Навигация по таблицам
- Таблица 1: Основные критические параметры переработки PET и rPET
- Таблица 2: Температурные режимы переработки
- Таблица 3: Параметры сушки материала
- Таблица 4: Последствия нарушения критических параметров
- Таблица 5: Сравнение физико-механических свойств
Таблица 1: Основные критические параметры переработки PET и rPET
| Параметр | Значение для первичного PET | Значение для вторичного rPET | Последствия нарушения |
|---|---|---|---|
| Содержание влаги перед переработкой | Не более 0,005% (50 ppm) | Не более 0,005% (50 ppm) | Гидролитическая деградация, снижение вязкости расплава, ухудшение механических свойств, образование пузырей |
| Температура сушки | 150-180°C в течение 4-6 часов | 165-175°C в течение 4-6 часов | Недостаточная сушка приводит к деструкции, избыточная - к повышению ацетальдегида и снижению вязкости |
| Температура расплава (литье под давлением) | 265-290°C | 265-285°C | Термодеструкция при превышении 300°C, недостаточная текучесть при низкой температуре |
| Температура пресс-формы | 10-60°C (зависит от изделия) | 10-60°C | Высокая температура вызывает кристаллизацию и потерю прозрачности, низкая - недостаточную прочность |
| Давление литья | 50-130 МПа (500-1300 бар) | 60-150 МПа (требуется повышенное) | Недостаточное давление приводит к неполному заполнению формы, избыточное - к облою |
| Предельное число вязкости (IV) | 0,75-0,85 дл/г | 0,70-0,80 дл/г (снижено на 5-10%) | Низкая вязкость ухудшает механические свойства, высокая - затрудняет переработку |
| Время выдержки под давлением | 15-30 секунд | 20-35 секунд (увеличено) | Недостаточная выдержка приводит к усадке и короблению, избыточная - к повышению цикла |
Таблица 2: Температурные режимы переработки
| Зона/Процесс | Первичный PET (°C) | Вторичный rPET (°C) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Температура стеклования | 67-81°C | 67-81°C | Зависит от степени кристалличности |
| Температура плавления кристаллической фазы | 250-265°C | 245-260°C (может быть ниже) | Снижается при наличии примесей |
| Зона загрузки материального цилиндра | 250-260°C | 245-255°C | Начальная зона пластификации |
| Зона сжатия | 260-275°C | 255-270°C | Средняя зона |
| Зона дозирования | 270-285°C | 265-280°C | Конечная зона перед соплом |
| Сопло | 275-290°C | 270-285°C | Максимальная температура в системе |
| Температура начала деструкции | 300°C | 290-295°C | Критический предел согласно ГОСТ Р 51695-2000 |
Таблица 3: Параметры сушки материала
| Показатель | Первичный PET | Вторичный rPET | Критерии контроля |
|---|---|---|---|
| Исходное содержание влаги | 0,1-0,3% (1000-3000 ppm) | 0,15-0,6% (1500-6000 ppm) | Определяется гигроскопичностью материала |
| Целевое содержание влаги после сушки | Менее 0,005% (50 ppm) | Менее 0,005% (50 ppm) | Проверка влагомером или воздушной пробой |
| Температура сушки | 150-180°C | 165-175°C | Контроль термопарами |
| Время сушки | 4-6 часов | 4-6 часов | Зависит от исходной влажности |
| Температура точки росы воздуха | Ниже -40°C | Ниже -40°C | Для эффективного удаления влаги |
| Скорость потока воздуха | 0,05-0,1 м³/кг·час | 0,08-0,12 м³/кг·час | Обеспечение равномерной сушки |
| Максимальное время хранения после сушки | 4 часа на открытом воздухе | 2-3 часа на открытом воздухе | Предотвращение повторного увлажнения |
Таблица 4: Последствия нарушения критических параметров
| Нарушенный параметр | Характер нарушения | Последствия для первичного PET | Последствия для вторичного rPET |
|---|---|---|---|
| Превышение влажности | Более 50-100 ppm | Снижение вязкости расплава на 15-20%, образование пузырей, помутнение | Снижение вязкости на 20-30%, усиленная деградация, критическое ухудшение свойств |
| Температура расплава | Выше 300°C | Термическая деструкция, выделение ацетальдегида, пожелтение | Ускоренная деструкция, сильное пожелтение, потеря прочности до 40% |
| Температура расплава | Ниже 250°C | Высокая вязкость, неполное заполнение формы, повышенное усилие литья | Критически высокая вязкость, затруднение переработки |
| Недостаточное давление литья | Ниже рекомендуемого | Недоливы, пористость, низкая плотность изделий | Выраженные дефекты литья, неравномерная структура |
| Повышенная температура формы | Выше 60°C | Кристаллизация, потеря прозрачности, увеличение времени цикла | Интенсивная кристаллизация, хрупкость, коробление |
| Длительное время пребывания в цилиндре | Более 5-6 минут при 280°C | Термоокислительная деградация, снижение молекулярной массы на 10-15% | Критическая деградация, снижение молекулярной массы на 20-30% |
| Загрязнение ПВХ | Более 30-50 ppm | Не применимо для первичного материала | Выделение HCl при нагреве, пожелтение, коррозия оборудования |
Таблица 5: Сравнение физико-механических свойств
| Свойство | Первичный PET | Вторичный rPET (1 цикл) | Вторичный rPET (3-5 циклов) |
|---|---|---|---|
| Предельное число вязкости (IV), дл/г | 0,80-0,85 | 0,75-0,80 | 0,70-0,75 |
| Плотность, г/см³ | 1,33-1,35 | 1,32-1,34 | 1,31-1,33 |
| Разрывное напряжение, МПа | 55-70 | 50-65 | 45-60 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 50-150 | 40-130 | 30-110 |
| Модуль упругости при растяжении, ГПа | 2,8-3,2 | 2,6-3,0 | 2,4-2,8 |
| Ударная вязкость, кДж/м² | 4-8 | 3,5-7 | 3-6 |
| Рабочий диапазон температур, °C | от -40 до +85 | от -40 до +80 | от -40 до +75 |
Оглавление статьи
- 1. Введение в технологию переработки rPET
- 2. Критические температурные параметры
- 3. Влажность материала и процесс сушки
- 4. Вязкость расплава и ее контроль
- 5. Параметры давления при литье под давлением
- 6. Особенности деградации и стабилизации rPET
- 7. Требования стандартов и контроль качества
- Часто задаваемые вопросы
1. Введение в технологию переработки rPET
Полиэтилентерефталат (ПЭТ, PET) представляет собой термопластичный полиэфир, который получил широчайшее распространение в производстве упаковочных материалов, текстильных волокон и технических изделий. Переработанный полиэтилентерефталат (rPET) производится из использованной ПЭТ-тары и отходов производства путем механической или химической переработки. В условиях растущих экологических требований и стремления к циркулярной экономике, технология переработки rPET приобретает особое значение.
Согласно ГОСТ Р 51695-2000 и ГОСТ 34970.1-2023, полиэтилентерефталат должен соответствовать строгим техническим требованиям, которые обеспечивают безопасность и качество конечной продукции. Критические параметры переработки определяют не только качество получаемых изделий, но и экономическую эффективность производственного процесса.
Основное отличие вторичного rPET от первичного материала заключается в частичной деградации полимерных цепей, которая происходит в процессе эксплуатации, сбора и первичной переработки. При механической переработке ухудшаются физико-химические и механические свойства - падает температура плавления, плотность, разрывное напряжение и предельное число вязкости. Эти изменения требуют корректировки технологических параметров переработки.
2. Критические температурные параметры
Температурный режим переработки полиэтилентерефталата является одним из наиболее критичных параметров, определяющих качество конечного продукта. ПЭТ имеет узкое технологическое окно между температурой плавления кристаллической фазы (250-265°C) и температурой начала термической деструкции (около 300°C).
Температура плавления и стеклования
Полиэтилентерефталат существует в двух состояниях - аморфном и кристаллическом. Температура стеклования аморфного ПЭТ составляет около 67°C, в то время как для кристаллического материала этот показатель возрастает до 81°C. При нагревании выше температуры стеклования материал переходит в высокоэластичное состояние, что используется при ориентации и термоформовании изделий.
Температура плавления кристаллической фазы первичного ПЭТ находится в диапазоне 250-265°C. Для вторичного rPET этот показатель может быть на 5-10°C ниже в зависимости от степени деградации и наличия примесей. Снижение температуры плавления связано с уменьшением молекулярной массы полимера и нарушением регулярности кристаллической структуры.
Температурные зоны материального цилиндра
При литье под давлением температура по длине материального цилиндра должна возрастать постепенно. Для первичного ПЭТ рекомендуется следующий профиль температур: зона загрузки - 250-260°C, зона сжатия - 260-275°C, зона дозирования - 270-285°C, сопло - 275-290°C. Для вторичного rPET целесообразно снизить температуру каждой зоны на 5-10°C для минимизации термической деградации.
Пример расчета оптимальной температуры расплава
Для определения оптимальной температуры расплава используется следующий принцип:
Tрасплава = Tплавления + (15-30)°C
Для первичного ПЭТ с температурой плавления 260°C:
Tрасплава = 260 + 15 = 275°C (минимум)
Tрасплава = 260 + 25 = 285°C (оптимум)
Для вторичного rPET с учетом пониженной термостойкости:
Tрасплава = 255 + 15 = 270°C (минимум)
Tрасплава = 255 + 20 = 275°C (оптимум)
Термическая деструкция и ее предотвращение
Согласно ГОСТ Р 51695-2000, при нарушении режима переработки при температуре свыше 300°C происходит деструкция полиэтилентерефталата. Термодеструкция ПЭТ протекает в температурном диапазоне 290-310°C и происходит статистически вдоль полимерной цепи. Основными летучими продуктами являются терефталевая кислота, уксусный альдегид и монооксид углерода.
Для вторичного rPET процесс термической деструкции начинается при более низких температурах (290-295°C) из-за наличия остаточных загрязнений и предшествующей термической истории материала. Поэтому время пребывания расплава в материальном цилиндре должно быть минимизировано. При температуре 280°C максимально допустимое время составляет 5-6 минут, при более длительной выдержке происходит значительное снижение молекулярной массы.
Практический пример
На производстве преформ из rPET была зафиксирована проблема пожелтения изделий. Анализ показал, что температура в зоне сопла составляла 295°C, а время цикла - 45 секунд при объеме дозы 120 г. Расчет времени пребывания материала в цилиндре показал превышение допустимого значения. После снижения температуры сопла до 285°C и оптимизации цикла до 38 секунд проблема была устранена.
3. Влажность материала и процесс сушки
Полиэтилентерефталат является гигроскопичным материалом, способным поглощать влагу из окружающей среды. Содержание влаги в гранулах исходного сырья обычно составляет от 0,1 до 0,3 процента (от 1000 до 3000 ppm). Для вторичного rPET этот показатель может быть значительно выше и достигать 0,6 процента (6000 ppm) в зависимости от условий хранения и степени загрязненности материала.
Влияние влаги на процесс переработки
Присутствие влаги при переработке ПЭТ приводит к гидролитической деградации полимерных цепей при высоких температурах. Молекулы воды разрывают эфирные связи в макромолекулах полиэтилентерефталата, что вызывает снижение молекулярной массы и предельного числа вязкости. Для первичного ПЭТ снижение вязкости может составлять 15-20 процентов, для вторичного rPET - до 20-30 процентов при превышении допустимого содержания влаги.
Внешние признаки избыточной влажности включают образование серебристых полос и пузырей на поверхности изделий, помутнение материала, треск при экструзии, а также характерное шипение расплава в форме. Механические испытания показывают снижение прочности на разрыв и ударной вязкости готовых изделий.
Технология сушки ПЭТ и rPET
Перед переработкой полиэтилентерефталат необходимо тщательно высушить до содержания влаги менее 0,005 процента (50 ppm). Сушка осуществляется в специальных бункерных сушилках с рециркуляцией горячего воздуха, имеющего температуру точки росы не выше минус 40°C.
Для первичного ПЭТ рекомендуемая температура сушки составляет 150-180°C при продолжительности процесса 4-6 часов. Для вторичного rPET целесообразно повысить температуру до 165-175°C при той же продолжительности для обеспечения более глубокого прогрева и удаления влаги из пор и микротрещин материала.
Расчет эффективности сушки
Количество удаленной влаги можно рассчитать по формуле:
mвлаги = mматериала × (Wначальная - Wконечная) / 100
где mматериала - масса загруженного материала, кг;
Wначальная и Wконечная - начальное и конечное содержание влаги, %.
Для партии rPET массой 500 кг с начальной влажностью 0,35% и конечной 0,005%:
mвлаги = 500 × (0,35 - 0,005) / 100 = 1,725 кг воды
Контроль качества сушки
Контроль остаточной влажности осуществляется методом воздушной пробы или с помощью влагомеров. При воздушной пробе небольшое количество высушенного материала впрыскивается в воздух перед соплом литьевой машины. Если материал высушен правильно, гранулы не должны давать шипения, а их цвет должен оставаться неизменным.
4. Вязкость расплава и ее контроль
Вязкость расплава полиэтилентерефталата является ключевым параметром, определяющим технологичность материала при переработке и качество получаемых изделий. Вязкостные характеристики ПЭТ оцениваются через предельное число вязкости (intrinsic viscosity, IV), которое измеряется в децилитрах на грамм (дл/г) и характеризует молекулярную массу полимера.
Предельное число вязкости для PET и rPET
Для первичного полиэтилентерефталата предельное число вязкости обычно находится в диапазоне 0,75-0,85 дл/г. Марка ПЭТФ-75 имеет IV 0,75 дл/г и применяется для литья под давлением, марка ПЭТФ-80 с IV 0,80 дл/г используется для производства преформ бутылок методом выдувного формования.
При механической переработке вторичного материала происходит снижение предельного числа вязкости. После первого цикла переработки IV вторичного rPET составляет 0,75-0,80 дл/г, что на 5-10 процентов ниже первичного материала. После 3-5 циклов переработки показатель снижается до 0,70-0,75 дл/г. Согласно ГОСТ 34970.2-2023, для рециклированного полиэтилентерефталата установлены градации по предельному числу вязкости с шагом 0,05 дл/г.
Факторы, влияющие на вязкость
Вязкость расплава полиэтилентерефталата зависит от нескольких факторов. Температура оказывает существенное влияние - повышение температуры на 10°C приводит к снижению вязкости расплава примерно в 1,5 раза. Однако при температурах выше 290°C для rPET начинается интенсивная термическая деградация, которая необратимо снижает молекулярную массу.
Влияние давления на вязкость расплава ПЭТ также значительно. При увеличении давления литья вязкость расплава может снижаться в 2-2,5 раза, что облегчает заполнение формы. Содержание влаги критически влияет на вязкость. Гидролитическая деградация при содержании влаги выше 50-100 ppm приводит к разрыву макромолекул и падению вязкости. Для вторичного rPET этот эффект выражен сильнее из-за наличия микродефектов структуры.
Контроль и стабилизация вязкости
Стабилизация вязкости вторичного rPET может осуществляться несколькими методами. Смешивание с первичным ПЭТ в соотношении 70:30 или 50:50 позволяет скомпенсировать снижение молекулярной массы. Добавление модификаторов-удлинителей цепи на основе эпоксидных или изоцианатных соединений восстанавливает молекулярную массу за счет химической реакции с концевыми группами полимера.
Промышленный опыт стабилизации
На предприятии по производству технической ПЭТ-ленты использовался rPET с IV 0,72 дл/г. Механические свойства готовой продукции не соответствовали требованиям. После введения 0,5 процента удлинителя цепи предельное число вязкости повысилось до 0,78 дл/г, что позволило получить продукцию с требуемыми характеристиками. Прочность на разрыв увеличилась с 48 МПа до 58 МПа.
5. Параметры давления при литье под давлением
Давление литья является критическим параметром, обеспечивающим полное заполнение формы и уплотнение расплава. Из-за высокой вязкости расплава полиэтилентерефталата требуются значительно более высокие давления по сравнению с другими термопластами.
Давление впрыска и выдержки
Для первичного ПЭТ давление литья составляет 50-130 МПа (500-1300 бар), в зависимости от конфигурации изделия, толщины стенок и температурного режима. Для тонкостенных изделий требуется давление в верхней части диапазона. Современные высокопроизводительные машины для производства ПЭТ-преформ способны развивать давление впрыска до 260 МПа при высоких скоростях впрыска.
Для вторичного rPET может требоваться повышенное давление литья - 60-150 МПа. Это связано с возможной пониженной текучестью расплава из-за сниженной молекулярной массы и возможного наличия микрозагрязнений. Повышение давления компенсирует ухудшение реологических свойств материала.
Давление выдержки обеспечивает компенсацию усадки материала при охлаждении и должно составлять 50-70 процентов от давления впрыска. Время выдержки под давлением для первичного ПЭТ составляет 15-30 секунд, для вторичного rPET - 20-35 секунд в зависимости от толщины стенки изделия.
Усилие смыкания формы
Усилие смыкания формы рассчитывается исходя из проекционной площади изделия и давления в полости формы. Давление в форме обычно составляет 30-50 процентов от давления литья из-за потерь в литниковой системе.
Расчет усилия смыкания
Fсмык = Sпр × Pф × kзап
где Sпр - проекционная площадь изделия с литниковой системой, см²;
Pф - давление в форме, МПа;
kзап - коэффициент запаса (1,1-1,3).
Для преформы объемом 40 г с проекционной площадью 85 см² при давлении в форме 40 МПа:
Fсмык = 85 × 40 × 1,2 = 4080 кН = 408 тонн
Необходима машина с усилием смыкания не менее 450 тонн.
Последствия нарушения параметров давления
Недостаточное давление литья приводит к неполному заполнению формы, образованию недоливов, раковин и пористости в структуре изделия. Плотность материала снижается, что критично для изделий, работающих под давлением (бутылки для газированных напитков). Для вторичного rPET дефекты проявляются более выраженно из-за возможных худших реологических свойств.
Избыточное давление литья вызывает повышенное напряжение на элементы формы, что приводит к образованию облоя (грата) на линии разъема формы, износу формы и возможному заклиниванию подвижных частей. Кроме того, высокое давление может вызвать деформацию тонких стенок изделия и затруднить выталкивание готовой детали из формы.
6. Особенности деградации и стабилизации rPET
Деградация полимерных материалов представляет собой комплекс необратимых химических и физических изменений макромолекул, приводящих к ухудшению эксплуатационных свойств. Для вторичного rPET процессы деградации протекают более интенсивно из-за предшествующей термической и механической истории материала.
Механизмы деградации rPET
Термическая деградация полиэтилентерефталата происходит статистически вдоль полимерной цепи с образованием терефталевой кислоты, ацетальдегида и монооксида углерода. При температурах выше 300°C процесс деструкции ускоряется многократно. Для вторичного rPET критическая температура снижается до 290-295°C из-за наличия каталитических примесей и дефектов структуры.
Гидролитическая деградация вызывается присутствием влаги при высоких температурах. Молекулы воды разрывают эфирные связи в макромолекулах с образованием концевых карбоксильных и гидроксильных групп. Этот процесс приводит к снижению молекулярной массы и вязкости расплава. Для вторичного rPET гидролитическая деструкция протекает в 1,5-2 раза быстрее из-за большего количества дефектных участков цепи.
Окислительная деградация происходит под действием кислорода воздуха при повышенных температурах. Образуются перекисные радикалы, которые инициируют цепные реакции окисления. Внешне это проявляется в пожелтении материала, снижении прочности и появлении хрупкости. Каталитическое действие оказывают остаточные металлы (железо, медь) из загрязнений вторичного сырья.
Стабилизация свойств rPET
Стабилизация вторичного rPET осуществляется комплексом технологических и химических методов. Оптимизация температурного режима с понижением температуры на 5-10°C по сравнению с первичным материалом снижает скорость термической деградации. Минимизация времени пребывания в расплавленном состоянии достигается оптимизацией конструкции шнека и сокращением цикла литья.
Введение антиоксидантов (фенольных и фосфитных стабилизаторов) в количестве 0,1-0,3 процента эффективно предотвращает окислительную деградацию. Смешивание вторичного rPET с первичным ПЭТ в различных соотношениях (обычно 30-50 процентов rPET) позволяет усреднить свойства и получить материал с предсказуемыми характеристиками. Этот метод широко применяется в производстве преформ для непищевой упаковки и технических изделий.
Контроль содержания примесей
Одной из основных проблем вторичного rPET является наличие примесей других полимеров. Наиболее критично присутствие поливинилхлорида (ПВХ), который при температурах переработки ПЭТ начинает разлагаться с выделением хлороводорода. Согласно ГОСТ 34970.1-2023, содержание ПВХ в rPET не должно превышать 30-50 миллиграмм на килограмм.
Полиолефины (полиэтилен, полипропилен) снижают прозрачность изделий и ухудшают механические свойства. Их содержание ограничивается 10-20 миллиграммами на килограмм. Остатки клея от этикеток и загрязнения видимыми примесями не должны превышать 15 миллиграмм на килограмм.
7. Требования стандартов и контроль качества
Переработка полиэтилентерефталата, как первичного, так и вторичного, регламентируется комплексом нормативных документов, обеспечивающих качество и безопасность готовой продукции. В Российской Федерации основными документами являются ГОСТ Р 51695-2000 «Полиэтилентерефталат. Общие технические условия» и ГОСТ 34970.1-2023 «Пластмассы. Полиэтилентерефталат рециклированный. Часть 1. Система обозначения».
Требования ГОСТ к первичному ПЭТ
Согласно ГОСТ Р 51695-2000, полиэтилентерефталат должен соответствовать следующим основным требованиям. Предельное число вязкости для марки ПЭТФ-75 составляет 75 миллилитров на грамм, для марки ПЭТФ-80 - 80 миллилитров на грамм. Содержание диэтиленгликоля не должно превышать 1,4 процента.
Переработка полиэтилентерефталата должна производиться по ГОСТ 12.3.030 с соблюдением требований безопасности. При нарушении режима переработки при температуре свыше 300°C происходит деструкция с образованием вредных веществ, для которых установлены предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны.
Требования к рециклированному rPET
ГОСТ 34970.1-2023 устанавливает систему обозначений для рециклированного полиэтилентерефталата, полученного путем переработки использованных бутылок и других изделий. Система классификации использует следующие ключевые показатели: предельное число вязкости с градациями от 0,60 до 0,90 дл/г, уровень загрязнения различными примесями, форма продукта (хлопья, гранулы, порошок), возможность применения для пищевого контакта.
ГОСТ 34970.2-2023 устанавливает методы определения свойств рециклированного полиэтилентерефталата. Обязательными характеристиками, которые следует определять для всех продуктов, являются: предельное число вязкости, содержание влаги, насыпная плотность (для хлопьев), цвет, содержание основных примесей (ПВХ, полиолефины, видимые загрязнения).
Система контроля качества
На производстве должна быть организована трехуровневая система контроля качества. Входной контроль сырья включает проверку предельного числа вязкости, содержания влаги, цвета и наличия видимых загрязнений. Для вторичного rPET дополнительно контролируется содержание примесей методом фильтрации расплава.
Операционный контроль технологических параметров осуществляется непрерывно. Контролируются температуры по зонам материального цилиндра с точностью плюс-минус 2°C, давление литья и выдержки, время цикла, температура формы. Для rPET критически важен контроль времени пребывания материала в расплавленном состоянии.
Выходной контроль готовой продукции включает визуальный осмотр, проверку геометрических размеров, механические испытания образцов. Для изделий, предназначенных для пищевого контакта, проводятся испытания на миграцию веществ в модельные среды согласно санитарным нормам.
Часто задаваемые вопросы
Вторичный rPET отличается от первичного PET несколькими ключевыми характеристиками. Предельное число вязкости снижается на 5-10 процентов после первого цикла переработки и на 10-15 процентов после 3-5 циклов. Плотность уменьшается на 0,01-0,02 грамма на кубический сантиметр. Разрывное напряжение снижается на 5-15 МПа, относительное удлинение при разрыве уменьшается на 10-20 процентов.
Однако при правильном соблюдении технологических параметров и использовании модификаторов эти различия могут быть минимизированы, и rPET успешно применяется во многих областях производства упаковки и технических изделий.
Влажность является критическим параметром из-за гидролитической деградации полиэтилентерефталата при высоких температурах. Молекулы воды при температурах 265-290°C разрывают эфирные связи в макромолекулах полимера, что приводит к необратимому снижению молекулярной массы. Даже небольшое количество влаги (50-100 ppm) может вызвать падение предельного числа вязкости на 15-30 процентов за один цикл переработки.
Внешне избыточная влажность проявляется в образовании серебристых полос, пузырей и помутнении изделий. Механические свойства готовой продукции значительно ухудшаются - снижается прочность на разрыв, ударная вязкость, устойчивость к растрескиванию. Поэтому содержание влаги должно строго контролироваться и не превышать 50 ppm перед переработкой.
Для вторичного rPET существует несколько критических температурных порогов. Температура начала термической деструкции составляет 290-295°C, что на 5-10 градусов ниже, чем для первичного материала. При превышении этой температуры происходит интенсивный распад макромолекул с выделением терефталевой кислоты, ацетальдегида и других продуктов деструкции.
Оптимальный диапазон температур расплава для переработки rPET составляет 265-285°C. При температурах ниже 250°C вязкость расплава становится слишком высокой, что затрудняет заполнение формы и требует чрезмерно высокого давления литья. Температура формы также критична - при превышении 60°C начинается интенсивная кристаллизация материала, что приводит к потере прозрачности и появлению внутренних напряжений.
Смешивание первичного PET с вторичным rPET не только возможно, но и является широко распространенной практикой в промышленности. Такое смешивание позволяет усреднить свойства материалов и получить композицию с предсказуемыми характеристиками. Типичные соотношения составляют от 70:30 до 50:50 (первичный:вторичный), в зависимости от требований к конечному изделию.
При смешивании происходит выравнивание предельного числа вязкости, механических свойств и цвета. Важно обеспечить тщательное перемешивание компонентов для получения однородной массы. В некоторых случаях используется трехслойная структура, где внутренний слой состоит из rPET, а внешние слои - из первичного материала. Это обеспечивает требуемые барьерные свойства и внешний вид при максимальном использовании вторичного сырья.
Определение оптимального давления литья для rPET - это процесс, требующий учета нескольких факторов. Начальное давление выбирается на основе вязкости расплава, которая зависит от предельного числа вязкости материала и температуры переработки. Для rPET с IV 0,70-0,75 дл/г обычно требуется давление 70-120 МПа, для материала с IV 0,75-0,80 дл/г - 60-100 МПа.
Геометрия изделия также влияет на требуемое давление. Тонкостенные изделия (толщина стенки менее 2 мм) требуют давления в верхней части диапазона, толстостенные - в нижней. Оптимальное давление определяется экспериментально путем постепенного повышения до момента, когда изделие полностью заполняется без образования недоливов, но при этом отсутствует облой на линии разъема формы.
Теоретически полиэтилентерефталат может подвергаться многократной переработке, однако с каждым циклом происходит постепенное ухудшение свойств. При оптимальных условиях переработки (строгий контроль температуры, влажности, времени пребывания в расплаве) материал может выдержать 5-7 циклов механической переработки с сохранением приемлемых эксплуатационных характеристик.
После каждого цикла предельное число вязкости снижается примерно на 5 процентов, соответственно ухудшаются механические свойства. Однако применение модификаторов-удлинителей цепи и стабилизаторов позволяет частично компенсировать деградацию. При использовании технологий химического рециклинга (деполимеризации с последующей реполимеризацией) количество циклов практически не ограничено, так как получается материал, идентичный первичному.
Наиболее критичной примесью является поливинилхлорид (ПВХ). При температурах переработки ПЭТ (265-290°C) ПВХ начинает интенсивно разлагаться с выделением хлороводорода. Даже минимальное количество ПВХ (30-50 ppm) вызывает пожелтение материала, коррозию оборудования и каталитическую деградацию ПЭТ. Хлороводород катализирует разрыв эфирных связей, что приводит к резкому падению молекулярной массы полимера.
Полиолефины (полиэтилен, полипропилен) менее критичны, но их содержание выше 20 ppm приводит к помутнению изделий и образованию включений. Алюминий от крышек и этикеток, остатки клея, бумажные волокна также ухудшают качество rPET. Тяжелые металлы (железо, медь) даже в следовых количествах катализируют окислительную деградацию. Поэтому многоэтапная очистка с использованием магнитной сепарации, флотации и детекторов металла является обязательной при подготовке качественного вторичного сырья.
Вторичный rPET требует более тщательной сушки по нескольким причинам. Во-первых, материал имеет более развитую пористую структуру из-за микротрещин и дефектов, образовавшихся при предыдущих циклах переработки и эксплуатации. Влага проникает в эти поры и удерживается там прочнее, чем в компактной структуре первичного материала.
Во-вторых, исходное содержание влаги в rPET обычно выше (0,15-0,6 процента против 0,1-0,3 процента в первичном материале) из-за условий хранения измельченного материала. В-третьих, остаточные загрязнения, особенно гигроскопичные вещества (остатки содержимого бутылок, клей от этикеток), дополнительно удерживают влагу. Поэтому температура сушки для rPET обычно устанавливается в верхней части диапазона (165-175°C), а процесс проводится в течение 4-6 часов с контролем конечной влажности не выше 50 ppm.
Время пребывания расплава в материальном цилиндре критически влияет на степень термической деградации полиэтилентерефталата. При температуре 280°C каждая минута пребывания в расплаве приводит к снижению молекулярной массы примерно на 1-2 процента. Для вторичного rPET этот эффект выражен сильнее - деградация может достигать 2-3 процента в минуту из-за каталитического действия примесей и наличия дефектных участков цепей.
Максимально допустимое время пребывания при 280°C составляет 5-6 минут для первичного ПЭТ и 3-4 минуты для rPET. При более длительной выдержке происходит значительное падение вязкости, накопление ацетальдегида и других продуктов деструкции, пожелтение материала. Поэтому при переработке rPET необходимо оптимизировать объем материального цилиндра, скорость вращения шнека и время цикла для минимизации времени пребывания.
Использование rPET для пищевой упаковки возможно, но регламентируется строгими требованиями безопасности. В Европе и США разработаны технологии супер-очистки, позволяющие получать rPET пищевого качества, одобренный регулирующими органами. Такой материал может применяться для прямого контакта с пищевыми продуктами.
В России применение rPET для пищевой упаковки развивается медленнее и регламентируется дополнительными санитарно-эпидемиологическими требованиями. Наиболее распространенный подход - использование трехслойной структуры, где внутренний слой из rPET (до 50-70 процентов от общей толщины) защищен внешними слоями из первичного ПЭТ. Это обеспечивает барьерные свойства и исключает миграцию загрязнений в продукт. Для непрямого применения (вторичная упаковка, техническая тара) ограничений значительно меньше, и rPET успешно используется в производстве бутылок для моющих средств, канистр для технических жидкостей и других изделий.
