Регенерация и подготовка на отпадъчни ПЕТ фолиа: текущо състояние, технологии и перспективи (1)

С бурното развитие на електронната индустрия, полиетилен терефталатните (ПЕТ) фолиа играят незаменима роля в производството на множество електронни продукти, благодарение на отличната си изолация, висока прозрачност, добри механични свойства и химическа стабилност. Тези приложения включват многослойни керамични кондензатори (МЛКК), гъвкави печатни платки, течнокристални дисплеи и други. С бързото разрастване на електронната индустрия обаче, генерирането на отпадъчни ПЕТ фолиа се увеличава с всеки изминал ден. Ако тези отпадъчни фолиа не се изхвърлят правилно, те не само ще причинят огромно разхищение на ресурси, но и ще наложат тежко бреме върху околната среда. Следователно, постигането на ефективно регенериране и подготовка на отпадъчни ПЕТ фолиа в електронната индустрия е от голямо и съществено значение за насърчаване на устойчивото развитие на електронната индустрия, облекчаване на натиска върху ресурсите и намаляване на замърсяването на околната среда.

Източници и характеристики на отпадъчните ПЕТ фолиа в електронната индустрия

Разнообразни източници

В електронната индустрия, отпадъчните ПЕТ фолиа произхождат от широк спектър от източници:

      Производство на МЛКК: ПЕТ фолиата се използват за образуване на диелектрични листове, генерирайки значителни количества отрязани ръбове и изхвърлени материали след производството.

• Производство на гъвкави печатни платки: Като материал за подложка, ПЕТ фолиата произвеждат отпадъци поради процеси на рязане, дефекти в процеса или други несъвършенства.

• Производство на течнокристални дисплеи (LCD): ПЕТ фолиата се прилагат в компоненти като поляризационни и дифузни фолиа, като дефектните продукти и изрезките по време на производството допринасят за натрупването на отпадъци.

• 
  

Сложни и уникални характеристики

В сравнение с обикновените ПЕТ фолиа, отпадъчните ПЕТ фолиа в електронната индустрия проявяват различни свойства:

       Излагането на различни химикали и специални техники за обработка в производството на електроника може да доведе до замърсяване с метални примеси, органични замърсители и омрежени структури в различна степен.

• Например, отпадъците от ПЕТ от производството на МЛКК могат да полепнат по частици от метален оксид поради контакт с керамични суспензии.

• ПЕТ отпадъците от гъвкави печатни платки могат да съдържат органични вещества, като остатъци от фоторезист от литография и ецване.

Тези сложни характеристики представляват значителни предизвикателства пред регенерирането и подготовката на отпадъчни ПЕТ фолиа.

Технологии за регенерация и подготовка на отпадъчни ПЕТ фолиа

Технологии за физическо рециклиране

Почистване и смачкване

      Процесът на почистване има за цел да премахне повърхностния прах, маслените петна и други разтворими примеси от отпадъчните ПЕТ фолиа. Обичайните методи включват алкално промиване, киселинно промиване и почистване с органични разтворители:

• Алкалното измиване ефективно премахва мазни петна.

• Киселинното промиване разтваря частични метални примеси.

• Почистването с органични разтворители е важно за отстраняването на органични замърсители.

Раздробяването включва раздробяване на почистените ПЕТ фолиа на фрагменти със специфични размери с помощта на трошачки, което улеснява последващата обработка. На практика изборът на почистващи реактиви и оборудване за раздробяване трябва да бъде съобразен със степента на замърсяване и характеристиките на отпадъчните фолиа, за да се осигури цялостно почистване и равномерен размер на частиците.

Екструзия на стопилка

      Натрошените ПЕТ фрагменти се нагряват над точката им на топене (обикновено 250–260°C), за да се образува стопилка, която след това се екструдира през екструдер, последвано от охлаждане и пелетизиране, за да се получат регенерирани ПЕТ пелети.

      Често се добавят добавки като пластификатори и антиоксиданти, за да се подобрят свойствата на регенерирания ПЕТ. Например, пластификаторите повишават гъвкавостта, докато антиоксидантите повишават термичната стабилност.

      Въпреки това, по време на този процес може да възникне молекулярно верижно разграждане на ПЕТ, което намалява производителността на продукта. Строгият контрол на температурата, времето за обработка и скоростта на въртене на шнека е от съществено значение за минимизиране на разграждането.

Твърдофазна поликондензация (ССП)

      ССП е ключов метод за увеличаване на молекулното тегло и производителността на регенериран ПЕТ. Регенерираните ПЕТ пелети се обработват термично при температури под точката на топене (обикновено 200–220°C) в атмосфера от инертен газ.

      Чрез ССП, поликондензационните реакции между молекулните вериги на ПЕТ увеличават молекулното тегло, като по този начин подобряват здравината и топлоустойчивостта на регенерирания ПЕТ.

• Предизвикателствата включват дълго време за обработка и строги изисквания за херметичност на оборудването и прецизност на контрола на температурата.

Технологии за рециклиране на химикали

Алкохолиза

      Алкохолизата включва реакция на отпадъчни ПЕТ фолиа с алкохоли (например етиленгликол, пропиленгликол) под катализатор за разлагане на ПЕТ на мономери или олигомери като бис(2-хидроксиетил) терефталат (БХЕТ).

      Вземете за пример алкохолиза на етиленгликол: температурата на реакцията се контролира на 180–220°C, с катализатори като цинков ацетат или тетрабутилтитанат. След реакцията, БХЕТ се отделя чрез филтрация и дестилация, след което се рафинира за ресинтез на ПЕТ.

      Този метод ефективно премахва примесите, за да се получат регенерирани материали с висока чистота, но изисква тежки реакционни условия и устойчиво на корозия оборудване.

Хидролиза

      Хидролизата разлага отпадъчните ПЕТ фолиа на терефталова киселина (Родителско-учителска асоциация) и етиленгликол, използвайки вода под висока температура и налягане, като хидролизата се категоризира в киселинна, алкална и неутрална:

• Киселинна хидролиза: Използва силни киселини (напр. сярна киселина, солна киселина) като катализатори, характеризиращи се с бързи скорости на реакцията, но силна корозия на оборудването.

• Алкална хидролиза: Използва силни основи (напр. натриев хидроксид, калиев хидроксид), с лесно отделяне на продукта, но изискваща последваща неутрализация.

• Неутрална хидролиза: Работи при висока температура/налягане без киселинни/основни катализатори, екологично чиста, но изисква по-строги условия и по-високи инвестиции в оборудване.

• Хидролизата разгражда ПЕТ напълно, като продуктите могат да се използват директно за синтез на ПЕТ, но е свързана с висока консумация на енергия и сложни процеси на разделяне/пречистване.

Пиролиза

      Пиролизата нагрява отпадъчни ПЕТ фолиа при високи температури (400–600°C) в среда без кислород или с недостиг на кислород, което води до термично разлагане на малки молекули като ароматни съединения (бензен, толуен, ксилен) и олефини/алкани.

      Продуктите от пиролизата могат да се използват като химически суровини, което позволява енергийно ориентирано рециклиране на отпадъчни ПЕТ фолиа. Сложната продуктова смес обаче представлява предизвикателство за отделянето/пречистването, а вредните газове може да изискват цялостна система за третиране на остатъчния газ.

Проучване на нови технологии за рециклиране

Електрокаталитично рециклиране

      През последните години се появи електрокаталитичното рециклиране. Например, изследователски екип, ръководен от професор Джао Исин от Шанхайския университет Джиао Тонг, използва електрокаталитична технология за селективно преобразуване на етиленгликол в ПЕТ хидролизат в мравчена киселина при стайна температура и налягане, като същевременно се произвежда водород на катода.

      Тази технология използва възобновяема електроенергия като енергиен ресурс, осигурявайки нов път за преобразуване на отпадъчни ПЕТ фолиа. Ефективността и селективността могат да бъдат подобрени чрез оптимизиране на електродните материали и реакционните условия.

      В момента електрокаталитичното рециклиране остава в етап на лабораторни изследвания, с технически предизвикателства за индустриализацията, като например стабилност на електродите и проектиране на системи в голям мащаб.

Комбинация от биоразграждане и синтез

      Някои микроорганизми отделят ензими, които разграждат ПЕТ. С помощта на тези микроорганизми или техните ензими, отпадъчните ПЕТ фолиа се разграждат на малки молекули, които след това се биосинтезират в ПЕТ или други биобазирани материали.

      Този подход предлага предимства като екологичност и меки реакционни условия, но страда от бавни скорости на биоразграждане и сложна регулация на биосинтеза. Той все още е в етап на проучване, изискващ задълбочени изследвания на микробните метаболитни механизми и оптимизиране на процеса на биосинтез.

Приложения на регенериран ПЕТ в електронната индустрия

Заместване на частично девствени материали

      След серия от обработки, свойствата на регенерирания ПЕТ се подобряват значително, което му позволява до известна степен да замести необработения ПЕТ в електронната индустрия. Регенерираният ПЕТ се използва широко в компоненти за електронни продукти с относително ниски изисквания за производителност, като например обикновени материали за електронни опаковки и корпуси на някои електронни устройства.

      Например, кутиите за опаковане на някои електронни продукти, изработени от регенериран ПЕТ, не само намаляват разходите, но и намаляват зависимостта от девствени ресурси.

      При производството на корпуси за електронни устройства, добавянето на подходящи подсилващи материали и добавки позволява на регенерирания ПЕТ да отговори на изискванията за якост и устойчивост на топлина, постигайки екологично производство на корпуси.

Разширяване към нови области на приложение

       С непрекъснатите подобрения и иновации в свойствата на регенерирания ПЕТ, обхватът му на приложение в електронната индустрия постепенно се разширява. В нововъзникващите електронни области, като носими устройства и гъвкави електронни устройства, се очаква регенерираният ПЕТ да се превърне във важен основен материал поради отличната си гъвкавост и обработваемост.

     Например, в компоненти на носими устройства, като гъвкави подложки за печатни платки и защитни филми за дисплеи, регенерираните ПЕТ материали могат да се възползват от предимствата си, за да постигнат разработване на леки и устойчиви продукти.

      Междувременно, в електронни устройства, изискващи електромагнитно екраниране, модифицирането на регенериран ПЕТ чрез специални обработки (например добавяне на проводими пълнители) може да доведе до производство на материали с функции на електромагнитно екраниране, разширявайки обхвата на приложение на регенериран ПЕТ.