Recykling chemiczny PET

Recykling chemiczny PET

Jak sama nazwa wskazuje, recykling chemiczny polega na wykorzystaniu szeregu procesów chemicznych do rozkładu tworzyw sztucznych na substancje chemiczne, z których można następnie stworzyć surowiec o zupełnie innych właściwościach. Wiele osób sądzi, że technologia recyklingu chemicznego okaże się przełomowa i pomoże rozwiązać szereg problemów związanych z odpadami tworzyw sztucznych. Czy recykling chemiczny może radykalnie zmienić sposób w jaki przetwarzamy plastikowe odpady? 

Liczba odzyskiwanych i ponownie wykorzystywanych tworzyw ciągle rośnie, szczególnie w tych krajach, gdzie w wyniku działań proekologicznych zwraca się coraz większą uwagę na problemy zanieczyszczenia środowiska. Prawo wielu państw obliguje do mechanicznego recyklingu różnych wyrobów (opakowań, pojemników itp.) i wywołuje efekt polegający na zwiększeniu liczby materiałów wtórnych na rynku. To z kolei oznacza, że wyzwanie, jakie stawia recykling tworzyw, nie polega tylko na samym odzysku materiałów, ale także na poszukiwaniu nowych zastosowań dla surowców wtórnych. Jeśli chodzi o możliwości wytwarzania nowych produktów z materiałów odzyskiwanych, problemy wynikają z faktu, że bardzo często materiały te mają nieodpowiednie i gorsze właściwości mechaniczne od polimerów pierwotnych. Natomiast mocnymi punktami tworzyw z recyklingu są niższe ceny i ''ekologiczny'' wizerunek. W pewnych przypadkach konsument jest gotów zapłacić trochę więcej w zamian za korzyści ''energetyczne i ekologiczne'' takie jak: zmniejszenie liczby odpadów, oszczędność materiału i energii, mniejsze emisje substancji toksycznych.

Ciągły wzrost zastosowań tworzyw polimerowych w różnych dziedzinach gospodarki sprawia, iż ważnym zagadnieniem staje się utylizacja poużytkowych odpadów tychże tworzyw. W grupie odpadów poużytkowych niebagatelną część stanowią odpady pochodzące z opakowań z poli(tereftalanu etylenu). Poli(tereftalan etylenu) (PET), występujący w dużych ilościach w odpadach komunalnych, jest ''zmorą'' wysypisk śmieci i stanowi uciążliwe zanieczyszczenie naturalnego środowiska. Błędne spojrzenie na ten materiał prawdopodobnie jest skutkiem złego zarządzania tym surowcem, braku segregacji śmieci i niewystarczającej liczby zakładów zajmujących się recyklingiem PET. Powoduje to, że często możemy spotkać go na wysypiskach. Zalega na nich, ponieważ wykazuje wysoką odporność na czynniki atmosferyczne i biologiczne. Butelki PET stanowią więc kłopotliwy odpad XXI w. PET, ze względu na swe własności, jest surowcem o szerokim zastosowaniu; może być dowolnie kształtowany i barwiony, nie pęka i jest wytrzymały na wpływ temperatury. Recykling odpadowego PET-u może być prowadzony na wiele różnych sposobów. Ze względu na sposób przetwarzania odpadów PET, stosowane technologie można podzielić na:

  • Recykling materiałowy, na który składa się zbiórka poużytkowych odpadów z PET, rozdrobnienie ich, granulacja i późniejsze zawrócenie do procesu produkcji. Ten rodzaj przetwórstwa wykorzystuje termoplastyczne właściwości tworzywa, bez istotnego naruszania jego budowy chemicznej. Podstawowe zastosowania wtórnego PET to: włókna, przędze, płyty, folie, wyroby formowane przez wtrysk.
  • Recykling energetyczny, polegający na spaleniu tworzywa i wykorzystaniu zawartej w nim energii. Metoda ta eliminuje konieczność starannej segregacji odpadów, oczyszczania ich i radykalnie minimalizuje ich objętość. Zaletą PET, z ekologicznego punktu widzenia, jest brak toksycznych domieszek w gazowych produktach spalania.
  • Recykling chemiczny, polegający na degradacji PET do niskocząsteczkowych związków wyjściowych lub pochodnych kwasu tereftalowego. Wśród metod chemicznego recyklingu PET wyróżnić można hydrolizę, glikolizę, aminolizę i alkoholizę. 

W procesie hydrolizy PET ulega reakcji depolimeryzacji do kwasu tereftalowego i glikolu etylenowego pod wpływem wody w warunkach kwasowych lub zasadowych. Glikoliza polega na traktowaniu PET nadmiarem glikolu etylenowego. Celem reakcji może być otrzymanie estru diglikolowego kwasu tereftalowego lub glikolizatu w postaci mieszaniny oligomerów. Metanoliza to proces wysokotemperaturowej depolimeryzacji PET za pomocą metanolu, prowadzący do powstania dimetylotereftalanu i glikolu etylenowego. W literaturze opisane są również procesy aminolizy i aminoglikolizy, a uzyskane produkty były testowane jako utwardzacze do żywic epoksydowych i poliole do sztywnych pianek poliuretanowych. 

shutterstock-685086652

Powstało już wiele publikacji naukowych poświęconych recyklingowi chemicznemu PET i pewne doświadczenia na tym polu posiada również autorka niniejszego artykułu, która wspólnie z dr inż. Ewą Langer prowadzi prace badawcze w Oddziale Farb i Tworzyw w Gliwicach, należącym do jednostki naukowej Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników. Efektem tej działalności są liczne artykuły poświęcone tematyce recyklingu chemicznego PET, zgłoszenie patentowe, a także monografia naukowa. Głównym celem naszych prac było otrzymanie nową metodą oligoestrów tereftalowych z wykorzystaniem odpadowego PET i zastosowanie ich jako alternatywy dla ftalanowych plastyfikatorów do PVC. Kierunek badań nie został wybrany przypadkowo.

Wartość europejskiego rynku wyrobów z plastyfikowanego PVC określa się na ok. 50 mld euro rocznie, a udział w nim plastyfikatorów PVC wynosi blisko 33%. Sama skłonność przemysłu do produkowania bardziej przyjaznych środowisku i zdrowiu plastyfikatorów nie jest wystarczającym determinantem, jeśli nie są one oczekiwane i akceptowane przez rynek. Zasadniczo poli(chlorek winylu) nie jest uznawany za tworzywo typu green, więc im bardziej dodatki będą neutralne dla środowiska, tym bardziej pomoże to wykorzystać możliwości tworzyw polimerowych przy jednoczesnej minimalizacji ich szkodliwości dla środowiska oraz zdrowia i życia ludzkiego. 

Jednym z możliwych rozwiązań problemu PET, gromadzącego się na składowiskach odpadów, jest poszukiwanie nowych wartościowych produktów, które można z niego wytwarzać. Do takich wyrobów należy zaliczyć zmiękczacze do poli(chlorku winylu). Chociaż to zastosowanie nie jest, jak się wydaje, w pełni rozpoznane pod względem badawczym i technologicznym, powstało już co najmniej kilka patentów w tej dziedzinie.

Użyte przez nas plastyfikatory polimeryczne to poliestry kwasu tereftalowego i drugiego wybranego kwasu dikarboksylowego o ogólnej strukturze wyrażonej wzorem:

EH – [KW – GL – KT – GE]3 – KW – EH 

gdzie:

EH – 2-etyloheksanol,

KT – kwas tereftalowy,

GE – glikol etylenowy,

KW – kwas dikarboksylowy,

GL – glikol.



Reportaże

Forum