انواع روش های بازيافت پت

انواع روش های بازیافت پت

 پلاستیک ها به طور كلي موادی با مقاومت بالا هستند كه با اسيد، باز و مواد شيميايي معمول به سختي واكنش مي دهند. اين مواد كاملاً در برابر ميكرو ارگانيزم ها مقاوم بوده و در نتيجه زيست تخريب پذير نيستند. لذا دور ريز ضايعات پلاستیکی با فرايندهای عملياتی مواد جامد و مايعات معمول امكان پذير نمي باشد. چنانچه مواد پلاستيكي به شيوه هاي معمول سوزانده شوند، گازهای سمي توليد مي كنند. لذا جمع آوری و سيستم جداسازی مناسب ضايعات مواد پلاستيكي و فرآيندهای بازيافت در مورد آنها به كار برده نمي شود. 
یکی از پرمصرف ترين پلاستیک ها (پلي اتيلن - ترفتالات) با نام اختصاری PET است و به طور کلی در صنعت نساجی با نام "پلی استر" شناخته می شود ، ماده ای ضروری با کاربردهای بسیار زیاد به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار عالی است. پلي اتيلن- ترفتالات در زمينه هاي مختلف چون الياف، فيلم ها، غشاها، بطری های نوشيدني، فيلم براي قالبگيری فشاری و صنايع بسته بندی فيلم های راديوگرافي و نوارهای ويديويي مورداستفاده قرار مي گيرد. يكي از فراوان ترين انواع ضایعات پت بطری های نوشيدني است و بازيافت ضايعات بطری اين پليمر اهميت زيادي پيدا كرده است.
از طرف دیگر ، به دلیل افزایش مصرف و غیر قابل تجزیه بیولوژیکی ، دفع پسماند PET نگرانی های جدی زیست محیطی و اقتصادی ایجاد کرده است. بنابراین ، مدیریت پسماند PET به یک موضوع مهم اجتماعی تبدیل شده است. با توجه به افزایش آگاهی زیست محیطی در جامعه ، بازیافت همچنان به عنوان گزینه مناسب برای درمان پسماندهای PET باقی مانده است.
شايان ذكر است كه بازیافت پت يكي از موفق ترين نمونه های بازيافت پليمرها بوده و انواع بازيافت های مكانيكي، فيزيكي و شيميايي برای اين پليمر مورد استفاده قرار مي گيرند.

بازيافت مكانیکی

اين روش به نوعي مرحلة آماده سازی براي بازيافتهای فيزيكي و شيميايي ميباشد. بطري های نوشيدني PET شامل چندين نوع ماده هستند. آلومينيوم، كاغذ، فيلم پلاستيكي و چسب كه همگي قبل از به كارگيری، PET بايد جدا شوند چرا كه آلاينده ها بزرگترين عامل نزول خواص فيزيكي و شيميايي پت بازيافتي در حين فرايند مي باشند. از انواع آلاينده ها مي توان به موارد زير اشاره كرد : 

1- آلاينده های توليدكننده اسيد
2- آب
3- آلاينده های رنگي
4- استالدهيد

الف - فرآيندهای مكانیکی

دو روش در اين مرحله از بازيافت پت توسعه يافته است. در روش اول، بطريها تكه تكه شده ، به واحد فرايند- جايي كه به قطعات كوچك خرد ميشوند - منتقل مي گردند. براده ها در حجم و سرعت بالا به HDPE ، PET آلومينيوم، كاغذ و باقيمانده به صورت چسب جدا ميشوند.در روش دوم، كل بطريها در فرم اوليه به واحد فرايند منتقل شده و در آنجا برچسب و كاپ پايه طي يك فرايند مكانيكي جدا و بخش PET از بطری ها به صورت جداگانه شسته و خرد مي شوند. 

حسن روش اول اين است كه نيازمند هزينة كمتری جهت انتقال بطري های خرد شده است و امكان تاسيس واحدهای فرايندي با حجم كاری بالا را فراهم ميكند كه منجر به كاهش هزينه ها مي گردد. در مقايسه، روش دوم داراي اين حسن است كه هر مرحله با دقت و نظارت بيشتري انجام مي گيرد تا پت بازيافتي خالصتری به دست آيد. 

ب - جداسازی بعد از گرانول سازی

گرانول ها علاوه بر PET ممكن است حاوي HDPE از كاپ پايه، آلومينيوم از درپوش و حلقه بخش گردن بطری، برچسبهاي كاغذ يا فيلمهاي پلاستيكي (pp) چسب براي چسباندن برچسب و بعضي مواقع پوششي از PVC باشند.جداسازي تمامي اين آلاينده ها در گرانولها الزامي است. به طور كلي يك فرآيند چند مرحله اي انجام مي گيرد كه شامل شستشو با آب يا يك حلال مناسب، جداسازي استيل با آهنربا، جداسازي آلومينيوم از طريق دستگاه الكترواستاتيك و روش شناوری برای جداسازی پلاستيكهايي كه دانسيته متفاوتي از PET دارند مي باشد.

ج - جداسازی بطری های PVC 

فلس های PET بازيافت شده بايد عاري از PVC باشند چرا كه در فرايندهاي بعدي مشكل آفرين خواهند بود. به طور مثال، در فرايند بازيافت فيزيكي كه نيازمند حرارت بالا است، اين حرارت منجر به تخريب و تجزيه PVC باقيمانده در مخلوط شده و در نتيجه باعث افت خواص و تيره شدن موضعي قطعات مي گردد.جداسازی PVC در اروپا اهميت بالايي دارد چرا كه بطري های PVC به مقدار زيادی در محصولاتی كه حاوي نوشيدني هاي كربناتي هستند به كار مي روند.

د - جداسازی برچسب

ه - شستشوی گرانول ها

گرانول ها براي خارج سازی چسب ها، گرد و خاك، شيره شيرين و ديگر بقايايي كه قابليت آلوده كردن براده ها را دارند، بايد شسته شوند. محيط شستشو معمولاً آب داغ است تا اتيلن وينيل استات (EVA) يا ديگر چسبها مشابه حل شوند. اين چسبها در دماي بالا مي توانند تركيباتي اسيدی توليد كنند كه منجر به گسست ملكولهای PET مي شود، بنابراين بايد حتماً شسته شوند .افزودني هايي مثل سود سوزآور، پاک كننده ها، امولسي فايرها و يا مواد خاص ديگري به آب شستشو اضافه ميشوند تا از رسوب مجدد EVA روي گرانول ها جلوگيري به عمل آورند. آب شستشو به طور معمول سيركوله ميشود تا محصولات ناشي از ضايعات آب و مواد شيميايي افزودني مورداستفاده به حداقل برسند. شستشو در تانك همزن دار و يا خط انتقال صورت مي گيرد. امروزه در يك روش مدرن از ازت مايع استفاده مي شود تا آلاينده های سطحي و چسب از بين بروند .

و - خرد كردن و تميز كردن در حالت سرد

 ز- جداسازی HDPE

براده های HDPE از PET از طريق روش اختلاف دانسيته جداسازی مي شوند. مخلوطي از گرانول ها در آب ريخته شده و در يك تانك شناوری قرار مي گيرند. گرانول های سبک HDPE به صورت دائمي روي سطح مايع شناور مي مانند و گرانول های PET سنگين تر در انتهاي تانك جمع آوری مي شوند.

ح - استفاده از حلال ها برای خارج سازی آلاينده ها

ضايعات PET ممكن است با قسمتهايي از بطري كه از مواد ديگر ساخته شده اند و يا موادي كه از انواع بطري های ديگری كه به صورت اتفاقي در چرخه بازيافت وارد شده اند آلوده شوند. همچنين بطري ها ممكن است با مايعات و محتويات داخل آنها آلوده شده باشند، لذا حلال هايي براي خالص سازي گرانول هاي PET استفاده مي شوند تا ناخالصي های موجود را حل كرده و از بين ببرند.

ط- خشک كردن گرانول ها 

بازيافت فيزیکی

بعد از اتمام بازيافت مكانيكي، گرانولهای RPET (پلي اتيلن ترفتالات بازيافت شده) به تنهايي و يا به صورت تركيبي با PET خالص اوليه و يا آلياژي از پليمرهاي ديگر براي توليد قطعاتي كه عموماً خواص و كيفيت بالايي ندارند مورد استفاده قرار مي گيرند. عمده ترين ايراد اين روش بازيافت، افت خواص محصول در طي هر سيكل از فرايند ميباشد كه اين مسئله به دليل كاهش جرم ملكولي رزين بازيافتي است كه با گسستن زنجيرها از طريق واكنشهاي هيدروليز توسط آب و يا ناخالصي های اسيدی باقي مانده و يا تخريب در اثر گرما رخ مي دهد. لذا روش بازيافت فيزيكي كمتر مورد توجه قرار گرفته است.

بازيافت شيميایی

بين روش های ديگر بازيافت پليمرها، بازيافت شيميايي اكثر پليمرهايي كه از پليمريزاسيون تراكمي به دست آمده اند و حساس به پاره شدن زنجيره پليمری هستند بسيار مورد توجه مي باشد. پلي آميدها، پلي اورتان ها، پلي استرها جزء اين گروه پليمرها مي باشند PET يكي از پليمرهايي است كه به روش شيميايي بازيافت ميشود و ميتوان گفت كه بازيافت PET همزمان با توليد آن در مقياس صنعتي عرضه گرديد. به صورتي كه از اين روش برای از بين بردن ضايعات چرخه توليد PET استفاده شد. گستردگي محصولات به دست آمده از اين روش يكي از دلايل بازيافت شيميايي پلي اتيلن ترفتالات است.

روش های تخريب شيميايي ضايعات پت باتوجه به دلايل عملي به گروه های زير تقسيم ميشوند:

I- متانوليز methanolysis
II- گليكوليز glycolysis
III- هيدروليز hydrolysis
IV- آمونوليز ammonolysis
V- آمينوليز aminolysis
VI- روشهاي ديگر

تاكنون عمدتاً متانوليز و گليكوليز در مقياس صنعتي استفاده ميشود. البته در سالهاي اخير توليد محصولات مياني اليگومري بيشتر موردتوجه قرار گرفته است و گليكوليز اهميت بيشتری يافته است.

متانوليز

در اين روش PET توسط متانول در دماهاي بالا و تحت شرايط فشاري بالا تخريب مي گردد. محصولات اصلي متانوليز PET عبارتند از: دي متيل ترفتالات (DMT) و اتيل گليكول (EG) كه مواد اوليه توليد همين پليمر نيز محسوب مي گردند. امكان قرار دادن واحد متانوليز PET در خط توليد آن يكي از مزيت هاي اين روش است در اين صورت كليه ضايعات پت در چرخه توليد قابل بازيافت مي شوند. كليه روشهاي مختلف متانوليز شرايط واكنش مشابهي دارند، به عنوان مثال ميتوان به فشار 2-4 مگاپاسكال و دماي 180-280 سانتيگراد اشاره دارد.

بايد در نظر داشت كه واكنش متانوليز تنها در حضور كاتاليزور به صورت مؤثر پيش مي رود. كاتاليزورهايي كه مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از: استات كبالت، نمكهاي منگنز چون استات و فسفات منگنز، فسفات كلسيم، اكسيدها و هيدروكسيدهاي فلزات قليايي و قليايي خاكي، سيليكات سديم و اكسيد قلع كه استات روي بيشترين مصرف را به خود اختصاص مي دهد. در پايان واكنش، كاتاليزور بايد حتما غيرفعال گردد، در غير اينصورت در بخش هاي بعدي فرايند، واكنش ترانس استريفيكاسيون DMT با EG امكان پذير مي گردد كه باعث كاهش مقدار DMT خواهد شد. در انتها، بعد از رسوب دادن DMT حاصله از مخلوط واكنش آن را سانتريفيوژ كرده و بلورينه مي كنند. 
متانوليز PET در غياب كاتاليزور شامل سه مرحله است: مرحله اول شامل تخريب زنجيرها و كوتاه شدن طول زنجير به يك سوم طول اوليه ميباشد. در مرحله دوم زنجيرها به اليگومرها تبديل ميشوند و مرحله سوم تبديل اليگومرها به مونومرها كه تنها در حضور كاتاليست انجام مي گيرد و چنانچه كاتاليزور وجود نداشته باشد، درصد توليد DMT پايين است و درصد PET باقيمانده بالا.

گليكوليز

يكي از روش های مهم بازيافت شيميايي ضایعات پت گليكوليز است. اين فرايند بيشتر در مقياس صنعتي انجام ميشود. درصورت انتخاب شرايط اوليه مناسب گليكوليز جزئي PET نتيجه فرآيند، اليگومرهای كوچک مي باشند كه طول زنجيرهای آنها به شرايط عملياتي بستگي دارد. اين خاصيت در تهيه رزينهاي پلي استر مطلوب ميباشد، اما مشكلاتي را بوجود مي آورد. به دليل واپليمريزاسيون جزئي واكنش، امكان حذف مواد رنگزانيست و استفاده مجدد از محصولات آن در توليد پت بايد با اختلاط مواد اوليه خالص همراه باشد. درغير اينصورت PET به دست آمده شفافيت لازم را نخواهد داشت .محصولات اين روش در توليد رزين هاي پلي استر غيراشباع (UPR) اسفنجهاي پلي يورتان (PU) و پلي ايزوسيانورات ها كاربرد يافته اند. نوع و مقدار گلايكول هاي مصرفي در اين روش، بر ويژگيهاي محصولات نهايي آن تأثير چشمگيري دارند. گلايكول هاي رايجي كه در اين روش مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از: اتيلن گلايكول (EG) بوتان دي ال، نئوپنتيل گلايكول (NPG) پروپيلن گلايكول (PG) و دي اتيلن گلايكول (DEG) در بين گليكولهاي مذكور بيشتر PG ، EG, DEG در واپليمريزاسيون PET مورد بررسي قرار گرفته اند. بررسي ها نشان مي دهندكه در بين اين سه گليكول EG بهترين عملكرد را در گليكوليز PET دارد و DEG ضعيف ترين عملكرد را از خود نشان مي دهد.

از طرفي نسبت گليكول به PET بر روي خواص نهايي محصول بسيار مؤثر مي باشد. تحقيقات نشان مي دهند كه با افزايش نسبت گليكول به PET تعادل بين مونومر و اليگومر در واكنش، سريعتر اتفاق مي افتد و محصول نهايي داراي درصد كمتری از اليگومرهایی با جرم ملكولي بالا ميباشد.اما نسبت بالای PET به گليكول كه جهت دستيابي به اليگومرهايي با جرم ملكولي بالاترمناسب است مي تواند مشكلاتي در امر اختلاط ايجاد كند. لذا برای رفع مشكل از محملي مثل زايلن استفاده مي كنند. زايلن باعث افزايش سرعت واكنش مي گردد چرا كه PET و EG در زايلن حتي در دماي بالا حل نمي شوند ولي محصولات گليكوليز حل مي شوند لذا با انتقال محصولات از فاز واكنش (قطرات معلق گليكول و PET) به محمل زايلن، واكنش از تعادل خارج مي شود و واكنش بيشتر پيش مي رود. از طرف ديگر جداسازي محصولات گليكوليز با استفاده از زايلن آسان تر است.