参与PET 瓶生命周期的NIR 加热技术进展

　　本文由PET Technologies GmbH供稿

　　根据Future Marketing Insights 公司的报告，2022 年至2023 年期间，全球PET 容器市场预计将以5.3%的复合年增长率增长，市场规模将从7310 亿美元增至12240 亿美元。也就是说，全球有超过5000 亿个PET 瓶被用于包装各种产品。不过，与其他类型的塑料不同，PET 100% 可回收利用。

　　从托盘和瓶坯注塑到瓶子吹塑成型再到回收利用，近红外（NIR）辐射被应用于PET 瓶生命周期的各个阶段。全球范围内，rPET 使用量的增加则进一步提高了NIR 技术的使用频率。

　　红外辐射和热塑性聚合物

　　PET或塑料回收标志“#1”是一种聚酯类热塑性聚合物。它完全可回收并被广泛用于饮料瓶和食品罐、植物油和醋瓶，以及日化用品和化妆品容器的生产。

　　PET常被回收制成纤维、片材、织物以及新的PET包装。该树脂在天然状态下是一种无色的半结晶材料，柔韧性高，可以加工为半刚性和刚性的材料。

　　作为一种热塑性聚合物，热冲击会导致其软化和变形。在瓶子的制造过程中，PET 瓶坯经过加热并被送入模具中，然后形成模具所塑造的瓶子形状。因此，PET 拉伸吹塑机的再加热系统和烘箱内的灯管具有极其重要的作用。

　　红外线灯发射的频率范围很广。红外辐射有3种类型：

　　◆ 近红外波数，频率为2500-714nm（4000-14,000cm-1）

　　◆ 中红外波数，频率为25 000-2500nm（400-4000cm-1）

　　◆ 远红外波数，频率为2 500 000-25000nm（4-400cm-1）

　　近红外灯和吹瓶成型

　　不同的波长通过不同的方式与不同的化合物相互作用，其类型都由触发成分波长和样品所含化合物之间相互作用的光源或所分析的电磁频谱领域来定义。红外和近红外光谱法都属于后一类。

　　红外和近红外光谱法均使用光谱数据来表征物质。两者的主要区别在于所研究的电磁频谱领域不同。近红外光谱侧重于714 -2500nm的范围，正好超出肉眼可见的范围。近红外能量于19 世纪被发现，直到20 世纪中叶才投入工业应用。最初，它被用作其他光学设备的附加装置。进入21世纪，其应用扩展到PET拉伸吹塑成型领域（图1）。PET Technologies 公司是该领域的领导者之一。

　　近红外辐射能够完美穿透PET并重新加热PET瓶坯。事实上，近红外范围内的辐射能够完全穿透PET 样品至一定深度。比尔- 朗伯定律是不同分光光度法（包括近红外光谱法）的主要原理和依据。据此，样品（本例为PET 瓶坯）吸收的光量与光通过样品的体积和样品浓度直接相关（图2）。

　　NIR 技术对于某些特定PET 瓶的制造而言极为重要，包括不对称瓶、可再填充/ 可回收瓶、热灌装瓶、高速圆柱瓶、彩色PET 瓶。

　　与传统的红外（IR）系统相比，该加热过程更快，且所需能源消耗更低，并可为PET 拉伸吹塑机设计更小（更短）的加热器。该设备占地面积更小，更易于运输。

　　案例分析

　　PET Technologies 公司拥有24 年的行业经验，是最早一批将NIR 加热技术应用于PET 线性拉伸吹塑机的公司之一。创新系列吹塑机APF-Max 是首批应用实施的直线型SBM 机器之一，不仅结构紧凑，还具有用户友好的概念。该设备产量高，尺寸更小（图3）。

　　NIR 加热系统用于PET 瓶生产的优势在于：

　　◆ 瓶胚壁内外温度分布均匀；

　　◆ 减少加热时间；

　　◆ 加热器尺寸更紧凑；

　　◆ 降低吹塑机能耗。

　　其最大的优势是能够自动调节温度。

　　近红外辐射和回收

　　目前，关于彩色（除透明和透明蓝之外的所有其他颜色）PET 瓶的使用存在一系列争议，它们已被印度和韩国法律禁止，其他国家也有类似的讨论。

　　与之相反，欧洲PET瓶平台（EPBP）技术委员会表示，透明彩色PET 瓶不应被禁止，理由是它们提高了PET 瓶回收的总价值。

　　近红外（NIR）与光学分选相结是一种高效、快速的按颜色自动分选PET 瓶的方法。经过分选的PET 瓶100%可回收并可重复用于不同的应用。此外还可按个别颜色（例如：绿色或琥珀色）进行额外分类，提高了rPET 的价值。

　　NIR 和rPET

　　最终，回收PET 瓶被再次用于生产新的PET 瓶。这一过程可以重复无限次。它们既环保又透明，柔韧又耐用。与原生PET 相比，回收PET 的温室气体排放量减少了79%，能源消耗量也更少。其他环境效益还包括生产能耗减少50%、消除塑料废物、减少生产用水。

　　但是，由于技术限制，并非所有吹塑机都可用于加工rPET 瓶胚，部分原因包括：

　　◆ 材料性能（熔体流动性、结晶度、分子量）；

　　◆ 磨损（rPET含有杂质，造成吹塑机部件额外磨损）；

　　◆ 熔体温度和热稳定性（rPET 在回收过程中发生了分子变化，因此需要更高的加工温度）。

　　PET Technologies 公司开发的再热式拉伸吹塑机的所有型号系列均可用于rPET 加工。欧洲、亚洲、非洲、北美洲和拉丁美洲地区已实施的项目证明了这一点。此外，NIR 加热系统在rPET 瓶坯吹塑过程中的作用随样品所含回收成分的百分比而增加（图4）。