PET

폴리에틸렌 테레 프탈레이트 (때로는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)로 표기), 일반적으로 축약형 PET, PETE또는 더 이상 사용되지 않는 PETP 또는 PET-P가 가장 일반적입니다. 열가소성 물질 중합체 의 수지 폴리 에스테르 의복용 섬유에 사용되며, 용기 액체 및 식품용, 제조용 열성형, 엔지니어링 수지용 유리 섬유와 결합.

브랜드 이름으로도 언급될 수 있습니다. 다크 론; 영국에서, 테레 닐렌; 또는 러시아와 구소련에서는 라브산.

전 세계 PET 생산의 대부분은 합성 섬유(60% 이상)에 사용되며 병 생산은 전 세계 수요의 약 30%를 차지합니다. 섬유 응용 분야에서 PET는 일반적인 이름으로 언급됩니다. 폴리 에스테르, 약어는 PET 일반적으로 포장과 관련하여 사용됩니다. 폴리에스터는 전 세계 폴리머 생산량의 약 18%를 차지하며 XNUMX번째로 많이 생산됩니다. 중합체; 폴리에틸렌(체육), 폴리 프로필렌 (PP)와 폴리 염화 비닐 (PVC)는 각각 첫 번째, 두 번째 및 세 번째입니다.

PET는 다음으로 구성됩니다. 중합 반복되는 (C₁₀H₈O₄) 단위. PET는 일반적으로 재활용되며 다음 번호가 있습니다. 1 재활용 기호로.

가공 및 열 이력에 따라 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 무정형(투명) 및 반결정 폴리머. 반결정질 재료는 결정 구조와 입자 크기에 따라 투명(입자 크기 < 500nm) 또는 불투명하고 흰색(입자 크기 최대 몇 마이크로미터)으로 나타날 수 있습니다. 그것의 단량체 비스(2-히드록시에틸) 테레프탈레이트 에 의해 합성될 수 있다. 에스테르 화 사이의 반응 테레프탈산 와 에틸렌 글리콜 부산물로 물을 사용하거나 에스테르교환 사이의 반응 에틸렌 글리콜 와 디메틸 테레 프탈레이트 과 메탄올 부산물로. 중합은 중축 합 부산물인 물과 단량체의 반응(에스테르화/에스테르 교환 직후 수행).

이름
IUPAC 이름 폴리(에틸 벤젠-1,4-디카르복실레이트)
식별자
CAS 번호	25038-59-9
약어	펫, 펫
등록
화학식	(C10H8O4)n
몰 질량	변수
밀도	1.38 g / cm3 (20°C), 비정질의: 1.370g / cm3, 단결정: 1.455g / cm3
녹는 점	> 250°C, 260°C
비점	> 350 °C (분해)
물에 대한 용해도	실질적으로 녹지 않는
열전도율	0.15 ~ 0.24Wm- 1 K- 1
굴절률(nD)	1.57–1.58, 1.5750
열화학
특정 열용량 (C)	1.0 kJ / (kg · K)
관련 화합물
관련 단량체	테레프탈산 에틸렌 글리콜
별도의 언급이 없는 한 재료에 대한 데이터는 표준 상태 (25 °C[77 °F]에서, 100 kPa).

사용

PET는 우수한 수분 및 수분 차단 물질이기 때문에 PET로 만든 플라스틱 병은 청량 음료에 널리 사용됩니다(탄산 참조). 맥주 봉쇄용으로 지정된 병과 같은 특정 특수 병의 경우 PET는 추가 폴리비닐 알코올(PVOH) 층을 샌드위치하여 산소 투과성을 더욱 줄입니다.

이축 배향 PET 필름(종종 상표명 중 하나인 "Mylar"로 알려짐)은 금속 박막을 필름 위에 증발시켜 투과성을 줄이고 반사 및 불투명하게 만들어 알루미늄화할 수 있습니다(MPET). 이러한 특성은 유연한 식품을 비롯한 많은 응용 분야에서 유용합니다. 포장 와 단열. 보다: "우주 담요". 기계적 강도가 높기 때문에 PET 필름은 자기 테이프용 캐리어 또는 감압성 접착 테이프용 배킹과 같은 테이프 응용 분야에 자주 사용됩니다.

무방향성 PET 시트는 열 성형 포장 트레이 및 블리스터 팩을 만들기 위해. 결정화 가능한 PET를 사용하는 경우 트레이는 냉동 및 오븐 베이킹 온도를 모두 견딜 수 있으므로 냉동 저녁 식사에 사용할 수 있습니다. 투명한 무정형 PET와 달리 결정화 가능한 PET 또는 CPET는 검은색을 띠는 경향이 있습니다.

유리 입자나 섬유로 채워지면 훨씬 더 단단해지고 내구성이 높아집니다.

PET는 박막 태양 전지의 기판으로도 사용됩니다.

테릴렌은 또한 천장을 통과할 때 로프가 마모되는 것을 방지하기 위해 벨 로프 상단에 접합됩니다.

연혁

PET는 John Rex Whinfield, James Tennant Dickson 및 그들의 고용주인 영국 맨체스터의 Calico Printers' Association에 의해 1941년에 특허를 받았습니다. 미국 델라웨어의 EI DuPont de Nemours는 1951년 1952월 Mylar라는 상표를 처음 사용했으며 XNUMX년에 등록을 받았습니다. 여전히 폴리에스테르 필름에 사용되는 가장 잘 알려진 이름입니다. 상표의 현재 소유자는 일본 기업과 제휴 관계에 있는 DuPont Teijin Films US입니다.

PET는 소련에서 1949년 소련 과학원 고분자화합물 연구소에서 처음 제조되었으며, 그 명칭은 Lavsan(라브산)의 약자이다.ла보로토리 연구소 высокомолекулярных с오디네니 А카데미 нАук СССР).

PET 병은 1973년 Nathaniel Wyeth에 의해 특허를 받았습니다.

물리적 특성

자연 상태의 PET는 무색의 반결정성 수지입니다. PET는 가공 방법에 따라 반경질에서 경질까지 다양하며 매우 가볍습니다. 그것은 우수한 가스 및 공정한 수분 장벽을 만들 뿐만 아니라 알코올(추가 "차단" 처리가 필요함) 및 용제에 대한 우수한 장벽을 만듭니다. 강하고 충격에 강합니다. PET는 클로로포름과 톨루엔과 같은 특정 화학 물질에 노출되면 흰색이 됩니다.

약 60% 결정화는 폴리에스테르 섬유를 제외하고 상용 제품의 상한선입니다. 용융 폴리머를 T 이하로 급속 냉각하여 투명 제품 생산 가능_g 무정형 고체를 형성하는 유리 전이 온도. 유리와 마찬가지로 무정형 PET는 용융물이 냉각될 때 분자가 규칙적이고 결정적인 방식으로 배열할 시간이 충분하지 않을 때 형성됩니다. 실온에서 분자는 제자리에서 동결되지만 T 이상으로 가열하여 충분한 열 에너지가 분자에 다시 투입되면_g, 그들은 다시 움직이기 시작하여 결정이 핵을 형성하고 성장할 수 있도록 합니다. 이 절차는 고체 상태 결정화로 알려져 있습니다.

천천히 식히면 용융된 중합체가 더 결정질인 물질을 형성합니다. 이 자료는 구정 많은 작은 포함 결정자 하나의 큰 단결정을 형성하는 것이 아니라 무정형 고체에서 결정화될 때. 빛은 결정자 사이의 경계와 그 사이의 비정질 영역을 통과할 때 산란되는 경향이 있습니다. 이러한 산란은 결정질 PET가 대부분의 경우 불투명하고 흰색임을 의미합니다. 섬유 인발은 거의 단결정 제품을 생산하는 몇 안 되는 산업 공정 중 하나입니다.

고유점도

PET의 가장 중요한 특징 중 하나는 고유 점도 (IV).

에서 측정되는 농도에 대한 상대 점도의 제로 농도로 외삽하여 발견되는 재료의 고유 점도 데시 리터 그램당(dℓ/g). 고유 점도는 폴리머 사슬의 길이에 따라 다르지만 XNUMX 농도로 외삽되기 때문에 단위가 없습니다. 중합체 사슬이 길수록 사슬 사이의 얽힘이 많아지므로 점도가 높아집니다. 수지의 특정 배치의 평균 사슬 길이는 중축 합.

PET의 고유 점도 범위:

섬유 등급

0.40–0.70 직물

0.72–0.98 기술, 타이어 코드

필름 등급

0.60-0.70 밥 (이축 연신 PET 필름)

0.70–1.00 시트 등급 열 성형

병 등급

0.70–0.78 물병(플랫)

0.78–0.85 탄산 청량 음료 등급

모노필라멘트, 엔지니어링 플라스틱

1.00-2.00

건조

PET는 흡습성의, 주변에서 물을 흡수한다는 의미입니다. 그러나 이 "축축한" PET를 가열하면 물이 가수 분해 PET의 탄력성을 감소시킵니다. 따라서 수지를 성형기에서 가공하기 전에 건조시켜야 합니다. 건조는 a를 사용하여 달성됩니다. 건조제 또는 PET가 처리 장비에 공급되기 전에 건조기.

건조기 내부에서 뜨겁고 건조한 공기가 수지가 들어 있는 호퍼 바닥으로 펌핑되어 펠릿을 통해 위로 흘러가면서 수분을 제거합니다. 뜨겁고 습한 공기는 호퍼 상단을 떠나 먼저 애프터 쿨러를 통과합니다. 뜨거운 공기보다 차가운 공기에서 수분을 제거하기가 더 쉽기 때문입니다. 생성된 차갑고 습한 공기는 데시칸트 베드를 통과합니다. 마지막으로, 건조제 베드를 떠나는 차갑고 건조한 공기는 프로세스 히터에서 재가열되고 폐쇄 루프에서 동일한 프로세스를 통해 다시 보내집니다. 일반적으로 수지의 잔류 수분 수준은 가공 전에 50ppm(수지 4만부당 물의 중량 기준) 미만이어야 합니다. 건조기 체류 시간은 약 160시간보다 짧아서는 안 됩니다. 이는 재료를 XNUMX시간 이내에 건조하려면 XNUMX°C 이상의 온도가 필요하기 때문입니다. 가수 분해 건조되기 전에 펠렛 내부에서 시작됩니다.

PET는 압축 공기 수지 건조기에서도 건조할 수 있습니다. 압축 공기 건조기는 건조 공기를 재사용하지 않습니다. 건조하고 가열된 압축 공기는 건조제 건조기에서와 같이 PET 펠릿을 통해 순환된 다음 대기로 방출됩니다.

공중합체

순수한 (호모폴리머) PET, PET로 수정 공중합 사용할 수 있습니다.

어떤 경우에는 공중합체의 변형된 특성이 특정 용도에 더 바람직합니다. 예를 들어, 시클로헥산디메탄올 (CHDM) 대신 폴리머 백본에 추가할 수 있습니다. 에틸렌 글리콜. 이 빌딩 블록은 대체하는 에틸렌 글리콜 단위보다 훨씬 크기 때문에(추가 탄소 원자 6개) 에틸렌 글리콜 단위처럼 이웃 사슬과 잘 맞지 않습니다. 이는 결정화를 방해하고 폴리머의 용융 온도를 낮춥니다. 일반적으로 이러한 PET는 PETG 또는 PET-G(Polyethylene terephthalate glycol-modified; Eastman Chemical, SK Chemicals 및 Artenius Italia는 일부 PETG 제조업체임)로 알려져 있습니다. PETG는 사출 성형 또는 시트 압출이 가능한 투명한 무정형 열가소성 수지입니다. 가공 중에 착색될 수 있습니다.

또 다른 일반적인 수정자는 이소프탈산, 1,4-( 중 일부를 대체파라-) 연결됨 테레프탈레이트 단위. 1,2-(직교) 또는 1,3-(메타-) 연결은 사슬에 각도를 만들어 결정성을 방해합니다.

이러한 공중합체는 다음과 같은 특정 성형 용도에 유리합니다. 열 성형예를 들어 co-PET 필름, 무정형 PET 시트(A-PET) 또는 PETG 시트로 트레이 또는 블리스터 포장을 만드는 데 사용됩니다. 한편, 안전 벨트와 같이 기계적 및 치수 안정성이 중요한 다른 응용 분야에서는 결정화가 중요합니다. PET 병의 경우 소량의 이소프탈산, CHDM, 디에틸렌 글리콜 (DEG) 또는 기타 공단량체가 유용할 수 있습니다. 소량의 공단량체만 사용하는 경우 결정화가 느려지지만 완전히 방지되지는 않습니다. 결과적으로 병은 다음을 통해 얻을 수 있습니다. 스트레치 블로우 성형 ("SBM"), 이는 탄산 음료의 이산화탄소와 같은 아로마 및 심지어 가스에 대한 적절한 장벽이 될 만큼 충분히 투명하고 결정질입니다.

생산

폴리에틸렌 테레프탈레이트는 에틸렌 글리콜 와 디메틸 테레 프탈레이트 (C₆H₄(CO₂CH₃)₂) 또는 테레프탈산.

전자는 에스테르교환 반응이지만 후자는 에스테르 화 반응.

디메틸 테레프탈레이트 공정

In 디메틸 테레 프탈레이트 공정에서 이 화합물과 과량의 에틸렌 글리콜은 150–200 °C의 용융물에서 기본 촉매. 메타놀 (CH₃OH)는 증류에 의해 제거되어 반응을 진행시킵니다. 과량의 에틸렌 글리콜은 진공의 도움으로 더 높은 온도에서 증류됩니다. 두 번째 에스테르 교환 단계는 에틸렌 글리콜의 연속 증류와 함께 270–280 °C에서 진행됩니다.

반응은 다음과 같이 이상화됩니다.

첫 번째 단계

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2호크₂CH₂오 → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂오)₂ + 2 채널₃OH

두번째 단계

n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂오)₂ → [(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂영형)]_n + n 호치₂CH₂OH

테레프탈산 공정

. 테레프탈산 공정에서 에틸렌 글리콜과 테레프탈산의 에스테르화는 적당한 압력(2.7–5.5 bar)과 고온(220–260 °C)에서 직접 수행됩니다. 물은 반응에서 제거되며 증류를 통해 지속적으로 제거됩니다.

n C₆H₄(CO₂H)₂ + n 호치₂CH₂OH → [(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂영형)]_n + 2n H₂O

하락

PET는 가공 중에 다양한 유형의 열화를 겪습니다. 발생할 수 있는 주요 분해는 가수분해이며 아마도 가장 중요한 것은 열 산화입니다. PET가 분해되면 여러 가지 현상이 발생합니다: 변색, 사슬 절단 결과적으로 분자량 감소, 아세트 알데히드및 교차 링크 ("젤" 또는 "어안" 형성). 변색은 고온에서 장시간 열처리 후 다양한 발색 시스템이 형성되기 때문입니다. 이는 포장 용도와 같이 폴리머의 광학 요구 사항이 매우 높을 때 문제가 됩니다. 열 및 열산화 열화로 인해 재료의 가공성 및 성능이 저하됩니다.

이를 완화하는 한 가지 방법은 공중 합체. CHDM과 같은 공단량체 또는 이소프탈산 용융 온도를 낮추고 PET의 결정도를 낮춥니다(재료가 병 제조에 사용될 때 특히 중요함). 따라서, 수지는 더 낮은 온도에서 및/또는 더 낮은 힘으로 가소적으로 형성될 수 있습니다. 이렇게 하면 분해를 방지하고 완제품의 아세트알데히드 함량을 허용 가능한(즉, 눈에 띄지 않는) 수준으로 줄입니다. 보다 공중합체, 위에. 폴리머의 안정성을 향상시키는 또 다른 방법은 안정제, 주로 다음과 같은 항산화제를 사용하는 것입니다. 아인산염. 최근에는 나노구조 화학물질을 이용한 물질의 분자 수준 안정화도 고려되고 있다.

아세트 알데히드

아세트 알데히드 과일 냄새가 나는 무색의 휘발성 물질입니다. 일부 과일에서는 자연적으로 형성되지만 생수에서는 이취를 일으킬 수 있습니다. 재료를 잘못 취급하여 PET가 분해되면 아세트알데히드가 형성됩니다. 고온(PET는 300°C 또는 570°F 이상에서 분해됨), 고압, 압출기 속도(과도한 전단 흐름이 온도를 높임) 및 긴 배럴 체류 시간은 모두 아세트알데히드 생산에 기여합니다. 아세트알데히드가 생성될 때 일부는 용기 벽에 용해된 상태로 남아 있습니다. 확산 내부에 저장된 제품으로 맛과 향을 변경합니다. 비소모성 제품(예: 샴푸), 과일 주스(이미 아세트알데히드가 포함되어 있음) 또는 청량 음료와 같이 맛이 강한 음료에는 이러한 문제가 없습니다. 그러나 생수의 경우 낮은 아세트알데하이드 함량이 매우 중요합니다. 그 이유는 아무 것도 향을 가리지 않으면 극히 낮은 농도(물에서 10~20ppb)의 아세트알데하이드도 불쾌한 맛을 낼 수 있기 때문입니다.

안티몬

안티몬 (Sb)는 다음과 같은 화합물 형태로 촉매로 사용되는 준금속 원소이다. 삼산화 안티몬 (Sb₂O₃) 또는 PET 생산 시 안티몬 트리아세테이트. 제조 후 제품 표면에서 감지할 수 있는 양의 안티몬이 발견될 수 있습니다. 이 잔류물은 세척으로 제거할 수 있습니다. 안티몬은 또한 재료 자체에 남아 있으므로 음식과 음료로 이동할 수 있습니다. PET를 끓이거나 전자레인지에 노출시키면 안티몬 수준이 크게 증가하여 USEPA 최대 오염 수준 이상으로 높아질 수 있습니다. WHO가 평가한 식수 한도는 20ppb(WHO, 2003)이며 미국의 식수 한도는 6ppb입니다. 삼산화안티몬은 경구 복용 시 독성이 낮지만 그 존재는 여전히 우려됩니다. 더 스위스 연방 보건국 PET 병에 담긴 물과 유리를 비교하여 안티몬 이동량을 조사했습니다. PET 병 물의 안티몬 농도는 더 높았지만 여전히 허용된 최대 농도보다 훨씬 낮습니다. 스위스 연방 공중 보건국은 소량의 안티몬이 PET에서 생수로 이동하지만 그로 인한 낮은 농도의 건강 위험은 무시할 수 있다고 결론지었습니다(“견딜 수 있는 일일 섭취량에 의해 결정 누구). 나중에(2006년) 더 널리 알려진 연구에서는 PET 병의 물에서 비슷한 양의 안티몬을 발견했습니다. WHO는 식수 내 안티몬에 대한 위험 평가를 발표했습니다.

그러나 영국에서 PET로 생산 및 병에 담긴 과일 주스 농축액(가이드라인이 설정되지 않음)은 최대 44.7µg/L의 안티몬을 함유하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 수도물 5µg/L.

생분해

노 카르 디아 에스테라제 효소로 PET를 분해할 수 있습니다.

일본 과학자들은 박테리아를 분리했습니다 이데 오넬 라 사카이 엔시스 그것은 PET를 박테리아가 소화할 수 있는 더 작은 조각으로 분해할 수 있는 두 개의 효소를 가지고 있습니다. 식민지 I. 사카이엔시스 약 XNUMX주 안에 플라스틱 필름을 분해할 수 있습니다.

안전

에 게시된 논평 환경 보건 전망 2010년 XNUMX월에 PET가 수율을 높일 수 있다고 제안했습니다. 호르몬 이 주제에 대한 일반적인 사용 및 권장 연구 조건 하에서. 제안된 메커니즘에는 phthalates 뿐만 아니라 침출 안티몬. 에 게시된 기사 환경 모니터링 저널 2012년 XNUMX월에 안티몬 농도가 탈 이온수 PET병에 보관된 내용물은 최대 60°C(140°F)의 온도에서 잠시 보관하더라도 EU의 허용 한도 내에서 유지되는 반면, 병에 든 내용물(물 또는 청량음료)은 실온에서 XNUMX년 미만 보관 후 때때로 EU 한도를 초과할 수 있습니다. 온도.

병 처리 장비

PET 병의 기본 성형 방법에는 원스텝과 투스텝 두 가지가 있습니다. XNUMX단계 성형에서는 두 대의 별도 기계가 사용됩니다. 첫 번째 기계 사출은 병마개 나사산이 이미 성형되어 있는 테스트 튜브와 유사한 프리폼을 성형합니다. 튜브의 본체는 다음을 사용하여 두 번째 단계에서 최종 모양으로 부풀리기 때문에 상당히 두껍습니다. 스트레치 블로우 성형.

두 번째 단계에서는 프리폼을 빠르게 가열한 다음 두 부분으로 된 몰드에 대해 팽창시켜 병의 최종 모양으로 성형합니다. 프리폼(팽창되지 않은 병)은 이제 견고하고 독특한 용기로도 사용됩니다. 참신한 사탕 외에도 일부 적십자 지부는 Vial of Life 프로그램의 일환으로 주택 소유자에게 응급 구조 대원의 병력을 저장하기 위해 배포합니다. 프리폼의 또 다른 일반적인 용도는 야외 활동 지오캐싱의 컨테이너입니다.

원스텝 기계는 원료부터 완제품 용기까지의 전 과정이 하나의 기계 내에서 이루어지기 때문에 특히 항아리, 편평한 타원형, 플라스크 모양 등의 비표준 형상 성형(커스텀 몰딩)에 적합합니다. 가장 큰 장점은 공간, 제품 취급 및 에너지 감소, XNUMX단계 시스템보다 훨씬 높은 시각적 품질입니다.

폴리에스터 재활용 산업

2016년에는 매년 56만 톤의 PET가 생산되는 것으로 추산되었습니다.

대부분의 열가소성 플라스틱은 원칙적으로 재활용할 수 있지만 페트병 재활용 수지의 가치가 높고 널리 사용되는 물과 탄산 청량 음료 병에 PET를 거의 독점적으로 사용하기 때문에 다른 많은 플라스틱 응용 분야보다 더 실용적입니다. PET에는 수지 식별 코드 1의. 재활용 PET의 주요 용도는 폴리에스테르입니다. 섬유, 달아서 및 비 식품 용기.

PET의 재활용 가능성과 상대적으로 풍부한 소비자 폐기물 병 형태의 PET는 카펫 섬유로서 빠르게 시장 점유율을 확보하고 있습니다. 모 호크 산업 1999년에 100% 재활용 함유 PET 섬유인 everSTRAND를 출시했습니다. 그 이후로 17억 개 이상의 병이 카펫 섬유로 재활용되었습니다. Looptex, Dobbs Mills 및 Berkshire Flooring을 비롯한 수많은 카펫 제조업체의 공급업체인 Pharr Yarns는 최소 25%의 소비 후 재활용 콘텐츠를 포함하는 BCF(벌크 연속 필라멘트) PET 카펫 섬유를 생산합니다.

많은 플라스틱과 마찬가지로 PET도 열 처리를 위한 훌륭한 후보입니다(소각), 탄소, 수소 및 산소로 구성되어 있고 미량의 촉매 원소만 있습니다(황은 없음). PET는 무연탄의 에너지 함량을 가지고 있습니다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트, PET 또는 폴리에스테르를 재활용할 때 일반적으로 두 가지 방법을 구분해야 합니다.

1. 정제된 초기 원료로 되돌아가는 화학적 재활용 테레프탈산 (PTA) 또는 디메틸 테레 프탈레이트 (DMT) 및 에틸렌 글리콜 (EG) 중합체 구조가 완전히 파괴되거나 다음과 같은 공정 중간체에서 비스(2-히드록시에틸) 테레프탈레이트
2. 원래 폴리머 특성이 유지되거나 재구성되는 기계적 재활용.

PET의 화학적 재활용은 연간 50,000톤 이상의 고용량 재활용 라인을 적용해야만 비용 효율적이 될 것입니다. 이러한 라인은 대규모 폴리에스터 생산업체의 생산 현장에서만 볼 수 있었습니다. 그러한 화학물질 재활용 공장을 설립하기 위한 산업적 규모의 여러 시도가 과거에 있었지만 큰 성공을 거두지 못했습니다. 일본의 유망한 화학 물질 재활용조차도 지금까지 산업적 돌파구가 되지 못했습니다. 그 이유는 두 가지입니다. 첫 번째는 단일 사이트에서 엄청난 양의 폐병을 일관되고 지속적으로 소싱하는 데 어려움이 있고, 두 번째는 꾸준히 증가하는 가격과 수거된 병의 가격 변동성입니다. 예를 들어 2000년과 2008년 사이에 포장된 병의 가격은 약 50유로/톤에서 500년에는 2008유로/톤 이상으로 증가했습니다.

폴리머 상태에서 PET의 기계적 재활용 또는 직접 순환은 오늘날 가장 다양한 변형에서 작동합니다. 이러한 종류의 프로세스는 중소 규모 산업에서 일반적입니다. 연간 5000~20,000톤 범위의 플랜트 용량으로 이미 비용 효율성을 달성할 수 있습니다. 이 경우 오늘날 거의 모든 종류의 재활용 재료를 재료 순환으로 되돌리는 것이 가능합니다. 이러한 다양한 재활용 프로세스는 이후에 자세히 논의됩니다.

화학 오염 물질 외에도 하락 최초 가공 및 사용 중에 생성된 제품, 기계적 불순물은 재활용 흐름에서 품질 저하 불순물의 주요 부분을 나타냅니다. 재활용 재료는 원래 새로운 재료만을 위해 설계된 제조 공정에 점점 더 많이 도입되고 있습니다. 따라서 효율적인 분류, 분리 및 세척 공정은 고품질 재생 폴리에스터에 가장 중요합니다.

폴리에스터 재활용 산업에 대해 이야기할 때 우리는 주로 물, 탄산 청량 음료, 주스, 맥주, 소스, 세제, 가정용 화학 물질 등과 같은 모든 종류의 액체 포장에 사용되는 PET 병의 재활용에 집중하고 있습니다. 병은 모양과 일관성 때문에 구별하기 쉽고 자동 또는 수동 분류 프로세스를 통해 폐 플라스틱 스트림과 분리됩니다. 확립된 폴리에스터 재활용 산업은 세 가지 주요 섹션으로 구성됩니다.

• 페트병 수거 및 분리수거 : 폐기물 물류
• 깨끗한 병 플레이크 생산: 플레이크 생산
• PET 플레이크를 최종 제품으로 전환: 플레이크 가공

첫 번째 섹션의 중간 제품은 PET 함량이 90% 이상인 병 폐기물입니다. 가장 일반적인 거래 형태는 베일이지만 또한 벽돌로 된 또는 헐거운 미리 절단된 병이 시장에서 일반적입니다. 두 번째 섹션에서는 수집된 병이 깨끗한 PET 병 조각으로 변환됩니다. 이 단계는 필요한 최종 플레이크 품질에 따라 다소 복잡하고 복잡할 수 있습니다. 세 번째 단계에서 PET 병 조각은 필름, 병, 섬유, 필라멘트, 스트래핑 또는 추가 가공 및 엔지니어링 플라스틱을 위한 펠릿과 같은 중간체와 같은 모든 종류의 제품으로 가공됩니다.

이러한 외부(소비 후) 폴리에스터 병 재활용 외에도, 폐기된 폴리머 재료가 생산 현장에서 자유 시장으로 배출되지 않고 대신 동일한 생산 회로에서 재사용되는 내부(소비 전) 재활용 프로세스가 많이 있습니다. 이러한 방식으로 섬유 폐기물은 섬유 생산에 직접 재사용되고, 프리폼 폐기물은 프리폼 생산에 직접 재사용되며, 필름 폐기물은 필름 생산에 직접 재사용됩니다.

페트병 재활용

정화 및 오염 제거

모든 재활용 개념의 성공은 가공 중 올바른 장소에서 필요하거나 원하는 정도로 정화 및 오염 제거의 효율성에 숨겨져 있습니다.

일반적으로 다음 사항이 적용됩니다. 공정에서 이물질을 조기에 제거하고 더 철저하게 제거할수록 공정이 더 효율적입니다.

높은 가소제 280 °C (536 °F) 범위의 PET 온도는 다음과 같은 거의 모든 일반적인 유기 불순물이 발생하는 이유입니다. PVC, PLA, 폴리올레핀, 화학 목재 펄프 및 종이 섬유, 폴리 비닐 아세테이트, 용융 접착제, 착색제, 설탕 및 단백질 잔류물은 유색 분해 생성물로 변환되며, 이는 차례로 추가로 반응성 분해 생성물을 방출할 수 있습니다. 그러면 폴리머 사슬의 결함 수가 상당히 증가합니다. 불순물의 입자 크기 분포는 매우 넓으며, 육안으로 볼 수 있고 여과하기 쉬운 60–1000 µm의 큰 입자는 전체 표면적이 상대적으로 작고 분해 속도가 더 느리기 때문에 차악을 나타냅니다. 미세 입자가 많기 때문에 폴리머의 결함 빈도를 증가시키는 영향이 상대적으로 더 큽니다.

"눈이 보지 못하는 것은 마음이 슬퍼할 수 없다"는 모토는 많은 재활용 과정에서 매우 중요한 것으로 간주됩니다. 따라서 효율적인 선별 외에도 용융 여과 공정을 통해 눈에 보이는 불순물 입자를 제거하는 것이 이 경우에 중요한 역할을 합니다.

일반적으로 수집된 병에서 PET 병 플레이크를 만드는 공정은 서로 다른 폐기물 흐름이 구성과 품질면에서 다르기 때문에 다재다능하다고 말할 수 있습니다. 기술의 관점에서 이를 수행하는 방법은 한 가지가 아닙니다. 한편, 플레이크 생산 플랜트 및 구성 요소를 제공하는 많은 엔지니어링 회사가 있으며 하나 또는 다른 플랜트 설계를 결정하기가 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 원칙을 대부분 공유하는 프로세스가 있습니다. 투입 물질의 구성 및 불순물 수준에 따라 다음과 같은 일반적인 공정 단계가 적용됩니다.

1. 베일 개봉, 연탄 개봉
2. 다양한 색상, 이물질 특히 PVC에 대한 분류 및 선택, 이물질, 필름, 종이, 유리, 모래, 흙, 돌 및 금속 제거
3. 절단하지 않고 사전 세척
4. 거친 절단 건조 또는 예비 세척에 결합
5. 돌, 유리, 금속 제거
6. 필름, 종이 및 라벨을 제거하기 위한 에어 선별
7. 연삭, 건식 및/또는 습식
8. 밀도 차이에 의한 저밀도 폴리머(컵) 제거
9. 뜨거운 세척
10. 부식성 세척 및 표면 에칭, 고유 점도 유지 및 오염 제거
11. 헹굼
12. 깨끗한 물 헹굼
13. 건조
14. 플레이크의 공기 선별
15. 자동 플레이크 분류
16. 물 순환 및 수처리 기술
17. 플레이크 품질 관리

불순물 및 재료 결함

폴리머 재료에 축적될 수 있는 불순물 및 재료 결함의 수는 사용 수명 증가, 최종 적용 증가 및 반복되는 재활용을 고려하여 폴리머를 사용할 때뿐만 아니라 처리할 때 영구적으로 증가하고 있습니다. 재활용 PET 병에 관한 한 언급된 결함은 다음 그룹으로 분류할 수 있습니다.

1. 반응성 폴리에스테르 OH- 또는 COOH- 말단 그룹은 데드 또는 비반응 말단 그룹으로 변환됩니다. 모노카본산 또는 알코올과 같은 제품. 그 결과 재중축합 또는 재SSP 동안 반응성이 감소하고 분자량 분포가 넓어집니다.
2. 말단 그룹 비율은 열 및 산화 분해를 통해 구축된 COOH 말단 그룹 방향으로 이동합니다. 그 결과 반응성이 감소하고 습기가 있는 상태에서 열처리하는 동안 산 자가 촉매 분해가 증가합니다.
3. 다관능성 거대분자의 수가 증가합니다. 겔 축적 및 장쇄 분기 결함.
4. 고분자와 동일하지 않은 유기 및 무기 이물질의 수, 농도 및 종류가 증가하고 있습니다. 새로운 열 응력이 있을 때마다 유기 이물질은 분해 반응을 보입니다. 이로 인해 추가 분해 지원 물질과 착색 물질이 방출됩니다.
5. 수산화물 및 과산화물 그룹은 공기(산소) 및 습기가 있는 폴리에스터로 만든 제품의 표면에 축적됩니다. 이 과정은 자외선에 의해 가속화됩니다. 과산화수소는 은밀한 처리 과정에서 산화 분해의 원인인 산소 라디칼의 원인입니다. 과산화수소의 파괴는 첫 번째 열처리 전 또는 가소화 중에 발생하며 항산화제와 같은 적절한 첨가제로 뒷받침될 수 있습니다.

위에서 언급한 화학적 결함 및 불순물을 고려하면 각 재활용 주기 동안 다음 폴리머 특성이 지속적으로 수정되며 화학적 및 물리적 실험실 분석으로 감지할 수 있습니다.

특히 :

• COOH 말단 그룹의 증가
• 색상 번호 증가 b
• Haze 증가(투명제품)
• 올리고머 함량 증가
• 여과성 감소
• 아세트알데히드, 포름알데히드 등의 부산물 함량 증가
• 추출 가능한 이물질 증가
• 색상 감소 L
• 감소 고유 점도 또는 동적 점도
• 결정화 온도 감소 및 결정화 속도 증가
• 인장 강도, 파단 연신율 또는 탄성 계수
• 분자량 분포의 확대

한편 PET 병의 재활용은 다양한 엔지니어링 회사에서 제공하는 산업 표준 프로세스입니다.

재활용 폴리에스터 가공 사례

폴리에스터를 사용한 재활용 공정은 100차 펠릿 또는 용융물을 기반으로 하는 제조 공정만큼이나 다양합니다. 재활용 재료의 순도에 따라 폴리에스터는 오늘날 대부분의 폴리에스터 제조 공정에서 버진 폴리머와 혼합하거나 점점 더 6000% 재활용 폴리머로 사용할 수 있습니다. 두께가 얇은 BOPET 필름과 같은 일부 예외, > XNUMXm/min에서 FDY 방사를 통한 광학 필름 또는 실과 같은 특수 응용 분야, 마이크로필라멘트 및 마이크로 섬유는 순수 폴리에스터에서만 생산됩니다.

병 플레이크의 단순 리펠렛화

이 공정은 병 폐기물을 플레이크로 변환하고, 플레이크를 건조 및 결정화하고, 가소화 및 여과하고, 펠렛화하는 과정으로 구성됩니다. 제품은 PET 플레이크의 사전 건조가 얼마나 완료되었는지에 따라 고유 점도가 0.55–0.7dℓ/g 범위인 무정형 재과립입니다.

특수 기능은 다음과 같습니다. 아세트알데히드와 올리고머는 낮은 수준의 펠렛에 포함되어 있습니다. 점도가 어느 정도 감소하고, 펠릿은 무정형이며 추가 가공 전에 결정화 및 건조되어야 합니다.

다음으로 처리:

• A-PET용 필름 열 성형
• PET 버진 생산에 추가
• 밥 포장 필름
• 애완 동물 병 수지 SSP로
• 카펫 원사
• 엔지니어링 플라스틱
• 필라멘트
• 부직포
• 포장 줄무늬
• 스테이플 섬유.

재펠레타이징 방식을 선택한다는 것은 한편으로는 에너지 집약적이고 비용이 많이 들고 열파괴를 유발하는 추가적인 전환 공정을 갖는 것을 의미합니다. 한편, 펠릿화 단계는 다음과 같은 이점을 제공합니다.

• 집중 용융 여과
• 중간 품질 관리
• 첨가제에 의한 변형
• 품질에 따른 제품 선택 및 분리
• 처리 유연성 증가
• 품질 균일화.

병(병에서 병으로) 및 A-PET용 PET 펠릿 또는 플레이크 제조

이 프로세스는 원칙적으로 위에서 설명한 것과 유사합니다. 그러나, 생성된 펠릿은 직접(연속적으로 또는 불연속적으로) 결정화되고 그 다음 텀블링 건조기 또는 수직 튜브 반응기에서 고체 상태 중축합(SSP)에 적용됩니다. 이 처리 단계에서 0.80–0.085dℓ/g의 해당 고유 점도가 다시 재건되고 동시에 아세트알데히드 함량이 < 1ppm으로 감소합니다.

유럽과 미국의 일부 기계 제조업체와 라인 빌더가 다음과 같은 소위 B-2-B(Bottle-to-Bottle) 프로세스와 같은 독립적인 재활용 프로세스를 제공하기 위해 노력하고 있다는 사실 베펫, 찌르레기, URRC 또는 BÜHLER는 소위 챌린지 테스트를 적용하는 FDA에 따라 요구되는 추출 잔류물의 "존재" 및 모델 오염 물질 제거의 "존재"에 대한 증거를 제공하는 것을 목표로 합니다. 식품 부문. 그럼에도 불구하고 이 공정 승인 외에도 그러한 공정의 모든 사용자는 자신의 공정을 위해 자신이 제조한 원료에 대한 FDA 제한을 지속적으로 확인해야 합니다.

병 플레이크의 직접 변환

비용을 절감하기 위해 방적 공장, 스트래핑 공장 또는 캐스트 필름 공장과 같은 점점 더 많은 폴리에스터 중간체 생산업체가 점점 더 많은 수의 폴리에스터 중간체를 제조하기 위해 사용한 병 처리에서 PET 플레이크를 직접 사용하는 작업을 하고 있습니다. 필요한 점도를 조정하려면 플레이크를 효율적으로 건조하는 것 외에도 다음을 통해 점도를 재구성해야 할 수도 있습니다. 중축 합 플레이크의 용융상 또는 고체 상태 중축합에서. 최신 PET 플레이크 전환 공정은 이축 압출기, 다축 압출기 또는 다중 회전 시스템과 동시 진공 탈기 기술을 적용하여 수분을 제거하고 플레이크 사전 건조를 방지합니다. 이러한 공정을 통해 가수분해로 인한 실질적인 점도 감소 없이 건조되지 않은 PET 플레이크를 전환할 수 있습니다.

PET 병 플레이크의 소비와 관련하여 약 70%의 주요 부분이 섬유 및 필라멘트로 전환됩니다. 방적 공정에서 병 플레이크와 같은 직접 XNUMX차 재료를 사용할 때 얻어야 할 몇 가지 가공 원칙이 있습니다.

POY 제조를 위한 고속 방사 공정은 일반적으로 0.62–0.64 dℓ/g의 점도가 필요합니다. 병 플레이크부터 시작하여 건조 정도를 통해 점도를 설정할 수 있습니다. TiO 추가 사용₂ 완전 둔한 또는 반 둔한 실에 필요합니다. 방사구를 보호하기 위해 용융물을 효율적으로 여과해야 합니다. 당분간은 100% 재활용 폴리에스터로 만든 POY의 양이 다소 적습니다. 대부분의 경우 버진 펠릿과 재활용 펠릿이 혼합되어 사용됩니다.

스테이플 섬유는 다소 낮고 0.58 ~ 0.62dℓ/g 사이여야 하는 고유 점도 범위에서 방적됩니다. 이 경우에도 진공 압출의 경우 건조 또는 진공 조정을 통해 필요한 점도를 조정할 수 있습니다. 그러나 점도를 조정하기 위해 다음과 같은 사슬 길이 조절제를 추가합니다. 에틸렌 글리콜 or 디에틸렌 글리콜 또한 사용될 수있다.

방적 부직포(예: 지붕 덮개용 또는 도로 건설용 기본 재료로 사용되는 중방적 부직포는 물론 섬유 응용 분야의 미세 역가 분야)는 병 플레이크를 방적하여 제조할 수 있습니다. 방사 점도는 다시 0.58–0.65 dℓ/g 범위 내에 있습니다.

재활용 재료가 사용되는 관심이 증가하는 분야 중 하나는 고강도 포장 스트라이프 및 모노필라멘트의 제조입니다. 두 경우 모두 초기 원료는 주로 고유 점도가 더 높은 재활용 재료입니다. 그런 다음 용융 방사 공정에서 모노필라멘트뿐만 아니라 고강도 포장 스트라이프가 제조됩니다.

모노머로 재활용

폴리에틸렌 테레프탈레이트는 해중합되어 구성 단량체를 생성할 수 있습니다. 정제 후 모노머는 새로운 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 에스테르 결합은 가수분해 또는 에스테르교환에 의해 절단될 수 있습니다. 반응은 단순히 사용된 것과 반대입니다. 생산에.

부분 해당과정

부분적 당분해(에틸렌 글리콜과의 에스테르 교환 반응)는 경질 중합체를 저온에서 용융 여과될 수 있는 단쇄 올리고머로 변환합니다. 불순물이 제거되면 올리고머는 중합을 위해 생산 공정으로 다시 공급될 수 있습니다.

작업은 라인에서 제조되는 병 펠렛의 품질을 유지하면서 10–25%의 병 플레이크를 공급하는 것입니다. 이 목표는 단일 또는 다중 스크류 압출기에서 수행할 수 있는 첫 번째 가소화 중에 PET 병 플레이크를 소량의 에틸렌 글리콜을 추가하고 가소화 직후 저점도 용융 스트림을 효율적인 여과에 적용하여 약 0.30dℓ/g의 고유 점도로 분해함으로써 해결됩니다. 또한 온도는 가능한 한 최저한계로 떨어집니다. 또한, 이러한 처리 방법을 사용하면 가소화 시 해당 P-안정화제를 직접 첨가하여 과산화수소의 화학적 분해 가능성이 가능합니다. 과산화수소 그룹의 파괴는 다른 공정과 함께 예를 들어 H를 첨가하여 플레이크 처리의 마지막 단계에서 이미 수행됩니다.₃PO₃. 부분적으로 글리콜화되고 미세하게 여과된 재활용 재료는 에스테르화 반응기 또는 예비중축합 반응기에 지속적으로 공급되며, 이에 따라 원료의 주입량이 조정됩니다.

총 해당과정, 메탄올분해 및 가수분해

폴리에스터를 폴리에스터로 완전히 전환시키기 위한 총 해당작용을 통한 폴리에스터 폐기물의 처리 비스(2-히드록시에틸) 테레프탈레이트 (C₆H₄(CO₂CH₂CH₂오)₂). 이 화합물은 진공 증류로 정제되며 폴리에스테르 제조에 사용되는 중간체 중 하나입니다. 관련된 반응은 다음과 같습니다.

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂영형)]_n + n 호치₂CH₂오 → n C₆H₄(CO₂CH₂CH₂오)₂

이 재활용 경로는 실험 생산으로 일본에서 산업 규모로 실행되었습니다.

총 해당과정과 유사하게 메탄올분해는 폴리에스터를 디메틸 테레 프탈레이트, 여과 및 진공 증류가 가능합니다.

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂영형)]_n + 2n CH₃오 → n C₆H₄(CO₂CH₃)₂

디메틸 테레프탈레이트를 기반으로 하는 폴리에스테르 생산이 엄청나게 줄어들고 많은 디메틸 테레프탈레이트 생산자가 사라졌기 때문에 메탄올 분해는 오늘날 업계에서 거의 수행되지 않습니다.

또한 위와 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 테레프탈산으로 가수분해될 수 있으며 에틸렌 글리콜 고열과 압력의 밑에. 생성된 미정제 테레프탈산은 다음과 같이 정제할 수 있습니다. 재결정 재중합에 적합한 재료를 얻기 위해:

[(CO)C₆H₄(CO₂CH₂CH₂영형)]_n + 2n H₂오 → n C₆H₄(CO₂H)₂ + n 호치₂CH₂OH

이 방법은 아직 상용화되지 않은 것 같습니다.