Життєвий цикл ПЕТ-пляшки та технологія NIR-нагрівання

Очікується, що світовий ринок ПЕТ-тари в середньому зросте на 5,3% у період між 2022 і 2023 роками. Згідно зі звітом Future Marketing Insights, він збільшиться з 73,1 млрд доларів США до 122,4 млрд доларів США. Понад 500 мільярдів ПЕТ-пляшок використовуються у світі для пакування різних продуктів. На відміну від інших видів пластику, ПЕТ на 100% придатний для вторинної переробки.

NIR-випромінювання застосовується на різних етапах життєвого циклу ПЕТ-пляшки: від піддонів та лиття преформи до видування пляшки та її утилізації.  Цьому сприяє світова тенденція переходу на rPET. Давайте розберемося, чому.

ІЧ-випромінювання і термопластичні полімери

ПЕТ, або пластик №1 за класифікацією переробки, – це термопластичний полімер, що належить до групи поліефірів. Він повністю придатний для вторинної переробки і широко використовується для виробництва пляшок для напоїв і банок для продуктів харчування, тари для рослинної олії та оцту, побутової хімії та косметики.

Поліетилентерефталат часто переробляється у волокна, листи, тканини і, звичайно ж, у нову ПЕТ-тару. У природному стані полімер безбарвний, напівкристалічний, дуже гнучкий. Після переробки він може бути напівжорстким та жорстким.

Оскільки ПЕТ є термопластичним полімером, тепловий вплив призводить до його розм’якшення та деформації. При виробництві пляшок ПЕТ-преформа після нагрівання і подачі в прес-форму приймає форму останньої. Таким чином, важко переоцінити важливість системи нагріву видувної машини і ламп нагріву зокрема.

Інфрачервоні лампи випромінюють широкий діапазон частот. Існує 3 типи інфрачервоного випромінювання:

• Хвильове число ближнього інфрачервоного діапазону з частотами 2500-714 нм (4000-14 000 см^-1)
• Хвильове число середнього інфрачервоного діапазону з частотами 25 000-2500 нм (400-4000 см^-1)
• Хвильове число далекого інфрачервоного діапазону з частотами 2 500 000-25000 нм (4-400 см^-1)

NIR-лампи та видування пляшок

Різні довжини хвиль по-різному взаємодіють з різноманітними сполуками. Кожен тип визначається або джерелом світла, яке запускає реакцію між складовими довжинами хвиль і сполуками, присутніми в зразку, або аналізованим полем електромагнітного спектра. ІЧ та NIR спектроскопія відносяться до останньої категорії.

Як ІЧ, так і NIR-спектроскопія використовують спектральні дані для характеристики матерії. Основна відмінність полягає в досліджуваній області електромагнітного спектра. NIR-спектроскопія фокусується на діапазоні від 714 нм до 2500 нм. Це якраз поза межами діапазону, який зазвичай видно неозброєним оком.

Відкрита в 19 столітті, енергія ближнього інфрачервоного діапазону (NIR) знайшла своє промислове застосування лише в середині 20 століття. Її використовували як додатковий блок для інших оптичних приладів. У 21 столітті її застосування розширилося до видувного формування ПЕТ-пляшок. Компанія ПЕТ Технолоджиз є одним з лідерів у цій галузі.

Ближнє інфрачервоне випромінювання чудово проникає в ПЕТ і розігріває ПЕТ-преформи. Фактично, випромінювання в інфрачервоному діапазоні може проникати в зразки ПЕТ на всю глибину. Закон Біра-Ламберта є головним принципом і основою для різних методів спектрофотометрії, в тому числі і для ІЧ-спектроскопії.  Згідно з ним, кількість світла, що поглинається зразком (у нашому випадку – ПЕТ-преформою), безпосередньо залежить від об’єму зразка, через який проходить світло, і концентрації зразка.

Важливість NIR-технології важко переоцінити для виробництва таких видів ПЕТ-пляшок, як:

• Асиметричні пляшки;
• Багаторазові / поворотні пляшки;
• Пляшки для гарячого наповнення;
• Циліндричні пляшки на високій швидкості;
• Кольорові ПЕТ-пляшки

Процес нагрівання відбувається швидше порівняно зі звичайною інфрачервоною (ІЧ) системою. Це знижує енергоспоживання і дозволяє спроектувати менший (коротший) нагрівач видувної машини.  Обладнання займає меншу площу і його легше транспортувати.

Історія успіху

ПЕТ Технолоджиз з 24-річним досвідом роботи в галузі була однією з перших компаній, яка адаптувала NIR-нагрівання до лінійних видувних машин для видування ПЕТ-пляшок. Інноваційна серія видувних машин APF-Max є однією з перших машин лінійного типу, де це було реалізовано!

Вона компактна і має зручну для користувача концепцію. Машина має високу продуктивність, при цьому її розміри більш компактні.

Переваги системи NIR-нагріву у виробництві ПЕТ-пляшок:

• Рівномірний розподіл температури між внутрішньою та зовнішньою частинами стінки преформи
• Скорочення часу нагріву
• Компактний розмір нагрівача
• Зменшене енергоспоживання видувної машини.

NIR випромінювання та переробка

Існує ряд суперечок щодо використання кольорових (будь-якого іншого кольору, окрім прозорого та прозоро-блакитного) ПЕТ-пляшок. В Індії та Південній Кореї вони заборонені законом. Подібні дискусії тривають і в інших країнах.

На противагу цьому, Технічний комітет Європейської платформи з питань ПЕТ-пляшки стверджує, що прозорі кольорові ПЕТ-пляшки не повинні бути заборонені. Вони збільшують загальну вартість переробки ПЕТ-пляшок.

Ближній інфрачервоний діапазон (NIR) у поєднанні з оптичним сортуванням є ефективним і швидким способом автоматичного сортування ПЕТ-пляшок за кольором. Після сортування вони на 100% придатні для вторинної переробки та повторного використання в різних сферах. Також можливе додаткове сортування за окремими кольорами (наприклад, зелений або бурштиновий). Це додатково збільшує значення rPET.

NIR та rPET

Нарешті, ця перероблена ПЕТ-пляшка знову використовується для виробництва нової ПЕТ-пляшки. Це може повторюватися необмежену кількість разів. Вони є екологічно чистими та прозорими, міцними та гнучкими. Перероблений ПЕТ використовує на 79% менше парникових викидів і менше енергії, ніж первинний.

Ось деякі інші екологічні переваги, які він має:

• На його виробництво витрачається на 50% менше енергії;
• Усуває пластикові відходи;
• Для виробництва використовується менше води;

Проте не всі видувні машини здатні переробляти преформи з РЕПЕТ через технічні обмеження. Вони випливають із властивостей і характеристик матеріалу. Деякі з причин, чому не всі машини здатні працювати з ним:

• Властивості матеріалу (текучість розплаву, кристалічність, молекулярна маса);
• Зношення (rPET містить домішки, які спричиняють додаткове зношення компонентів видувних машин);
• Температура розплаву та термічна стабільність (rPET потребує вищої температури обробки через молекулярні зміни під час переробки).

Весь модельний ряд видувних машин, розроблених компанією PET Technologies, сумісний з rPET. Доказом цього є вже реалізовані проекти в Європі та Азії, Африці, Північній та Латинській Америці.

Роль системи NIR-нагрівання при видуванні пляшок з преформи rPET зростає з підвищенням відсотка вмісту вторинної сировини в складі матеріалу.