Regenerarea și prepararea foliilor PET uzate: starea actuală, tehnologiile și perspectivele (1)

Odată cu dezvoltarea viguroasă a industriei electronice, peliculele de tereftalat de polietilenă (PET) joacă un rol indispensabil în fabricarea a numeroase produse electronice datorită izolației excelente, transparenței ridicate, proprietăților mecanice bune și stabilității chimice. Aceste aplicații includ condensatoare ceramice multistrat (MLCC), plăci de circuit flexibile, afișaje cu cristale lichide și multe altele. Cu toate acestea, odată cu extinderea rapidă a industriei electronice, generarea de pelicule PET reziduale a crescut zi de zi. Dacă aceste pelicule reziduale nu sunt eliminate corespunzător, nu numai că vor cauza o risipă enormă de resurse, dar vor impune și o povară grea asupra mediului. Prin urmare, realizarea unei regenerări și preparări eficiente a peliculelor PET reziduale în industria electronică este de o importanță majoră și semnificativă pentru promovarea dezvoltării durabile a industriei electronice, atenuarea presiunii asupra resurselor și reducerea poluării mediului.

Surse și caracteristici ale foliilor PET reziduale din industria electronică

Surse diverse

În industria electronică, foliile PET uzate provin dintr-o gamă largă de surse:

      Producția MLCC: Filmele PET sunt utilizate pentru a forma foi dielectrice, generând decupaje substanțiale la margini și materiale reciclate după fabricație.

• Fabricarea plăcilor de circuit flexibile: Ca material de substrat, peliculele PET produc deșeuri din cauza proceselor de tăiere, a defectelor de proces sau a altor imperfecțiuni.

• Fabricarea afișajelor cu cristale lichide (LCD): Filmele PET sunt aplicate în componente precum polarizatoare și filme difuzoare, iar produsele defecte și deșeurile din timpul producției contribuie la acumularea de deșeuri.

• 
  

Caracteristici complexe și unice

Comparativ cu foliile PET obișnuite, foliile PET reziduale din industria electronică prezintă proprietăți distincte:

       Expunerea la diverse substanțe chimice și tehnici speciale de procesare în fabricarea electronică poate duce la contaminarea cu impurități metalice, poluanți organici și structuri reticulate de diferite grade.

• De exemplu, deșeurile de PET provenite din producția de MLCC pot adera la particulele de oxid metalic din cauza contactului cu suspensiile ceramice.

• Deșeurile de PET provenite de la plăcile cu circuite flexibile pot reține substanțe organice, cum ar fi reziduuri de fotorezist din procesele de litografie și gravare.

Aceste caracteristici complexe prezintă provocări semnificative pentru regenerarea și prepararea peliculelor PET reziduale.

Tehnologii de regenerare și preparare a foliilor PET uzate

Tehnologii de reciclare fizică

Curățare și zdrobire

      Procesul de curățare are ca scop îndepărtarea prafului de suprafață, a petelor de ulei și a altor impurități solubile de pe foliile PET reziduale. Metodele comune includ spălarea alcalină, spălarea acidă și curățarea cu solvenți organici:

• Spălarea alcalină îndepărtează eficient petele de ulei.

• Spălarea acidă dizolvă impuritățile metalice parțiale.

• Curățarea cu solvenți organici este importantă pentru îndepărtarea poluanților organici.

Concasarea implică spargerea peliculelor de PET curățate în fragmente de dimensiuni specifice folosind concasoare, facilitând procesarea ulterioară. În practică, selecția reactivilor de curățare și a echipamentelor de concasare trebuie adaptată la gradul de contaminare și la caracteristicile peliculelor reziduale pentru a asigura o curățare temeinică și o dimensiune uniformă a particulelor.

Extrudare prin topire

      Fragmentele de PET zdrobite sunt încălzite peste punctul lor de topire (de obicei 250–260°C) pentru a forma o topitură, care este apoi extrudată printr-un extruder, urmată de răcire și peletizare pentru a produce pelete de PET regenerate.

      Aditivi precum plastifianții și antioxidanții sunt adesea încorporați pentru a îmbunătăți proprietățile PET-ului regenerat. De exemplu, plastifianții sporesc flexibilitatea, în timp ce antioxidanții sporesc stabilitatea termică.

      Cu toate acestea, în timpul acestui proces poate apărea degradarea lanțului molecular al PET-ului, reducând performanța produsului. Controlul strict al temperaturii de procesare, al timpului și al vitezei de rotație a șurubului este esențial pentru a minimiza degradarea.

Policondensare în stare solidă (SSP)

      SSP este o metodă cheie pentru creșterea greutății moleculare și a performanței PET-ului regenerat. Peletele de PET regenerat sunt tratate termic la temperaturi sub punctul de topire (de obicei 200–220°C) sub o atmosferă de gaz inert.

      Prin SSP, reacțiile de policondensare dintre lanțurile moleculare ale PET cresc greutatea moleculară, îmbunătățind astfel rezistența și rezistența la căldură a PET-ului regenerat.

• Printre provocări se numără timpii lungi de procesare și cerințele stricte privind etanșeitatea echipamentelor și precizia controlului temperaturii.

Tehnologii de reciclare chimică

Alcooliză

      Alcooliza implică reacția peliculelor PET reziduale cu alcooli (de exemplu, etilen glicol, propilen glicol) sub un catalizator pentru a descompune PET în monomeri sau oligomeri, cum ar fi tereftalatul de bis(2-hidroxietil) (BHET).

      Luăm ca exemplu alcooliza etilenglicolului: temperatura de reacție este controlată la 180–220°C, cu catalizatori precum acetatul de zinc sau titanatul de tetrabutil. După reacție, BHET este separat prin filtrare și distilare, apoi rafinat pentru resinteza PET.

      Această metodă îndepărtează eficient impuritățile pentru a obține materiale regenerate de înaltă puritate, dar necesită condiții de reacție dure și echipamente rezistente la coroziune.

Hidroliză

      Hidroliza descompune peliculele PET reziduale în acid tereftalic (PTA) și etilen glicol folosind apă la temperatură și presiune ridicate, clasificate în hidroliză acidă, alcalină și neutră:

• Hidroliza acidă: utilizează acizi puternici (de exemplu, acid sulfuric, acid clorhidric) ca și catalizatori, având rate de reacție rapide, dar coroziunea severă a echipamentelor.

• Hidroliza alcalină: utilizează baze puternice (de exemplu, hidroxid de sodiu, hidroxid de potasiu), cu separare ușoară a produsului, dar necesitând neutralizare ulterioară.

• Hidroliză neutră: Funcționează la temperatură/presiune ridicată fără catalizatori acid/bazici, ecologică, dar necesită condiții mai stricte și investiții mai mari în echipamente.

• Hidroliza descompune complet PET-ul, cu produse utilizabile direct pentru sinteza PET-ului, dar suferă de un consum ridicat de energie și procese complexe de separare/purificare.

Piroliză

      Piroliza încălzește peliculele PET reziduale la temperaturi ridicate (400–600°C) într-un mediu fără oxigen sau deficitar în oxigen, provocând descompunerea termică în molecule mici, cum ar fi compuși aromatici (benzen, toluen, xilen) și olefine/alcani.

      Produsele de piroliză pot fi utilizate ca materii prime chimice, permițând reciclarea energetică a foliilor PET reziduale. Cu toate acestea, amestecul complex de produse prezintă provocări pentru separare/purificare, iar gazele nocive pot necesita un sistem complet de tratare a gazelor reziduale.

Explorarea noilor tehnologii de reciclare

Reciclare electrocatalitică

      În ultimii ani, a apărut reciclarea electrocatalitică. De exemplu, o echipă de cercetare condusă de profesorul Zhao Yixin de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai a utilizat tehnologia electrocatalitică pentru a converti selectiv etilenglicolul din hidrolizatul de PET în acid formic la temperatura și presiunea camerei, coproducând în același timp hidrogen la catod.

      Această tehnologie utilizează electricitatea regenerabilă ca sursă de energie, oferind o nouă cale pentru conversia resurselor din peliculele PET uzate. Eficiența și selectivitatea pot fi îmbunătățite prin optimizarea materialelor electrozilor și a condițiilor de reacție.

      În prezent, reciclarea electrocatalitică se află în stadiul de cercetare de laborator, cu provocări tehnice pentru industrializare, cum ar fi stabilitatea electrozilor și proiectarea sistemelor la scară largă.

Combinație de biodegradare și sinteză

      Unele microorganisme secretă enzime care degradează PET-ul. Folosind aceste microorganisme sau enzimele lor, peliculele PET reziduale sunt descompuse în molecule mici, care sunt apoi biosintetizate în PET sau alte materiale biobazate.

      Această abordare oferă avantaje precum respectul pentru mediu și condiții de reacție blânde, dar suferă de rate lente de biodegradare și o reglare complexă a biosintezei. Se află încă în stadiul exploratoriu, necesitând studii aprofundate asupra mecanismelor metabolice microbiene și optimizării procesului de biosinteză.

Aplicații ale PET-ului regenerat în industria electronică

Înlocuirea materialelor parțial virgine

      După o serie de procesări, proprietățile PET-ului regenerat sunt îmbunătățite semnificativ, permițându-i să înlocuiască într-o oarecare măsură materialele PET virgine în industria electronică. PET-ul regenerat a fost utilizat pe scară largă în componentele produselor electronice cu cerințe de performanță relativ scăzute, cum ar fi materialele de ambalare electronice obișnuite și carcasele unor dispozitive electronice.

      De exemplu, cutiile de ambalare ale anumitor produse electronice fabricate din PET regenerat nu numai că reduc costurile, ci și reduc dependența de resursele virgine.

      În fabricarea carcasei dispozitivelor electronice, adăugarea de materiale de ranforsare și aditivi adecvați permite PET-ului regenerat să îndeplinească cerințele de rezistență și rezistență la căldură, realizând o fabricație ecologică a carcasei.

Extindere către noi domenii de aplicare

       Odată cu îmbunătățirile și inovațiile continue în ceea ce privește proprietățile PET-ului regenerat, domeniul său de aplicare în industria electronică se extinde treptat. În domeniile electronice emergente, cum ar fi dispozitivele purtabile și dispozitivele electronice flexibile, se așteaptă ca PET-ul regenerat să devină un material de bază important datorită flexibilității și procesabilității sale excelente.

     De exemplu, în componentele dispozitivelor purtabile, cum ar fi substraturile flexibile pentru plăci de circuite și peliculele de protecție pentru afișaje, materialele PET regenerate își pot valorifica avantajele pentru a realiza dezvoltarea de produse ușoare și sustenabile.

      Între timp, în cazul dispozitivelor electronice care necesită performanțe de ecranare electromagnetică, modificarea PET-ului regenerat prin tratamente speciale (de exemplu, adăugarea de materiale de umplutură conductive) poate produce materiale cu funcții de ecranare electromagnetică, extinzând gama de aplicații a PET-ului regenerat.