Reactive Crystallization of Terephthalic Acid towards Recycling of Poly(ethylene terephthalate)

Die vorliegende Arbeit behandelt Untersuchungen der reaktiven Kristallisation

von Terephthalsäure (TA) im Rahmen des Back-tot-Monomer-Recyclings,

welches eine Möglichkeit zur Überwindung der derzeitigen Limitierungen des

thermomechanischen Polyethylenterephthalat- (PET) Recyclings darstellt. Ein

Ansatz ist dabei die alkalische Hydrolyse, bei welcher PET mit Natriumhydroxid

selektiv in die Monomere Ethylenglykol und Dinatriumterephthalat

depolymerisiert wird. Anschließend wird die TA durch Säurezugabe aus ihrem

Dinatriumsalz gefällt und so zurückgewonnen.

Zur Optimierung der Fällung als Gewinnungsschritt, wurden verschiedene

Betriebsparameter hinsichtlich ihres Effekts auf Kristallgröße, Filtrierbarkeit und

Reinheit der TA analysiert. Dazu wurde zunächst ein Parameterscreening mit

Modelllösung im Batchbetrieb durchgeführt. Hierbei führten insbesondere

erhöhte Temperaturen und Essigsäureeinsatz zu größeren Kristallen und

verbesserter Filtrierbarkeit. Trotz ihrer geringeren Protonierungskapazität wurde

auch mit Essigsäure eine signifikante Ausbeute an TA erreicht. Anschließend

wurden die Untersuchungen auf depolymerisiertes PET verschiedener

Abfallfraktionen und das Aufreinigungspotential der Fällung ausgeweitet. Neben

einer Verringerung der Verfärbung bei höherer Temperatur wurde auch der

Isophthalsäuregehalt in TA Kristallen reduziert, was sich insbesondere bei

Verwendung von Essigsäure zeigte. Dies ist insbesondere relevant, da

Isophthalsäure einen entscheidenden Einfluss auf die Polymereigenschaften hat.

Im letzten Teil der Arbeit wurden die Untersuchungen in einen kontinuierlichen

Rührkessel überführt. Während der Fällung mit Schwefelsäure konnte so ein

Wachstum der TA-Kristalle einhergehend mit einer verbesserten Filtrierbarkeit

erreicht werden. Darüber hinaus induzierte eine Erhöhung des pH-Werts eine

signifikante Reduktion des Isophthalsäuregehalts. Schließlich wurde ein

Verfahrenskonzept für einen optimierten Fällungsschritt für TA, hinsichtlich

Reinheit und Rückgewinnung abgeleitet, unter Beachtung der Notwendigkeit

eines nachfolgenden Umkristallisationsschritts.