Materiales reciclados para ropa exterior: poliéster y nailon.

por Dra.Xenia Mutter 

Introducción a las fibras clave de la ropa exterior

Las prendas de abrigo generalmente están hechas de fibras sintéticas como poliéster y poliamida. Estas fibras tienen propiedades atractivas para aplicaciones que se utilizan tanto en interiores como en exteriores. El mercado mundial de fibras ha estado dominado por fibras sintéticas durante más de dos décadas, con el poliéster a la cabeza, lo que demuestra la importancia de reutilizar los recursos que ya se encuentran en la cadena de suministro. Como tal, este informe profundiza en los materiales reciclados comunes que se utilizan actualmente en los productos de ropa exterior.

Poliéster

El poliéster es la fibra más importante y más utilizada en todo el mundo, con una cuota de mercado de alrededor del 52% (57,7 mmt) de la producción mundial total de fibra en 2019 [1]. De los diversos poliésteres, el más conocido y utilizado es el tereftalato de polietileno (PET), también conocido como Terileno en el Reino Unido y Dacron en los Estados Unidos. El PET se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, incluida la ropa deportiva y de ocio y la ropa exterior, así como para botellas para envasar bebidas y alimentos. El poliéster fue descubierto por primera vez a principios de la década de 1930 por el químico estadounidense Dr. Wallace H Carothers de DuPont Company mientras intentaba fabricar grandes moléculas poliméricas. Los poliésteres alifáticos de Carothers tenían un punto de fusión muy bajo (alrededor de 55-70 ° C) y eran fácilmente solubles en cloroformo, entre otros [2]. JR Whinfield descubrió en los laboratorios de investigación de la Asociación de Impresores de Calico en Manchester, Reino Unido, en 1941, PET de alta fusión y formación de fibras, hecho de ácido tereftálico y etilenglicol. Estados Unidos [3].

Propiedades y aplicación del poliéster en prendas de abrigo.

El predominio del poliéster PET para la producción de fibras se debe a las buenas propiedades de uso final, el coste de producción y la fácil modificación física y química para mejorar las propiedades existentes de la fibra, suprimir las propiedades negativas o introducir nuevas propiedades [4].

Propiedades generales del poliéster para aplicaciones de prendas de vestir:

• Fuerte y estirable
• Durable
• Resistente a arrugarse y encogerse
• Buena estabilidad dimensional
• Excelente resistencia al desgaste.
• Resistente a la luz y a la intemperie
• Resistente a la abrasión
• Relativamente resistente a microorganismos e insectos.
• Baja absorbencia de humedad
• Secado rápido

 

Producción y reciclaje de poliéster.

El PET se fabrica convencionalmente a partir de ácido tereftálico purificado (TA) y monoetilenglicol (MEG). El ácido tereftálico se produce por oxidación con aire de 1,4-dimetilbenceno, un producto petroquímico [2]. La oxidación se lleva a cabo bajo presión a temperaturas elevadas usando catalizadores (sales de cobalto y manganeso) para permitir que el ácido tereftálico cristalice fuera del medio de reacción. El ácido tereftálico bruto se purifica antes de la esterificación directa con etilenglicol. El producto resultante es el monómero de PET bis- (2-hidroxietil) tereftalato o BHET. La polimerización de PET es una serie de reacciones de intercambio de ésteres que involucran BHET. El trióxido de antimonio, un metal pesado tóxico, se utiliza a menudo como catalizador de polimerización. Otros catalizadores utilizados están basados ​​en germanio o titanio [5], [6]. La selección del catalizador influye en el tiempo de proceso, el costo y las propiedades del PET resultante. El PET está hecho de materiales no biogénicos y su producción contribuye al agotamiento de los recursos no renovables, y los plásticos PET, como los envases de bebidas y alimentos, a menudo tienen un propósito de un solo uso. Los residuos de plásticos y textiles de PET pueden tener efectos adversos sobre el medio ambiente debido a su no biodegradabilidad y su ubicuidad [7], [8]. Cuando los desechos textiles de PET no se desvían adecuadamente del flujo de desechos general, no solo se pierde el valor del material, sino que los procesos de gestión de desechos pueden contribuir a la producción de gases tóxicos y el material de PET en los vertederos puede persistir en el ecosistema. Una forma de abordar el problema de los residuos plásticos y textiles es la revalorización de los residuos plásticos y textiles de PET que existen actualmente, mediante el reciclaje. De esta forma se puede reducir la cantidad de residuos existentes o producidos en el futuro. La cuota de mercado del poliéster reciclado como porcentaje de la producción mundial de poliéster ha aumentado del 9% en 2009 al 14% en 2019 [1]. El poliéster reciclado se puede fabricar a partir de plásticos posconsumo, incluidos desechos oceánicos y botellas de plástico, textiles de poliéster posconsumo o de desechos de poliéster preconsumo, como restos de telas.

 

 

Producción mundial de poliéster y proporción de poliéster reciclado [1]

Algunos de los principales beneficios del reciclaje de PET frente a la producción de PET virgen son: reduce la dependencia de los combustibles fósiles; permite controlar la agregación de residuos sólidos; reduce la cantidad de material no degradable vertido en vertederos; reduce las consecuencias nocivas del material sobre el medio ambiente; y minimiza la emisión de gases de efecto invernadero y el agotamiento del ozono. También reduce el uso de productos químicos nocivos no degradables utilizados en la producción de PET virgen [9]. Sin embargo, lo que es más importante, ha habido informes de falta de suministros de botellas de plástico postconsumo, lo que ha impulsado los esfuerzos de fabricación reforzados de botellas vírgenes para alimentar la demanda, que luego se reutilizarán como contenido reciclado. Como tal, el suministro de residuos de PET de la industria de bebidas y otras industrias (acabados, etc.) no puede ser una fuente sostenible de materia prima aprovechada por la industria textil a largo plazo. De lo contrario, el consumo continuado puede de hecho contribuir al uso de material virgen.

 

Una comparación de los procesos de poliéster virgen y poliéster reciclado [10]

Nylon

La investigación sobre polimerización realizada por WH Carothers y sus colegas en los laboratorios de DuPont Company no solo condujo al descubrimiento del poliéster, sino también al descubrimiento de la poliamida o el nailon. Ambos nombres se refieren a fibras compuestas por macromoléculas lineales que tienen en la cadena grupos amida recurrentes, de los cuales al menos el 85% están unidos a grupos alifáticos o cicloalifáticos. En el contexto de este informe, el término nailon se refiere a la fibra sintética de nailon. El nailon se puede encontrar en una amplia variedad de aplicaciones, incluidos cepillos de dientes y ropa de abrigo. Es la segunda fibra sintética más utilizada después del poliéster, y representó alrededor del 5% del mercado mundial de fibras en 2019 [1]. Se espera que su mercado crezca en los próximos años, en parte debido a la demanda de prendas especiales y productos deportivos de alta resistencia y durabilidad [11].

Propiedades y aplicación del nailon en prendas de abrigo.

Los tipos más comunes de nailon son el nailon 6 y el nailon 6,6, que juntos comprenden más del 90% de la producción comercial de nailon. Los nombres de las fibras se basan en el número de átomos de carbono que separan el grupo ácido y los dos grupos amina en los extremos de la estructura química. En general, el nailon tiene las siguientes propiedades para la aplicación de prendas de vestir [3]:

• Ligero
• Muy fuerte
• Estirable y buena drapeabilidad.
• Durable
• Fácil de limpiar
• Secado rápido
• Resistente a la abrasión
• Resistente a los productos químicos.
• Baja absorbencia de humedad

Aunque el nailon 6 y el nailon 6,6 comparten algunas similitudes, existen algunas diferencias clave entre las propiedades de los dos tipos de fibras. Su estructura química hace que el nailon 6,6 sea adecuado para aplicaciones que requieran un alto rendimiento y que el nailon 6 sea adecuado para aplicaciones que requieran flexibilidad y brillo. El nailon 6,6 está hecho de dos monómeros que dan como resultado una estructura más cristalina, lo que a su vez conduce a propiedades relativamente superiores. Estas propiedades incluyen rigidez, durabilidad y capacidad superiores para soportar el calor.

Producción y reciclaje de nailon.

Al igual que los poliésteres, el nailon está hecho de petróleo. El nailon 6 y el nailon 6,6 también se conocen con los nombres de poli (caprolactama) y poli (hexametilenadipamida) y están hechos de caprolactama y hexametilendiamina (HMD) y ácido adípico, respectivamente. Tanto para el nailon 6 como para el nailon 6,6, los productos intermedios se pueden producir a partir de benceno. El nailon se fabrica mediante una reacción química entre un ácido dicarboxílico (monómero con un grupo ácido en cada extremo de la molécula) y una diamina (monómero con un grupo amina en cada extremo de la molécula). De esta manera, el Nylon 6,6 se forma por polimerización por condensación de ácido adípico y HMD. Una cadena de reacciones entre los dos monómeros da como resultado la formación del polímero y el agua como subproducto [12]. A diferencia de otras poliamidas, el nailon 6 se forma mediante un proceso de polimerización con apertura de anillo. La producción de nailon 6 solo requiere un monómero: caprolactama, una amida cíclica. Convencionalmente, la policaprolactama se produce utilizando agua, sal de nailon o un catalizador ácido [13]. Después de eliminar el agua y el ácido, tanto el nailon 6 como el nailon 6,6 se hilan en fusión en fibras y se estiran para orientar mecánicamente las fibras.

Hay muchas desventajas relacionadas con la producción de nailon. La producción de nailon 6 y nailon 6,6 utiliza ciclohexano como precursor. El ciclohexano se fabrica a partir de benceno, que figura como carcinógeno humano conocido para todas las vías de exposición [14]. Además, la producción de caprolactama y ácido adípico da como resultado la emisión de óxido nitroso (N ₂ O), CO ₂ y SO _2.así como otros compuestos orgánicos volátiles distintos del metano [15]. Al igual que el poliéster, las fibras de nailon están hechas de materiales no renovables, no son degradables en el medio ambiente y su producción y uso contribuyen a la contaminación de las microfibras [16]. El reciclaje de nailon puede solucionar algunos de estos problemas. Las ventajas del reciclaje de nailon incluyen la utilización de residuos, la reducción de la necesidad de extracción de recursos no renovables y la eliminación de procesos y productos químicos nocivos. El nailon reciclado se puede fabricar a partir de desechos preconsumo, como restos de tela, y de desechos posconsumo, incluidas prendas desechadas, redes de pesca y alfombras. El reciclaje de la fibra puede ser mecánico o químico.

Comparación entre los procesos de nailon virgen y nailon reciclado [17]

La cuota de mercado actual del nailon reciclado es difícil de estimar, y las cifras fiables aún no están a disposición del público [1]. Sin embargo, se puede decir que se espera que sea mucho más bajo que el del poliéster, considerando que el nailon es relativamente más difícil de reciclar en comparación con el poliéster.

Procesos de reciclaje de materiales de prendas de vestir exteriores

El reciclaje de materiales textiles, incluidos el PET y el nailon, es una solución para abordar algunas de las desventajas relacionadas con el impacto de la producción y eliminación de estas fibras. Los insumos pueden ser residuos preconsumo, como restos de tela, o residuos posconsumo, como botellas, redes de pesca y alfombras. El reciclaje se puede clasificar de la siguiente manera: reciclaje primario (utilizando desechos industriales preconsumo); reciclaje secundario (reprocesamiento físico); reciclaje terciario (reprocesamiento químico) y reciclaje cuaternario (incineración para recuperar el contenido energético) [18]. Esta sección se centra principalmente en los procesos que permiten la recuperación de materiales de los residuos posconsumo, a saber, el reciclaje secundario y terciario.

Reciclaje de PET de residuos plásticos y textiles

Reciclaje mecánico de PET
El reprocesamiento físico o reciclaje mecánico de plásticos o textiles de PET implica someter el material a una serie de pasos como corte, triturado, purificación, formación de pellets, hilado y producción de fibras. Después de la recogida y clasificación, el material de desecho se convierte mecánicamente en pequeñas escamas para poder procesarlo fácilmente. Para la eliminación de contaminantes, el material se somete a un proceso de lavado. Las escamas de PET se pueden separar de otros plásticos más livianos en el lote, como las tapas de las botellas, a través de la separación basada en la densidad. Un paso esencial en el reciclaje de PET es el secado, ya que la presencia de humedad podría degradar el material de PET cuando se somete a calor en un procesamiento posterior. Las escamas de PET se pueden convertir en gránulos mediante extrusión por fusión.

Las ventajas del reciclaje mecánico son su simplicidad y bajos costos. Sin embargo, se encuentran desventajas en el reprocesamiento de la masa fundida ya que afecta las propiedades finales del material y del producto. Por ejemplo, la degradación térmica e hidrolítica provoca una reducción en la viscosidad de la masa fundida, la generación de oligómeros en el proceso puede afectar la capacidad de teñido y la capacidad de impresión. Los contaminantes como el cloruro de polivinilo y el papel generan compuestos ácidos que catalizan la hidrólisis de los enlaces éster, y la oxidación y la reticulación intermolecular pueden causar el amarilleo del polímero, lo que a su vez podría complicar la coloración [18]. La degradación de las estructuras poliméricas debido al reciclaje mecánico limita finalmente el número de veces que el mismo polímero puede reciclarse de forma eficaz. La contaminación, como los aditivos y las sustancias añadidas de forma no intencionada, también plantea un desafío para el reciclaje mecánico y la creación de productos de alta calidad. Sin embargo, estos problemas pueden abordarse mediante el reciclaje de productos químicos.

Un proceso para convertir botellas de PET en fibras de PET ‘recicladas’ mediante reprocesamiento mecánico

Reciclaje químico de PET
El reprocesamiento químico o el reciclaje químico es un método atractivo cuando se consideran las desventajas del proceso mecánico sobre las propiedades del material. El reciclaje químico puede verse como una polimerización inversa (despolimerización), ya que convierte los materiales de PET de nuevo en sus constituyentes moleculares. Esta forma de reprocesamiento cambia así la estructura química del material inicial, sin alterar la estructura química básica de las unidades repetidas y puede realizarse mediante procesos de degradación utilizando disolventes [19]. También existen otras técnicas (por ejemplo, utilizando disolventes de amina, fluidos supercríticos, enzimas, etc.), pero aquí describimos los procesos que utilizan reacciones a base de alcohol o agua.

 

Procesos de reciclado químico para PET [19]

 

Reciclaje químico – Glicólisis

La glucólisis implica la degradación molecular del polímero de PET mediante la ruptura de enlaces éster y su sustitución por terminales hidroxilo. El principal producto de degradación es el tereftalato de bis-hidroxietilo (BHET), el monómero de PET original que se puede polimerizar para producir el polímero de PET. Los métodos para la glucólisis de PET incluyen: glucólisis asistida por disolvente; glucólisis supercrítica; y glucólisis asistida por microondas y glucólisis catalizada [18]. La glucólisis de la PET puede ser lenta, tardando horas en iniciarse un proceso de conversión total [20]. Además, la aparición de oligómeros durante la degradación complica la purificación de los monómeros [21]. La maximización de la eficiencia de la despolimerización y la rentabilidad se puede lograr mediante el uso de un catalizador. Por ejemplo, Se pueden usar catalizadores líquidos iónicos para mejorar la capacidad del etilenglicol como disolvente en el proceso de degradación. Las ventajas de los líquidos iónicos en comparación con otros catalizadores son que tanto el catión como el anión pueden interactuar con un reactivo, lo que promueve la glucólisis del PET. Y la no volatilidad de los líquidos iónicos permite su fácil separación del sistema de reacción.

Un estudio que utilizó líquidos iónicos basados ​​en 1,1,3,3-tetrametilguanidina (TMG) como catalizador para la conversión de PET para obtener BHET sugirió los siguientes mecanismos, que aceleran la tasa de degradación y mejoran la selectividad del PET: el catión catalizador puede fuertemente interactúan con el hidrógeno del hidroxilo en el etilenglicol, lo que aumenta la longitud del enlace OH y mejora la capacidad del etilenglicol para atacar al PET. Un aumento en la carga positiva del carbono del carbonilo de PET por Zn ²⁺ en ZnCl ₃ ^– hace que sea más fácil para el etileno glicol para atacar el carbono del carbonilo PET. Usando [C ₆ TMG] Cl / 2ZnCl ₂como catalizador para la conversión de PET en condiciones optimizadas (195 ° C: tiempo de reacción de 70 minutos) logró un rendimiento de BHET de más del
92%. La degradación de las botellas de bebidas comerciales que utilizan este catalizador obtiene BHET con un rendimiento del 84% (90% en peso de pureza del producto). El estudio también mostró el potencial de reutilizar con éxito el catalizador sin una disminución significativa de su efecto catalítico [22].

Reciclaje químico – Metanólisis
La metanólisis es un proceso utilizado por los fabricantes de PET y que actualmente se aplica a botellas, residuos de fibras, películas usadas y residuos de plantas [21]. El método implica la degradación del PET utilizando metanol para producir tereftalato de dimetilo (DMT) y etilenglicol. El tereftalato de dimetilo producido es de calidad similar a la del tereftalato de dimetilo virgen, por lo que la instalación de metanólisis se puede colocar en la línea de producción del polímero. Además, el etilenglicol y el metanol se pueden recuperar y reutilizar fácilmente para producir polímeros. Sin embargo, las tecnologías comerciales generalmente favorecen las duras condiciones de degradación, como las altas temperaturas (180-280 ° C). Esto conduce a altas presiones debido al bajo punto de ebullición del metanol. Por lo tanto, la metanólisis de PET puede considerarse un proceso de alta energía y alto costo. Es más, para abordar los altos costos de capital y operativos, y el impacto adverso relacionado en el medio ambiente de la metanólisis del PET, los investigadores han desarrollado un proceso de metanólisis catalítica de baja energía [25]. En el estudio, se demostró una nueva ruta catalítica para la metanólisis de PET, convirtiendo PET en DMT con bajo consumo energético. Se demostró que una combinación específica de catalizador y codisolvente podría lograr un sistema catalítico altamente activo y selectivo para la degradación completa del PET. Las botellas de PET postconsumo y los desechos de etiquetas de PET de colores se sometieron a metanólisis, utilizando carbonato de potasio como una sal económica y no tóxica. La velocidad de reacción general del sistema estudiado fue relativamente lenta y constante en comparación con los procesos de metanólisis convencionales, pero la descomposición completa del PET en monómeros se logró en 24 horas.

 

Reciclaje químico
hidrólisis es una forma alternativa atractiva de obtener monómeros de rendimiento y pureza relativamente más altos [21]. Generalmente requiere el uso de condiciones duras (temperaturas de 200-250 ° C y presiones de 1.4-2 MPa) y el proceso conduce a la inevitable producción de sales. Sin embargo, es posible realizar la hidrólisis en condiciones suaves.

La hidrólisis de PET se puede clasificar en hidrólisis alcalina, ácida o neutra. La hidrólisis ácida se realiza generalmente usando ácido sulfúrico concentrado y puede producir altos rendimientos de ácido tereftálico. Sin embargo, el uso de grandes cantidades de ácidos tiene un efecto desfavorable sobre la pureza del etilenglicol. Además, la hidrólisis ácida puede ser un proceso costoso debido a la necesidad de purificar el etilenglicol así como de reciclar las grandes cantidades de ácido sulfúrico.

La hidrólisis neutra tiene la ventaja de que puede verse como un proceso de producción más sostenible, utilizando agua o vapor. Su inconveniente, sin embargo, es que todas las impurezas presentes en el ácido tereftálico permanecen allí, produciendo así una pureza del producto considerablemente inferior en comparación con la producida por hidrólisis ácida o alcalina.

Alternativamente, la hidrólisis alcalina se ha utilizado para el reciclaje de fibras de PET, así como plásticos de PET [21], [26]. Se logró una recuperación máxima de ácido tereftálico del 99% mediante hidrólisis alcalina (a 180 ° C en dos horas) de fibras de PET revestidas. Se ha realizado hidrólisis alcalina en condiciones de degradación suave (<80 ° C a presión atmosférica) para reciclar plásticos PET [21]. El método de dos pasos utilizó hidróxido de sodio acuoso para producir etilenglicol y tereftalato de disodio. Este último se podría convertir posteriormente en monómero de ácido tereftálico sólido, utilizando ácido sulfúrico. El estudio probó la hidrólisis de varios materiales de PET y mostró que se podía lograr una conversión de PET del 90%. Debe tenerse en cuenta que el rendimiento y las tasas de degradación pueden variar según el tamaño de las partículas de PET, el espesor del material y la cristalinidad.

Factores importantes para el reciclaje químico de PET

El reprocesamiento químico del PET puede verse influenciado por las características físicas y químicas del material de desecho del PET. A menos que la separación y la purificación se realicen de manera eficaz, los colorantes presentes en el material pueden producir colores indeseables durante el procesamiento. Si la presencia de agua en el material de PET durante el procesamiento es superior al 0,02% (por ejemplo, debido a un secado ineficaz), el promedio ponderado del material se reduce. Además, algunos contaminantes pueden liberar compuestos tóxicos durante el reprocesamiento, como el acetaldehído, que entra fácilmente en la cadena alimentaria y afecta al medio ambiente. Para minimizar la cantidad de acetaldehído producido, se agregan estabilizadores al PET [9].

Ejemplos de tecnologías de reciclaje de PET

REPREVE® de Unifi se creó para desviar las botellas de plástico de los vertederos y los océanos [27]. REPREVE es una fibra de rendimiento reciclada hecha de materiales 100% reciclados que incluyen botellas de plástico postconsumo y desechos preconsumo. Las fibras REPREVE tienen verificación U TRUST® para certificar las declaraciones de contenido reciclado. La transparencia y la trazabilidad en la cadena de suministro, utilizando la tecnología de rastreo FiberPrint®, permite a los clientes verificar que sus productos contienen REPREVE y en las cantidades adecuadas. Además, las fibras tienen la certificación Oeko-Tex, la certificación Global Recycling Standard y son examinadas anualmente por un certificador externo, Scientific Certification Systems, para los productos REPREVE, procesos de reciclaje, registros de producción y operaciones de fabricación. Las botellas se obtienen en todo el mundo, con el apoyo de las comunidades y las instalaciones de recuperación de materiales. En el centro de procesamiento, las botellas se cortan, se lavan, se funden, se convierten en copos y posteriormente en chips. Luego, las virutas se calientan en un polímero líquido, se extruyen y se procesan para obtener filamentos de poliéster REPREVE o fibras cortadas.

PerPETual Global Technologies desarrolló y comercializó un proceso ambientalmente sostenible y rentable para convertir las botellas de PET de desecho del consumidor en un monómero para la producción de un poliéster más sostenible [28]. En el proceso solo se utilizan botellas usadas, que actualmente convierte más de 2 millones de botellas de PET al día en hilos de filamentos de alta calidad. El reprocesamiento químico de PET de PerPETual utiliza monoetilenglicol como disolvente y el proceso se realiza a una temperatura más baja en comparación con el proceso convencional. Después de la despolimerización, los contaminantes se eliminan sometiendo los monómeros a una filtración patentada a nivel de micras. En comparación con la fabricación de PET convencional, el proceso reduce el consumo de agua y energía en un 86% y 75% respectivamente. También da como resultado una descarga cero de efluentes líquidos. El monómero producido se puede utilizar para fabricar películas de embalaje, botellas y textiles. En la planta de PerPETual en Nashik, India, 20 toneladas del monómero se convierten en hilo parcialmente orientado e hilo texturizado estirado. Además de sus hilos de filamentos estándar, PerPETual también ofrece hilos especializados que incluyen hilos reciclados con mejor gestión de la humedad, hilo totalmente estirado, hilos teñidos con y sin torsión, hilos de torsión e hilos de filamentos reciclados con Lycra y / o spandex. Además, los productos cuentan con la certificación Oeko-Tex y Global Recycling Standard. PerPETual también ofrece hilos especializados que incluyen hilos reciclados con una mejor gestión de la humedad, hilo completamente estirado, teñido y teñido con hilo, hilos de torsión e hilos de filamento reciclado con Lycra y / o spandex. Además, los productos cuentan con la certificación Oeko-Tex y Global Recycling Standard. PerPETual también ofrece hilos especializados que incluyen hilos reciclados con una mejor gestión de la humedad, hilo completamente estirado, teñido y teñido con hilo, hilos de torsión e hilos de filamento reciclado con Lycra y / o spandex. Además, los productos cuentan con la certificación Oeko-Tex y Global Recycling Standard.

Alternativamente, Ioniqa ha desarrollado una tecnología para reciclar residuos de PET coloreados, produciendo BHET y produciendo PET reciclado y transparente. Los fluidos magnéticos se utilizan como catalizadores y el proceso se realiza a temperaturas relativamente bajas [29], [30]. La empresa derivada (de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos) ha completado recientemente una ronda de financiación de 10 millones de euros, que se utilizarán para continuar ampliando su planta de reciclaje de PET en los Países Bajos a plena capacidad. La empresa también tiene como objetivo preparar paquetes de licencias de la tecnología, que se lanzarán al mercado a principios de 2022 [31]. El enfoque inicial fue el reciclado de plásticos PET, pero se está investigando el reciclado de fibras de poliéster de desecho.

Gr3n desarrolló un proceso para residuos de PET postindustriales y posconsumo de botellas (transparentes y coloreadas) y textiles (que constan de> 70% de PET) [32]. En primer lugar, los materiales se muelen para optimizar el tiempo de reacción y el rendimiento. Posteriormente, el material se somete a hidrólisis alcalina asistida por microondas. Cuando una hidrólisis alcalina convencional puede tardar de 3 a 5 horas, la tecnología de Gr3n puede producir ácido tereftálico y monoetilenglicol en menos de 10 minutos. Los polímeros producidos a partir de estos monómeros se pueden utilizar para producir botellas, bandejas y / o prendas.

Tecnología Green [16]

No es solo el aspecto del material y el costo lo que se ha considerado con respecto al desempeño de sustentabilidad de la tecnología innovadora. También se abordan las fuentes de energía y los subproductos del procesamiento. La planta depende principalmente de la electricidad como fuente de energía, lo que significa que el impacto ambiental de la tecnología se puede reducir aún más. El cloruro de sodio (NaCl) generado en el proceso se recolecta y se recicla nuevamente en el proceso convirtiéndolo primero en hidróxido de sodio (NaOH) y cloro gaseoso (HCl) mediante electrólisis. A continuación, se pueden utilizar NaOH y HCl para el siguiente ciclo de despolimerización. Por otra parte, Worn Again ha desarrollado una tecnología de reprocesamiento químico para la recuperación de materias primas de textiles de poliéster y polialgodón, así como de plástico PET [33]. Se espera una planta de demostración para la tecnología de circuito cerrado para 2021. El proceso patentado describe el uso de un sistema solvente, con solventes adecuados que incluyen 1,3-dimetilimidazolidinona, benzoato de butilo, acetato de bencilo y acetato de éter metílico de dipropilenglicol [34]. Un ejemplo, descrito en la patente, se refiere a cuadrados de tejido de poliéster añadidos a 1,3-dimetilimidazolidinona a 80 ° C. Después de aumentar la temperatura a 95 ° C y de agitar ocasionalmente durante una hora, la mezcla se filtró en caliente. La filtración del sólido no disuelto enfriado a temperatura ambiente y el posterior lavado y secado produjeron un sólido (74% de rendimiento) cuyo espectro infrarrojo se correlacionó con el del PET virgen. Se describe otro ejemplo de reacción en el que un textil de polialgodón triturado (60% en peso de PET / 40% en peso de algodón) se mezcla con acetato de dipropilenglicol metil éter a 100ºC y se agita durante dos horas. Después de filtrar y lavar el material sólido filtrado, se obtuvo un residuo sólido (rendimiento del 39%).

Reciclaje de nailon de residuos plásticos y textiles

La literatura que cubre el reciclaje de nailon se centra en la recuperación de los componentes de los materiales de las alfombras, cuya capa superior o hilo frontal a menudo comprende nailon 6 o nailon 6,6 [35], [36], [37]. El nailon 6,6 es intrínsecamente más difícil de reciclar en comparación con el nailon 6 considerando la naturaleza combinada de las sustancias componentes del primero. El nailon generalmente se recicla mediante reciclaje térmico o químico.

Métodos de reprocesamiento del nailon 6
Una patente de BASF describe la recuperación de ε-caprolactama de alfombras de nailon 6 [38]. El proceso implica alimentar la alfombra a un separador para preparar chatarra que contiene nailon 6. A esto le sigue la despolimerización a preferiblemente 250-280 ° C usando un catalizador adecuado tal como ácido fosfórico, ácido bórico o sales de fosfato. El vapor sobrecalentado (100-250 ° C), proporcionado aguas abajo en relación con el catalizador de despolimerización, facilitó la destilación de los volátiles de lactama generados. Posteriormente, la ε-caprolactama se separa de otros volátiles no acuosos en el destilado producido por polimerización, con la posibilidad de que los otros volátiles no acuosos se dirijan a la central eléctrica como suministro adicional de combustible. Después del fraccionamiento, Las impurezas residuales se eliminan sometiendo la corriente de lactama acuosa a un agente oxidante como el permanganato de potasio a aproximadamente 40 ° C. Finalmente, la corriente de caprolactama acuosa oxidada se concentra por evaporación a temperatura elevada y se somete a destilación al vacío (100-150 ° C) para una purificación adicional.

En un estudio más reciente de Fangbing et al., Se describe un método para recuperar materias primas de telas mezcladas de nailon 6 / spandex de desecho mediante el procesamiento por fusión, basado en una forma ecológica desarrollada previamente para separar estos materiales [39]. El spandex se eliminó del tejido mezclado lavando con dimetilformamida a 70ºC durante cuatro horas, obteniendo tejidos de nailon 6 puro. El tratamiento térmico de las telas mezcladas implicó el lavado y secado de las telas antes de colocar las telas en una cámara calentada (220 ° C) durante dos horas. Posteriormente, los tejidos tratados térmicamente se lavaron usando etanol a 60 ° C durante 30 minutos y se aclararon adicionalmente. El nailon virgen 6, los tejidos de nailon / spandex sin tratar y los tejidos tratados se procesaron por fusión por separado y se analizaron las muestras resultantes.

Las propiedades de resistencia y alargamiento de los materiales reciclados, así como el módulo de Young, se redujeron en cierta medida en comparación con el nailon virgen 6. Sin embargo, se consideró que las propiedades mecánicas de los materiales reciclados cumplían razonablemente con los requisitos de muchas aplicaciones. mostrando el potencial de los tejidos de nailon / spandex de desecho reciclados a través de esta forma de reprocesamiento. El estudio también mostró el potencial del nailon reciclado para mezclarse con nailon virgen, con la máxima deformación por tracción lograda con muestras que contienen un contenido de nailon reciclado del 40%. Un aumento en el porcentaje de contenido reciclado condujo a una reducción de las propiedades mecánicas, muy probablemente debido a la aparición y el tamaño cada vez mayores de los grumos de tela.

Un estudio de 2019 de Albert et al. describe el desarrollo de un método de reprocesamiento químico para residuos de nailon 6 utilizando temperaturas y tiempos de reacción más bajos en comparación con otra literatura [40]. La ε-caprolactama N-acilada de bajo peso molecular se produjo mediante despolimerización de cierre de anillo usando dimetilaminopiridina (5% en moles) como organocatalizador y anhídrido acético (Ac2O) (5 equiv.) Como reactivo de despolimerización abundante y de bajo costo. El proceso descrito implica el uso de irradiación de microondas a 250 ° C durante 15 minutos. Después de enfriar a temperatura ambiente, el Ac2O residual y el ácido acético se eliminaron mediante destilación al vacío a 50ºC. Después de la destilación posterior, se obtuvo N-acetilcaprolactama (78% de rendimiento) como un aceite incoloro.

Además, se mostró el potencial de reutilizar el Ac2O destilado y el ácido acético (60% en volumen del Ac2O inicial) para despolimerizaciones adicionales. Sin embargo, se obtuvo un rendimiento menor (70%) de N-acetilcaprolactama en comparación con el uso de Ac2O puro. Este método de despolimerización también se llevó a cabo para probar el potencial del reprocesamiento de productos domésticos. Por ejemplo, se observó un rendimiento del 52% para la despolimerización de una hamaca de nailon 6 de color. Para cerrar el ciclo, la N-acetilcaprolactama se convirtió en la ε-caprolactama relevante para la industria (rendimiento del 92%) mediante desacetilación, para su reutilización en la síntesis de nailon 6.

Soluciones de reciclaje de nailon
Aquafil desarrolló un método para la despolimerización de nailon 6 en caprolactama, produciendo su hilo de nailon regenerado Econyl®. Las fuentes de desechos de este proceso incluyen alfombras viejas destinadas a vertederos, redes de pesca de la acuicultura y la industria pesquera, desechos postindustriales y restos de telas y prendas de vestir de desecho posconsumo. Según Aquafil, cada 10.000 toneladas de materia prima Econyl ahorra 70.000 barriles de crudo y evita 65.100 toneladas de emisiones equivalentes de CO ₂ . También reduce el impacto del nailon en el calentamiento global hasta en un 90% en comparación con el nailon de origen habitual. Hyosun ha desarrollado otra solución en forma de MIPAN regen, que es hilo de filamento de nailon reciclado para uso textil [41]. El material se fabrica a partir de residuos postindustriales, se funde y se prensa en virutas de nailon reciclado. Estos chips de regeneración MIPAN se preparan posteriormente y se utilizan para hilar hilos de regeneración patentados de MIPAN. La entrada para el proceso de despolimerización del nailon 6 de Aquafil proviene de diversos recursos, incluidas las alfombras viejas [48]

Materiales reciclados aplicados en ropa exterior.

Varias marcas y minoristas han incorporado materiales reciclados como nailon y poliéster en sus productos. Algunos han dado un paso más grande y han establecido un esquema de recolección para cerrar el ciclo, utilizando los artículos que sus consumidores quieren deshacerse como insumo para la producción de nuevos productos. A continuación se muestran algunos ejemplos de materiales reciclados y su uso por parte de marcas y minoristas de ropa exterior.

En colaboración con Parley for the Oceans, Adidas incorpora poliéster reciclado o Parley Ocean Plastic en sus artículos [42]. Los desechos plásticos reciclados, interceptados en playas y comunidades costeras, se utilizan para fabricar su Primeblue, un material reciclado de alto rendimiento que contiene Parley Ocean Plastic, y las innovaciones de indumentaria Primegreen que contienen materiales reciclados. Klättermusen ha utilizado materiales reciclados durante más de una década. Fue la primera empresa de actividades al aire libre en utilizar nailon reciclado en toda su línea de mochilas en 2009. La empresa ahora utiliza nailon reciclado en una amplia variedad de artículos, incluidos chaquetas y pantalones [43]. El PET oculus reciclado de la marca está hecho de botellas de PET postconsumo y los tejidos resultantes tienen un rendimiento superior en comparación con los fabricados con PET virgen. El PET reciclado se utiliza en las chaquetas, pantalones, gorras y bolsos de Klättermusen, entre otros.

La colaboración de Napapijri con el asesor independiente Cradle to Cradle EPEA Suiza y Aquafil ha dado como resultado la Serie Circular de chaquetas 100% reciclables [44]. La familia de chaquetas ha sido desarrollada y probada a lo largo de tres años y está fabricada con un solo material, lo que facilita el proceso de reciclaje. Los rellenos y ribetes son de nailon 6 y el tejido es de nailon regenerado ECONYL.

Para la colección de primavera de 2021 de Patagonia, el 84% de las telas de PET producidas fueron hechas de PET reciclado. De los materiales de nailon de la marca, el 90% eran nailon reciclado, incluido el nailon regenerado ECONYL [45], [46]. Patagonia utiliza 50/50 hilados mixtos preconsumo y posconsumo. El material de desecho preconsumo proviene de procesos industriales como los desechos y los residuos posconsumo de botellas de plástico, redes de pesca, ropa desechada y alfombras. Según Patagonia, su uso de poliéster y nailon reciclados en esta temporada específica llevó a una reducción en las emisiones de CO ₂ del 14% (3,1 millones de libras de CO ₂ equivalente) y 20% (> 3,5 millones de libras de CO ₂ equivalente), respectivamente.

Para su chaqueta Denali, The North Face ha rediseñado tres elementos para mejorar su desempeño en sostenibilidad. El vellón está hecho de PET reciclado REPREVE. Además, en lugar de teñir la tela, los hilos se tiñen. Esto reduce el consumo de agua, químicos y energía. Finalmente, los restos de tela generados durante el procesamiento se recolectan y se utilizan para crear más chaquetas. Por cada 10 chaquetas Denali fabricadas, se pueden hacer otras cuatro a partir de los restos.

Discusión y perspectivas 

Reciclaje químico: una solución para abordar múltiples problemas relacionados con las fibras artificiales
El reciclaje químico es una solución atractiva para lograr una economía más sostenible o circular para las fibras artificiales como el poliéster y el nailon, que a menudo se utilizan en aplicaciones de prendas de vestir exteriores. En comparación con el reciclaje mecánico, el reciclaje químico puede producir materiales reciclados que podrían reciclarse infinitamente. La calidad de los materiales reciclados es entonces equivalente a la de los materiales vírgenes.

Sin embargo, el reciclaje químico a menudo se basa en el uso de calor y, a veces, de catalizadores. La cantidad de energía necesaria para el reprocesamiento químico de materiales depende de los materiales de entrada, así como de la fase de reacción y separación. Por ejemplo, el tamaño de partícula, el grosor del material, la cristalinidad y la presencia de múltiples capas de materiales pueden afectar significativamente el rendimiento y la velocidad de despolimerización.

Por lo tanto, es posible que se requiera más energía para reprocesar algunos materiales desafiantes. Además, de antemano es necesario un estricto sistema de clasificación, lavado y secado, descartando todos los factores que puedan inhibir el reprocesamiento químico eficiente y la creación de materiales de alta calidad.

El uso de materiales reciclados es solo un paso inicial en el camino hacia la producción y los productos
sostenibles La incorporación de materiales sostenibles como los materiales reciclados en los productos textiles, incluidos los artículos de ropa exterior, es un gran paso para las marcas y los minoristas hacia el aumento del rendimiento de sostenibilidad de sus productos. Sin embargo, esto no califica a todo el producto para ser etiquetado como sustentable en esencia. Las marcas y los minoristas pueden mirar más allá de la incorporación de materiales reciclados, incluido el diseño de su producto para que sea completamente reciclable.

Crear un producto a partir de materiales reciclados, pero fabricarlos en un producto de tal manera que resulte difícil de desmontar, reutilizar y / o reciclar contrarrestaría el intento inicial de abordar los problemas de sostenibilidad del producto. Diseñar productos para que sean duraderos y circulares es de gran importancia. Esto incluye la exploración del abastecimiento de materiales sostenibles, la ingeniería de materiales, el uso de monomateriales (reciclados) y la consideración del impacto ambiental de los procesos de fabricación.

Simplemente no existe una solución para todos los problemas relacionados con los textiles y los desechos. El reciclaje puede ser una forma de desviar los desechos de destinos indeseables, revalorizar materiales y aliviar la presión sobre el medio ambiente al reducir la utilización de materiales no renovables. Sin embargo, según el material y el contexto del producto (por ejemplo, cómo se produce, el propósito y el uso final del producto y las tecnologías de reprocesamiento disponibles) hay muchos factores que deben tenerse en cuenta al encontrar soluciones más sostenibles para el medio ambiente.

Además de reemplazar el uso de productos petroquímicos con monómeros recapturados de materiales de desecho, también sería clave revisar otros impactos ambientales y sistémicos de la despolimerización. Estos incluyen el consumo de energía por material, los subproductos sobrantes, la seguridad química de las sustancias utilizadas, así como la viabilidad económica del proceso [47]. Los materiales reciclados también pueden encontrar un desafío cuando se trata de su precio en relación con los materiales vírgenes. Para que los materiales reciclados prosperen, esto requeriría un campo de juego nivelado para los materiales vírgenes y reciclados, la intervención desde una perspectiva legal o política y una infraestructura de gestión de residuos homogénea y transparente.

 

Fuente: Wtin