电子报

浙江宝绿特环保技术工程有限公司 研发部 刘智慧

导语

PET是被最广泛应用的塑料之一，但不易降解，原生PET的提炼消耗不可再生石油资源，并对环境造成不可逆转的破坏。解决塑料污染，秉持绿色、环保、再生的理念，宝绿特作为亚洲首家提供食品级瓶到瓶解决方案及设备服务的厂商致力于发展PET瓶回收清洗再利用技术，推动PET食品级应用发展。

食品级rPET回收应用技术

PET是被最广泛应用的塑料之一，但不易降解，原生PET的提炼消耗不可再生石油资源，并对环境造成不可逆转的破坏。解决塑料污染，秉持绿色、环保、再生的理念，全球各国政府以及品牌商在推动使用再生塑料以及回收塑料再利用方面，保持持续的高度关注及行动，以履行其企业社会责任。

为促进rPET的生产与利用，全球各地与多个国际品牌均采取相应措施或订立相关目标。欧盟强制立法要求到2025年，一次性PET饮料容器中再生塑料使用比例不少于25％，到2030年不少于30%，这一要求驱动食品级rPET需求快速释放。2021年全球rPET市场规模为94亿美元，预计将以7.4%的复合年增长率（CAGR）增长，到2030年，全球rPET市场规模将增长至184.6亿美元。

PET瓶在经过清洗，回收再生为rPET。rPET属于环保高分子材料，优点多、同级利用率高，用途广泛。产品按照形态及主要用途可以分为纤维级rPET、瓶级rPET以及薄膜级rPET，纤维级rPET主要应用于下游纺织行业，瓶级rPET和薄膜级rPET主要应用于下游包装行业，近年来全球rPET市场发展迅速。

rPET用于食品包装材料在美国、欧盟和日本已被广泛接受，由于缺少像欧洲食品安全局（EFSA）和美国食品药品管理局（FDA）类似的“食品等级”定义和监管机构，在大部分亚洲国家及地区，食品接触材料使用再生塑料仍受到严格限制，从而阻碍rPET的交易和增长。中国是世界上最大的rPET生产国，国内相关法律法规以及使用、回收、评估等环节的标准尚处空白，受法规和技术所限，国内高回收率的PET饮料瓶尚无用于食品级再生利用，国内80% rPET仍主要用于纺织品和纤维的生产。rPET的食品级应用技术是成熟的，国内不少企业在推动rPET的再生利用。

但，也有越来越多的亚洲国家正在修订食品级接触rPET的“立场”。2020年，韩国食品和药物安全部修订法律，允许在食品接触材料中使用rPET；泰国食品和药物管理局也启动了审查程序，考虑在食品接触材料中使用rPET和rHDPE。2021年9月，印度政府还修订了《塑料垃圾管理规则》，允许在食品包装中使用再生塑料。一方面有原生资源消耗殆尽的压力，另一方面，再生PET的使用可以减少环境污染，节能减排，毫无疑问，再生RPET的大增量使用是全球大势所趋。如何保证再生RPET的质量和性能达到原生水平,  仰赖于PET瓶回收技术。政策未到，技术先行——宝绿特作为亚洲首家提供食品级瓶到瓶解决方案及设备服务的厂商致力于发展PET瓶回收清洗再利用技术，推动PET食品级应用发展。

“瓶到瓶”高端回收将是产业链发展方向，宝绿特凭借多年的行业耕耘和积淀，整合全球优势资源，为客户提供一整套覆盖从清洗，造粒，SSP的全流程瓶到瓶解决方案，打造出经济、高效、节能、优质的产线和产品，为中小型企业实现闭环同级回收、参与绿色低碳循环实现了路径和装备的最优选择。这也是行业首家提供从PET瓶砖投入到食品级再生切片产出的全产业链核心技术的工程公司。

PET造粒工艺

干燥预处理

PET属于一种饱和线性高分子聚合物，在分子结构中含有亲水基团-COOR，极易吸水，如果含有水分，在熔融挤出时会引起水解作用，使熔体粘度、分子量显著下降，导致生产的切片含有气泡、发黄、粘度低变脆等异常现象。由于PET原料本身的特性，在对PET进行传统加工前，都要将PET原料进行预结晶和干燥一段时间，等达到要求的含水率时，再对其进行加工，这样既费时又耗能。虽然现在的干燥技术有了长足进步，降低了干燥过程中能量的消耗，但预干燥部分能耗依然很大。

熔融挤出

螺杆挤出机是依靠螺杆旋转产生的压力及剪切力，使物料可以充分进行塑化以及均匀混合，通过口模成型。螺杆是挤出机的心脏，是挤出机的关键部件，它直接影响挤出机的应用范围和生产效率。螺杆的性能好坏，决定了一台挤出机的生产率、塑化质量、添加物的分散性、熔体温度、动力消耗等。

近来，随着人们对PET及其加工设备认识的不断深入，以及全球能源成本不断升高，排气螺杆技术应用于PET加工行业在能耗方面相对有优势，直接挤出成型PET技术备受关注，与之相应的各种挤出设备也层出不尽。目前对rPET瓶到瓶，瓶片的挤出造粒有两条路线可走：一是“预干燥处理-熔融挤出”传统单螺杆路线；另一个是采用排气双螺杆挤出机，由于双螺杆挤出机有非常好的表面更新功能，在高效真空系统和特殊的脱挥工艺设计的帮助下，有效去除水份及挥发性有机小分子，解决了最终产品粘度降及色值问题。

熔体过滤

用于高聚物熔体的连续过滤，除去熔体中的杂质，来提高熔体的加工性能和质量。

业内主要是普通连续式过滤与带反冲洗功能的连续式过滤，带反冲洗功能的优势全自动反冲洗和排气程序减少了操作员干预，自清洁（反冲洗）技术，可以让滤网重复使用，从而减少备用零件成本。此外，还有近年来发展的激光无网过滤技术。

切粒

根根切粒方式不同分为拉条切粒和水下切粒。

- 拉条切粒，圆柱状，刀具使用寿命更长、更具成本优势

- 水下切粒，球形，安装空间更小、在线结晶系统节能。

SSP工艺

是指单体或预聚体在固态条件下的缩聚反应。对PET而言，即以无定形态或低结晶度的切片为原料，在固态下通过缩聚反应生产高分子量（高粘）切片。

PET SSP 反应机理主要就是引起链增长的两个化学反 应,一个是端羟基之间的酯交换反应,另一个是端羟基和端羧基之间的酯化反应 ,方程式如下 :

由于酯交换反应和酯化反应都是可逆反应 ,反应副产物乙二醇和水必须不断地排出反应体系 ,反应才能向右进行 ,使PET的分子量不断提高 。SSP速度是由化学反应速度 、小分子副产物从聚合物内部向粒子表面的扩散速度及其从粒子表面向气相的扩散速度共同控制的 。

SSP 反应进程依赖于SSP 反应中的可变因素, 包括原料粒子本身的内在因素和 SSP 反应的外在因素 ,基础rPET切片的颗粒尺寸、配方、特性黏度 、端羧基值、色值等对固相缩聚过程 ,对增黏切片的成形性和瓶制品性能都有一定影响。

最终粒子的性能依赖于造粒线输入SSP基础粒子的均匀性，SSP过程不能补偿原料粒子的粘度偏差；这也是要求控制造粒线投入瓶片均质化的原因所在。粒子尺寸越小，反应速度越快，需控制造粒线所生产粒子的百粒重稳定。球状比柱状粒子反应速率要快。

工艺参数控制，SSP反应速率除受基础粒子的形状大小、结晶度影响外，还与氮气、反应温度、反应时间等因素的影响，其中反应温度和反应时间是装置更换品种、调整产能时关键参数，应合理选择并控制这些参数，以利于生产出高质量的rPET粒子。

固相缩聚工艺发展迅速 ,已从早期的真空转鼓式间歇工艺发展成规模化的连续式生产工艺 , 其过程一般分为预结晶 、预热、固相缩聚 、冷却基本工序及氮气净化等辅助工序 。

预结晶

固相缩聚的时间比较长, 一般在10hr以上, 为保证反应的正常进行, 关键要保证切片在固相缩聚反应器中不黏结, 为此, 要使切片在进入固相缩聚反应器之前, 通过预结晶、结晶等过程, 逐步提高其软化点。在预结晶过程中, 低黏 PET切片达到了一定的结晶度, 软化点相应提高, 保证下一步结晶过程的正常进行, 同时原料切片中含有的大部分乙醛也在此过程中被排出。由于无定型 PET切片的软化点低, 在130 ℃左右极易黏结, 因此, 对预结晶工艺参数的设定和预结晶器的设计, 应考虑切片不出现黏结。

结晶/预热

为了防止处在一定的堆积高度下的 PET切片在固相缩聚过程中因部分熔融软化和受压力作用而黏结, 还要使切片在较高的温度下继续结晶, 因此 PET切片进入SSP反应器之前一般相应的结晶度可达 45%以上。

反应

反应塔被设计成能提供实现物料最终特性黏度指标所必须的停留时间。尽管瓶级PET切片的表观相似, 但不同粘度产品，物料的停留时间变化却很大。因此在设计反应器停留时间时需要加以考虑, 最终物料黏度由停留时间和反应温度共同控制 。

冷却

粒子的冷却在反应器的出口处开始，然后粒子进入流化床冷却器, 在这里通过空气快速冷却到低于 70 ℃的包装温度。

氮气净化

从结晶和SSP反应器出来的氮气中含有粉尘、水分、EG等小分子物质，由于氮气需要循环使用，水分、氧气会导致氧化降解生成乙醛的可能性 , 乙二醇甲醛等会降低反应速率，所以需要用过滤器除去所有灰尘 ;冷却及分子筛吸附装置，以除去反应所生成的 H2O和 EG等小分子;把露点降到 -40 ℃以下。

宝绿特“瓶到瓶”工艺成熟、设备先进、加上智慧控制系统基本实现工厂少人化甚至无人化生产，可靠性更强、运行稳定性更高。

✔ 产品符合FDA, EFSA和各大品牌认证

✔ 投资小，运行低成本，投资回报周期短

✔ 独特螺杆结构设计，超高效率，超大真空，节能的同时实现出色的颜色、粘度和AA值控制；

✔ 连续式操作，精确的IV控制，反应时间依IV需求值灵活调整；

✔ 精确控制料位高度、停留时间和吞吐率，保证切片足够的停留时间，以达到理想的去污和设定的IV值；

✔ 真正的先进先出工艺，切片在反应器内成柱塞流；

✔ 结构设计最大化保证物料具有相同的热历史；

✔ 正压系统，稳定的逆向氮气流均匀地去除VOC，黄变最小化；

✔ 最大限度地减少开机或更换产品期间的不合格产品；