Regeneracija in priprava odpadnih PET folij: trenutno stanje, tehnologije in obeti (1)

Z živahnim razvojem elektronske industrije imajo polietilen tereftalatne (PET) folije nepogrešljivo vlogo pri proizvodnji številnih elektronskih izdelkov zaradi svoje odlične izolacije, visoke prosojnosti, dobrih mehanskih lastnosti in kemijske stabilnosti. Te aplikacije vključujejo večplastne keramične kondenzatorje (MLCC), fleksibilna vezja, zaslone s tekočimi kristali in drugo. Vendar pa se s hitro širitvijo elektronske industrije nastajanje odpadnih PET folij iz dneva v dan povečuje. Če teh odpadnih folij ne odstranimo pravilno, ne bodo povzročile le ogromne potrate virov, temveč bodo tudi močno obremenile okolje. Zato je učinkovita regeneracija in priprava odpadnih PET folij v elektronski industriji daljnosežnega in pomembnega pomena za spodbujanje trajnostnega razvoja elektronske industrije, zmanjšanje pritiska na vire in zmanjšanje onesnaževanja okolja.

Viri in značilnosti odpadnih PET folij v elektronski industriji

Raznoliki viri

V elektronski industriji odpadne PET folije izvirajo iz najrazličnejših virov:

      Proizvodnja MLCC: PET folije se uporabljajo za oblikovanje dielektričnih plošč, pri čemer po izdelavi nastanejo znatni obrezki robov in zavrženi materiali.

• Proizvodnja fleksibilnih tiskanih vezij: PET folije kot substrat povzročajo odpadke zaradi rezalnih procesov, procesnih napak ali drugih nepopolnosti.

• Izdelava zaslonov s tekočimi kristali (LCD): PET folije se uporabljajo v komponentah, kot so polarizatorji in difuzorji, pri čemer okvarjeni izdelki in odrezki med proizvodnjo prispevajo k kopičenju odpadkov.

• 
  

Kompleksne in edinstvene značilnosti

V primerjavi z navadnimi PET folijami imajo odpadne PET folije v elektronski industriji drugačne lastnosti:

       Izpostavljenost različnim kemikalijam in posebnim tehnikam obdelave v elektronski proizvodnji lahko povzroči kontaminacijo s kovinskimi nečistočami, organskimi onesnaževalci in zamreženimi strukturami različne stopnje.

• Na primer, odpadki PET iz proizvodnje MLCC se lahko oprimejo delcev kovinskih oksidov zaradi stika s keramičnimi suspenzijami.

• Odpadki PET iz fleksibilnih tiskanih vezij lahko vsebujejo organske snovi, kot so ostanki fotorezista iz litografije in jedkanja.

Te kompleksne značilnosti predstavljajo znatne izzive za regeneracijo in pripravo odpadnih PET folij.

Tehnologije regeneracije in priprave odpadnih PET folij

Tehnologije fizičnega recikliranja

Čiščenje in drobljenje

      Postopek čiščenja je namenjen odstranjevanju površinskega prahu, oljnih madežev in drugih topnih nečistoč iz odpadnih PET folij. Med običajne metode spadajo alkalno pranje, kislo pranje in čiščenje z organskimi topili:

• Alkalno pranje učinkovito odstranjuje oljne madeže.

• Kislo pranje raztopi delne kovinske nečistoče.

• Čiščenje z organskimi topili je pomembno za odstranjevanje organskih onesnaževalcev.

Drobljenje vključuje lomljenje očiščenih PET folij na fragmente določenih velikosti z uporabo drobilnikov, kar olajša nadaljnjo obdelavo. V praksi je treba izbiro čistilnih reagentov in opreme za drobljenje prilagoditi stopnji onesnaženosti in značilnostim odpadnih folij, da se zagotovi temeljito čiščenje in enakomerna velikost delcev.

Ekstrudiranje taline

      Zdrobljeni fragmenti PET se segrejejo nad tališče (običajno 250–260 °C), da nastane talina, ki se nato ekstrudira skozi ekstruder, nato pa se ohladi in peletira, da se dobijo regenerirani PET peleti.

      Za izboljšanje lastnosti regeneriranega PET se pogosto dodajajo dodatki, kot so mehčala in antioksidanti. Na primer, mehčala povečajo prožnost, antioksidanti pa toplotno stabilnost.

      Vendar pa lahko med tem postopkom pride do molekularne verige razgradnje PET, kar zmanjša učinkovitost izdelka. Za zmanjšanje razgradnje je bistven strog nadzor temperature, časa obdelave in hitrosti vrtenja vijaka.

Polikondenzacija v trdnem stanju (SSP)

      SSP je ključna metoda za povečanje molekulske mase in učinkovitosti regeneriranega PET-a. Regenerirani PET peleti se toplotno obdelajo pri temperaturah pod tališčem (običajno 200–220 °C) v atmosferi inertnega plina.

      Z SSP polikondenzacijske reakcije med molekularnimi verigami PET povečajo molekulsko maso, s čimer se izboljša trdnost in toplotna odpornost regeneriranega PET.

• Izzivi vključujejo dolge čase obdelave in stroge zahteve glede zrakotesnosti opreme in natančnosti nadzora temperature.

Tehnologije kemičnega recikliranja

Alkoholiza

      Alkoholiza vključuje reakcijo odpadnih PET folij z alkoholi (npr. etilen glikolom, propilen glikolom) pod katalizatorjem, pri čemer se PET razgradi v monomere ali oligomere, kot je bis(2-hidroksietil) tereftalat (BHET).

      Vzemimo za primer alkoholizo etilen glikola: reakcijska temperatura se nadzoruje na 180–220 °C s katalizatorji, kot sta cinkov acetat ali tetrabutil titanat. Po reakciji se BHET loči s filtracijo in destilacijo, nato pa se prečisti za ponovno sintezo PET.

      Ta metoda učinkovito odstranjuje nečistoče za pridobitev visoko čistih regeneriranih materialov, vendar zahteva ostre reakcijske pogoje in opremo, odporno proti koroziji.

Hidroliza

      Hidroliza razgradi odpadne PET folije v tereftalno kislino (PTA) in etilen glikol z uporabo vode pri visoki temperaturi in tlaku, ki se delijo na kislo, alkalno in nevtralno hidrolizo:

• Kisla hidroliza: Uporablja močne kisline (npr. žveplovo kislino, klorovodikovo kislino) kot katalizatorje, kar pomeni hitre reakcije, vendar močno korozijo opreme.

• Alkalna hidroliza: Uporablja močne baze (npr. natrijev hidroksid, kalijev hidroksid), z enostavnim ločevanjem produkta, vendar zahteva naknadno nevtralizacijo.

• Nevtralna hidroliza: Deluje pri visoki temperaturi/tlaku brez kislinskih/bazičnih katalizatorjev, okolju prijazno, vendar zahteva strožje pogoje in večje naložbe v opremo.

• Hidroliza popolnoma razgradi PET, pri čemer so produkti neposredno uporabni za sintezo PET, vendar je poraba energije visoka, postopki ločevanja/čiščenja pa so zapleteni.

Piroliza

      Piroliza segreva odpadne PET folije pri visokih temperaturah (400–600 °C) v okolju brez kisika ali s pomanjkanjem kisika, kar povzroči termični razpad na majhne molekule, kot so aromatske spojine (benzen, toluen, ksilen) in olefini/alkani.

      Produkte pirolize je mogoče uporabiti kot kemične surovine, kar omogoča energetsko usmerjeno recikliranje odpadnih PET folij. Vendar pa kompleksna mešanica produktov predstavlja izziv za ločevanje/čiščenje, škodljivi plini pa lahko zahtevajo celovit sistem za čiščenje odpadnih plinov.

Raziskovanje novih tehnologij recikliranja

Elektrokatalitično recikliranje

      V zadnjih letih se je pojavilo elektrokatalitično recikliranje. Raziskovalna skupina pod vodstvom profesorja Zhao Yixina z univerze Shanghai Jiao Tong je na primer s pomočjo elektrokatalitske tehnologije selektivno pretvorila etilen glikol v hidrolizatu PET v mravljinčno kislino pri sobni temperaturi in tlaku, hkrati pa je na katodi sočasno proizvajala vodik.

      Ta tehnologija uporablja obnovljivo električno energijo kot vhodni vir energije in zagotavlja novo pot za pretvorbo virov odpadnih PET folij. Učinkovitost in selektivnost je mogoče izboljšati z optimizacijo materialov elektrod in reakcijskih pogojev.

      Trenutno je elektrokatalitsko recikliranje še vedno v fazi laboratorijskih raziskav, s tehničnimi izzivi za industrializacijo, kot sta stabilnost elektrod in zasnova sistemov v velikem obsegu.

Kombinacija biorazgradnje in sinteze

      Nekateri mikroorganizmi izločajo encime, ki razgrajujejo PET. Z uporabo teh mikroorganizmov ali njihovih encimov se odpadne PET folije razgradijo na majhne molekule, ki se nato biosintetizirajo v PET ali druge biološke materiale.

      Ta pristop ponuja prednosti, kot sta prijaznost do okolja in blagi reakcijski pogoji, vendar ima težave s počasno biorazgradnjo in kompleksno regulacijo biosinteze. Še vedno je v fazi raziskovanja, ki zahteva poglobljene študije o mikrobnih presnovnih mehanizmih in optimizaciji procesov biosinteze.

Uporaba regeneriranega PET v elektronski industriji

Zamenjava delno deviških materialov

      Po seriji obdelav se lastnosti regeneriranega PET znatno izboljšajo, kar mu omogoča, da do neke mere nadomesti deviške PET materiale v elektronski industriji. Regenerirani PET se pogosto uporablja v komponentah elektronskih izdelkov z relativno nizkimi zahtevami glede zmogljivosti, kot so običajni elektronski embalažni materiali in ohišja nekaterih elektronskih naprav.

      Na primer, embalažne škatle za nekatere elektronske izdelke, izdelane iz regeneriranega PET, ne le zmanjšujejo stroške, temveč tudi odvisnost od deviških virov.

      Pri izdelavi ohišij elektronskih naprav dodajanje ustreznih ojačevalnih materialov in dodatkov omogoča, da regenerirani PET izpolnjuje zahteve glede trdnosti in toplotne odpornosti, s čimer se doseže zelena proizvodnja ohišij.

Širitev na nova področja uporabe

       Z nenehnimi izboljšavami in inovacijami lastnosti regeneriranega PET-a se njegovo področje uporabe v elektronski industriji postopoma širi. Na novih elektronskih področjih, kot so nosljive naprave in fleksibilne elektronske naprave, se pričakuje, da bo regenerirani PET zaradi svoje odlične fleksibilnosti in obdelovalnosti postal pomemben osnovni material.

     Na primer, v komponentah nosljivih naprav, kot so fleksibilni substrati za tiskana vezja in zaščitne folije za zaslone, lahko regenerirani PET materiali izkoristijo svoje prednosti za razvoj lahkih in trajnostnih izdelkov.

      Medtem lahko v elektronskih napravah, ki zahtevajo elektromagnetno zaščito, modifikacija regeneriranega PET s posebnimi obdelavami (npr. dodajanje prevodnih polnil) proizvede materiale z elektromagnetno zaščitno funkcijo, kar razširi območje uporabe regeneriranega PET.