Регенерација и припрема отпадних ПЕТ фолија: Тренутно стање, технологије и перспективе (1)

Са снажним развојем електронске индустрије, полиетилен терефталатне (ПЕТ) фолије играју незаменљиву улогу у производњи бројних електронских производа због своје одличне изолације, високе транспарентности, добрих механичких својстава и хемијске стабилности. Ове примене укључују вишеслојне керамичке кондензаторе (MLCC), флексибилне плоче, дисплеје са течним кристалима и још много тога. Међутим, са брзим ширењем електронске индустрије, стварање отпадних ПЕТ фолија расте из дана у дан. Ако се ове отпадне фолије не одложе правилно, оне неће само изазвати огромно расипање ресурса, већ ће и наметнути велико оптерећење животне средине. Стога је постизање ефикасне регенерације и припреме отпадних ПЕТ фолија у електронској индустрији од далекосежног и значајног значаја за промоцију одрживог развоја електронске индустрије, ублажавање притиска на ресурсе и смањење загађења животне средине.

Извори и карактеристике отпадних ПЕТ фолија у електронској индустрији

Разноврсни извори

У електронској индустрији, отпадне ПЕТ фолије потичу из широког спектра извора:

      Производња MLCC-а: ПЕТ фолије се користе за формирање диелектричних плоча, стварајући значајне остатке ивица и одбачене материјале након производње.

• Производња флексибилних штампаних плоча: Као материјал подлоге, ПЕТ фолије производе отпад због процеса сечења, дефеката у процесу или других несавршености.

• Израда течнокристалних дисплеја (LCD): ПЕТ фолије се примењују у компонентама попут поларизатора и дифузорских фолија, при чему дефектни производи и исечци током производње доприносе нагомилавању отпада.

• 
  

Комплексне и јединствене карактеристике

У поређењу са обичним ПЕТ фолијама, отпадне ПЕТ фолије у електронској индустрији показују посебна својства:

       Излагање разним хемикалијама и посебним техникама обраде у електронској производњи може довести до контаминације металним нечистоћама, органским загађивачима и умреженим структурама различитог степена.

• На пример, ПЕТ отпад из производње МЛЦЦ-а може се залепити за честице металних оксида због контакта са керамичким суспензијама.

• ПЕТ отпад од флексибилних штампаних плоча може да садржи органске супстанце попут остатака фоторезиста из литографије и процеса нагризања.

Ове сложене карактеристике представљају значајне изазове за регенерацију и припрему отпадних ПЕТ фолија.

Технологије регенерације и припреме за отпадне ПЕТ фолије

Технологије физичке рециклаже

Чишћење и дробљење

      Процес чишћења има за циљ уклањање површинске прашине, мрља од уља и других растворљивих нечистоћа са отпадних ПЕТ фолија. Уобичајене методе укључују прање алкалијама, прање киселинама и чишћење органским растварачима:

• Алкално прање ефикасно уклања мрље од уља.

• Прање киселином раствара делимичне металне нечистоће.

• Чишћење органским растварачима је значајно за уклањање органских загађивача.

Дробљење подразумева разбијање очишћених ПЕТ фолија на фрагменте одређених величина помоћу дробилица, што олакшава накнадну обраду. У пракси, избор реагенса за чишћење и опреме за дробљење мора бити прилагођен степену контаминације и карактеристикама отпадних фолија како би се осигурало темељно чишћење и уједначена величина честица.

Екструзија растопљеног материјала

      Уситњени ПЕТ фрагменти се загревају изнад тачке топљења (обично 250–260°C) да би се формирала растопљена маса, која се затим екструдира кроз екструдер, након чега следи хлађење и пелетизирање да би се добиле регенерисане ПЕТ пелете.

      Адитиви попут пластификатора и антиоксиданата се често додају како би се побољшала својства регенерисаног ПЕТ-а. На пример, пластификатори побољшавају флексибилност, док антиоксиданси повећавају термичку стабилност.

      Међутим, током овог процеса може доћи до деградације молекуларног ланца ПЕТ-а, смањујући перформансе производа. Строга контрола температуре обраде, времена и брзине ротације завртња је неопходна како би се деградација свела на минимум.

Поликондензација у чврстом стању (SSP)

      SSP је кључна метода за повећање молекулске тежине и перформанси регенерисаног ПЕТ-а. Регенерисане ПЕТ пелете се термички обрађују на температурама испод тачке топљења (обично 200–220°C) у атмосфери инертног гаса.

      Путем SSP-а, реакције поликондензације између молекуларних ланаца PET-а повећавају молекулску тежину, чиме се побољшава чврстоћа и отпорност на топлоту регенерисаног PET-а.

• Изазови укључују дуго време обраде и строге захтеве за херметичност опреме и прецизност контроле температуре.

Технологије хемијске рециклаже

Алкохолиза

      Алколиза подразумева реакцију отпадних ПЕТ фолија са алкохолима (нпр. етилен гликолом, пропилен гликолом) под катализатором да би се ПЕТ разложио на мономере или олигомере попут бис(2-хидроксиетил) терефталата (БХЕТ).

      Узмимо за пример алкохолизу етилен гликола: температура реакције се контролише на 180–220°C, помоћу катализатора као што су цинк ацетат или тетрабутил титанат. Након реакције, BHET се одваја филтрацијом и дестилацијом, а затим рафинише за ресинтезу PET-а.

      Ова метода ефикасно уклања нечистоће како би се добили регенерисани материјали високе чистоће, али захтева оштре реакционе услове и опрему отпорну на корозију.

Хидролиза

      Хидролиза разлаже отпадне ПЕТ фолије на терефталну киселину (ПТА) и етилен гликол коришћењем воде под високом температуром и притиском, категорисане у киселу, алкалну и неутралну хидролизу:

• Кисела хидролиза: Користи јаке киселине (нпр. сумпорну киселину, хлороводоничну киселину) као катализаторе, карактерише се брзим реакцијама, али јаком корозијом опреме.

• Алкална хидролиза: Користи јаке базе (нпр. натријум хидроксид, калијум хидроксид), са лаким одвајањем производа, али захтева накнадну неутрализацију.

• Неутрална хидролиза: Ради на високој температури/притиску без киселих/базних катализатора, еколошки прихватљива, али захтева строже услове и већа улагања у опрему.

• Хидролиза потпуно разлаже ПЕТ, са производима који се директно могу користити за синтезу ПЕТ-а, али пати од велике потрошње енергије и сложених процеса раздвајања/пречишћавања.

Пиролиза

      Пиролиза загрева отпадне ПЕТ фолије на високим температурама (400–600°C) у окружењу без кисеоника или са недостатком кисеоника, што узрокује термичко разлагање на мале молекуле попут ароматичних једињења (бензен, толуен, ксилен) и олефина/алкана.

      Производи пиролизе могу се користити као хемијске сировине, што омогућава енергетски оријентисану рециклажу отпадних ПЕТ фолија. Међутим, сложена мешавина производа представља изазов за одвајање/пречишћавање, а штетни гасови могу захтевати комплетан систем за третман остатног гаса.

Истраживање нових технологија рециклаже

Електрокаталитичка рециклажа

      Последњих година се појавила електрокаталитичка рециклажа. На пример, истраживачки тим који је предводио професор Жао Јисин са Шангајског универзитета Ђао Тонг користио је електрокаталитичку технологију за селективно претварање етилен гликола у ПЕТ хидролизату у мрављу киселину на собној температури и притиску, док је истовремено производио водоник на катоди.

      Ова технологија користи обновљиву електричну енергију као енергетски улаз, пружајући нови пут за конверзију ресурса отпадних ПЕТ фолија. Ефикасност и селективност могу се побољшати оптимизацијом материјала електрода и реакционих услова.

      Тренутно, електрокаталитичка рециклажа остаје у фази лабораторијских истраживања, са техничким изазовима за индустријализацију, као што су стабилност електрода и дизајн система великих размера.

Комбинација биоразградње и синтезе

      Неки микроорганизми луче ензиме који разграђују ПЕТ. Користећи ове микроорганизме или њихове ензиме, отпадне ПЕТ фолије се разлажу на мале молекуле, који се затим биосинтетишу у ПЕТ или друге биобазиране материјале.

      Овај приступ нуди предности попут еколошке прихватљивости и благих реакционих услова, али пати од споре стопе биоразградње и сложене регулације биосинтезе. Још увек је у фази истраживања, што захтева детаљна истраживања о микробним метаболичким механизмима и оптимизацији процеса биосинтезе.

Примена регенерисаног ПЕТ-а у електронској индустрији

Замена делимично необрађених материјала

      Након низа обраде, својства регенерисаног ПЕТ-а су значајно побољшана, што му омогућава да до одређене мере замени необрађене ПЕТ материјале у електронској индустрији. Регенерисани ПЕТ се широко користи у компонентама електронских производа са релативно ниским захтевима за перформансама, као што су обични материјали за електронско паковање и кућишта неких електронских уређаја.

      На пример, кутије за паковање одређених електронских производа направљене од регенерисаног ПЕТ-а не само да смањују трошкове већ и смањују зависност од необрађених ресурса.

      У производњи кућишта електронских уређаја, додавање одговарајућих ојачавајућих материјала и адитива омогућава регенерисаном ПЕТ-у да испуни захтеве за чврстоћу и отпорност на топлоту, постижући зелену производњу кућишта.

Проширење на нова поља примене

       Са континуираним побољшањима и иновацијама у својствима регенерисаног ПЕТ-а, његов обим примене у електронској индустрији се постепено шири. У новим електронским областима као што су носиви уређаји и флексибилни електронски уређаји, очекује се да ће регенерисани ПЕТ постати важан основни материјал због своје одличне флексибилности и обрадивости.

     На пример, у компонентама носивих уређаја као што су флексибилне подлоге за штампане плоче и заштитне фолије за екране, регенерисани ПЕТ материјали могу искористити своје предности за постизање развоја лаганих и одрживих производа.

      У међувремену, у електронским уређајима којима су потребне перформансе електромагнетне заштите, модификовање регенерисаног ПЕТ-а посебним третманима (нпр. додавањем проводљивих пунила) може произвести материјале са функцијама електромагнетне заштите, проширујући опсег примене регенерисаног ПЕТ-а.