Effekten av solid‑state‑polymerisation på fiberstruktursutveckling vid smältspinning av mekaniskt återvunnen PET

Att förvandla flaskavfall till tåliga nya fibrer

Plastflaskor för drycker finns överallt, och de flesta är gjorda av PET, ett mångsidigt men seglivat material som inte bryts ner i naturen. Mycket av denna plast hamnar på soptippar eller i miljön. Denna studie undersöker om gamla PET‑flaskor, efter enkel mekanisk återvinning, kan uppgraderas till starka, tillförlitliga industrifibrer—som de som används i bilbälten, geotextilier och industriella tyger—så att gårdagens flaska säkert kan bli morgondagens tungt belastade garn.

Varför återvunnen PET ofta inte räcker till

När PET‑flaskor mekaniskt återvinns samlas de in, rengörs, mals till flingor och smälts om till nya pelletar. Denna process är billigare och enklare än kemisk återvinning, men värme och fukt skadar tyst de långa PET‑kedjorna och klipper dem i kortare bitar. Den skadan sänker en viktig parameter kallad intrinsic viscosity (intrinsisk viskositet), som forskare använder som en indikator på molekylvikt och i slutändan styrka. Som ett resultat är vanlig mekaniskt återvunnen PET (mr‑PET) ofta användbar för lågvärdiga tillämpningar, men den har svårt att uppfylla de krävande styrke‑ och slitstyrkekrav som ställs på industrifibrer.

Att återbygga kedjorna med skonsam värme

För att reparera de förkortade kedjorna använde forskarna en process kallad solid‑state‑polymerisation (SSP). Istället för att smälta plasten uppvärmdes PET‑pelletarna till temperaturer över glasomvandlingspunkten men under smältpunkten, och hölls där i flera timmar i en roterande vakuumreaktor. Under dessa förhållanden återförenas kedjeändarna långsamt, vilket ökar kedjelängden utan den kraftiga nedbrytning som kan uppstå vid fullständig smältbearbetning. Teamet provade en rad temperaturer (220, 230 och 240 °C) och tider (6, 12 och 18 timmar) för både virgin PET (v‑PET) och mr‑PET. Därefter mätte de hur lätt materialet flödade vid smältning, hur visköst dess lösningar var och hur dess molekylvikt ändrades, för att följa hur väl kedjorna återuppbyggdes.

Att hitta den praktiska balanspunkten för återvinning

Analyserna visade att både kedjelängd och kristallinitet—hur ordnat polymerstrukturen blir—increased när SSP‑temperatur och tid ökade. Men längre och varmare behandlingar innebar också högre energianvändning och långsammare produktion. Forskarna identifierade 230 °C i 6 timmar som en praktisk balanspunkt: under dessa villkor nådde mr‑PET en intrinsisk viskositet på cirka 1,1 dL/g, den nivå som ofta eftersträvas för högstyrkiga industrifibrer, samtidigt som processtiden hölls rimlig. Vid denna inställning matchade den återvunna PET:ens genomsnittliga molekylvikt nära den hos virgin PET behandlad på samma sätt, även om det återvunna materialet fortfarande innehöll spår av föroreningar från dess tidigare liv som flaskor.

Spinning i hög hastighet för att bygga struktur

Nästa steg var att smälta både de behandlade och obehandlade PET‑pelletarna och pressa dem genom små hål för att bilda filament som drogs bort i hög hastighet—en metod känd som smältspinning. Genom att variera upptagningshastigheten från 1000 till 4000 meter per minut kunde de kontrollera hur mycket de smälta trådarna sträcktes under avkylning. Med termisk analys och röntgendiffraktion fann de att högre spinnhastigheter uppmuntrade PET‑kedjorna att orientera sig och kristallisera längs fiberaxeln, vilket i sin tur höjde smältpunkten och den interna ordningen i fibrerna. Intressant nog började fibrer gjorda av SSP‑behandlad PET visa tydlig kristallin struktur vid lägre hastigheter än obehandlad PET, vilket innebär att de återuppbyggda, längre kedjorna lättare organiserade sig till starka, ordnade regioner under spinning.

Styrka som kan mäta sig med ny plast

Mechaniska tester av de resulterande filamenten bekräftade vad strukturmätningarna antydde. När spinnhastigheten ökade blev alla fibrer starkare (högre tenacitet) men töjdes mindre innan brott, ett kännetecken för mer orienterat, kristallint material. Efter SSP visade både virgin och återvunnen PET bättre prestanda överlag. Mest anmärkningsvärt var att när mr‑PET som genomgått SSP vid 230 °C i 6 timmar smältspunnetes vid 3000 m/min, var dess tenacitet i det närmaste densamma som för motsvarande behandlade virgin PET‑fibrer, omkring 4,4 gram per denier. Med andra ord, trots att det återvunna materialet bar på en historia av användning, insamling och ombearbetning, kunde det tekniskt utformas för att matcha styrkan hos ”ny” PET i industriklassade garn.

Vad detta betyder för vardagsprodukter

För icke‑specialister är slutsatsen enkel: med noggrant ställd värmebehandling och spinnförhållanden kan plastflaskor omvandlas till högpresterande fibrer lämpliga för krävande industriella användningar, inte bara lågkvalitativa produkter. Genom att använda SSP för att återbygga polymerkedjor och optimera spinnhastigheten för att orientera dem visar denna studie att mekaniskt återvunnen PET kan övervinna sina vanliga svagheter och stå sida vid sida med virginmaterial. Det öppnar dörren för mer cirkulär användning av PET, där slitstarka tekniska textilier—tänk bildelar, byggnadstyger och tunga rep—kan tillverkas av samma flaskor som vi en gång kastade i återvinningskärlet.

Citering: Kim, H., Bae, J.H., Hahm, WG. et al. Effect of solid-state polymerization on fiber structure development in melt spinning of mechanical recycled PET. Sci Rep 16, 6752 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36850-2

Nyckelord: återvunna PET‑fibrer, solid‑state‑polymerisation, smältspinning, återvinning av plastflaskor, industriellt polyestergarn