversas en la actualidad. Este tipo de procesos son típicos de la pequeña y mediana industria. La rentabilidad ya se puede lograr con capacidades de planta dentro de un rango de 5000–20,000 toneladas / año. En este caso, hoy en día es posible casi todo tipo de retroalimentación de material reciclado en la circulación del material. Estos diversos procesos de reciclaje se están discutiendo a continuación en detalle.

Además de contaminantes químicos y degradación En los productos generados durante el primer procesamiento y uso, las impurezas mecánicas representan la parte principal de las impurezas de depreciación de la calidad en la corriente de reciclaje. Los materiales reciclados se introducen cada vez más en los procesos de fabricación, que se diseñaron originalmente solo para nuevos materiales. Por lo tanto, los procesos eficientes de clasificación, separación y limpieza se vuelven más importantes para el poliéster reciclado de alta calidad.

Cuando hablamos de la industria de reciclaje de poliéster, nos estamos concentrando principalmente en el reciclaje de botellas de PET, que mientras tanto se utilizan para todo tipo de envases líquidos como agua, refrescos carbonatados, jugos, cerveza, salsas, detergentes, productos químicos domésticos, etc. Las botellas son fáciles de distinguir debido a su forma y consistencia, y se separan de las corrientes de plástico de desecho, ya sea mediante procesos automáticos o de clasificación manual. La industria establecida de reciclaje de poliéster consta de tres secciones principales:

  • Recogida de botellas de PET y separación de residuos: logística de residuos
  • Producción de copos de botellas limpias: producción de copos
  • Conversión de escamas de PET en productos finales: procesamiento de escamas

El producto intermedio de la primera sección es un desecho de botellas embaladas con un contenido de PET superior al 90%. La forma comercial más común es el fardo, pero también las botellas precortadas o de ladrillo, son comunes en el mercado. En la segunda sección, las botellas recolectadas se convierten en escamas de botellas de PET limpias. Este paso puede ser más o menos complejo y complicado dependiendo de la calidad de escamas final requerida. Durante el tercer paso, las escamas de botellas de PET se procesan para cualquier tipo de productos como películas, botellas, fibras, filamentos, flejes o productos intermedios como pellets para su posterior procesamiento y plásticos de ingeniería.

Además de este reciclaje externo (post-consumo) de botellas de poliéster, existen varios procesos de reciclaje internos (pre-consumo), donde el material polimérico desperdiciado no sale del sitio de producción al mercado libre, y en su lugar se reutiliza en el mismo circuito de producción. De esta manera, el desperdicio de fibra se reutiliza directamente para producir fibra, el desperdicio de preforma se reutiliza directamente para producir preformas y el desperdicio de película se reutiliza directamente para producir película.

Reciclaje de botellas de PET

Purificación y descontaminación.

El éxito de cualquier concepto de reciclaje está oculto en la eficiencia de la purificación y descontaminación en el lugar correcto durante el procesamiento y en la medida necesaria o deseada.

En general, se aplica lo siguiente: cuanto antes en el proceso se eliminen las sustancias extrañas, y cuanto más se haga esto, más eficiente será el proceso.

La altura Plastificante La temperatura del PET en el rango de 280 ° C (536 ° F) es la razón por la cual casi todas las impurezas orgánicas comunes como CLORURO DE POLIVINILO, PLA, poliolefina, pulpa de madera química y fibras de papel, acetato de polivinilo, adhesivo de fusión, agentes colorantes, azúcar y proteína los residuos se transforman en productos de degradación coloreados que, a su vez, pueden liberar además productos de degradación reactiva. Entonces, el número de defectos en la cadena de polímero aumenta considerablemente. La distribución del tamaño de partícula de las impurezas es muy amplia, las partículas grandes de 60–1000 µm, que son visibles a simple vista y fáciles de filtrar, representan el mal menor, ya que su superficie total es relativamente pequeña y, por lo tanto, la velocidad de degradación es menor. La influencia de las partículas microscópicas, que —porque son muchas— aumenta la frecuencia de defectos en el polímero, es relativamente mayor.

El lema "Lo que el ojo no ve, el corazón no puede lamentarse" se considera muy importante en muchos procesos de reciclaje. Por lo tanto, además de una clasificación eficiente, la eliminación de partículas de impurezas visibles mediante procesos de filtración en estado fundido desempeña un papel particular en este caso.

En general, se puede decir que los procesos para hacer escamas de botellas de PET a partir de botellas recolectadas son tan versátiles como las diferentes corrientes de desechos son diferentes en su composición y calidad. En vista de la tecnología, no hay una sola forma de hacerlo. Mientras tanto, hay muchas compañías de ingeniería que ofrecen plantas y componentes para la producción de escamas, y es difícil decidir el diseño de una u otra planta. Sin embargo, hay procesos que comparten la mayoría de estos principios. Dependiendo de la composición y el nivel de impurezas del material de entrada, se aplican los siguientes pasos generales del proceso.

  1. Abertura de pacas, apertura de briquetas
  2. Clasificación y selección para diferentes colores, polímeros extraños, especialmente PVC, materias extrañas, eliminación de película, papel, vidrio, arena, tierra, piedras y metales.
  3. Prelavado sin cortar
  4. Corte grueso seco o combinado para prelavado
  5. Remoción de piedras, vidrio y metal.
  6. Tamizado de aire para eliminar películas, papel y etiquetas
  7. Molienda, seca y / o húmeda
  8. Eliminación de polímeros (copas) de baja densidad por diferencias de densidad.
  9. Lavado en caliente
  10. Lavado cáustico y grabado superficial, manteniendo la viscosidad intrínseca y la descontaminación.
  11. Enjuague
  12. Enjuague con agua limpia
  13. El secado
  14. Tamizado por aire de escamas
  15. Clasificación automática de escamas
  16. Circuito de agua y tecnología de tratamiento de agua.
  17. Control de calidad de escamas

Impurezas y defectos materiales.

El número de posibles impurezas y defectos de material que se acumulan en el material polimérico aumenta permanentemente, tanto en el procesamiento como en el uso de polímeros, teniendo en cuenta una vida útil de servicio creciente, aplicaciones finales crecientes y reciclaje repetido. En lo que respecta a las botellas de PET recicladas, los defectos mencionados se pueden clasificar en los siguientes grupos:

  1. Los grupos terminales reactivos de poliéster OH- o COOH- se transforman en grupos terminales muertos o no reactivos, por ejemplo, formación de grupos terminales de éster vinílico a través de la deshidratación o descarboxilación del ácido tereftalato, reacción de los grupos terminales OH- o COOH- con degradación monofuncional productos como ácidos monocarbonicos o alcoholes. Los resultados son una disminución de la reactividad durante la policondensación o re-SSP y la ampliación de la distribución del peso molecular.
  2. La proporción del grupo final se desplaza hacia la dirección de los grupos finales de COOH formados a través de una degradación térmica y oxidativa. Los resultados son una disminución de la reactividad y un aumento de la descomposición autocatalítica del ácido durante el tratamiento térmico en presencia de humedad.
  3. El número de macromoléculas polifuncionales aumenta. Acumulación de geles y defectos de ramificación de cadena larga.
  4. El número, la concentración y la variedad de sustancias extrañas orgánicas e inorgánicas no poliméricas idénticas están aumentando. Con cada nuevo estrés térmico, las sustancias extrañas orgánicas reaccionarán por descomposición. Esto está causando la liberación de más sustancias que apoyan la degradación y sustancias colorantes.
  5. Los grupos de hidróxido y peróxido se acumulan en la superficie de los productos hechos de poliéster en presencia de aire (oxígeno) y humedad. Este proceso es acelerado por la luz ultravioleta. Durante un proceso de tratamiento ulterior, los hidroperóxidos son una fuente de radicales de oxígeno, que son fuente de degradación oxidativa. La destrucción de hidroperóxidos debe ocurrir antes del primer tratamiento térmico o durante la plastificación y puede ser apoyada por aditivos adecuados como antioxidantes.

Teniendo en cuenta los defectos químicos e impurezas mencionados anteriormente, hay una modificación continua de las siguientes características del polímero durante cada ciclo de reciclaje, que son detectables por análisis de laboratorio químico y físico.

En particular:

  • Aumento de los grupos finales de COOH
  • Aumento de color número b
  • Aumento de neblina (productos transparentes)
  • Aumento del contenido de oligómero.
  • Reducción de filtrabilidad
  • Aumento del contenido de subproductos como acetaldehído, formaldehído
  • Aumento de contaminantes extraíbles extraños.
  • Disminución del color L
  • Disminución de viscosidad intrínseca o viscosidad dinámica
  • Disminución de la temperatura de cristalización y aumento de la velocidad de cristalización.
  • Disminución de las propiedades mecánicas como resistencia a la tracción, alargamiento a la rotura o modulos elasticos
  • Ampliación de la distribución del peso molecular.

Mientras tanto, el reciclaje de botellas de PET es un proceso estándar industrial que ofrecen una amplia variedad de empresas de ingeniería.

Ejemplos de procesamiento para poliéster reciclado

Los procesos de reciclaje con poliéster son casi tan variados como los procesos de fabricación basados ​​en gránulos primarios o fundidos. Dependiendo de la pureza de los materiales reciclados, el poliéster se puede usar hoy en la mayoría de los procesos de fabricación de poliéster como mezcla con polímero virgen o cada vez más como polímero 100% reciclado. Algunas excepciones, como la película BOPET de bajo espesor, las aplicaciones especiales como la película óptica o los hilos mediante hilado FDY a> 6000 m / min, los microfilamentos y las microfibras se producen únicamente a partir de poliéster virgen.

Repeletizado simple de escamas de botella

Este proceso consiste en transformar los desechos de las botellas en copos, secando y cristalizando los copos, plastificando y filtrando, así como por granulación. El producto es un regranulado amorfo de una viscosidad intrínseca en el rango de 0.55–0.7 dℓ / g, dependiendo de cuán completo se haya realizado el secado previo de escamas de PET.

Las características especiales son: acetaldehído y oligómeros están contenidos en los gránulos en el nivel inferior; la viscosidad se reduce de alguna manera, los gránulos son amorfos y tienen que cristalizarse y secarse antes del procesamiento posterior.

Procesando a:

Elegir la forma de re-peletización significa tener un proceso de conversión adicional que es, por un lado, intensivo en energía y costoso, y causa destrucción térmica. Por otro lado, el paso de granulación proporciona las siguientes ventajas:

  • Filtración intensiva por fusión
  • Control de calidad intermedio
  • Modificación por aditivos
  • Selección de productos y separación por calidad.
  • Mayor flexibilidad de procesamiento
  • Uniformización de calidad.

Fabricación de pellets o escamas de PET para botellas (botella a botella) y A-PET

Este proceso es, en principio, similar al descrito anteriormente; sin embargo, los gránulos producidos se cristalizan directamente (de forma continua o discontinua) y luego se someten a una policondensación de estado sólido (SSP) en un secador de tambor o un reactor de tubo vertical. Durante esta etapa de procesamiento, la viscosidad intrínseca correspondiente de 0.80–0.085 dℓ / g se reconstruye nuevamente y, al mismo tiempo, el contenido de acetaldehído se reduce a <1 ppm.

El hecho de que algunos fabricantes de máquinas y constructores de línea en Europa y EE. UU. Se esfuerzan por ofrecer procesos de reciclaje independientes, por ejemplo, el llamado proceso botella a botella (B-2-B), como BePET, Starlinger, URRC o BÜHLER, tiene como objetivo generalmente proporcionar pruebas de la "existencia" de los residuos de extracción requeridos y de la eliminación de contaminantes modelo según la FDA que aplica la llamada prueba de desafío, que es necesaria para la aplicación del poliéster tratado en el sector alimentario Además de la aprobación de este proceso, es necesario que cualquier usuario de dichos procesos tenga que verificar constantemente los límites de la FDA para las materias primas fabricadas por él mismo para su proceso.

Conversión directa de copos de botella.

Para ahorrar costos, un número cada vez mayor de productores intermedios de poliéster como hilanderías, flejadoras o molinos de película fundida están trabajando en el uso directo de las escamas de PET, desde el tratamiento de botellas usadas, con el fin de fabricar un producto cada vez mayor. Número de intermedios de poliéster. Para el ajuste de la viscosidad necesaria, además de un secado eficiente de las escamas, posiblemente también sea necesario reconstituir la viscosidad a través de policondensación en la fase de fusión o policondensación en estado sólido de las escamas. Los últimos procesos de conversión de escamas de PET están aplicando extrusoras de doble tornillo, extrusoras de múltiples tornillos o sistemas de rotación múltiple y desgasificación por vacío coincidente para eliminar la humedad y evitar el secado previo de las escamas. Estos procesos permiten la conversión de escamas de PET sin secar sin una disminución sustancial de la viscosidad causada por la hidrólisis.

Con respecto al consumo de escamas de botellas de PET, la porción principal de aproximadamente el 70% se convierte en fibras y filamentos. Cuando se usan materiales directamente secundarios, como escamas de botellas en procesos de hilatura, hay algunos principios de procesamiento para obtener.

Los procesos de hilatura a alta velocidad para la fabricación de POY normalmente necesitan una viscosidad de 0.62-0.64 dℓ / g. A partir de las escamas de la botella, la viscosidad se puede establecer a través del grado de secado. El uso adicional de TiO2 es necesario para hilo completamente opaco o semi opaco. Para proteger las hileras, en cualquier caso es necesaria una filtración eficiente de la masa fundida. Por el momento, la cantidad de POY hecha de 100% poliéster reciclado es bastante baja porque este proceso requiere una alta pureza de la fusión por hilatura. La mayoría de las veces, se utiliza una mezcla de pellets vírgenes y reciclados.

Las fibras cortadas se hilan en un rango de viscosidad intrínseca que se encuentra algo más bajo y que debería estar entre 0.58 y 0.62 dℓ / g. También en este caso, la viscosidad requerida se puede ajustar mediante secado o ajuste de vacío en caso de extrusión al vacío. Sin embargo, para ajustar la viscosidad, se agrega un modificador de longitud de cadena como etilenglicol or dietilenglicol también se puede utilizar.

La hilatura no tejida, en el campo del título fino para aplicaciones textiles, así como la hilatura pesada no tejida como materiales básicos, por ejemplo, para cubiertas de techos o en la construcción de carreteras, se puede fabricar hilando escamas de botella. La viscosidad de rotación está nuevamente dentro de un rango de 0.58-0.65 dℓ / g.

Un campo de creciente interés donde se utilizan materiales reciclados es la fabricación de bandas de embalaje de alta tenacidad y monofilamentos. En ambos casos, la materia prima inicial es un material principalmente reciclado de mayor viscosidad intrínseca. Las bandas de embalaje de alta tenacidad, así como el monofilamento, se fabrican en el proceso de hilado por fusión.

Reciclando a los monómeros

El tereftalato de polietileno se puede despolimerizar para producir los monómeros constituyentes. Después de la purificación, los monómeros se pueden usar para preparar nuevo tereftalato de polietileno. Los enlaces éster en tereftalato de polietileno pueden escindirse por hidrólisis o por transesterificación. Las reacciones son simplemente las inversas de las utilizadas. en producción.

Glucólisis parcial

La glucólisis parcial (transesterificación con etilenglicol) convierte el polímero rígido en oligómeros de cadena corta que se pueden filtrar por fusión a baja temperatura. Una vez liberados de las impurezas, los oligómeros pueden retroalimentarse en el proceso de producción para la polimerización.

La tarea consiste en alimentar 10–25% de copos de botella mientras se mantiene la calidad de los gránulos de botella que se fabrican en la línea. Este objetivo se resuelve degradando las escamas de la botella de PET, ya durante su primera plastificación, que puede llevarse a cabo en una extrusora de uno o varios tornillos, a una viscosidad intrínseca de aproximadamente 0.30 dℓ / g mediante la adición de pequeñas cantidades de etilenglicol y sometiendo la corriente de fusión de baja viscosidad a una filtración eficiente directamente después de la plastificación. Además, la temperatura se lleva al límite más bajo posible. Además, con esta forma de procesamiento, la posibilidad de una descomposición química de los hidroperóxidos es posible mediante la adición de un estabilizador de P directamente al plastificar. La destrucción de los grupos de peróxido de hidrógeno, con otros procesos, ya se lleva a cabo durante el último paso del tratamiento de escamas, por ejemplo, agregando H3PO3. El material reciclado parcialmente glicolizado y finamente filtrado se alimenta continuamente al reactor de esterificación o precondensado, las cantidades de dosificación de las materias primas se ajustan en consecuencia.

Glucólisis total, metanólisis e hidrólisis.

El tratamiento de los desechos de poliéster a través de la glucólisis total para convertir completamente el poliéster en tereftalato de bis (2-hidroxietilo) (C6H4(CO2CH2CH2OH)2) Este compuesto se purifica por destilación al vacío, y es uno de los intermedios utilizados en la fabricación de poliéster. La reacción involucrada es la siguiente:

[(CO) C6H4(CO2CH2CH2O)]n + n ALTA2CH2OH → n C6H4(CO2CH2CH2OH)2

Esta ruta de reciclaje se ha ejecutado a escala industrial en Japón como producción experimental.

Similar a la glucólisis total, la metanolisis convierte el poliéster en tereftalato de dimetilo, que se puede filtrar y destilar al vacío:

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

La metanólisis rara vez se realiza en la industria hoy en día porque la producción de poliéster basada en tereftalato de dimetilo se ha reducido enormemente y muchos productores de tereftalato de dimetilo han desaparecido.

También como anteriormente, el tereftalato de polietileno puede hidrolizarse a ácido tereftálico y etilenglicol bajo alta temperatura y presión. El ácido tereftálico bruto resultante puede purificarse mediante recristalización para producir material adecuado para la re-polimerización:

[(CO) C6H4(CO2CH2CH2O)]n + 2n H2O → n C6H4(CO2H)2 + n ALTA2CH2OH

Este método no parece haber sido comercializado todavía.


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