Acetaldehyde generation in preforms with the use of recycled PET

Abstract

The production and recycling process for polyethylene terephthalate (PET) bottles for packaging soft drinks and mineral waters is still growing worldwide and improving constantly. Although, during the melting and processing of PET, especially recycled PET (rPET), degradation of the material occurs. The result of the degradation reactions is a severe drop in the molecular weight, which leads to the failing of intrinsic viscosity, melt strength and melt processability and finally, to poor usage properties and a low quality of the bottles obtained. One of the most common degradation products is acetaldehyde (AA). Due to its low boiling point, 21°C, AA is able to diffuse out of PET into the beverage content of the PET bottle. The diffusion of AA into packaged contents is of concern due to its limited threshold for the taste and odour that can be detected by consumers. The purpose of this study is to examine the AA generation, the failing of the intrinsic viscosity and the colour degradation from reprocessed rPET when exposed to different drying and injection conditions. An initial model was developed to analyse the interaction, magnitude and influence of each processing condition in a twin-tower desiccant dryer and a mono-cavity PET preform injection moulding system. It was found an optimal condition capable of reducing AA concentration in the preform, without compromising a significant failing of the intrinsic viscosity, with minimal impact in colour degradation. The modification of an existing drying and injection moulding program was applied under the optimal result given by the model and additional studies regarding moisture content and intrinsic viscosity were conducted. AA was reduced by 61% after drying, while the drop in the intrinsic viscosity was significantly reduced by heat preservation of the settled drying temperature. There was no significant impact in colour observed. An agreement between the modelling results and observed trends from mono-cavity injection moulding was achieved. The groundwork was placed and made further improvements in the industrial production of preforms containing 100% content of recycled PET.

O processo de produção e reciclagem de garrafas em polietileno tereftalato (PET) em vários continua a crescer exponencialmente, fruto de um processo de aperfeiçoamento constante. No entanto, aquando do seu processamento e transição para o estado fundido, ocorre degradação do material, particularmente quando se utiliza PET reciclado (rPET). O resultado das reações de degradação traduz-se numa queda acentuada no peso molecular, levando a uma falha na viscosidade intrínseca, resistência do fundido e processabilidade do mesmo. Por consequência, a degradação do material nestas condições resulta em pobres qualidades do material em serviço e uma baixa qualidade das garrafas obtidas. Um dos produtos de degradação mais comuns é o acetaldeído (AA). Devido ao seu baixo ponto de ebulição, 21 ° C, o AA é capaz de se difundir do PET para o conteúdo da garrafa. Este processo de difusão de AA é preocupante porque altera o sabor e odor do conteúdo embalado e pode ser facilmente detetados pelos consumidores. O objetivo deste estudo é examinar a geração de AA, a falha na viscosidade intrínseca e a degradação de cor do rPET quando exposto a diferentes condições de secagem e moldação por injeção. Um modelo estatístico inicial foi desenvolvido para analisar a interação, magnitude e influência de cada condição de processamento de um sistema de moldagem por injeção e de secagem de dois tipos de rPET na produção de pré-formas. Foi encontrada uma condição ótima capaz de reduzir a concentração de AA na pré-forma, sem comprometer uma falha significativa da viscosidade intrínseca, com impacto mínimo na degradação da cor. A modificação das condições existentes de secagem e moldagem por injeção foi aplicada sob o resultado ótimo obtido pelo modelo, onde estudos adicionais sobre o teor de humidade e viscosidade intrínseca foram posteriormente realizados. O AA foi reduzido em 61% após a secagem e a queda na viscosidade intrínseca foi significativamente reduzida pela preservação da temperatura de secagem estabelecida. Não houve impacto significativo na cor observada. Atingiu-se um compromisso entre os resultados do programa estatístico e as tendências observadas na moldagem por injeção. A base foi lançada e foram feitas novas melhorias na produção industrial de pré-formas com 100% de teor de PET reciclado.