СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМОЙ ПЭТ-СТРУЖКИ
METHOD FOR MANUFACTURING BIODEGRADABLE PET CHIPS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к биоразлагаемому полимерному сырью PET. В частности, настоящее изобретение относится к способу производства биоразлагаемой полиэтилентерефталатной или РЕТ-стружки для использования в изготовлении биоразлагаемой полиэфирной упаковки, такой как пакеты из пленки/ламината, бутылки, лотки или любой другой продукт.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Пластмассы обычно представляют собой органические полимеры с высокой молекулярной массой. Обычно они синтетические и производятся путем полимеризации, чаще всего получаются из нефтехимических продуктов. Пластмассы являются недорогими, прочными и легко обрабатываемыми веществами по сравнению с другими вариантами, которые используются для производства множества компонентов, которые находят применение в широком диапазоне приложений. Как следствие, производство пластмасс резко увеличилось за последние несколько десятилетий. Например, полиэтилентерефталат, или PET, представляет собой широко производимый термопластичный полимер для производства полимерных продуктов, таких как пленки, бутылки и т.д. Из-за долговечности полимерных продуктов, обладающих высокой устойчивостью к разрушению (из-за высоких значений молекулярной массы, гидрофобности и кристалличности), несмотря на то, что они подлежат переработке, из-за плохого сбора значительные количества одноразового пластика накапливаются на свалках и в естественной среде обитания, порождая растущие экологические проблемы во всем мире. Для решения этих проблем были разработаны различные физические, химические и/или биохимические подходы для снижения устойчивости полимерных продуктов к биоразложению и увеличения скорости их биоразложения. Например, добавки были введены для соединения/смешивания с небиоразлатаемыми полимерными смолами на стадии производства конечного полимерного продукта пользователем, чтобы сделать полимерный продукт биоразлагаемым.
Однако смешивание добавок во время производства конечного продукта для получения биоразлагаемого полимерного продукта кажется удовлетворительным, но смешивание добавок во время производства конечного продукта, особенно для крупномасштабного производства упаковки и других продуктов, изготовленных из полиэфирной или РЕТ-стружки, обладающей особыми свойствами, включая минимальную характеристическую вязкость и однородную дисперсию, требует дополнительных комплексных наблюдений, экспертизы, испытаний и контроля качества. Это препятствует адаптации процесса смешивания добавки на стадии производства конечного продукта для получения биоразлагаемого продукта. Таким образом, существует потребность в биоразлагаемой РЕТ-стружке для изготовления биоразлагаемых полимерных продуктов из PET, готовых к использованию для изготовления биоразлагаемых полимерных продуктов без смешивания такой добавки на стадии производства конечного продукта.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
3
В настоящем изобретении описан способ производства биоразлагаемой РЕТ-стружки, включающий этапы подачи очищенной терефталевой кислоты (РТА) в заданном количестве в резервуар для суспензии; подачи первичного и/или рециркулированного моноэтиленгликоля (MEG) в заданном количестве в резервуар для суспензии; перенос комбинации резервуара для суспензии в реактор этерификации для этерификации комбинации в реакторе при температуре выше 250°С, при которой высвобождаются мономеры; перенос мономеров из реактора этерификации в реактор полимеризации; обеспечение поликатализаторов, таких как, но не ограничиваясь ими, катализатор на основе Ti, SbO или любые другие подходящие катализаторы или их комбинация, в реактор полимеризации; и полимеризация мономеров в реакторе полимеризации при температуре выше 280°С, где композиция на основе фермента предоставляется либо на стадии РТА / MEG, либо на стадии поликатализатора, либо на других стадиях, либо в их комбинации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлена блок-схема способа (100) производства биоразлагаемой стружки из полиэтилентерефталата пленочного качества в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 изображает блок-схему способа (200) производства формования под давлением и биоразлагаемой стружки из полиэтилентерефталата бутылочного качества в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию способа (100) производства биоразлагаемой стружки из полиэтилентерефталата в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 схематично показан способ (200) производства биоразлагаемой стружки из полиэтилентерефталата в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
3
2
3
2
2
Хотя настоящее изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что различные устройства и альтернативные варианты осуществления предназначены для включения в объем охраны прилагаемой формулы изобретения. Настоящее изобретение в целом описывает биоразлагаемое полимерное сырье из PET и, в частности, способ производства пленочного биоразлагаемого полиэтилентерефталата или PET-стружки для использования при изготовлении упаковки из биоразлагаемой полиэфирной пленки / ламината. Биоразлагаемость РЕТ-стружки индуцируется композицией на основе ферментов, присутствующей либо на поверхности, либо по всей толщине стружки, предоставляемой на одном из этапов или их комбинации в способе. Ферменты в составе на основе ферментов представляют собой природные белковые молекулы, которые действуют как высокоэффективные катализаторы биохимических реакций, то есть помогают химической реакции протекать быстро и эффективно. Исследования показывают, что ферменты, присутствующие в композиции на основе ферментов, привлекают бактерии на поверхность полимерного продукта и колонизируют поверхность пластика, образуя биопленку и, таким образом, накапливая бактерии на поверхности полимерного продукта. Как только бактерии колонизируют на поверхности продукта они выделяют кислоты и/или ферменты, расщепляющие полимерные цепи. Бактерии используют биоразлагаемый полимер в качестве компонента при отсутствии питательных веществ для бактерий. Состав композиции на основе ферментов может включать, помимо прочего, природные пептиды / ферменты / белки, полученные из пищевых биологических источников, таких как растения или овощи и т.д. Типичные композиции на основе ферментов описаны в заявке на патент Индии №3104/MU М / 2015 и 20161 1028054 и в US9925707 / ЕР3162841, однако можно также использовать любую другую подобную / модифицированную композицию без отклонения от объема настоящего изобретения. Со ссылкой на фиг. 1, 2, 3 и 4 теперь будут описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 представлена блок-схема способа (100) производства биоразлагаемой стружки из полиэтилентерефталата в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ (100) производства биоразлагаемой РЕТ-стружки включает этап (102) подачи очищенной терефталевой кислоты (РТА) в заданном количестве в резервуар для суспензии (302). Предварительно определенное количество РТА может составлять 68% по весу; однако другое подходящее количество РТА может быть предоставлено на основе требований без отклонения от объема настоящего изобретения. Способ (100) дополнительно включает этап (104) подачи первичного или рециркулированного моноэтиленгликоля (MEG) в заданном количестве в резервуар для суспензии (302). Предварительно определенное количество MEG обычно составляет 31% по весу; однако другое подходящее количество MEG может быть предоставлено на основе требований без отклонения от объема настоящего изобретения. Способ (100) дополнительно включает стадию (106) переноса комбинации резервуара для суспензии (302) в реактор этерификации (304) для этерификации комбинации в реакторе (304), который высвобождает мономер. Этерификация происходит в реакторе этерификации (304) при температуре выше 250°С под давлением 2,5 бар, высвобождая мономеры и пары воды. На стадии (106) успешность этерификации подтверждается, если 95% измеренное по весу количество дистиллированной воды, полученной из водяного пара, извлекается из реактора этерификации (304). Способ (100) дополнительно включает стадию (108) переноса мономеров из реактора этерификации (304) в реактор полимеризации (306). Полимеризационный реактор (306) может иметь емкость 20 м; однако реактор (306) другой емкости также может быть использован без отклонения от объема настоящего изобретения. Способ (100) дополнительно включает стадию (110) подачи поликатализаторов в реактор полимеризации (306) для придания желаемых свойств получаемому полимеру. Поликатализаторы могут быть, без ограничения, катализатором на основе Ti, SbO или любыми другими подходящими катализаторами, известными в данной области техники, или их комбинацией. Способ (100) дополнительно включает стадию (112) полимеризации мономеров в реакторе полимеризации (306). Полимеризация мономеров происходит путем удержания мономеров в реакторе (306) в течение 1,5-3 часов в условиях вакуума при температуре выше 280°С. На стадии (112) способа (100) полимеризация мономеров происходит в реакторе полимеризации (306) в вышеупомянутом заданном диапазоне температур с получением полимеров PET. Полученные полиэтилентерефталатные полимеры (полимеризованные мономеры) выталкиваются давлением инертных газов, таких как азот (N), из верхней части реактора полимеризации (306), чтобы протолкнуть фильеру (308) для прядей, соответствующей спецификации, настроенную для реактора полимеризации (306). В одном примере спецификация фильеры (308) для прядей включает в себя множество отверстий, например, но не ограничиваясь этим, 95 отверстий, каждое из которых имеет диаметр размером приблизительно 8 мм, однако пряди штампа (308) другой спецификации также могут использоваться без отклонения от объема настоящего изобретения. Пряди, выходящие из фильеры (308), растягиваются до заданной длины, такой например, как 1,5 метра, но не ограничиваясь этой длиной. Вытянутые пряди охлаждаются на линии путем распыления охлажденной деминерализованной (DM) воды на вытянутые пряди или с помощью другого подходящего механизма охлаждения, такого как, но не ограничиваясь этим, автоматическая подача прядей под водой. Охлажденные нити полимера PET затем гранулируют в стружку заданной формы, такую как, но не ограничиваясь этим, 4×4×3 мм в линию с использованием валкового гранулятора или другого подходящего гранулятора. Композиция на основе фермента, как обсуждалось ранее выше, предоставляется либо с РТА на (102), либо с MEG на (104), либо на стадии поликатализатора (110), либо на других стадиях или их комбинаций, чтобы вызвать биоразлагаемость полимерной стружки, которые должны быть получены с использованием способа (100). Биоразлагаемые стружки из PET также могут быть получены путем предоставления композиции на основе фермента на любой из стадий или их комбинации вышеописанного способа (100) производства стружки из PET, если композиция не растворима в воде. В другом случае композиция может быть предоставлена только на этапах / стадиях или их комбинации, за исключением стадии этерификации, для производства биоразлагаемой стружки из PET. Биоразлагаемые PET- стружки также можно производить, добавляя водную композицию на основе ферментов в охлаждающую воду подводного штабелеукладчика и затем разрезая нити на щепы. Высушенные стружки имеют покрытие из композиции на основе ферментов на поверхности стружки. Биоразлагаемые PET- стружки также могут быть произведены путем размещения дополнительной зоны смешивания в способе (100) для подачи и смешивания композиции на основе ферментов перед проталкиванием расплавленного РЕТ-полимера в фильеру для прядей (308), а затем охлаждения и разрезания прядей на стружку, имеющую дисперсный состав на основе ферментов. Гранулированная биоразлагаемая РЕТ-стружка переносятся в сушилку (310) для испарения воды из РЕТ-стружки перед упаковкой для дальнейшего использования, например, для изготовления полимерных пленок. Используемый здесь термин РЕТ-полимер текстильного или волоконного качества, пленочного и бутылочного сорта предназначен для описания PET, который может быть описан как имеющий характеристическую вязкость в диапазоне 0,64-0,75,0,6-0,66 и 0,57-0,64, соответственно. Чтобы соответствовать использованию полимера PET различных марок, желательно, чтобы PET имел следующие характеристики. Вышеописанный способ (100) производит биоразлагаемую стружку из полиэтилентерефталата с характеристиками пленки, имеющими IV (собственная вязкость) от 0,6 до 0,66, которые можно использовать для изготовления ламината из полимерной пленки из полиэтилентерефталата для различных подходящих упаковочных применений. Литье под давлением и биоразлагаемая РЕТ-стружка производятся с использованием способа (200), изображенного на фиг. 2, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, известного как твердотельная поликонденсация (SSP), в соответствии с вышеописанным способом (100) после этапа гранулирования вышеупомянутого способа (100), чтобы увеличить IV (собственная вязкость) подходит для литья под давлением, выдувного формования, экструзии и т.д. Способ (200) включает в себя этап (202) передачи заданного количества биоразлагаемой РЕТ-стружки с заданной частотой через, по меньшей мере, один предварительный кристаллизатор или камеры с псевдоожиженным слоем кристаллизатора (402, 404). В одном примере заранее определенное количество биоразлагаемой стружки может переноситься со скоростью 1,5 Тл/час, однако любое другое количество или частота также могут использоваться без отклонения от объема настоящего изобретения. В камерах с псевдоожиженным слоем (402, 404) воздух или газообразный азот при 150°С-170°С используется для нагрева РЕТ-стружки перед передачей в реактор SSP (406), как описано на следующем этапе (204). Способ (200) дополнительно включает этап (204) передачи щепы из камеры (камер) псевдоожиженного слоя (402, 404) в реактор SSP (406) заданной емкости в течение заданного времени пребывания партиями. В одном примере емкость реактора SSP (406) составляет 30 тонн, однако можно также использовать реактор SSP (406) другой подходящей мощности. В одном примере время пребывания в реакторе SSP (406) может находиться в диапазоне 10-20 часов, однако время пребывания может варьироваться в зависимости от желаемой IV (собственной вязкости) получаемой РЕТ-стружки. Во время пребывания в реакторе SSP (406) один или несколько побочных продуктов, таких как, помимо прочего, альдегид, MEG и т.д., высвобождаются из реактора SSP (406), которые необходимо экстрагировать в течение времени пребывания. Инертный газ, такой как азот (N) из нижней части реактора SSP (406) при температуре 180°С ~ 200°С, проходит в реактор SSP (406) для извлечения побочных продуктов, оставляя только биоразлагаемое литье под давлением и стружку из PET бутылок с желаемой IV (собственной вязкостью). Способ (200) дополнительно включает этап (206) охлаждения стружки, периодически отбираемой в рассчитанном количестве и с частотой из нижней части реактора SSP (406), с использованием подходящего холодильника (408), обеспечивающего желаемое время пребывания для каждой партии, извлекаемой из реактора SSP (406). После этого производимые биоразлагаемая формованная под давлением РЕТ-стружка для бутылок готова к упаковке для дальнейшего использования, такого как изготовление полимерных бутылок или других подходящих продуктов.
Только для биоразлагаемой РЕТ-стружки бутылочного качества на этапе (102) способа (100) производства пленочной биоразлагаемой РЕТ-стружки заранее определенное количество очищенной изофталевой кислоты (IPA) предоставляется вместе с РТА, что дает общий вес IPA и РТА примерно 68%. Предварительно определенное количество IPA может составлять 2% по весу, а РТА может составлять 66% по весу, в результате чего общее количество составляет 68% по весу; однако другое подходящее количество IPA и РТА может быть предоставлено на основе требований без отклонения от объема охраны настоящего изобретения. В различных других вариантах реализации, помимо добавления композиции на основе фермента на вышеописанных стадиях или без нее, ингредиенты, такие как, но не ограничиваясь ими, РТА, MEG, поликатализатор и т.д. могут быть предварительно смешаны по крайней мере с одним из ингредиентов в предварительно определенном количестве композиции на основе ферментов. Хотя настоящее изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления, следует понимать, что различные устройства и альтернативные варианты осуществления предназначены для включения в объем прилагаемой формулы изобретения.