روشهای بازیافت پلی اتیلن ترفتالات

پلاستیك هابه طور كلی موادی با مقاومت بالا هستند كه با اسید، باز و مواد شیمیایی معمول به سختی واكنش می دهند. این مواد كاملاً در برابر میكرو ارگانیزمها مقاوم بوده و در نتیجه زیست تخریب پذیر نیستند. لذا دورریز ضایعات پلاستیكی با فرایندهای عملیاتی مواد جامد و مایعات معمول امكان پذیر نمی باشد. چنانچه مواد پلاستیكی به شیوه های معمول سوزانده شوند، گازهای سمی تولید می كنند. لذا جمع آوری و سیستم جداسازی مناسب ضایعات مواد پلاستیكی و فرآیندهای بازیافت در مورد آنها به كار برده نمی شود .
یكی از پرمصرف ترین پلاستیكها، پلی (اتیلن- ترفتالات) با نام اختصاری PET است. پلی (اتیلن- ترفتالات) در زمینه های مختلف چون الیاف، فیلمها، غشاها، بطری های نوشیدنی، فیلم برای قالبگیری فشاری و صنایع بسته بندی فیلمهای رادیوگرافی و نوارهای ویدیویی مورد استفاده قرار می گیرد. یكی از فراوان ترین انواع ضایعات PET بطری های نوشیدنی است و بازیافت ضایعات بطری این پلیمر اهمیت زیادی پیدا كرده است. شایان ذكر است كه بازیافت PET یكی از موفق ترین نمونه های بازیافت پلیمرها بوده و انواع بازیافتهای مكانیكی، فیزیكی و شیمیایی برای این پلیمر مورد استفاده قرار می گیرند .

بازیافت مكانیكی

این روش به نوعی مرحلۀ آماده سازی برای بازیافتهای فیزیكی و شیمیایی میباشد. بطریهای نوشیدنی PET شامل چندین نوع ماده هستند كه عبارتند از PET ، پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE) ، آلومینیوم، كاغذ، فیلم پلاستیكی و چسب كه همگی قبل از به كارگیری PETباید جدا شوند چرا كه آلاینده ها بزرگترین عامل نزول خواص فیزیكی و شیمیایی PET بازیافتی در حین فرایند میباشند.
از انواع آلاینده ها میتوان به موارد زیر اشاره كرد :

آلاینده های تولیدكننده اسید
آب
آلاینده های رنگی
استالدهید

 

الف- فرآیندهای مكانیكی

دو روش در این مرحله از بازیافت PET توسعه یافته است. در روش اول، بطریها تكه تكه شده ، به واحد فرایند- جایی كه به قطعات كوچك خرد میشوند- منتقل می گردند. براده ها در حجم و سرعت بالا به HDPE ، PET ، آلومینیوم، كاغذ و باقیمانده به صورت چسب جدا میشوند. در روش دوم، كل بطریها در فرم اولیه به واحد فرایند منتقل شده و در آنجا برچسب و كاپ پایه طی یك فرایند مكانیكی جدا و بخش PET از بطریها به صورت جداگانه شسته و خرد میشوند .
حسن روش اول این است كه نیازمند هزینۀ كمتری جهت انتقال بطریهای خرد شده است و امكان تاسیس واحدهای فرایندی با حجم كاری بالا را فراهم میكند كه منجر به كاهش هزینه ها می گردد. در مقایسه، روش دوم دارای این حسن است كه هر مرحله با دقت و نظارت بیشتری انجام می گیرد تا PET بازیافتی خالصتری به دست آید .

ب- جداسازی بعد از گرانول سازی

گرانولها علاوه بر PET ممكن است حاوی HDPE از كاپ پایه، آلومینیوم از درپوش و حلقه بخش گردن بطری، برچسبهای كاغذ یا فیلمهای پلاستیكی (PP) ، چسب برای چسباندن برچسب و بعضی مواقع پوششی از PVC باشند.جداسازی تمامی این آلاینده ها در گرانولها الزامی است. به طور كلی یك فرآیند چند مرحله ای انجام می گیرد كه شامل شستشو با آب یای ك حلال مناسب، جداسازی استیل با آهنربا، جداسازی آلومینیوم از طریق دستگاه الكترواستاتیك و روش شناوری برای جداسازی پلاستیكهایی كه دانسیته متفاوتی از PET دارند میباشد .

ج- جداسازی بطریهای PVC

فلسهای PET بازیافت شده باید عاری از PVCباشند چرا كه در فرایندهای بعدی مشكل آفرین خواهند بود. به طور مثال، در فرایند بازیافت فیزیكی كه نیازمند حرارت بالا است، این حرارت منجرب ه تخریب و تجزیه PVC باقیمانده در مخلوط شده و در نتیجه باعث افت خواص و تیره شدن موضعی قطعات می گردد.جداسازی PVC در اروپا اهمیت بالایی دارد چرا كه بطریهای PVC به مقدار زیادی در محصولاتی كه حاوی نوشیدنی های كربناتی هستند به كار می روند .

د- جداسازی برچسب

ه- شستشوی گرانولها

گرانولها برای خارج سازی چسبها، گرد و خاك، شیره شیرین و دیگر بقایایی كه قابلیت آلوده كردن براده ها را دارند، باید شسته شوند. محیط شستشو معمولاً آب داغ (85 c ◦- 71) است تا اتیلن وینیل استات (EVA) یا دیگر چسبها مشابه حل شوند. این چسبها در دمای بالامیتوانند تركیباتی اسیدی تولید كنند كه منجر به گسست ملكولهای PET میشود، بنابراین باید حتماً شسته شوند . افزودنی هایی مثل سود سوزآور، پاك كننده ها، امولسی فایرها و یا مواد خاص دیگری به آب شستشو اضافه میشوند تا از رسوب مجدد EVA روی گرانولها جلوگیری به عمل آورند. آب شستشو به طور معمول سیركوله میشود تا محصولات ناشی از ضایعات آب و مواد شیمیایی افزودنی مورداستفاده به حداقل برسند. شستشو در تانك همزن دار و یا خط انتقال صورت می گیرد. امروزه در یك روش مدرن از ازت مایع استفاده میشود تا آلاینده های سطحی و چسب از بین بروند .

و- خرد كردن و تمیز كردن در حالت سرد

خرد كردن بطریهای PET در دمای زیر c ◦ 130- ، پولكهای شكننده ای در ابعاد in 16/3-8/1 ایجاد می كند كه عاری از هرگونه باكتری هستند .

ز- جداسازی HDPE

براده های HDPE از PET از طریق روش اختلاف دانسیته جداسازی میشوند. مخلوطی از گرانولها در آب ریخته شده و در یك تانك شناوری قرار می گیرند. گرانولهای سبك HDPE به صورت دائمی روی سطح مایع شناور می مانند و گرانولهای PET سنگین تر در انتهای تانك جمع آوری می شوند .

ح- استفاده از حلالها برای خارج سازی آلاینده ها

ضایعات PET ممكن است با قسمتهایی از بطری كه از مواد دیگر ساخته شده اند و یا موادی كه از انواع بطریهای دیگری كه به صورت اتفاقی در چرخه بازیافت وارد شده اند آلوده شوند. همچنین بطریها ممكن است با مایعات و محتویات داخل آنها آلوده شده باشند، لذا حلالهایی برای خالص سازی گرانولهای PET استفاده می شوند تا ناخالصیهای موجود را حل كرده و از بین ببرند .

ط- خشك كردن گرانولها

بازیافت فیزیكی
بعد از اتمام بازیافت مكانیكی، گرانولهای RPET (پلی اتیلن ترفتالات بازیافت شده) به تنهایی و یا به صورت تركیبی با PET خالص اولیه و یا آلیاژی از پلیمرهای دیگر برای تولید قطعاتی كه عموماً خواص و كیفیت بالایی ندارند مورد استفاده قرار می گیرند. عمده ترین ایراد این روش بازیافت، افت خواص محصول در طی هر سیكل از فرایند میباشد كه این مسئله به دلیل كاهش جرم ملكولی رزین بازیافتی است كه با گسستن زنجیرها از طریق واكنشهای هیدرولیز توسط آب و یا ناخالصیهای اسیدی باقی مانده و یا تخریب در اثر گرما رخ می دهد. لذا روش بازیافت فیزیكی كمتر مورد توجه قرار گرفته است .

بازیافت شیمیایی

بین روشهای دیگر بازیافت پلیمرها، بازیافت شیمیایی اكثر پلیمرهایی كه از پلیمریزاسیون تراكمی به دست آمده اند و حساس به پاره شدن زنجیرۀ پلیمری هستند بسیار موردتوجه میباشد .

پلی آمیدها، پلی اوره تان ها، پلی استرها جزء این گروه پلیمرها می باشند . PET یكی از پلیمرهایی است كه به روش شیمیایی بازیافت میشود و میتوان گفت كه بازیافت PET همزمان با تولید آن در مقیاس صنعتی عرضه گردید. به صورتی كه از این روش برای از بین بردن ضایعات چرخه تولید PET استفاده شد. گستردگی محصولات به دست آمده از این روش یكی از دلایل بازیافت شیمیایی پلی اتیلن ترفتالات است .

روشهای تخریب شیمیایی ضایعات PET باتوجه به دلایل عملی به گروههای زیر تقسیم میشوند :

I- متانولیز methanolysis
II- گلیكولیز glycolysis
III- هیدرولیز hydrolysis
IV- آمونولیز ammonolysis
V- آمینولیز aminolysis
VI- روشهای دیگر

تاكنون عمدتاً متانولیز و گلیكولیز در مقیاس صنعتی استفاده میشود. البته در سالهای اخیر تولید محصولات میانی الیگومری بیشتر موردتوجه قرار گرفته است و گلیكولیز اهمیت بیشتری یافته است .

متانولیز
در این روش PET توسط متانول در دماهای بالا و تحت شرایط فشاری بالا تخریب می گردد. محصولات اصلی متانولیز PET عبارتند از: دی متیل ترفتالات (DMT) و اتیل گلیكول (EG) كه مواد اولیه تولید همین پلیمر نیز محسوب می گردند .
امكان قرار دادن واحد متانولیز PET در خط تولید آن یكی از مزیت های این روش است در این صورت كلیه ضایعات PET در چرخه تولید قابل بازیافت می شوند .
كلیه روشهای مختلف متانولیز شرایط واكنش مشابهی دارند، به عنوان مثال میتوان به فشار 4-2 مگاپاسكال و دمای 280-180 سانتیگراد اشاره داشت .
باید در نظر داشت كه واكنش متانولیز تنها در حضور كاتالیزور به صورت مؤثر پیش می رود. كاتالیزورهایی كه مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: استات كبالت، نمكهای منگنز چون استات و فسفات منگنز، فسفات كلسیم، اكسیدها و هیدروكسیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاكی، سیلیكات سدیم و اكسید قلع كه استات روی بیشترین مصرف را به خود اختصاص می دهد. در پایان واكنش، كاتالیزور باید حتما غیرفعال گردد، در غیر اینصورت در بخشهای بعدی فرایند، واكنش ترانس استریفیكاسیون DMT با EGامكان پذیر می گردد كه باعث كاهش مقدار DMT خواهد شد. در انتها، بعد از رسوب دادن DMT حاصله از مخلوط واكنش آن را سانتریفیوژ كرده و بلورینه می كنند .
متانولیز PET در غیاب كاتالیزور شامل سه مرحله است: مرحله اول شامل تخریب زنجیرها و كوتاه شدن طول زنجیر به یك سوم طول اولیه میباشد. در مرحله دوم زنجیرها به الیگومرها تبدیل میشوند و مرحله سوم تبدیل الیگومرها به مونومرها كه تنها در حضور كاتالیست انجام می‌گیرد و چنانچه كاتالیزور وجود نداشته باشد، درصد تولید DMT پایین است و درصد PET باقیمانده بالا .

گلیكولیز
یكی از روشهای مهم بازیافت شیمیایی ضایعات PET ، گلیكولیز است. این فرایند بیشتر در مقیاس صنعتی انجام میشود. درصورت انتخاب شرایط اولیه مناسب گلیكولیز جزئی PET نتیجه فرآیند، الیگومرهای كوچك میباشند كه طول زنجیرهای آنها به شرایط عملیاتی بستگی دارد. این خاصیت در تهیه رزینهای پلی استر مطلوب میباشد، اما مشكلاتی را بوجود می آورد. به دلیل واپلیمریزاسیون جزئی واكنش، امكان حذف مواد رنگزانیست و استفاده مجدد از محصولات آن در تولید PET باید با اختلاط مواد اولیه خالص همراه باشد. درغیر اینصورت PET به دست آمده شفافیت لازم را نخواهد داشت . محصولات این روش در تولید رزین های پلی استر غیراشباع (UPR) ، اسفنجهای پلی یورتان (PU) و پلی ایزوسیانورات ها كاربرد یافته اند .
نوع و مقدار گلایكول های مصرفی در این روش، بر ویژگیهای محصولات نهایی آن تأثیر چشمگیری دارند. گلایكولهای رایجی كه در این روش مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: اتیلن گلایكول (EG) ، 1 ، 4- بوتان دی ال، نئوپنتیل گلایكول (NPG) ، پروپیلن گلایكول (PG) و دی اتیلن گلایكول (DEG). در بین گلیكولهای مذكور بیشتر DEG, EG, PG در واپلیمریزاسیون PET مورد بررسی قرار گرفته اند. بررسی ها نشان می دهندكه در بین این سه گلیكول، EG بهترین عملكرد را در گلیكولیز PET دارد و DEG ضعیف ترین عملكرد را از خود نشان می دهد .
از طرفی نسبت گلیكول به PET بر روی خواص نهایی محصول بسیار مؤثر میباشد. تحقیقات نشان می دهند كه با افزایش نسبت گلیكول به PET تعادل بین مونومر و الیگومر در واكنش، سریعتر اتفاق می افتد و محصول نهایی دارای درصد كمتری از الیگومرهایی با جرم ملكولی بالا میباشد .
اما نسبت بالای PET به گلیكول كه جهت دستیابی به الیگومرهایی با جرم ملكولی بالاترمناسب است میتواند مشكلاتی در امر اختلاط ایجاد كند. لذا برای رفع مشكل از محملی مثل زایلن استفاده می كنند. زایلن باعث افزایش سرعت واكنش می گردد چراكه PET و EG در زایلن حتی در دمای بالا حل نمی شوند ولی محصولات گلیكولیز حل می شوند لذا با انتقال محصولات از فاز واكنش (قطرات معلق گلیكول و PET) به محمل زایلن، واكنش از تعادل خارج می شود و واكنش بیشتر پیش می رود. از طرف دیگر جداسازی محصولات گلیكولیز با استفاده از زایلن آسان تر است .

منبع : نشریه PET

• مقاله روشهای بازیافت پلی اتیلن ترفتالات »

°مطلب به دو فرمت PDF و HTML در دسترس شما عزیزان قرار گرفته است که برای استفاده از نسخه PDF نرم‌افزار Acrobat Reader را نیاز خواهید داشت.