將混合瓶片轉化為可擠出的可循環(huán)再利用的結晶聚對苯二甲酸酯(rCPET)是一個聯(lián)合開發(fā)項目的目標，該項目的目標是縮小PET回收系統(tǒng)的差距。

在德國、奧地利和瑞士已經實施了從PET瓶收集系統(tǒng)中回收瓶片，目前主要集中于透明和單色的PET片。這些可以相對容易地重新循環(huán)成透明的食品包裝。然而多色PET薄片(標題圖)只適用于較低等級的應用，因為它們的顏色不同，不能作為可分解的均勻PET重新造粒和擠出。以德國為例，在2019年一季度，多色PET薄片的市場價值(500至700歐元/噸)大約只有由原材料制成的透明PET顆粒(1100歐元/噸)或由回收料制成的透明PET顆粒(1300歐元/噸)的一半。

為了利用這個成本效益，德國Gneuss公司和瑞士Sukano公司以及Illig Maschinenbau公司聯(lián)合開發(fā)了這個項目，德國Gneuss公司是擠出機制造商，瑞士Sukano公司是添加劑制造商，Illig Maschinenbau公司是熱塑性塑料的熱成形系統(tǒng)制造商。初步試驗結果表明，APET廢料的處理可以彌補現(xiàn)有回收系統(tǒng)的不足。項目證明可以增強APET混合瓶片——到目前為止只有一個邊際可重用的價值——可再生利用，在熱成型過程中，耐熱rCPET(見信息框43頁)可擠壓并制成食品級包裝（圖1）。

項目規(guī)劃的另一個考慮因素是關于鋁制食品托盤存在有害物質轉移的潛在風險?？捎糜诳鞠涞臒岢尚褪称吠斜P可能是一個更好的選擇。熱成型食品托盤的另一個優(yōu)勢是，可大量生產，托盤更薄，資源友好，熱成型部件制造時間更短。

由于之前的制造工藝，多色APET瓶片在顏色、分子量和污染水平上有巨大的差異。這正是MRS技術(MRS = multi - rotation (extruder))的用武之地。在一個帶有特殊脫氣區(qū)和環(huán)繞主螺桿的衛(wèi)星螺桿的單螺桿擠出機中，衛(wèi)星螺桿之間在25mbar的中等真空條件下進行連續(xù)的物料交換(圖2)。由于主螺桿和衛(wèi)星螺桿之間在真空條件下的快速、連續(xù)的表面交換，聚合物熔體的表面交換大大增加，這使得聚合物熔體的高效脫揮發(fā)和凈化(圖3)。

聚合物熔體均質化，由于分子量分布非常均勻一致，為后期熱成型提供了良好的材料片材性能。此外，在MRS段的*效的混合過程促進了添加劑(如成核劑)在聚合物熔體中的均勻分布。這種將添加劑平均分配到材料中的程序還有一個額外的好處，即在下游熱成型過程中，材料片的結晶始終是一致的，因此可以進行可預測的控制。

MRS技術簡化擠出前的熱預處理步驟，從而消除了結晶和干燥造成的典型熱應力，因此聚合物加工過程中的工藝鏈非常短。聚合物熔體處理溫和，保持良好的物理和視覺性能，如高拉伸強度和抗沖擊，透明度和低黃色指數(shù)評級(在透明片的情況下)。

在加工rPET時，不僅擠出機本身，而且熔融過濾對板材質量也有特別重要的意義。這就是為什么格諾斯片材生產線包括一個過程連續(xù)的，全自動的反沖洗過濾系統(tǒng)。RSFgenius旋轉過濾系統(tǒng)能夠可靠、高效地去除聚合物熔體中的固體顆粒等污染物。在線粘度計可以連續(xù)不斷地測量粘度，是質量保證儀器產品(圖4)。

在MRS擠出機單元的下游，rCPET板材可以在板材擠出生產線上生產，并直接連接到內聯(lián)熱成形機或卷繞到軋輥上，供以后脫機使用。

在擠出機中加入添加劑，對PET瓶片材料的性能進行刻意的改性。來自Sukano的rPET IV增強子拉長了聚合物的分子鏈，進而增加了分子量(圖5)。

添加劑還能提高熔體的粘度，有利于塑料后期的加工。對于板材擠壓，添加劑擴展了加工窗口，提高了加工速度，提高了板材質量。此外，添加劑確保塑料具有更高的抗沖擊性。

經此處理后，PET的物理性能可與virgin APET相比，缺點是不透明。因此它不適合透明包裝。然而烤箱用rCPET托盤通常是不透明的，因為它的結晶濃度高。因此，在MRS擠出機中使用母粒對制備的rAPET進行著色并使用結晶劑將其轉化為適于熱成型的板材是有意義的。Sukano采用自己的rPET結晶母料，用熱穩(wěn)定色料著色效果好。

Sukano能夠開發(fā)市場需要的幾乎每一種顏色。然而，典型的顏色是白色、米色和黑色。黑色是rCPET托盤的典型顏色，也是CPET托盤生產中使用十分廣泛的顏色。Fraunhofer的研究人員開發(fā)了一種名為“BlackValue”的雷達相機分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別和分類黑色的rCPET和CPET食品托盤，以及所有其他顏色的塑料，可以實時、大量地在下落的瓶片[1]流中進行分揀。

成核劑加快了塑料的結晶速度，使成型的rCPET托盤在烤箱中安全使用: 它們的形態(tài)在200°C下保持穩(wěn)定至少20分鐘。此外，成核劑在熱成型過程中也是控制結晶過程的關鍵，提高了熱成型塔板的生產穩(wěn)定性。

格諾斯 MRS擠出技術符合世界各地食品安全監(jiān)管機構的要求，包括FDA、EFSA、Invima、Senasa、Anvisa的熱灌裝應用和室溫儲存。同樣，Sukano的rPET添加劑適用于食品級聚合物，確保rCPET單膜適用于與食品直接接觸的包裝。

由于在較高的微波和烤箱溫度下的有害物質轉移的風險增加， rCPET食品托盤的板材通常有復合功能屏障層，由原始材料制成的，防止板材中的污染物轉移。同樣，在食品托盤生產的后階段，Illig公司的熱成型系統(tǒng)也符合嚴格的衛(wèi)生要求，他們有針對衛(wèi)生清潔生產的綜合清潔概念。

在聯(lián)合系列試驗中，格諾斯首先從一批APET瓶片中生產了一張不含添加劑的薄片作為對照樣品。然后是四個單分子膜，通過重量計量添加不同濃度的添加劑。全部5個樣品的尺寸為寬530mm，厚0.5mm。

在板材擠壓過程中，在線粘度計監(jiān)測熔體粘度，如預期一致，隨著IV增強劑的添加而增加(表格1)。然而，在0.01 dl/g時，與表3相比，表4的特性粘度(IV)的增加不太明顯，而IV增強劑劑量的進一步增加使特性粘度增加了0.10 dl/g，達到0.83 dl/g(表5)。后續(xù)試驗需要解釋低劑量時候的意料之外的低效果。

對于托盤的生產，需要一個多維輻射加熱器，就像Illig在熱成型機隧道加熱器中使用的一樣。多維輻射加熱器是必要的，因為結晶的PET片只能在橫向和縱向控制精度區(qū)域內進行溫度控制。工具技術也是專門為PET工藝設計的兩步成型工具，在一步驟是成型工具內腔壁加熱(Tg < Ttool cavity wall < Ts)，第二成型工具內腔壁(Ttool cavity wall < Tg)冷卻，其中Tg為玻璃化轉變溫度，Ts為PET的結晶熔融溫度。在一階段，托盤成型，接受熱能，通過接觸加熱的工具腔壁進行充分的結晶。該工具打開，預成型托盤被運輸?shù)骄哂欣鋮s的工具腔壁的第二腔中。該工具關閉，在第二成型步驟中，塑料在與冷卻的工具腔壁接觸下變硬，在結晶過程完成時保持其形狀——成為能安全應用在烤箱中的托盤。

在這五種材料板類型中，Illig在他們的IC-RDK 80熱成形機上使用帶有2 + 2個空腔的內部測試工具生產食物托盤。在整個系列試驗過程中，兩步成形工藝的第。一個工具腔加熱至160℃，第二個工具腔溫度控制至20℃。只有一個的例外是材料1, 樣本材料1由100%瓶片制成,其中成形工具是溫度控制到20℃。本機上下加熱溫度設置在245 ~ 290℃之間。所有其他工藝參數(shù)保持不變。

成型塔板的清晰度水平是一個重要的質量指標，由成型塔板表面的真空孔所產生的可見壓痕來衡量。與熱成形相比，熱成形rCPET的成形精度隨熱添加量的增加而降低。這是因為隨著結晶度的增加板材的粘度隨之增加。這意味著，一個成型良好的托盤可能是一個低水平的結晶指標，熱穩(wěn)定性差。因此，在制造rCPET食品托盤的材料板過程中添加添加劑時，必須在成型精度和熱穩(wěn)定性之間達到一個健康的平衡。

從表2中可以清楚地看出，材料卷2、3和4在定義上幾乎沒有什么區(qū)別。在270℃上下加熱器溫度后，結晶次序似乎降低了成型結果。5號樣品的rCPET食品托盤在選定的溫度下成型。PET瓶片含量為92%，與成核劑相比，5號樣品的PET生成率低。

在Illig公司的包裝實驗室，烤箱測試在200°C進行了20分鐘。第。一個測試后立即進行熱成型，第二個測試在室溫22°C中存儲了18個小時，以確定是否有所不同。如果有的話,可能是由過析晶導致。然而結果證明，只有微不足道的不同，因為沒有發(fā)現(xiàn)任何差異。

由樣品片材(沒有添加劑的APET)制成的熱成型食品托盤，沒有預期的熱穩(wěn)定性差，視覺上沒有差異。對比添加添加劑的食品托盤，在上、下加熱器溫度均為270℃時，所有食品托盤均具有較高的尺寸穩(wěn)定性。材料輥5形成的食品托盤外觀為啞光，這可以用成核劑濃度太高來解釋(圖6)。

顯然，隨著成核劑比例的增加，食品托盤的熱穩(wěn)定性也會增加。這種效應在上、下加熱器溫度均為270°C時尤為明顯(圖7)。

結論：存在加工制造高質量的終端產品的可能性

根據(jù)客戶的要求，從Sukano中濃縮5%的成核劑可能已經足以從以前的低價值APET瓶片中獲得高質量的烤箱安全rCPET食品托盤。此外，隨著rPET-IV增強劑的比例增加，食品托盤的抗沖擊能力也會增加，這表明熱成型rCPET容器在制冷和冷凍領域的高質量應用潛力。

隨著對再生塑料粒子的需求不斷增長，為了滿足終產品的低再生含量要求，可獲得的透明再生PET越來越少。利用多色PET瓶片的行業(yè)之一是捆扎業(yè)，把PET瓶片變成包裝捆扎。多色PET瓶片用于此目的的原因之一是在食品安全法規(guī)方面沒有限制。市場上有大量的彩色PET瓶片，但目前使用的容量有限。該聯(lián)合開發(fā)項目考慮了經濟、法律和技術要求，并證明將多色APET共混物循環(huán)利用到新的高質量產品中確實是可能的。

升級循環(huán)而不是降級循環(huán)——將回收塑料升級為食品級rCPET在技術上輕松實現(xiàn)，*PET回收系統(tǒng)的空白。熱穩(wěn)定良好的rCPET食品托盤作為高質量的終產品只是眾多可能的應用之一。