Aunque el PET se utiliza en varias aplicaciones (principalmente fibras textiles para prendas de vestir y tapicería, botellas y otros envases rígidos, envases flexibles y productos eléctricos y electrónicos), a partir de 2022 solo se recolectan botellas a una escala sustancial. Las principales motivaciones han sido la reducción de costos (cuando los precios del petróleo aumentan) o el contenido reciclado de los productos minoristas (impulsado por las regulaciones o la opinión pública). Una cantidad cada vez mayor se recicla en botellas, el resto se destina a fibras, películas, envases termoformados y flejes. [1] Después de clasificar, limpiar y triturar, se obtienen 'hojuelas de botella', que luego se procesan mediante:
En cualquier caso, la materia prima resultante se conoce como "r-PET" o "RPET". [2]
En PET se envasa una amplia gama de bebidas, productos alimenticios y otros bienes de consumo . La mayoría de botellas contienen agua o refrescos , tanto sin gas como con gas. Otros productos envasados en PET incluyen aceite comestible, vinagre, leche y champú. Las botellas de PET se cierran con cierre de rosca de poliolefina con anillo antimanipulación y llevan una etiqueta que puede estar impresa en papel o plástico y pegarse. La resina puede ser incolora o teñida de azul, verde o marrón, o pigmentada de blanco. [3] [4]
El envase de PET vacío es desechado por el consumidor , después de su uso, y se convierte en residuo de PET . En la industria del reciclaje, esto se conoce como "PET posconsumo". Todos los tipos de envases de PET, incluidas las botellas, suelen estar marcados con el símbolo de reciclaje 1.
Básicamente existen tres sistemas de recogida diferentes:
Diferentes países han optado por diferentes sistemas.
Las botellas o escamas de PET pueden exportarse de un país a otro [9]
Las botellas de PET postconsumo recogidas se llevan a instalaciones de recuperación de materiales (MRF). Aquí se clasifican y separan las botellas de PET de otros objetos y botellas de otros materiales.
En Suiza, por ejemplo, los pasos que siguen las botellas son los siguientes: [2]
Las botellas de PET postconsumo clasificadas se aplanan, se prensan en fardos y se ofrecen a la venta a empresas de reciclaje. El PET posconsumo incoloro/azul claro atrae precios de venta más altos que las fracciones azul oscuro y verde. La fracción de color mezclado es la menos valiosa debido simplemente a que, a diferencia del aluminio, existen pocos estándares en lo que respecta a la coloración del PET. A diferencia de las variedades transparentes, el PET con características de color únicas sólo es útil para el fabricante particular que utiliza ese color. [10] Para las instalaciones de recuperación de materiales , las botellas de PET de colores son, por tanto, motivo de preocupación, ya que pueden afectar a la viabilidad financiera del reciclaje de dichos materiales. The Plastics Recyclers Europe (PRE, Bruselas, Bélgica), que un aumento en una variedad de colores de PET sería un problema porque no existe mercado para ellos en el actual clima de reciclaje. [11]
Las balas, compuestas principalmente de PET de un solo color, se entregan a plantas donde las botellas pueden ser tratadas mediante una variedad de procesos para convertirlas en materias primas utilizables. [12]
El método preferido para reciclar esta corriente es el reciclado mecánico, un proceso en el que la resina se vuelve a fundir, se filtra y se extruye o se moldea en nuevos artículos de PET, como botellas, [2] películas [13] flejes o fibras. [14]
Si la materia prima de PET no es lo suficientemente pura para el reciclaje mecánico, entonces se utiliza el reciclaje químico a monómeros u oligómeros. El ácido tereftálico (PTA) o tereftalato de dimetilo (DMT) y etilenglicol (EG) o tereftalato de bis(2-hidroxietilo) (BHET) son productos de reacción populares. Sin embargo, también se realiza el reciclaje químico a otros productos. [15] [16]
Para el reciclaje físico, especialmente para aplicaciones de reciclaje en contacto con alimentos, se requiere una clasificación y limpieza rigurosas.
En Suiza, por ejemplo, los pasos que siguen las botellas son los siguientes [2] (en otros lugares se utilizan procesos similares): [17]
Esta escama es adecuada para la extrusión de fibras. Para el reciclaje "botella a botella", se requieren los siguientes pasos adicionales para corregir el peso molecular y cumplir con las regulaciones de contacto con alimentos :
La filtración en estado fundido se utiliza normalmente para eliminar contaminantes de los polímeros fundidos durante el proceso de extrusión. [18] Hay una separación mecánica de los contaminantes dentro de una máquina llamada "cambiador de pantalla". Un sistema típico consistirá en una carcasa de acero con el medio de filtración contenido en pistones móviles o placas deslizantes que permiten al procesador retirar las mallas del flujo del extrusor sin detener la producción. Los contaminantes generalmente se recogen en mallas de alambre tejido que se sostienen sobre una placa de acero inoxidable llamada "placa rompedora", una fuerte pieza circular de acero perforada con grandes agujeros para permitir el flujo del polímero fundido. Para el reciclaje de poliéster es típico integrar un cambiador de malla en la línea de extrusión. Esto puede ser en una línea de peletización, extrusión de láminas o de extrusión de cintas para flejes.
El éxito de cualquier concepto de reciclaje se esconde en la eficacia de la purificación y descontaminación en el lugar correcto durante el procesamiento y en la medida necesaria o deseada.
En general se aplica lo siguiente: cuanto antes se eliminen las sustancias extrañas en el proceso y cuanto más minuciosamente se haga, más eficiente será el proceso.
La alta temperatura de plastificación del PET en el rango de 280 °C (536 °F) es la razón por la cual casi todas las impurezas orgánicas comunes como PVC , [19] PLA , poliolefina , pulpa química de madera y fibras de papel, acetato de polivinilo , se funden. Los residuos de adhesivos, colorantes, azúcares y proteínas se transforman en productos de degradación coloreados que, a su vez, pueden liberar además productos de degradación reactivos. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] Entonces, el número de defectos en la cadena polimérica aumenta considerablemente. La distribución del tamaño de las partículas de las impurezas es muy amplia, siendo las partículas grandes de 60 a 1.000 μm, visibles a simple vista y fáciles de filtrar, el mal menor, ya que su superficie total es relativamente pequeña y, por tanto, la velocidad de degradación es menor. La influencia de las partículas microscópicas, que por ser muchas aumentan la frecuencia de defectos en el polímero, es relativamente mayor.
Además de una clasificación eficaz, en este caso desempeña un papel especial la eliminación de partículas de impurezas visibles mediante procesos de filtración en estado fundido.
En general, se puede decir que los procesos para fabricar escamas de botellas de PET a partir de botellas recolectadas son tan versátiles como las diferentes corrientes de residuos son diferentes en su composición y calidad. Desde el punto de vista de la tecnología no existe una única forma de hacerlo. Mientras tanto, son muchas las ingenierías que ofrecen plantas y componentes de producción de escamas, y es difícil decidirse por un diseño u otro de planta. Sin embargo, hay procesos que comparten la mayoría de estos principios. Dependiendo de la composición y el nivel de impureza del material de entrada, se aplican los siguientes pasos generales del proceso. [17]
El número de posibles impurezas y defectos del material que se acumulan en el material polimérico aumenta constantemente, tanto en el procesamiento como en el uso de polímeros, teniendo en cuenta la creciente vida útil, el aumento de las aplicaciones finales y el reciclaje repetido. En lo que respecta a las botellas de PET recicladas, los defectos mencionados se pueden clasificar en los siguientes grupos:
Teniendo en cuenta los defectos químicos e impurezas mencionados anteriormente, existe una modificación continua de las siguientes características del polímero durante cada ciclo de reciclaje, que son detectables mediante análisis químicos y físicos de laboratorio.
En particular:
Mientras tanto, el reciclaje de botellas de PET es un proceso industrial estándar que ofrecen una amplia variedad de empresas de ingeniería. [20]
Los procesos de reciclaje con poliéster son casi tan variados como los procesos de fabricación a base de pellets primarios o masa fundida. Dependiendo de la pureza de los materiales reciclados, el poliéster se puede utilizar hoy en día en la mayoría de los procesos de fabricación de poliéster como mezcla con polímero virgen o cada vez más como polímero 100% reciclado. Algunas excepciones, como la película BOPET de bajo espesor, aplicaciones especiales como películas ópticas o hilos mediante hilatura FDY a > 6000 m/min, microfilamentos y microfibras, se producen únicamente a partir de poliéster virgen.
Este proceso consiste en transformar los residuos de botellas en escamas, secar y cristalizar las escamas, plastificarlas y filtrarlas, así como peletizarlas. El producto es un regranulado amorfo con una viscosidad intrínseca en el rango de 0,55 a 0,7, dependiendo de qué tan completo se haya realizado el presecado de las hojuelas de PET.
Una característica especial es que los gránulos contienen acetaldehído y oligómeros en un nivel inferior; la viscosidad se reduce de alguna manera, los gránulos son amorfos y deben cristalizarse y secarse antes de continuar con el procesamiento.
Procesando a:
Elegir el método de repeletización significa tener un proceso de conversión adicional que, por un lado, consume mucha energía y dinero y provoca destrucción térmica. Por otro lado, la etapa de peletización proporciona las siguientes ventajas:
Este proceso es, en principio, similar al descrito anteriormente; sin embargo, los gránulos producidos se cristalizan directamente (de forma continua o discontinua) y luego se someten a una policondensación en estado sólido (SSP) en una secadora giratoria o en un reactor tubular vertical. Durante este paso de procesamiento, se recupera nuevamente la viscosidad intrínseca correspondiente de 0,80–0,085 dℓ/g y, al mismo tiempo, se reduce el contenido de acetaldehído a < 1 ppm.
El hecho de que algunos fabricantes de máquinas y constructores de líneas en Europa y Estados Unidos se esfuerzan por ofrecer procesos de reciclaje independientes, por ejemplo, el llamado proceso botella a botella (B-2-B), como el reciclaje de próxima generación (NGR). , BePET, Starlinger, URRC o BÜHLER, tiene como objetivo en general demostrar la "existencia" de los residuos de extracción necesarios y de la eliminación de los contaminantes del modelo según la FDA mediante el llamado test de desafío, necesario para la aplicación del poliéster tratado en el sector alimentario. Además de esta aprobación del proceso, es necesario que cualquier usuario de dichos procesos verifique constantemente los límites de la FDA para las materias primas fabricadas por él mismo para su proceso.
Para ahorrar costes, un número cada vez mayor de productores intermedios de poliéster, como hilanderías, flejadoras o fábricas de películas fundidas, trabajan en el uso directo de escamas de PET, procedentes del tratamiento de botellas usadas, con vistas a fabricar una cantidad cada vez mayor. número de intermedios de poliéster. Para el ajuste de la viscosidad necesaria, además de un secado eficaz de las escamas, posiblemente sea necesario también reconstituir la viscosidad mediante policondensación en fase fundida o policondensación en estado sólido de las escamas. Los últimos procesos de conversión de escamas de PET utilizan extrusoras de doble tornillo, extrusoras de múltiples tornillos o sistemas de rotación múltiple y desgasificación al vacío coincidente para eliminar la humedad y evitar el presecado de las escamas. Estos procesos permiten la conversión de hojuelas de PET sin secar sin una disminución sustancial de la viscosidad causada por la hidrólisis. [ cita necesaria ]
En cuanto al consumo de escamas de botellas de PET, la mayor parte, alrededor del 70%, se convierte en fibras y filamentos. Cuando se utilizan materiales directamente secundarios, como escamas de botellas, en procesos de hilatura, se deben obtener algunos principios de procesamiento. [ cita necesaria ]
Los procesos de hilado de alta velocidad para la fabricación de hilo parcialmente orientado ("POY") normalmente necesitan un IV de 0,62 a 0,64. A partir de los copos de botella, la viscosidad se puede ajustar mediante el grado de secado. El uso adicional de TiO 2 es necesario para hilos completamente mates o semi-mates. Para proteger las hileras es necesaria en cualquier caso una filtración eficaz de la masa fundida. Por el momento, la cantidad de POY fabricado 100% con poliéster reciclado es bastante baja porque este proceso requiere una alta pureza de la masa fundida de hilatura. La mayoría de las veces se utiliza una mezcla de pellets vírgenes y reciclados. [ cita necesaria ]
Las fibras cortadas se hilan en un rango de viscosidad intrínseca que es algo más bajo y que debería estar entre 0,58 y 0,62 dℓ/g. También en este caso se puede ajustar la viscosidad requerida mediante secado o ajuste de vacío en caso de extrusión al vacío. Sin embargo, para ajustar la viscosidad también se puede utilizar la adición de un modificador de la longitud de la cadena como etilenglicol o dietilenglicol . [ cita necesaria ]
Los velos de hilatura, tanto en el campo de títulos finos para aplicaciones textiles como también los velos de hilatura pesada como materiales básicos, por ejemplo para cubiertas de tejados o en la construcción de carreteras, se pueden fabricar mediante hilatura de escamas de botellas. La viscosidad de hilatura vuelve a estar dentro del intervalo de 0,58 a 0,65 dℓ/g. [ cita necesaria ]
Un campo de creciente interés en el que se utilizan materiales reciclados es la fabricación de tiras y monofilamentos para embalaje de alta tenacidad. En ambos casos, la materia prima inicial es un material principalmente reciclado de mayor viscosidad intrínseca. Luego se fabrican tiras de embalaje de alta tenacidad y monofilamentos en el proceso de hilado por fusión. [ cita necesaria ]
El polímero PET es muy sensible a la degradación hidrolítica, lo que resulta en una reducción severa de su peso molecular, lo que afecta negativamente a su posterior procesabilidad en estado fundido. Por lo tanto, es esencial secar las hojuelas o gránulos de PET hasta un nivel de humedad muy bajo antes de la extrusión por fusión.
El PET debe secarse a una humedad de <100 partes por millón (ppm) y mantenerse en este nivel de humedad para minimizar la hidrólisis durante el procesamiento de la masa fundida. [21]
Secado deshumidificador: estos tipos de secadores hacen circular aire seco caliente y deshumidificado sobre la resina, aspiran el aire, lo secan y luego bombean nuevamente en una operación de circuito cerrado. Este proceso reduce el nivel de humedad en el PET hasta 50 ppm o menos. La eficacia de la eliminación de la humedad depende del punto de rocío del aire. Si el punto de rocío del aire no es bueno, entonces queda algo de humedad en las astillas y provoca pérdida de IV durante el procesamiento.
Secado por infrarrojos de pellets y escamas de poliéster: en los últimos años se ha introducido un nuevo tipo de secador que utiliza el secado por infrarrojos (IRD). Debido a la alta tasa de transferencia de energía con el calentamiento por infrarrojos en combinación con la longitud de onda específica utilizada, los costos de energía involucrados con estos sistemas se pueden reducir considerablemente, junto con el tamaño. El poliéster se puede secar y cristalizar en escamas amorfas y secar en sólo unos 15 minutos hasta un nivel de humedad de aprox. 300 ppm en un solo paso y hasta <50 ppm usando una tolva de buffer para completar el secado generalmente en menos de 1 hora
También conocido como reciclaje 'terciario' o 'avanzado'. El tereftalato de polietileno se puede despolimerizar parcial o completamente para dar los oligómeros constituyentes o los monómeros, MEG y PTA o DMT. Los principales procesos son la glucólisis, la metanólisis o la hidrólisis. [22] [23] Después de la purificación, los oligómeros o monómeros se pueden usar para preparar nuevo tereftalato de polietileno reciclado ("r-PET"). Los enlaces éster del tereftalato de polietileno se pueden escindir mediante hidrólisis o transesterificación. Las reacciones son simplemente las inversas de las utilizadas en la producción. [24]
La glucólisis parcial (transesterificación con etilenglicol) convierte el polímero rígido en oligómeros de cadena corta que pueden filtrarse por fusión a baja temperatura. Una vez liberados de las impurezas, los oligómeros pueden reintroducirse en el proceso de producción para la polimerización. [ cita necesaria ]
La tarea consiste en alimentar entre un 10% y un 25% de copos de biberón manteniendo la calidad de los pellets de biberón que se fabrican en la línea. Este objetivo se consigue degradando las escamas de las botellas de PET, ya durante su primera plastificación, que puede realizarse en una extrusora de uno o varios tornillos, hasta una viscosidad intrínseca de aproximadamente 0,30 dℓ/g añadiendo pequeñas cantidades de etilenglicol y sometiendo la corriente fundida de baja viscosidad a una filtración eficaz directamente después de la plastificación. Además, la temperatura se lleva al límite más bajo posible. Además, con este método de procesamiento existe la posibilidad de una descomposición química de los hidroperóxidos mediante la adición del correspondiente estabilizador P directamente durante la plastificación. La destrucción de los grupos hidroperóxido se lleva a cabo, en otros procesos, ya durante el último paso del tratamiento en escamas, por ejemplo añadiendo H 3 PO 3 . [25] El material reciclado parcialmente glicolizado y finamente filtrado se alimenta continuamente al reactor de esterificación o de prepolicondensación, adaptándose en consecuencia las cantidades de dosificación de las materias primas.
El tratamiento de residuos de poliéster mediante glucólisis total para convertir completamente el poliéster en tereftalato de bis(2-hidroxietilo) (C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 OH) 2 ). Este compuesto se purifica mediante destilación al vacío y es uno de los intermedios utilizados en la fabricación de poliéster (ver producción). La reacción involucrada es la siguiente: [23]
Esta ruta de reciclaje se ha ejecutado a escala industrial en Japón como producción experimental. [ cita necesaria ]
convierte el poliéster en tereftalato de dimetilo (DMT), que puede filtrarse y destilarse al vacío: [23]
Aunque la producción de poliéster a base de tereftalato de dimetilo (DMT) se limita a plantas heredadas, [26] se anunciaron inversiones en 2021 y 2022 en plantas de metanólisis. [27] [28]
La hidrólisis se puede realizar en un ambiente neutro, alcalino o ácido. [23]
El tereftalato de polietileno se puede hidrolizar a ácido tereftálico y etilenglicol a altas temperaturas (200-300 °C) y presión. El ácido tereftálico bruto resultante se puede purificar mediante recristalización para producir un material adecuado para la repolimerización:
Evitar un paso de neutralización consume menos recursos que la hidrólisis alcalina o ácida, pero no hay oportunidad de filtrar una solución, por lo que las impurezas mecánicas permanecen con el ácido tereftálico. [23] Este método no parece haberse comercializado en 2022.
La hidrólisis alcalina se realiza en una solución acuosa de hidróxido de potasio o hidróxido de sodio . La reacción produce etilenglicol y la sal de terefalato, en solución acuosa. Después de la separación y filtración, en un segundo paso, la sal se neutraliza con un ácido mineral fuerte para precipitar el ácido tereftálico.
Este método es particularmente tolerante a la contaminación. [23] Se prefiere el uso de NaOH como base y la adición de etanol al medio acelera el proceso. Muchos catalizadores han sido evaluados en estudios académicos. [22]
El ácido habitual empleado en este proceso es el sulfúrico . El ácido sulfúrico es corrosivo y requiere el uso de costosas aleaciones resistentes a la corrosión en los recipientes de reacción. Además, la recuperación de etilenglicol y la recuperación y reutilización del propio ácido sulfúrico son caras. [23] Estas son las razones probables por las que la hidrólisis ácida no se empleará comercialmente en 2022.
La mayoría de los plásticos a base de petróleo son resistentes a la degradación microbiana; sin embargo, los grupos éster del PET pueden ser el objetivo. Se han informado varias enzimas capaces de hidrolizar PET ( PETasas ). El atractivo de la hidrólisis enzimática es que puede funcionar en condiciones mucho más suaves, lo que reduce los costos de energía. Las enzimas también son muy precisas en su acción, reduciendo la formación de subproductos. En abril de 2020, una universidad francesa, en colaboración con Carbios, anunció el descubrimiento de una enzima optimizada y altamente eficiente que, según se afirma, supera a todas las PET hidrolasas reportadas hasta el momento. [29] El reciclaje enzimático puede requerir reducción de tamaño y amorfización antes de la reacción de despolimerización. [30]
El reciclaje químico donde tiene lugar la transesterificación y se añaden otros glicoles/polioles o glicerol para producir un poliol que puede usarse de otras maneras, como la producción de poliuretano o la producción de espuma de PU [31] [32]
En 2011 se recogieron en todo el mundo aproximadamente 7,5 millones de toneladas de PET. Esto produjo 5,9 millones de toneladas de escamas. En 2009 se utilizaron 3,4 millones de toneladas para producir fibra, 500.000 toneladas para producir botellas, 500.000 toneladas para producir láminas de APET para termoformado, 200.000 toneladas para producir cintas para flejar y 100.000 toneladas para aplicaciones diversas. [33] Así, sólo aproximadamente el 15% de las botellas de PET recogidas se reciclaron en botellas nuevas, y el resto se utilizó en productos generalmente no reciclables.
Petcore , la asociación comercial europea que fomenta la recogida y el reciclaje de PET, informó que en la UE 28+2, [6] de 3,4 Mt de botellas vendidas, 2,1 Mt de botellas de PET se recogieron en 2018 (es decir, alrededor de 2/3). . Se produjeron 1,35Mt de r-PET cuyos usos finales fueron:
NAPCOR informó que para EE. UU. y Canadá en 2018: [35]
De 3 millones de toneladas de botellas vendidas, en 2018 se recogieron 900 kt de botellas de PET (frente a 600 kt en 2008 [36] ) (es decir, alrededor de 1/3). Se produjeron 700kt de r-PET cuyos usos finales fueron:
En 2019, el 81 % de las botellas de PET vendidas en Suiza fueron recicladas [37] , al igual que en 2012. [38]
En 2018, el 90% de las botellas de PET vendidas en Finlandia fueron recicladas. La alta tasa de reciclaje se debe principalmente al sistema de depósito utilizado. La ley exige un impuesto de 0,51 €/l para las botellas y latas que no formen parte de un sistema de devolución. Así fomentado por la ley, se incluye que los productos tengan un depósito de 10¢ a 40¢ que se paga al reciclador de la lata o botella. [39]
El aumento de los precios de la energía puede aumentar el volumen de reciclaje de botellas de PET. [36] En Europa, la Directiva Marco de Residuos de la UE exige que para 2020 debería haber un 50% de reciclaje o reutilización de plásticos de los flujos domésticos. [36]
Tasa de reciclaje de botellas de PET a nivel mundial [40] [41]
En 2019 se rellenaron en Alemania 2 mil millones de botellas de PET con agua mineral. Existe un plan para fabricar estas botellas recargables a partir de rPET. [43]
Las botellas de PET también se reutilizan para diversos usos, incluido su uso en proyectos escolares y para la desinfección solar del agua en los países en desarrollo , en la que las botellas de PET vacías se llenan con agua y se dejan al sol para permitir la desinfección mediante radiación ultravioleta . El PET es útil para este propósito porque muchos otros materiales (incluido el vidrio de las ventanas) que son transparentes a la luz visible son opacos a la radiación ultravioleta. [44]
Un uso novedoso es como material de construcción en los países del tercer mundo. [45] Según fuentes en línea [ ¿cuáles? ] , las botellas, en un proceso que requiere mucha mano de obra, se llenan con arena, luego se apilan y se enlodan o se cementan para formar una pared. Algunas de las botellas se pueden llenar con aire o agua para permitir la entrada de luz a la estructura.
La mayor parte del PET reciclado se utiliza como fibra para prendas de vestir. Sin embargo, el rPET también se ha vendido en forma de fibra para alfombras. Mohawk Industries lanzó everSTRAND en 1999, una fibra de PET con contenido 100% reciclado posconsumo. Desde entonces, se han reciclado más de 17 mil millones de botellas para convertirlas en fibra para alfombras. [46] Pharr Yarns, proveedor de numerosos fabricantes de alfombras, incluidos Looptex, Dobbs Mills y Berkshire Flooring, [47] produce una fibra de alfombra PET BCF (filamento continuo a granel) que contiene un mínimo de 25 % de contenido reciclado posconsumo.
Si no es posible reciclar botellas de PET por cualquier motivo, el PET funciona bien como combustible en plantas de generación de energía , compuesto como está de carbono, hidrógeno y oxígeno, con sólo trazas de elementos catalizadores (pero sin azufre). El PET tiene el contenido energético del carbón blando .
Los estudios han demostrado que el reciclaje mecánico tiene un impacto ambiental menor que la incineración, debido a que se evita la producción de nueva materia prima. [48]
Un estudio realizado en el territorio de EE. UU. en 2018 [49] concluyó que el PET reciclado frente al virgen generaba reducciones en la huella ambiental (todas las formas están cubiertas, pero las botellas dominan el flujo de PET). Suponiendo que se utilizará PET virgen independientemente de la existencia de reciclaje:
