PET回收：挤压成型过程中的真空去污

U.Thiele

Dr.Thiele聚酯科技公司 (德国)

聚酯(PET)塑料瓶废料的循环回收呈日益增长的趋势，这显著增加了通过机械方式回收PET的需求。为了确保回收物能用于食品包装并尽可能减少其使用限制，去污一直是回收过程的焦点。此外，保持PET的循环再利用能力也越来越受到重视。PET的循环再利用能力取决于所选择的回收工艺方法，稳定剂和添加剂的加入会显著降低PET的循环再利用能力。

回收过程中，为了防止或尽量减轻PET熔体的快速水解，采用在真空条件下挤压PET瓶片料。PET的水解程度与所使用的挤出设备有关。PET熔体与真空直接接触的表面积及表面更新速率决定了熔体的排气效率，按照单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机的顺序，排气能力依次增强。

本研究基于与德国Gneuss塑料技术有限公司的合作项目，具体研究真空挤出过程中工艺压力对去污效率的影响。

在PET瓶的生产和使用过程中会产生大量的有机合成物质，这些有机合成物来源于瓶子生产过程中加入的添加剂，或聚合物塑料使用过程中产生的污染物。为了验证回收工艺是否合适，通常需要进行具有挑战性的试验。即选择一定量的性能与有机杂质类似的合成物添加至PET切片中，在回收工艺完成之后，定量分析从这些PET中迁移出来的有机杂质的量。该试验需要在技术、分析和时间上花费大量精力，用以检测PET瓶在使用过程中受到的有害污染。

随着回收率的增加，尤其是在多次循环利用的PET瓶材料中，除了使用过程中吸附的污染物以外，还出现了多次使用的添加剂。这些添加剂专门用以降低PET废料中乙醛和其他稳定剂及染料的含量。

对于非再生的PET原料而言，其颗粒的乙醛平均浓度为0.5 mg/kg，PET瓶壁中的乙醛平均浓度小于3.0 mg/kg，而再生料及由再生料生产的PET瓶中则含有更多的乙醛，其乙醛含量主要取决于所采取的回收工艺。为了确保使用质量分数为30%～50%再生料生产PET瓶时，尤其是饮用水瓶时乙醛含量不超标，必须再次加入添加剂(乙醛清除剂)以降低乙醛含量。因此，项目在研究真空挤出工艺过程中压强对去污效率的影响时，主要关注循环过程中重复添加的添加剂，以及由此引起的加工和质量问题。该研究的目的是寻找一种简易、低成本的分析方法来研究真空挤出过程中去污效率和工艺压强的关系。主要研究点是PET回收切片中是否积累了一些通过添加剂反复进入PET塑料的典型分子或原子，且这些分子或原子是否可以通过上述简易方法进行量化分析。

选用含氮化学物作为目标成份。因为所添加的AA清除剂、染料和稳定剂分子会以结合形式携带氮原子。另外，作为阻隔层的聚酰胺MXD6或分散在PET瓶中以提高其阻隔性能的聚酰胺类物质也属于含氮污染物。表1列出了PET材料中一些常见的含氮添加剂及其氮含量。

表1 PET瓶片中典型的添加剂

(续表1)

从试验结果可知，PET切片中的氮含量主要受AA清除剂重复添加的影响。德国一所分析实验室已实现使用微量凯氏定氮法重复检测PET中氮元素的含量，其最低检出量可低至10 mg/kg。为了能够精确描述各PET切片的初始情况，该实验室检测了市面上不同PET切片试样的氮含量，并与非再生PET材料进行了比较，结果如表2所示。

采用Gneuss塑料技术有限公司的MRS-90型真空挤出机，研究了真空挤出过程中工艺压力对材料含氮量的影响。在产量为500 kg/h的条件下，对常用的2.5，0.5和 0.1 kPa工艺压强进行了比较，结果列于表2中(所有分析结果均取自多个测试系列的平均值)。

表2 含氮量与工艺真空度的关系

值得注意的是，在用于保护真空泵的喷雾冷凝器中也发现了从PET中去除的含氮当量。在对试验结果进行评估时，应牢记测得的含氮量为总和指标，并不能对含氮添加剂的性质给予明确结论。为了更好地理解，将测试结果以图形方式列于图1中。

图1 含氮量与工艺真空压力的关系图

测试结果表明，在工艺压强为0.1～0.5 kPa之间时，去污效果明显提升。由此得出结论，MRS型挤出系统在高真空度范围内处理PET瓶片料时表现出相当大的优势，这是由于在处理过程中熔体具有较大的表面积及较高的表面更新速率。除了美国食品和药物管理局(FDA)和欧洲食品安全局(EFSA)发布的测试结果表明MRS能够满足测试标准之外，Gneuss塑料技术公司的MRS在0.1～0.5 kPa工艺压强范围内应用时，也能够有效去除外来杂质，尤其是去除在循环回收PET过程中富集的外来杂质。

由此可知，通过将MRS真空挤出和颗粒固态冷凝(SSP)结合的方法，可以对PET瓶片回收再利用，并可取代目前市场上的B2B工艺和预制件生产工艺。