双螺杆挤出过程中PET/PE共混物的原位熔融分离与升级回收技术研究

《Polymer Engineering & Science》：In-Process Melt Separation of Depolymerized PET in PET/PE Blends for Upcycling via Twin-Screw Extrusion

本文介绍了一种创新的化学-机械回收技术，通过双螺杆挤出机（TSE）实现聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）的高效分离。研究利用乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）等试剂将PET解聚至分子量（Mw）降低90%以上，通过粘度差异和模头压力控制，使低粘度PET从排气口逸出，而高粘度LLDPE从模头排出。实验表明，无超临界CO2（SCCO2）辅助时分离效果更优，排气口产物为100%纯PET，模头产物含95% LLDPE和5% PET。该技术为多层膜回收提供了可持续解决方案。

　　

引言

当前，多层薄膜广泛采用聚乙烯（PE）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）复合结构，但两者的高效分离与回收仍是固体废物管理领域的挑战。现有方法如选择性溶解或机械回收存在局限性，前者仅能回收单一组分，后者产物价值低。本研究提出一种基于双螺杆挤出机（TSE）的化学-机械协同策略：通过 glycolysis（糖酵解）反应将PET解聚为低分子量产物，利用其粘度骤降的特性实现与LLDPE的原位分离。

实验方法

研究采用线性低密度聚乙烯（LLDPE，Braskem Flexus 9200）和PET（Polyquest）薄膜，以乙二醇（EG）、二甘醇（DEG）、三甘醇（TEG）及对苯二甲酸双羟乙酯（BHET）为解聚试剂。PET在220°C下干燥4小时后，与LLDPE以50:50比例在双螺杆挤出机中混合，反应温度260°C，转速100 rpm。螺杆设计包含输送段、捏合块（30°–90°）和排气段。超临界CO₂（SCCO₂）通过顶部注入口以80 bar压力注入，用于对比分离效果。

材料表征采用流变仪（Anton Paar MCR 501）估算分子量，热重分析（TGA）在氮气环境下以10°C/min升温至600°C，傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测特征峰（PET: 1714 cm^?1，LLDPE: 2849/2917 cm^?1）。

数据与结果分析

SCCO₂对解聚的影响：SCCO₂的早期注入会缩短PET反应时间，导致分子量降低不充分（图1）。调整注入位置至模头附近后，其对解聚的干扰消除。

分离机制：解聚使PET分子量降低90%以上，粘度下降数个数量级。在模头高压环境下，低粘度PET优先通过无压力的排气孔逸出，而高粘度LLDPE因需克服小孔径排气孔的高阻力，仅从模头排出。无SCCO₂辅助时，该物理分离效果更显著。

分离效率评估：

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  TGA分析：排气口收集物在450°C前完全降解，与纯PET曲线重合，表明无LLDPE残留；模头产物降解曲线显示含5%–10% PET（图3-5）。
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  FTIR验证：排气口产物仅显示PET特征峰（1714 cm^?1），无LLDPE峰信号（图6-7）；模头产物中PET峰强度对应约5%残留量（图8-10）。SCCO₂的使用会增加模头产物中PET比例，因压力推动部分PET进入模头。

结论

本研究成功开发了一种基于双螺杆挤出机的PET/LLDPE分离技术。通过试剂诱导PET解聚，利用粘度差异实现原位分离，无需SCCO₂即可达到高效回收：排气口产物为100%纯PET，模头产物含95% LLDPE和5% PET。该技术为多层膜回收提供了低能耗、高通量的解决方案，后续可结合催化裂解或再聚合实现材料的闭环循环。