Регенерация и подготовка отходов ПЭТ-пленок: современное состояние, технологии и перспективы（1）

С бурным развитием электронной промышленности полиэтилентерефталатные (ПЭТ) пленки играют незаменимую роль в производстве многочисленных электронных продуктов благодаря своей превосходной изоляции, высокой прозрачности, хорошим механическим свойствам и химической стабильности. Эти приложения включают многослойные керамические конденсаторы (МЛКК), гибкие печатные платы, жидкокристаллические дисплеи и многое другое. Однако с быстрым расширением электронной промышленности образование отходов ПЭТ-пленок увеличивается с каждым днем. Если эти отходы не утилизировать должным образом, они не только приведут к огромной трате ресурсов, но и станут тяжелым бременем для окружающей среды. Поэтому достижение эффективной регенерации и подготовки отходов ПЭТ-пленок в электронной промышленности имеет далеко идущее и важное значение для содействия устойчивому развитию электронной промышленности, снижения нагрузки на ресурсы и снижения загрязнения окружающей среды.

Источники и характеристики отходов ПЭТ-пленок в электронной промышленности

Разнообразные источники

В электронной промышленности отходы ПЭТ-пленки поступают из самых разных источников:

      Производство МЛКК: ПЭТ-пленки используются для формирования диэлектрических листов, что приводит к образованию значительных обрезков кромок и отходов материалов после производства.

• Производство гибких печатных плат: в качестве материала подложки ПЭТ-пленки приводят к образованию отходов из-за процессов резки, технологических дефектов и других недостатков.

• Изготовление жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев): ПЭТ-пленки применяются в таких компонентах, как поляризаторы и рассеивающие пленки, при этом бракованная продукция и обрезки в процессе производства способствуют накоплению отходов.

• 
  

Сложные и уникальные характеристики

По сравнению с обычными ПЭТ-пленками, отходы ПЭТ-пленок в электронной промышленности обладают особыми свойствами:

       Воздействие различных химикатов и специальных методов обработки в электронном производстве может привести к загрязнению металлическими примесями, органическими загрязнителями и сшитыми структурами различной степени.

• Например, отходы ПЭТ от производства МЛКК могут прилипать к частицам оксидов металлов из-за контакта с керамическими суспензиями.

• Отходы ПЭТ от гибких печатных плат могут содержать органические вещества, такие как остатки фоторезиста от процессов литографии и травления.

Эти сложные характеристики создают значительные трудности при регенерации и подготовке отходов ПЭТ-пленок.

Технологии регенерации и подготовки отходов ПЭТ-пленок

Технологии физической переработки

Очистка и дробление

      Целью процесса очистки является удаление поверхностной пыли, масляных пятен и других растворимых примесей из отходов ПЭТ-пленок. Распространенные методы включают щелочную промывку, кислотную промывку и очистку органическим растворителем:

• Щелочная мойка эффективно удаляет масляные пятна.

• Кислотная промывка растворяет частичные металлические примеси.

• Очистка органическими растворителями имеет важное значение для удаления органических загрязнителей.

Дробление подразумевает дробление очищенных ПЭТ-пленок на фрагменты определенного размера с помощью дробилок, что облегчает последующую переработку. На практике выбор чистящих реагентов и дробильного оборудования должен быть адаптирован к степени загрязнения и характеристикам отработанных пленок, чтобы обеспечить тщательную очистку и однородный размер частиц.

Экструзия расплава

      Измельченные фрагменты ПЭТ нагреваются выше температуры плавления (обычно 250–260 °C) для образования расплава, который затем экструдируется через экструдер, после чего охлаждается и гранулируется для получения регенерированных гранул ПЭТ.

      Для улучшения свойств регенерированного ПЭТ часто добавляют такие добавки, как пластификаторы и антиоксиданты. Например, пластификаторы повышают гибкость, а антиоксиданты повышают термическую стабильность.

      Однако в ходе этого процесса может произойти деградация молекулярной цепи ПЭТ, что снижает производительность продукта. Строгий контроль температуры обработки, времени и скорости вращения шнека имеет важное значение для минимизации деградации.

Твердотельная поликонденсация (ТСП)

      ССП является ключевым методом увеличения молекулярной массы и производительности регенерированного ПЭТ. Гранулы регенерированного ПЭТ подвергаются термической обработке при температурах ниже точки плавления (обычно 200–220 °C) в атмосфере инертного газа.

      Благодаря ССП реакции поликонденсации между молекулярными цепями ПЭТ увеличивают молекулярную массу, тем самым улучшая прочность и термостойкость регенерированного ПЭТ.

• К трудностям относятся длительное время обработки и строгие требования к герметичности оборудования и точности контроля температуры.

Технологии химической переработки

Алкоголиз

      Алкоголиз представляет собой реакцию отходов ПЭТ-пленок со спиртами (например, этиленгликолем, пропиленгликолем) в присутствии катализатора для разложения ПЭТ на мономеры или олигомеры, такие как бис(2-гидроксиэтил)терефталат (БГЭТ).

      Возьмем в качестве примера алкоголиз этиленгликоля: температура реакции контролируется на уровне 180–220°C с катализаторами, такими как ацетат цинка или тетрабутилтитанат. После реакции БХЕТ отделяется фильтрацией и дистилляцией, затем очищается для повторного синтеза ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ.

      Этот метод эффективно удаляет примеси и позволяет получить регенерированные материалы высокой чистоты, но требует жестких условий реакции и коррозионно-стойкого оборудования.

Гидролиз

      Гидролиз разлагает отходы ПЭТ-пленки на терефталевую кислоту (ТФК) и этиленгликоль с использованием воды под высоким давлением и температурой. Процесс гидролиза подразделяется на кислотный, щелочной и нейтральный:

• Кислотный гидролиз: в качестве катализаторов используются сильные кислоты (например, серная кислота, соляная кислота), что обеспечивает высокую скорость реакции, но сильную коррозию оборудования.

• Щелочной гидролиз: использует сильные основания (например, гидроксид натрия, гидроксид калия) с простым разделением продуктов, но требующим последующей нейтрализации.

• Нейтральный гидролиз: работает при высокой температуре/давлении без кислотных/основных катализаторов, экологически безопасен, но требует более строгих условий и больших инвестиций в оборудование.

• Гидролиз полностью разлагает ПЭТ, и полученные продукты можно напрямую использовать для синтеза ПЭТ, однако этот процесс требует высокого энергопотребления и сложных процессов разделения/очистки.

Пиролиз

      Пиролиз нагревает отходы ПЭТ-пленки при высоких температурах (400–600 °C) в бескислородной или дефицитной среде, вызывая термическое разложение на небольшие молекулы, такие как ароматические соединения (бензол, толуол, ксилол) и олефины/алканы.

      Продукты пиролиза могут быть использованы в качестве химического сырья, что позволяет осуществлять энергетически ориентированную переработку отходов ПЭТ-пленок. Однако сложная смесь продуктов создает проблемы для разделения/очистки, а для вредных газов может потребоваться полная система очистки хвостовых газов.

Исследование новых технологий переработки отходов

Электрокаталитическая переработка

      В последние годы появилась электрокаталитическая переработка. Например, исследовательская группа под руководством профессора Чжао Исиня из Шанхайского университета Цзяотун использовала электрокаталитическую технологию для селективного преобразования этиленгликоля в гидролизате ПЭТ в муравьиную кислоту при комнатной температуре и давлении, одновременно производя водород на катоде.

      Эта технология использует возобновляемую электроэнергию в качестве источника энергии, обеспечивая новый путь для преобразования ресурсов из отходов ПЭТ-пленок. Эффективность и селективность могут быть улучшены путем оптимизации электродных материалов и условий реакции.

      В настоящее время электрокаталитическая переработка остается на стадии лабораторных исследований, поскольку для ее промышленного внедрения существуют технические проблемы, такие как стабильность электродов и проектирование крупномасштабных систем.

Сочетание биодеградации и синтеза

      Некоторые микроорганизмы выделяют ферменты, которые разрушают ПЭТ. Используя эти микроорганизмы или их ферменты, отходы ПЭТ-пленок расщепляются на небольшие молекулы, которые затем биосинтезируются в ПЭТ или другие биоматериалы.

      Этот подход предлагает такие преимущества, как экологичность и мягкие условия реакции, но страдает от медленных темпов биодеградации и сложной регуляции биосинтеза. Он все еще находится на исследовательской стадии, требуя глубоких исследований микробных метаболических механизмов и оптимизации процесса биосинтеза.

Применение регенерированного ПЭТ в электронной промышленности

Замена частично первичных материалов

      После серии обработок свойства регенерированного ПЭТ значительно улучшаются, что позволяет ему в определенной степени заменить первичные ПЭТ-материалы в электронной промышленности. Регенерированный ПЭТ широко используется в электронных компонентах с относительно низкими требованиями к производительности, таких как обычные электронные упаковочные материалы и корпуса некоторых электронных устройств.

      Например, упаковочные коробки для некоторых электронных изделий, изготовленные из регенерированного ПЭТ, не только снижают затраты, но и уменьшают зависимость от первичных ресурсов.

      При производстве корпусов электронных устройств добавление соответствующих армирующих материалов и добавок позволяет регенерированному ПЭТ соответствовать требованиям по прочности и термостойкости, обеспечивая экологичность производства корпусов.

Расширение на новые области применения

       Благодаря постоянным улучшениям и инновациям в свойствах регенерированного ПЭТ сфера его применения в электронной промышленности постепенно расширяется. В новых электронных областях, таких как носимые устройства и гибкие электронные устройства, регенерированный ПЭТ, как ожидается, станет важным базовым материалом благодаря своей превосходной гибкости и обрабатываемости.

     Например, в компонентах носимых устройств, таких как гибкие подложки печатных плат и защитные пленки для дисплеев, регенерированные ПЭТ-материалы могут использовать свои преимущества для достижения легкости и экологичности при разработке продукции.

      Между тем, в электронных устройствах, требующих характеристик электромагнитного экранирования, модификация регенерированного ПЭТ с помощью специальной обработки (например, добавления проводящих наполнителей) может привести к получению материалов с функциями электромагнитного экранирования, что расширяет область применения регенерированного ПЭТ.