Rimozione delle impurità nel filato di poliestere riciclato a filamento: dal pretrattamento della materia prima alla filtrazione in fase fusa

Poiché la domanda di tessuti sostenibili continua a crescere, il controllo qualità nella produzione di filato di poliestere rigenerato a filamento è diventato sempre più importante. Rispetto alla fibra di poliestere rigenerato a fibre corte, il filato a filamento richiede generalmente un controllo più rigoroso delle impurità. Anche piccole quantità di contaminanti possono causare otturazioni dello spinneret, rotture del filamento, formazione di pelucchi e difetti nel tessuto, come macchie nere e particelle colorate, compromettendo sia l’efficienza produttiva sia la qualità del prodotto finale.

Pertanto, la rimozione delle impurità deve essere effettuata lungo l’intero processo produttivo, dal pretrattamento della materia prima fino alla filatura a fusione. I principali approcci includono il pretrattamento dei fiocchi di bottiglia, la filtrazione avanzata della massa fusa e il riciclo chimico con purificazione, in determinati percorsi produttivi.

i. Pretrattamento dei fiocchi di bottiglia: rimozione delle impurità alla fonte

Il pretrattamento rimuove principalmente plastiche non PET, metalli, etichette, adesivi, oli, sabbia e altri contaminanti dai fiocchi di bottiglie PET di scarto.

1. Selezione del materiale e rimozione delle etichette

Dopo lo sbancamento, le bottiglie di scarto possono essere selezionate mediante identificazione del materiale a infrarossi vicini (NIR), rilevamento a raggi X, separazione a correnti parassite e ordinamento ottico basato sull’intelligenza artificiale. Queste tecnologie aiutano a rimuovere PVC, PP, contaminanti metallici e materiali di bottiglie non idonei. Successivamente viene applicata la rimozione meccanica delle etichette per ridurre i residui di etichette e adesivi.

2. Frantumazione e lavaggio

Le bottiglie vengono generalmente frantumate in fiocchi di dimensioni comprese tra circa 5 e 12 mm. I fiocchi subiscono quindi un prelavaggio, un lavaggio caldo e più fasi di risciacquo. Il lavaggio caldo può avvalersi di una soluzione alcalina a una temperatura di circa 75–85 °C per eliminare oli, residui zuccherini e contaminanti adesivi.

3. Separazione per densità e seconda selezione

Viene utilizzata la separazione basata sulla densità per distinguere i diversi materiali. In condizioni tipiche con acqua, i fiocchi di PET affondano, mentre i materiali più leggeri, come PP e PE, galleggiano generalmente, consentendone la separazione.

Successivamente possono essere impiegati la separazione ad aria, i setacci vibranti, una seconda selezione ottica e un’ispezione manuale per rimuovere polvere, particelle fini, fiocchi discoloriti e altri contaminanti residui.

4. Disidratazione e asciugatura

Dopo il lavaggio, i fiocchi vengono sottoposti a disidratazione centrifuga e ad asciugatura per ridurre il contenuto di umidità e minimizzare il rischio di degradazione idrolitica durante la lavorazione ad alta temperatura. Alcuni processi produttivi possono raggiungere un livello di umidità inferiore a 50 ppm, a seconda delle condizioni della materia prima, delle attrezzature e dei requisiti del processo.

iI. Filatura a fusione: filtrazione multi-stadio del fuso

Anche se il pretrattamento elimina la maggior parte dei contaminanti visibili, possono rimanere particelle solide fini, residui carbonizzati e gel. La filtrazione avanzata in fase fusa è quindi un passaggio essenziale per mantenere la qualità del filato continuo di poliestere rigenerato.

1. Estrusione e fusione

I fiocchi di PET pretrattati o i granuli di PET rigenerato vengono immessi in un estrusore e fusi a temperature controllate. Una tipica temperatura di lavorazione del PET in fase fusa è di circa 260–280 °C, anche se le impostazioni effettive dipendono dalla materia prima e dal processo produttivo.

2. Filtrazione continua in fase fusa a più stadi

Le linee di produzione utilizzano comunemente filtri a piastra o a candela dotati di mezzi filtranti di diversa granulometria per catturare progressivamente i contaminanti.

A seconda dei requisiti del prodotto, per la produzione di filato continuo si possono utilizzare valori di filtrazione di circa 20–40 μm, mentre alcuni processi per filati fini potrebbero richiedere una filtrazione intorno ai 10 μm.

Il monitoraggio della pressione differenziale aiuta a identificare l’intasamento del filtro. A seconda della progettazione del sistema, i filtri possono essere commutati o sostituiti secondo necessità per mantenere un flusso stabile della massa fusa e ridurre il rischio di intasamento del capo filiera, formazione di pelucchi e rottura dei filamenti.

3. Policondensazione in stato solido e filtrazione finale

Per i percorsi produttivi che utilizzano la policondensazione in stato solido (SSP), le scaglie di PET possono essere trattate sotto vuoto o in atmosfera inerte per aumentare la viscosità intrinseca e migliorare le prestazioni successive nella filatura. Questo processo può anche contribuire a ridurre determinati composti volatili a basso peso molecolare.

Alcune linee di produzione includono un ulteriore componente filtrante prima che la massa fusa entri nella filiera, costituendo una barriera finale contro le particelle residue. È importante notare che la SSP migliora principalmente le proprietà del polimero e non può sostituire la filtrazione della massa fusa.

iII. Riciclo chimico: ulteriore purificazione mediante depolimerizzazione

Oltre al riciclo meccanico, alcuni processi di produzione di filati di poliestere riciclato utilizzano il riciclo chimico. Ad esempio, i rifiuti di PET possono essere depolimerizzati mediante processi come la glicolisi. I monomeri o oligomeri ottenuti vengono quindi purificati tramite metodi quali la distillazione, la cristallizzazione o l’adsorbimento, prima di essere ripolimerizzati in PET.

Questo approccio può eliminare determinati contaminanti e produrre materie prime riciclate ad alta purezza. Tuttavia, il riciclo chimico comporta generalmente processi più complessi, requisiti maggiori in termini di attrezzature ed energia, e costi di produzione superiori rispetto al tradizionale riciclo meccanico.

iV. Come la rimozione delle impurità influisce sulla qualità del filato continuo

L’efficacia della rimozione delle impurità influenza direttamente la stabilità della produzione e la qualità del prodotto finale.

• PVC residuo e altri materiali incompatibili: Questi possono decomporsi a temperature elevate, contaminando la massa fusa e causando decolorazione o variazioni cromatiche.
• Particelle metalliche e dure: Questi possono ostruire i mezzi filtranti o i fori dello spinneret, aumentando il rischio di pelucchi e rotture dei filamenti.
• Residui carbonizzati e gel: Questi possono causare macchie nere o particelle colorate sui filati e sui tessuti, riducendo la qualità estetica.
• Controllo insufficiente dell’umidità: L’umidità può causare l’idrolisi del PET, influenzando il peso molecolare, la viscosità in fusione e la stabilità della filatura.
• Contaminanti discoloriti: Questi possono provocare un colore non uniforme dei filamenti e rendere più difficili la tintura a valle e il controllo qualità.

v. Conclusione

La rimozione delle impurità nella produzione di filati di poliestere rigenerato è un processo sistematico che richiede un controllo efficace, dalla selezione e dal lavaggio delle materie prime fino all’essiccazione e alla filtrazione della massa fusa.

Il pretrattamento elimina la maggior parte dei materiali estranei, mentre la filtrazione avanzata in fase fusa controlla ulteriormente le particelle fini, i residui carbonizzati e i gel. Migliorando la qualità delle materie prime, selezionando attrezzature di filtrazione adeguate e controllando con cura i parametri chiave del processo, i produttori possono ridurre i difetti durante la filatura, migliorare la stabilità della produzione e ottenere una qualità del prodotto più uniforme.

Un efficace controllo delle impurità costituisce quindi una base fondamentale per produrre filati di poliestere rigenerato di alta qualità e per sostenere una più ampia adozione di materiali tessili sostenibili.