Phương pháp bán hóa học nâng cấp PET sau tiêu thụ thành rPET cấp tiếp xúc thực phẩm, ổn định nhiệt và độ sạch gần nguyên liệu

Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Packaging Technology and Science đề xuất một quá trình bán hóa học (este hóa – ngưng tụ) để chuyển đổi PET sau tiêu thụ thành PET tái chế cấp thực phẩm (rPET). Phương pháp này khác với các tuyến tái chế vật lý và hóa học thông thường: đồng trùng hợp PET sau tiêu thụ với mono-ethylene glycol (EG) và axit terephthalaic (TPA), sau đó trải qua các phản ứng este hóa và ngưng tụ, và cuối cùng là rPET và các sản phẩm của nó thông qua ngưng tụ pha rắn (SSP). Mục tiêu nghiên cứu là để đạt được giá trị cao tái chế chất thải nhựa và cung cấp cơ sở cho việc sử dụng rPET trong lĩnh vực vật liệu tiếp xúc thực phẩm. Các nghiên cứu mô tả cấu trúc vi mô và tính chất nhiệt của rPET trong quá trình bán hóa học bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích trọng lượng nhiệt (TGA), phương pháp nhiệt lượng quét khác biệt (DSC) và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (ATR-FTIR). Kết quả cho thấy giai đoạn este hóa sẽ tạo thành một lượng lớn “oligomer polyester vòng” từ oligomer, giai đoạn này có độ ổn định nhiệt thấp nhất; Khi các quy trình như tiền ngưng tụ tiếp theo được đẩy mạnh, chuỗi phân tử phát triển, cấu trúc trở nên dày đặc hơn và độ ổn định nhiệt được cải thiện đáng kể. Bề mặt của rPET và các sản phẩm của nó, kết quả cuối cùng bằng cách ngưng tụ pha rắn, mịn và dày đặc, với sự ổn định nhiệt, hành vi nóng chảy và cấu trúc hóa học rất phù hợp với PET bản địa (vPET). Phân tích ATR-FTIR xác nhận thêm rằng quá trình này không làm thay đổi chuỗi chính hóa học cơ bản của PET. Để đánh giá sự an toàn của sản phẩm cuối cùng làm vật liệu tiếp xúc với thực phẩm, các nghiên cứu đã phân tích sự đa dạng và nồng độ của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, bán bay hơi và không bay hơi trong rPET trong quá trình bán hóa học thông qua sắc ký khí trên không – khối phổ kết hợp (HS-GC-MS), sắc ký khí – khối phổ thời gian bay song song bốn cực (GC-QTOF/MS) và sắc ký lỏng siêu hiệu quả – khối phổ thời gian bay bốn cực (UHPLC-QTOF/MS). Kết quả cho thấy, sau khi xử lý phản ứng este hóa và ngưng tụ, lượng dư lượng và chủng loại của các chất dễ bay hơi, bán bay hơi và không bay hơi đều được kiểm soát hiệu quả. Chỉ có ba chất dễ bay hơi (styrene, nonaldehyde, EG), một chất bán bay hơi (bis (2-hydroxyethyl) terephthalate) và một chất không bay hơi (TPA-EG) 2) được tìm thấy trong vật liệu rPET cấp tiếp xúc thực phẩm cuối cùng. Nghiên cứu cho rằng quá trình tái chế này làm tăng đáng kể sự an toàn của rPET, đặt nền tảng lý thuyết cho nghiên cứu và phát triển tiếp theo của nó trong các lĩnh vực liên quan đến phơi nhiễm thực phẩm. Từ quan điểm vật liệu đóng gói, nghiên cứu cung cấp một lộ trình nâng cấp bán hóa học giữa tái chế vật lý và khử trùng hóa học hoàn toàn, cho phép PET sau khi tiêu thụ tiếp cận nguyên liệu thô về độ dày đặc cấu trúc và ổn định nhiệt, có giá trị tham chiếu để nâng tỷ lệ có sẵn của vật liệu tái chế trong bao bì tiếp xúc thực phẩm. Đối với hệ thống ổn định chế biến, rPET thể hiện sự ổn định nhiệt thấp gợi ý trong giai đoạn este hóa, trong quá trình đùn thực tế, ép phun và ngưng tụ pha rắn và các liên kết chế biến khác, thiết kế công thức của chất chống oxy hóa và chất ổn định chế biến cần chú ý đến rủi ro suy thoái của vật liệu tái chế trong các giai đoạn công nghệ khác nhau để duy trì tính toàn vẹn chuỗi phân tử và ổn định màu sắc. Đồng thời, nghiên cứu này thông qua phân tích có hệ thống các dư lượng dễ bay hơi, bán bay hơi và không bay hơi, cung cấp ý tưởng phát hiện để đánh giá độ sạch của vật liệu tái chế tiếp xúc với thực phẩm và cũng nhắc nhở các công ty phụ trợ trong hệ thống hỗn hợp vật liệu mới và vật liệu tái chế cần chú ý đến kiểm soát rủi ro di chuyển. Với sự trưởng thành dần dần của quá trình rPET cấp tiếp xúc thực phẩm, chất chống oxy hóa, chất ổn định chế biến và nghiên cứu phù hợp với vật liệu tái chế hứa hẹn sẽ trở thành một hướng quan trọng trong lĩnh vực vật liệu đóng gói.

Nguồn:From Post‐Consumer to Food‐Contact Materials: A Semi‐Chemical Upcycling Process of PET， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.