У світі, де відходи та забруднення загрожують майже всьому живому на Землі, дуже важливо знаходити нові та інноваційні способи зменшити наш вплив на довкілля. Одним із таких рішень є переробка ПЕТ-пляшок (поліетилентерефталату) на нитки для 3D-друку. Цей процес не лише допомагає зменшити кількість пластикових відходів на наших звалищах, але й забезпечує стійку альтернативу традиційним матеріалам для 3D-друку. Оскільки ми все ближче і ближче підходимо до незворотних змін клімату, вкрай важливо вжити заходів для того, щоб наш прогрес не відбувався за рахунок нашої планети.
Приблизно 25 000 тонн ПЕТ-пластику щороку потрапляє на звалища у юільшості розвинених країн. У 2021 році було продано 2,2 мільйона 3D-принтерів. Це означає, що кожен новий 3D-принтер міг використати в середньому 11 кілограмів переробленого ПЕТ-пластику як нитку протягом свого життя. Це досить розумна кількість матеріалу, яку можна використовувати. Процес переробки ПЕТ досить простий, і є навіть можливість перетворити ПЕТ на PETG, який є кращим матеріалом для 3D-друку.
Переробка ПЕТ-пляшок на нитки для 3D-друку – це процес, що складається з кількох етапів
Основний процес включає в себе:
- Збір та сортування: Перший крок – це збір і сортування використаних ПЕТ-пляшок. Це можна зробити за допомогою програм переробки або приватних осіб, які збирають і сортують пляшки самостійно.
- Подрібнення: Після того, як пляшки зібрані та відсортовані, їх подрібнюють на смужки пластику. Це полегшує використання на наступному етапі.
- Екструзія: Далі смужки пластику подаються в екструдер. Ця машина розплавляє пластик і продавлює його через невеликий отвір, який називається фільєрою. Так утворюються довгі, тонкі нитки пластику, які можна використовувати як нитки.
- Охолодження та різання: Коли нитка виходить з фільєри, її охолоджують, пропускаючи через воду або повітря. Потім нитка розрізається на потрібні довжини.
- Намотування: Нарешті, нитка намотується на котушки для використання в 3D-друці.
Однією з найважливіших переваг переробки ПЕТ-пляшок на нитку для 3D-друку є зменшення кількості пластикових відходів на звалищах. За оцінками, світ споживає близько 1 мільйона пластикових пляшок на хвилину. Оскільки так багато пляшок використовується і викидається, важливо знайти способи їх переробки. Перетворюючи їх на нитки для 3D-друку, ми можемо зменшити кількість пластикових відходів на звалищах і максимально ефективно використовувати наявні ресурси. Це не лише допомагає захистити навколишнє середовище, а й зменшує витрати на утримання звалищ та забруднення, спричинене процесом розкладання пластику. Пластик в океанах також може вбивати зоопланктон, який відіграє важливу роль у процесі поглинання вуглецю, що зараз бореться за затримку зміни клімату.
Існує низка рішень для споживачів щодо переробки власного ПЕТ, наприклад, PETamentor, який дозволяє перетворити пластикову пляшку на котушку з ПЕТ-ниткою. Це чудова ідея, але вона вимагає придбання певної електроніки (близько 150 канадських доларів при покупці на Amazon), а також використання значної кількості ниток для друку деталей, необхідних для роботи пристрою. Однак він може досить легко окупитися за рахунок виробленої нитки.
Ще цікавіше рішення – перетворити ПЕТ на PETG (звичайну поліграфічну нитку). PETG має кращу термостійкість, менше кристалізується і може бути стерилізований. Він чудово підходить для зберігання продуктів харчування, предметів, які будуть піддаватися впливу тепла, тощо. PETG схожий на PET, але замість етиленгліколю у виробництві використовується циклогексанедиметанол (CHDM). Це робить його кращим для 3D-друку.
Процес перетворення ПЕТ на PETG не дуже складний. По-перше, нам потрібно розкласти ПЕТ на базові компоненти. Ми можемо зробити це за допомогою гідролізу, як показано в цьому дослідженні. Кислотним каталізатором буде терефталева кислота (ТФК), яка є основним компонентом у процесі виробництва ПЕТ/ПЕТГ. Тоді ми отримаємо окремо ТПА та етиленгліколь.
Інший спосіб (як показано в цьому дослідженні) розділення ПЕТФ на ТФК та етиленгліколь полягає в тому, щоб перетворити ПЕТФ на терефталат натрію та етиленгліколь за допомогою лужного гідролізу. Лужний гідроліз вже проводиться на стічних водах, що може дозволити нам використовувати пластик у морі для переробки без необхідності робити цей крок. Потім ми використовуємо процес підкислення, поєднуючи терефталат натрію та сірчану кислоту, щоб отримати на виході TPA та сульфат натрію. В результаті ми отримуємо TPA та етиленгліколь, а це саме те, що нам потрібно. Однак для цього потрібно більше матеріалу, а отже, більше витрат.
Щоб перетворити TPA і етиленгліколь на PETG, ми додамо CHDM і додамо частину етиленгліколю назад до TPA, щоб отримати PETG.
Розділення TPA та етиленгліколю за допомогою гідролізу має відбуватися за певних умов. У дослідженні використовували 2,5 грама ПЕТ, концентрацію TPA 0,1 г/мл, масове співвідношення ПЕТ:H2O 1:8, температуру 220°C та 180 хвилин часу. При додаванні етиленгліколю та CHDM співвідношення етиленгліколю до CHDM у ПЕТГ має бути від 80-20 мол. % до 50-50 мол. %. У цьому дослідженні було використано співвідношення 70-30, і вони досягли чудових результатів.
Кінцевим продуктом є прозора нитка, яку можна залишити прозорою або забарвити за допомогою барвника. Це дуже круте рішення, яке може змінити весь ландшафт переробки пластику. Воно також буде дуже дешевим. Згідно з цим патентом, найкраще співвідношення етиленгліколю до терефталевої кислоти становить від 8/1 до 12/1, тому я візьму співвідношення 10/1 для ПЕТ. Якщо ми замінимо 30% етиленгліколю на CHDM, ми отримаємо співвідношення етиленгліколю до TPA 7/1 і співвідношення CHDM до TPA 3/1. Це означає, що ми матимемо співвідношення CHDM до загальної кількості 3/11. Нам потрібно купувати тільки CHDM, оскільки етиленгліколь і TPA ми отримуємо з ПЕТ, який ми переробляємо. Купуючи CHDM навалом (17 кг), ми можемо отримати ціну близько 13 доларів США ($799/17 кг = $47/кг. $47 * (3/11) = $12.78). 1 кг прозорого PETG на Amazon коштує близько 20 доларів США. Ми можемо реально встановити ціну на рівні $15.
Оскільки ПЕТГ можна фарбувати, перероблену нитку можна продавати в будь-якому кольорі. Це означає, що споживачам не доведеться обирати між естетикою та порятунком планети. Надлишок етиленгліколю також можна продати, що призведе до ще більшої переробки.
Цей процес може бути використаний для створення подібних пластиків, таких як PCT (ПЕТ з CHDM, що повністю замінює етиленгліколь). Він також може бути використаний для переробки цих пластиків у PETG, що є чудовим рішенням.
Переробка ПЕТ на нитки – це чудовий спосіб переробки, але перетворення його на PETG – це ще крутіше і ще кращий спосіб заохотити людей до його використання. Процес не дуже складний, а вартість досить низька, щоб навіть перевершити звичайні пропозиції PETG. Цей процес може призвести до того, що багато пластику буде врятовано від звалища і перетворено на щось корисне. Сподіваюся, ви дізналися щось нове, тому що це дуже крута тема, про яку я майже не чув, щоб хтось говорив. Я не знаю, скільки часу займе цей процес, поки його не помітить компанія PETG, але сподіваюся, що це станеться незабаром. Ця технологія має потенціал, щоб затримати або навіть повністю зупинити зміну клімату.
