Entfernung von Verunreinigungen beim recycelten Polyester-Filamentgarn: Von der Rohstoffvorbehandlung bis zur Schmelzefiltration

Da die Nachfrage nach nachhaltigen Textilien weiter steigt, gewinnt die Qualitätskontrolle bei der Herstellung von recyceltem Polyester-Filamentgarn zunehmend an Bedeutung. Im Vergleich zu recyceltem Polyester-Stapelfaser erfordert Filamentgarn in der Regel strengere Kontrollen bezüglich Verunreinigungen. Selbst geringe Mengen an Verunreinigungen können zu Spinndüsenverstopfungen, Fadenrissen, Fusseln sowie Gewebefehlern wie schwarzen Flecken und Farbpartikeln führen – mit negativen Auswirkungen sowohl auf die Produktionseffizienz als auch auf die Endproduktqualität.

Daher muss die Entfernung von Verunreinigungen während des gesamten Produktionsprozesses erfolgen – von der Rohstoffvorbehandlung bis zum Schmelzspinnen. Die wichtigsten Ansätze hierfür umfassen die Vorbehandlung von PET-Flakes aus Flaschen, fortschrittliche Schmelzfiltration sowie chemisches Recycling und Reinigung bei bestimmten Produktionswegen.

i. Vorbehandlung von PET-Flakes aus Flaschen: Entfernung von Verunreinigungen an der Quelle

Die Vorbehandlung entfernt hauptsächlich Nicht-PET-Kunststoffe, Metalle, Etiketten, Klebstoffe, Öl, Sand und andere Verunreinigungen aus gebrauchten PET-Flakes.

1. Materialsortierung und Etikettenentfernung

Nach dem Auspacken können gebrauchte Flaschen mithilfe der Nahinfrarot-(NIR)-Materialidentifikation, der Röntgenstrahlerkennung, der Wirbelstromtrennung und der KI-basierten optischen Sortierung sortiert werden. Diese Technologien helfen dabei, PVC, PP, metallische Verunreinigungen und ungeeignete Flaschenmaterialien zu entfernen. Anschließend erfolgt die mechanische Entfernung von Etiketten, um Rückstände von Etiketten und Klebstoffen zu reduzieren.

2. Zerkleinern und Waschen

Die Flaschen werden üblicherweise zu Flakes mit einer Größe von etwa 5–12 mm zerkleinert. Die Flakes durchlaufen dann eine Vorwäsche, eine Heißwäsche sowie mehrere Spülstufen. Bei der Heißwäsche wird gegebenenfalls eine alkalische Lösung bei etwa 75–85 °C eingesetzt, um Öl-, Zucker- und Klebstoffrückstände zu entfernen.

3. Dichtetrennung und Sekundärsortierung

Die dichtebezogene Trennung wird verwendet, um verschiedene Materialien zu unterscheiden. Unter typischen wasserbasierten Bedingungen sinken PET-Flocken, während leichtere Materialien wie PP und PE im Allgemeinen schwimmen, was ihre Trennung ermöglicht.

Anschließend können Lufttrennung, Vibrationssiebe, eine zweite optische Sortierung sowie manuelle Inspektion eingesetzt werden, um Staub, Feinpartikel, verfärbte Flocken und verbliebene Verunreinigungen zu entfernen.

4. Entwässerung und Trocknung

Nach der Reinigung unterziehen sich die Flocken einer zentrifugalen Entwässerung und Trocknung, um den Feuchtigkeitsgehalt zu senken und das Risiko einer hydrolytischen Degradation während der Hochtemperaturverarbeitung zu minimieren. Einige Produktionsprozesse können je nach Rohstoffzustand, Ausrüstung und Prozessanforderungen einen Feuchtigkeitsgehalt unter 50 ppm erreichen.

iI. Schmelzspinnen: Mehrgliedrige Schmelzfiltration

Obwohl die Vorbehandlung die meisten sichtbaren Verunreinigungen entfernt, können feine feste Partikel, verkohlte Rückstände und Gele bestehen bleiben. Eine fortschrittliche Schmelzefiltration ist daher ein entscheidender Schritt zur Aufrechterhaltung der Qualität von recyceltem Polyester-Filamentgarn.

1. Extrusion und Schmelzen

Die vorbehandelten PET-Flakes oder recycelten PET-Chips werden in einen Extruder eingegeben und unter kontrollierten Temperaturbedingungen geschmolzen. Eine typische PET-Schmelzverarbeitungstemperatur liegt bei etwa 260–280 °C, obwohl die tatsächlichen Einstellungen vom Rohmaterial und vom Produktionsprozess abhängen.

2. Mehrgliedrige kontinuierliche Schmelzefiltration

Produktionslinien verwenden üblicherweise Plattenfilter oder Kerzenfilter mit Filtermedien unterschiedlicher Feinheitsstufen, um Verunreinigungen schrittweise abzufangen.

Je nach Produktanforderungen werden für die Filamentgarnherstellung Filtrationsklassen von etwa 20–40 μm eingesetzt, während einige Feindenier-Filamentprozesse eine Filtration im Bereich von ca. 10 μm erfordern.

Die Überwachung des Differenzdrucks hilft bei der Erkennung einer Filterverstopfung. Je nach Systemkonstruktion können Filter bei Bedarf umgeschaltet oder ausgetauscht werden, um einen stabilen Schmelzestrom aufrechtzuerhalten und das Risiko einer Düsenkopfverstopfung, von Fusselbildung und von Fadenbrüchen zu verringern.

3. Festphasenpolykondensation und Endfiltration

Bei Produktionsrouten mit Festphasenpolykondensation (SSP) können PET-Chips unter Vakuum oder in einer Inertatmosphäre behandelt werden, um die intrinsische Viskosität zu erhöhen und die anschließende Spinnleistung zu verbessern. Dieser Prozess kann zudem helfen, bestimmte flüchtige niedermolekulare Verbindungen zu reduzieren.

Einige Produktionslinien enthalten eine zusätzliche Filtrationseinheit, bevor die Schmelze den Düsenkopf erreicht, und bilden so eine letzte Barriere gegen verbliebene Partikel. Es ist wichtig zu beachten, dass die SSP vorrangig die Polymer-Eigenschaften verbessert und die Schmelzefiltration nicht ersetzen kann.

iII. Chemisches Recycling: Weitere Reinigung durch Depolymerisation

Neben dem mechanischen Recycling verwenden einige Produktionsverfahren für recyceltes Polyester-Filamentgarn auch das chemische Recycling. Beispielsweise kann Abfall-PET durch Verfahren wie die Glykolyse depolymerisiert werden. Die resultierenden Monomere oder Oligomere werden anschließend mittels Destillation, Kristallisation oder Adsorption gereinigt, bevor sie erneut zu PET polymerisiert werden.

Dieser Ansatz kann bestimmte Verunreinigungen entfernen und hochreine recycelte Rohstoffe erzeugen. Allerdings umfasst das chemische Recycling im Allgemeinen komplexere Verfahrensschritte, höhere Anforderungen an Anlagen und Energie sowie höhere Produktionskosten als das konventionelle mechanische Recycling.

iV. Wie sich die Entfernung von Verunreinigungen auf die Qualität des Filamentgarns auswirkt

Die Wirksamkeit der Verunreinigungs-Entfernung beeinflusst direkt die Produktionsstabilität und die Qualität des Endprodukts.

• Restliches PVC und andere inkompatible Materialien: Diese können sich bei hohen Temperaturen zersetzen, die Schmelze kontaminieren und zu Verfärbungen oder Farbunterschieden führen.
• Metall- und Hartpartikel: Diese können Filtermedien oder Spinndüsenöffnungen verstopfen und erhöhen so das Risiko von Fusseln und Fadenbrüchen.
• Verkohlte Rückstände und Gele: Diese können schwarze Flecken oder Farbpartikel auf Garnen und Geweben erzeugen und dadurch die optische Qualität mindern.
• Unzureichende Feuchtigkeitskontrolle: Feuchtigkeit kann die Hydrolyse von PET bewirken und damit Molekulargewicht, Schmelzviskosität sowie Spinstabilität beeinträchtigen.
• Verfärbte Verunreinigungen: Diese können zu einer ungleichmäßigen Fadenfärbung führen und das nachgeschaltete Färben sowie die Qualitätskontrolle erschweren.

v. Schlussfolgerung

Die Entfernung von Verunreinigungen bei der Herstellung von Recycling-Polyester-Filamentgarn ist ein systematischer Prozess, der eine wirksame Kontrolle von der Rohstoffsortierung und -reinigung bis hin zum Trocknen und zur Schmelzefiltration erfordert.

Die Vorbehandlung entfernt die meisten Fremdstoffe, während eine fortschrittliche Schmelzefiltration feine Partikel, verkohlte Rückstände und Gele weiter kontrolliert. Durch die Verbesserung der Rohstoffqualität, die Auswahl geeigneter Filteranlagen sowie die sorgfältige Steuerung wichtiger Prozessparameter können Hersteller Spinnfehler reduzieren, die Produktionssicherheit erhöhen und eine konsistentere Produktqualität erreichen.

Eine wirksame Verunreinigungskontrolle ist daher eine wichtige Grundlage für die Herstellung hochwertiger recycelter Polyester-Filamentgarne und unterstützt die breitere Einführung nachhaltiger Textilmaterialien.