¿Por qué se necesita el sistema SSP de PET en los programas de reciclaje de botella a botella?

¿Qué es el SSP PET?

La SSP (Policondensación en Estado Sólido) es una tecnología avanzada de modificación de polímeros utilizada para aumentar el peso molecular y la Viscosidad Intrínseca (IV) del PET reciclado (rPET).

La SSP implica una reacción de policondensación realizada por debajo del punto de fusión del PET (típicamente 190-230°C) bajo vacío o purga de gas inerte (por ejemplo, Nitrógeno). Su propósito es restaurar las propiedades del polímero mediante una reacción química sin fundirlo.

¿Cómo funciona la SSP?

El principio de funcionamiento de la SSP se basa en dos niveles: policondensación química y purificación física:

Aumento Químico de la IV (Elevación de la Viscosidad):

Su principio químico es el mismo que el de la policondensación en fundido: aumentar la longitud de la cadena molecular a través de reacciones de grupos terminales (esterificación y transesterificación) y eliminar los subproductos de la reacción (principalmente agua y etilenglicol, EG). En un entorno de alta temperatura (pero por debajo del punto de fusión), alto vacío o protección con gas inerte, los grupos terminales del PET (-COOH y -OH) reaccionan nuevamente, reconectando las cadenas moleculares rotas, aumentando así la Viscosidad Intrínseca (IV).

Descontaminación Profunda:

Además de aumentar la IV, el principal impulsor comercial para el proceso SSP es su potente función de descontaminación. Bajo el efecto combinado de alta temperatura, alto vacío (o alto flujo de gas inerte) y un largo tiempo de residencia (varias horas), la SSP puede eliminar de manera extremadamente efectiva los compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles (VOCs) del rPET.

Estos contaminantes incluyen: 1) Subproductos de la degradación del polímero, como el Acetaldehído (AA); 2) Sustancias saborizantes, agentes de limpieza, etc., que migraron a la pared de la botella durante el uso por parte del consumidor. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) y la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. (FDA) han identificado consistentemente el paso SSP como el "paso de control crítico" en sus evaluaciones de seguridad para determinar la eficiencia de descontaminación de un proceso. Es precisamente el proceso SSP el que permite que el rPET cumpla con los estándares de "grado alimenticio" (food-grade), permitiendo que se use de manera segura para nuevos envases de alimentos y bebidas.

Mecanismo de Degradación Molecular del rPET durante el Peletizado en Fundido

1. El PET es un policondensado y sus enlaces éster son altamente sensibles a la hidrólisis, especialmente en un estado fundido a alta temperatura (típicamente >260°C). Incluso las escamas de rPET secas a menudo contienen humedad residual. Durante la extrusión en fundido, las moléculas de agua atacan los enlaces éster de la cadena principal del PET, causando la escisión de la cadena y generando un nuevo grupo terminal carboxilo (-COOH) y un grupo terminal hidroxilo (-OH). Cada evento de escisión de cadena reduce el peso molecular (y la IV). Más grave aún, este proceso es autocatalítico: los grupos -COOH recién formados aceleran significativamente la velocidad de las reacciones de hidrólisis posteriores.

2. Degradación Térmica y Termo-oxidativa: Bajo la alta temperatura y la acción de cizallamiento en una extrusora, el PET sufre degradación térmica (escisión de cadena) incluso sin agua. En presencia de oxígeno (degradación termo-oxidativa), la degradación se exacerba. Esta compleja serie de reacciones de radicales libres produce Acetaldehído (AA) y grupos terminales de éster vinílico, lo que lleva a la formación de dobles enlaces conjugados en la cadena macromolecular. Estos sistemas conjugados son fuertes cromóforos, que absorben la luz visible, causando un amarillamiento irreversible del polímero.

3. Reacción en Cadena y Consecuencias de la Degradación: Debe reconocerse que el daño causado por el paso de peletizado es múltiple y está interrelacionado. Primero, la hidrólisis genera grupos -COOH que catalizan una mayor degradación. Segundo, la degradación térmica crea cromóforos amarillos permanentes. Es importante destacar que la Policondensación en Estado Sólido (SSP) es un proceso diseñado para "reparar" la IV a través de la policondensación, eliminando EG y agua para unir los grupos terminales -COOH y -OH. Sin embargo, la SSP no puede reparar los cromóforos de doble enlace conjugado creados por la degradación térmica. Por lo tanto, el amarillamiento (b* = 4.91) generado durante el paso de peletizado es permanente.

El reciclaje industrial moderno ha agregado equipos de secado con pre-cristalización y equipos de deshumidificación para mitigar las situaciones anteriores.

Análisis Profundo del Proceso: Evaluación Comparativa de la Materia Prima SSP (Escamas vs. Pellets)

Basándonos en los mecanismos de degradación molecular y la cinética de SSP descritos anteriormente, podemos realizar una evaluación comparativa rigurosa de las dos rutas de proceso.

Ruta 1: SSP después del Peletizado (Pellets + SSP)

Común en proyectos "Botella a Botella"

Flujo del Proceso: Este es el proceso estándar en la industria para producir rPET "súper limpio" de grado alimenticio. [Escamas] -> -> -> [Extrusión en Fundido/Filtración/Peletizado] -> [Cristalización de Pellets] -> [Pellets Terminados]

Análisis de Ventajas:

• Descontaminación Profunda: Este proceso tiene un efecto de descontaminación dual. El paso de extrusión en fundido (generalmente con desgasificación al vacío) elimina el primer lote de VOCs. El paso posterior de SSP no solo elimina los VOCs residuales, sino que también elimina los productos de degradación recién generados (como el AA) del proceso de extrusión. Esta es la razón principal por la que es favorecido por EFSA/FDA para aplicaciones de grado alimenticio.

• Uniformidad del Producto: El producto consiste en pellets con tamaño, forma y densidad uniformes. Estos pellets son fáciles de almacenar, transportar, mezclar y alimentar, asegurando la estabilidad en procesos posteriores como el moldeo por inyección.

Análisis de Desventajas (Validando Hallazgos Iniciales):

• Daño de Color Irreversible: Como se mencionó en la sección anterior, el paso intermedio de extrusión en fundido "fija" la degradación térmica, haciendo que el valor b* se dispare. La SSP no puede reparar este amarillamiento.

• Alto Costo: La conclusión inicial de que "el costo de reciclaje es alto" es completamente precisa. Esta ruta es un "multiplicador de procesos": requiere dos pasos de cristalización (una vez para escamas, una vez para pellets), dos pasos de calentamiento y una extrusión en fundido de alto consumo energético. Esto conduce a un Gasto de Capital (CAPEX) y Gasto Operativo (OPEX) extremadamente altos.

• Cinética SSP Lenta: La baja IV después del peletizado y la baja superficie específica de los pellets conducen a una cinética de reacción SSP lenta, requiriendo tiempos de reacción más largos y aumentando aún más el consumo de energía.

Ruta 2: SSP Directo para Escamas (Escamas + SSP Directo)

Común en proyectos de fibra química

Flujo del Proceso: Este es un proceso más simplificado de "escama a aplicación". [Escamas] -> -> [Escamas de Alta IV] ->

Análisis de Ventajas (Validando Hallazgos Iniciales):

• Calidad de Color Superior: Esta es la ventaja más significativa de este proceso. Al omitir completamente el paso intermedio de peletizado en fundido, se evitan por completo la degradación termo-oxidativa y el amarillamiento en estado fundido. La SSP es un tratamiento mucho más suave que la extrusión en fundido.

• Cinética SSP Rápida: Una IV inicial alta y la alta superficie específica de las escamas trabajan juntas para maximizar la velocidad de reacción.

• Costo Extremadamente Bajo: La conclusión inicial de que "el costo de reciclaje y aumento de viscosidad es bajo" es el motor económico central de este proceso. Esta ruta elimina toda la línea de extrusión-peletizado (extrusora, filtro de fundido, peletizadora bajo agua, sistema de circulación de agua, secador de pellets). Esto proporciona ahorros masivos en CAPEX 45 y OPEX (principalmente el consumo eléctrico de la extrusión en fundido).

Análisis de Desventajas (Abordando Desafíos Iniciales):

• Apariencia de Escama No Uniforme (Desafío Central): La "apariencia de escama no uniforme, que conduce a una uniformidad de calidad interna ligeramente más pobre entre partículas grandes y pequeñas" mencionada en las conclusiones iniciales es un desafío técnico clave. Las escamas tienen una densidad aparente baja y no uniforme y una fluidez pobre. Esto es crítico en la producción a gran escala, lo que lleva a dificultades en el manejo posterior (como la alimentación) y reacciones SSP no uniformes.

• Impurezas Sólidas: La Ruta 1 elimina las impurezas sólidas (como papel residual, pegamento, PP/PE) 16 a través de la Filtración de Fundido. La Ruta 2 no tiene este paso. Por lo tanto, el éxito de la Ruta 2 depende enteramente de las escamas de alta pureza proporcionadas por los procesos de lavado y clasificación aguas arriba.

Evaluación Integral de las Rutas del Proceso SSP