Alkalische Depolymerisation von Poly(ethylenterephthalat) als Grundlage eines Monomerrecyclings (Band 48)

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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