Alkalische Depolymerisation von Poly(ethylenterephthalat) als Grundlage eines Monomerrecyclings

Von:

Lars Biermann

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Das chemische Recycling von Kunststoffen kann als komplementäre Technologie bestehende mechanische Recyclingverfahren ergänzen, um den Anteil an recycelten Kunststoffen zu erhöhen. In dieser Arbeit wird ein neuer Verfahrensansatz zur alkalischen Esterhydrolyse von Poly(ethylenterephthalat) (PET)-Kunststoffen als quasi-Feststoff-Feststoff Reaktion in systematischen Laboruntersuchungen mit einem Laborkneter experimentell untersucht. Es werden die signifikanten Einflussfaktoren auf die Depolymerisation identifiziert und überprüft, ob die Erkenntnisse auch auf die Feststoff-Feststoff-Depolymerisationsreaktion in einem Doppelschneckenextruder übertragbar sind. Aus Untersuchungen in der Literatur ist bekannt, dass die Depolymerisation von PET sowohl von der Temperatur, der Reaktionszeit, vom verwendeten Lösungsmittel, der Basenkonzentration als auch der PET-Partikelgröße abhängig ist. In dieser Forschungsarbeit wurde gezeigt, dass die quasi-Feststoff- Feststoffreaktion des PET mit festem Natriumhydroxid zu einer deutlich höheren Terephthalsäureausbeute bei kürzeren Reaktionszeiten führt als bei Experimenten in Lösung, wie es in der Literatur beschrieben ist. Diese neue Methode wurde in dieser Arbeit extensiv untersucht und die relevanten Prozessparameter identifiziert. Ein wichtiger Einflussparameter ist die Reaktionstemperatur, die nicht nur die Terephthalsäureausbeute, sondern auch den Farbwert der Terephthalsäure beeinflusst. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Reaktion stark von der Durchmischung geprägt wird, welche von einer Reihe von Faktoren (PET-Material, PET-Partikelgröße, Lösungsmittel, Basenpartikelgröße) abhängt. Diese Faktoren beeinflussen den Füllgrad des Laborkneters und damit auch die Durchmischung während der Reaktion. Bei experimentellen Untersuchungen wurden die Betriebsparameter des Versuchsaufbaus (Massentemperatur, Drehmoment, Drehzahl) aufgezeichnet, verarbeitet und nachfolgend mit den Daten zur Terephthalsäureausbeute korreliert. Es wurde beispielsweise gezeigt, dass der Einsatz von Monoethylenglykol als Schmiermittel bei einer Erhöhung der Terephthalsäureausbeute das maximale Drehmoment während der Versuche signifikant reduziert und auch der maximale Temperaturanstieg während der Depolymerisation deutlich niedriger ist. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wurde bei repräsentativen Betriebsparametern überprüft, ob die Ergebnisse auf die Depolymerisation von PET in einem Doppelschneckenextruder übertragbar sind. Als Bewertungskriterium wurde die Raum-Zeit-Ausbeute herangezogen und festgestellt, dass diese bei den gewählten Betriebspunkten vergleichbar ist