Eri kierrätysmenetelmien vaikutukset polyeteenitereftalaatin ominaisuuksiin

Abstract

Tässä työssä käsitellään polyeteenitereftalaatin kierrätystä sekä sitä, miten sen ominaisuudet muuttuvat eri kierrätysprosesseissa. Polyeteenitereftalaatti on nykyään paljon käytetty muovi esimerkiksi elintarvikepakkauksissa ja tekstiileissä, minkä takia sen kierrätysastetta pitäisi saada suuremmaksi ja menetelmiä tehokkaammiksi. Kierrätyksessä tapahtuu polymeerin hajoamista, mikä rajoittaa kierrätetyn materiaalin käyttökohteita. Polyeteenitereftalaattia käytetään paljon elintarvikepakkauksissa, mutta kierrätyksessä tapahtuva kontaminoituminen ja hajoaminen saattaa estää uusiokäytön elintarvikekontaktissa.

Työn alussa esitellään polyeteenitereftalaatin molekyylirakenne, polymerointireaktio sekä ominaisuuksia. Se on termoplastinen ja osakiteinen polymeeri, jota voidaan sulatyöstää uudelleen, mikä mahdollistaa sen mekaanisen kierrätyksen. Polyeteenitereftalaatin kiteisyyden ja ketjun jäykkyyden ansiosta sen lujuusominaisuudet sekä väsymiskestävyys ovat hyvät. Lisäksi sillä on heikko nesteiden absorptiokyky ja kaasujen läpäisevyys pientä, joten niiden ansiosta se soveltuu erittäin hyvin elintarvikekäyttöön.

Luvussa 3 esitellään polyeteenitereftalaatille sopivia kierrätysmenetelmiä eli mekaaninen, kemiallinen sekä liuoskierrätys. Mekaanisessa kierrätyksessä eri polymeerit lajitellaan ja rouhitaan sopivaan partikkelikokoon. Tämän jälkeen tärkeä vaihe on polymeerien puhdistus, sillä siinä saadaan niiden sekaan päätyneitä epäpuhtauksia poistettua. Polyeteenitereftalaatille täytyy tehdä pesun jälkeen huolellinen kuivaus, jotta sen sulatyöstössä ei tapahdu hydrolyysireaktiota eli hajoamista vesimolekyylien vaikutuksesta. Kemiallisessa kierrätyksessä polyeteenitereftalaatti hajotetaan lähtöaineikseen depolymeroinnissa ja polymeroidaan uudestaan ensiöpolymeerin tavoin. Depolymerointi on mahdollista, koska sen polykondensaatioreaktio on tasapainoreaktio. Liuoskierrätyksessä polymeeri liuotetaan liuokseen, joka ei katko polymeeriketjuja. Polymeeriliuos erotetaan liuottimesta ja polymeeri saostetaan, jonka jälkeen se kuivataan ja prosessoidaan granulaateiksi.

Mekaaninen kierrätys on yksinkertainen ja kustannustehokas menetelmä ja se on nykyään yleisesti käytössä. Sen ongelmana on kuitenkin polymeerin hajoaminen prosesseissa sekä epäpuhtaudet. Kemiallinen kierrätys on energiaintensiivinen ja monimutkainen menetelmä, mutta sen hyvinä puolina on kierrätetyn polymeerin puhtaus ja ensiömateriaalia vastaavat ominaisuudet. Nämä pystytään saavuttamaan myös liuoskierrätyksellä, mutta sen liuottimien aiheuttamat ympäristövaikutukset sekä kustannukset ovat vielä liian suuret, jotta sitä voitaisiin käyttää yleisesti.

Työn lopussa käsitellään sitä, miten polyeteenitereftalaatin ominaisuudet muuttuvat kierrätyksessä. Sen ominaisuudet heikkenevät eniten mekaanisessa kierrätyksessä aiheutuvien rasitusten sekä epäpuhtauksien takia. Polymeeriä pystytään kuitenkin käyttämään elintarvikekontaktissa tehokkaan puhdistuksen ansiosta etenkin suljetussa kierrossa, koska silloin epäpuhtauksia on vähemmän kuin avoimessa kierrossa. Kierrätetylle polyeteenitereftalaatille on myös muita käyttökohteita, kuten rakennusteollisuudessa tai tekstiileissä. Kemiallinen kierrätys ja liuoskierrätys pitävät polymeerin ominaisuudet ensiömateriaalia vastaavana ja puhtauden hyvänä. Näissä kuitenkin voi olla ongelmana katalyyttien tai liuottimien jäämät polymeerissä, jotka voivat estää elintarvikekäyttöä.