История, производство и переработка ПЭТ-бутылок для газировки

История

Всеgegenwärtная ПЭТ-бутылка (полиэтилентерефталат) для газировки — легкий, высокопрочный пластик, доминирующий на рынке упаковки напитков. ПЭТ составляет 6,4% всей упаковки и 14% всех пластиковых контейнеров. Это самый распространенный бутылка для безалкогольных напитков, представляя 43% продаж, за алюминием следует 34%, а стекло теперь лишь небольшая доля рынка.

Пластики появились в 1800-х из натуральных полимеров и ранних синтетических вариантов. Ранние пластики были легковоспламеняющимися и хрупкими. Полиэфиры — семейство ПЭТ — впервые созданы в 1833 для жидких лаков и только позже эволюционировали в твердые, универсальные полимеры, которые мы используем сегодня.

Чисто синтетические пластики пришли в начале 1900-х, но широкое коммерческое применение отстало. ПЭТ впервые синтезирован в 1941 году, и только в начале 1970-х реализовалась современная бутылка для газировки. Натаниэль К. Уайет из DuPont перфекционировал технику дутого формования, дававшую прочную, легкую бутылку.

Прорыв Уайета — изобретение растяжного дутого формования в 1973 году, решившее ранние проблемы неравномерной толщины стенок, неравномерных горлышек и трудностей обрезки. Результатом стал гибкий, долговечный бутылка, которую можно производить в масштабе.

К 1991 году производство в США превысило восемь миллиардов ПЭТ-бутылок. Объем создал утилизационную проблему, но показатели переработки растут, пока производители исследуют новые применения для переработанного ПЭТ.

Сырье

ПЭТ — полимер из цепей повторяющихся органических молекул, в конечном счете полученный из нефти. Образуется реакцией терефталовой кислоты (C₈H₆O₄) с этиленгликолем (C₂H₆O₂).

Терефталовая кислота получается окислением пара-ксилена (C₈H₁₀) с помощью воздуха или азотной кислоты. Пара-ксилен добывают из кочевого смолы или нефти через фракционную перегонку.

В производстве ПЭТ сначала полимеризуют для создания длинных молекулярных цепей. Затем полимер проходит растяжное дутое формование, где нагретый паризон (длинная трубка) помещают в форму, прижимают к стенкам прессовым воздухом и формируют бутылку с вогнутым дном.

Этиленгликол производят из этилена (C₂H₄) через оксид этилена (C₂H₄O). Этилен промышленно получают нагревом этана или смеси этан-пропан.

Производственный процесс

Полимеризация

• 1. Терефталовая кислота реагирует с метанолом (CH₃OH) с образованием диметилтерефталата и воды.
• 2. Диметилтерефталат эстерифицируют с избытком этиленгликоля при 150 °C (305 °F) для получения бис-2-гидроксиэтилтерефталата и метанола.
• 3. Бис-2-гидроксиэтилтерефталат проходит конденсационную полимеризацию в вакууме при 275 °C (530 °F). Процесс выделяет этиленгликол, который перерабатывают. Полученный ПЭТ охлаждают для предотвращения деградации и могут повторно нагреть для последующего использования.

Формование бутылок

• 4. ПЭТ-гранулы литьют под давлением в тонкий паризон, затем охлаждают и режут на длину.
• 5. Паризон повторно нагревают и помещают в форму бутылки со стальным мандрилем. Прессовый воздух надувает паризон, растягивая его радиально и осево. Высокая температура и растяжение выравнивают полимерные цепи, создавая прочную, легкую бутылку.
• 6. Методы охлаждения — водяная циркуляция, жидкий CO₂, прессовый влажный воздух или окружающий воздух — быстро затвердевают бутылку для предотвращения ползучести.
• 7. Бутылку выталкивают. В непрерывном производстве цепочка бутылок обрезают и разделяют; до 25% пластика восстанавливают и повторно используют.
• 8. Готовые бутылки отправляют напитковым компаниям. Крышки и этикетки производят отдельно; некоторые производители печатают этикетки на месте перед отправкой.

Контроль качества

Полимеризация — сложная реакция, которую нельзя прервать после начала. Побочные продукты и примеси остаются в конечном полимере, делая очистку дорогой, а оценку качества — сложной. Незначительные вариации могут быть невидимы в рутинных тестах.

Ключевые примеси включают диэтиленгликол и ацетальдегид. Уровень диэтиленгликоля строго контролируют для сохранения свойств ПЭТ. Ацетальдегид, способный придавать горький вкус, минимизируют быстрым нагревом и оптимизированным литьем под давлением, держа концентрацию незначительной.

ПЭТ-бутылки проходят батарею тестов по отраслевым стандартам. Тесты на ударную стойкость подтверждают неразбиваемость. Стойкость к ползучести гарантирует сохранение формы под давлением. Тесты на проницаемость для CO₂ проверяют, что углекислота остается внутри. Прозрачность и глянец измеряют для соответствия визуальным ожиданиям качества.

Переработка

С миллиардами ежегодно утилизируемых ПЭТ-бутылок переработка критична. Показатель переработки ПЭТ — самый высокий среди пластиков, хотя алюминий стоит дороже на пунктах приема. Текущие показатели восстановления колеблются вокруг 1–2%, но улучшаются.

Переработанный ПЭТ (rPET) используют в ковровых покрытиях, бетоне, утеплителе и автомобильных деталях. Первая бутылка для газировки с 25% rPET появилась в 1991 году, запущенная Coca-Cola и Hoechst Celanese в Северной Каролине. К 1992 году 14 дополнительных штатов приняли её, и конкуренты вроде Pepsi последовали примеру.

Правительства нацелены поднять переработку ПЭТ до 25–50%, расширить бордюрные программы до половины населения США и развернуть 4000 бордюрных инициатив по всей стране. В 1990 году Национальная ассоциация по восстановлению пластиковых контейнеров сообщила о 577 бордюрных программах; цель — значительное увеличение.