PET回收：擠壓成型過程中的真空去污

U.Thiele

Dr.Thiele聚酯科技公司 (德國)

聚酯(PET)塑料瓶廢料的循環回收呈日益增長的趨勢，這顯著增加了通過機械方式回收PET的需求。為了確保回收物能用于食品包裝并盡可能減少其使用限制，去污一直是回收過程的焦點。此外，保持PET的循環再利用能力也越來越受到重視。PET的循環再利用能力取決于所選擇的回收工藝方法，穩定劑和添加劑的加入會顯著降低PET的循環再利用能力。

回收過程中，為了防止或盡量減輕PET熔體的快速水解，采用在真空條件下擠壓PET瓶片料。PET的水解程度與所使用的擠出設備有關。PET熔體與真空直接接觸的表面積及表面更新速率決定了熔體的排氣效率，按照單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機和多螺桿擠出機的順序，排氣能力依次增強。

本研究基于與德國Gneuss塑料技術有限公司的合作項目，具體研究真空擠出過程中工藝壓力對去污效率的影響。

在PET瓶的生產和使用過程中會產生大量的有機合成物質，這些有機合成物來源于瓶子生產過程中加入的添加劑，或聚合物塑料使用過程中產生的污染物。為了驗證回收工藝是否合適，通常需要進行具有挑戰性的試驗。即選擇一定量的性能與有機雜質類似的合成物添加至PET切片中，在回收工藝完成之后，定量分析從這些PET中遷移出來的有機雜質的量。該試驗需要在技術、分析和時間上花費大量精力，用以檢測PET瓶在使用過程中受到的有害污染。

隨著回收率的增加，尤其是在多次循環利用的PET瓶材料中，除了使用過程中吸附的污染物以外，還出現了多次使用的添加劑。這些添加劑專門用以降低PET廢料中乙醛和其他穩定劑及染料的含量。

對于非再生的PET原料而言，其顆粒的乙醛平均濃度為0.5 mg/kg，PET瓶壁中的乙醛平均濃度小于3.0 mg/kg，而再生料及由再生料生產的PET瓶中則含有更多的乙醛，其乙醛含量主要取決于所采取的回收工藝。為了確保使用質量分數為30%～50%再生料生產PET瓶時，尤其是飲用水瓶時乙醛含量不超標，必須再次加入添加劑(乙醛清除劑)以降低乙醛含量。因此，項目在研究真空擠出工藝過程中壓強對去污效率的影響時，主要關注循環過程中重復添加的添加劑，以及由此引起的加工和質量問題。該研究的目的是尋找一種簡易、低成本的分析方法來研究真空擠出過程中去污效率和工藝壓強的關系。主要研究點是PET回收切片中是否積累了一些通過添加劑反復進入PET塑料的典型分子或原子，且這些分子或原子是否可以通過上述簡易方法進行量化分析。

選用含氮化學物作為目標成份。因為所添加的AA清除劑、染料和穩定劑分子會以結合形式攜帶氮原子。另外，作為阻隔層的聚酰胺MXD6或分散在PET瓶中以提高其阻隔性能的聚酰胺類物質也屬于含氮污染物。表1列出了PET材料中一些常見的含氮添加劑及其氮含量。

表1 PET瓶片中典型的添加劑

(續表1)

從試驗結果可知，PET切片中的氮含量主要受AA清除劑重復添加的影響。德國一所分析實驗室已實現使用微量凱氏定氮法重復檢測PET中氮元素的含量，其最低檢出量可低至10 mg/kg。為了能夠精確描述各PET切片的初始情況，該實驗室檢測了市面上不同PET切片試樣的氮含量，并與非再生PET材料進行了比較，結果如表2所示。

采用Gneuss塑料技術有限公司的MRS-90型真空擠出機，研究了真空擠出過程中工藝壓力對材料含氮量的影響。在產量為500 kg/h的條件下，對常用的2.5，0.5和 0.1 kPa工藝壓強進行了比較，結果列于表2中(所有分析結果均取自多個測試系列的平均值)。

表2 含氮量與工藝真空度的關系

值得注意的是，在用于保護真空泵的噴霧冷凝器中也發現了從PET中去除的含氮當量。在對試驗結果進行評估時，應牢記測得的含氮量為總和指標，并不能對含氮添加劑的性質給予明確結論。為了更好地理解，將測試結果以圖形方式列于圖1中。

圖1 含氮量與工藝真空壓力的關系圖

測試結果表明，在工藝壓強為0.1～0.5 kPa之間時，去污效果明顯提升。由此得出結論，MRS型擠出系統在高真空度范圍內處理PET瓶片料時表現出相當大的優勢，這是由于在處理過程中熔體具有較大的表面積及較高的表面更新速率。除了美國食品和藥物管理局(FDA)和歐洲食品安全局(EFSA)發布的測試結果表明MRS能夠滿足測試標準之外，Gneuss塑料技術公司的MRS在0.1～0.5 kPa工藝壓強范圍內應用時，也能夠有效去除外來雜質，尤其是去除在循環回收PET過程中富集的外來雜質。

由此可知，通過將MRS真空擠出和顆粒固態冷凝(SSP)結合的方法，可以對PET瓶片回收再利用，并可取代目前市場上的B2B工藝和預制件生產工藝。