碳酸饮料瓶每年消耗约2000万吨聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),几乎所有这些都是用锑催化剂制造的。催化技术这家位于英国蒂斯河畔斯托克顿(Stockton-on-Tees)的初创公司正试图说服制造商改用更安全、更活跃的钛基催化剂。

该公司董事库珀(Alan Cooper)说,锑有很多问题。在处理固体粉末时,以及在加工过程中释放成粉尘时,其毒性会对工人造成暴露危险。“它也不是很活跃——你必须在聚合物中使用250 - 300ppm,这在整个过程中都会产生问题。”它实际上就像沙子一样,堵塞了过滤器,污染了工厂,这意味着需要更长的停机时间。”

库珀补充说,锑在生产和加工后会留在聚合物中,并可能从饮料瓶中浸出。他说:“目前仍有争议的是,浸出量是否安全。”“但业内肯定有一种感觉,那就是把它从聚酯纤维中完全去除会更好。”到目前为止,还没有一种可行的替代催化剂。

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催化公司已经开发出一种用于PET生产的新型钛基催化剂,库珀认为这种催化剂可以取代锑。他说,在环境方面,钛是相对无害的,因为钛催化剂更活跃,只需要1/25的量。“因为它的含量少得多,所以不会污染工厂的设备,而且因为它是作为溶液而不是固体提供的,所以所有的过程都更安全、更容易。”

技术经理理查德·沃德解释说,开发一种成功的PET钛催化剂的关键在于生产一种定义明确的单体钛。他说:“用于聚酯的钛催化剂并不是什么新东西——人们已经知道很多年了,但在工业上还没有取得成功。”“从历史上看,人们一直在生产催化剂,但没有意识到催化剂中含有钛酸盐簇,钛原子通过氧原子结合在一起。”

在聚合过程中,多个催化钛原子结合在一起会导致副反应。沃德解释说:“活性位点共同作用,打破了链条。”这降低了聚合物的热稳定性,并且在再加工回收时也会产生问题,因为缩短的链改变了材料的加工和性能。

但替换锑并不是改用钛催化剂的唯一好处,沃德说:“聚酯产品,当你熔化它时,熔化能量要低得多。你可以用更少的能量更快地处理它,当你把它变成一个瓶子时,瓶子的侧壁更亮、更清晰、更坚固,这在瓶子的重量方面有优势,需要一定的强度,但也有保持CO的屏障性能2比如在碳酸饮料中。”

然而,库珀解释说,这些优势也为行业采用这种新催化剂设置了障碍。瓶子通常不是以最终形状运输的,因为它们非常笨重。相反,饮料制造商购买“预成型”——带有模压螺纹的短管,准备在装瓶厂吹制和填充。

我们不只是向顾客展示我们的产品——我们让他们把产品拿去试用,他们以前从来没有这样做过

库珀说:“用锑和钛制成的预成形件的工艺完全不同。”“它们的结晶行为不同,所以你不能使用相同的设备参数。他指出,聚合物本身是相同的,但残留的催化剂使它们的行为不同。这意味着整个行业——全球约100家工厂的2000万吨/年生产能力——将需要在相对较短的时间内进行转换。制造商对这种风险的警惕是有道理的,因为瓶装酒的利润率非常低。

此外,很难让制造商相信这种催化剂与其他钛催化剂不同。沃德说:“我们能做的就是拿着预成型瓶和瓶子去找顾客,说‘给你’。”“我们不只是在房间里展示,也不只是在幻灯片上展示——我们让他们把产品拿出来测试,他们以前从来没有这样做过。”

催化公司已经在生产PET薄膜和服装纤维的小型工厂上展示了这项技术,这有助于说服制造商,这种新的催化剂不会破坏他们的工厂。库珀说,对于一家每天可能处理价值100万美元塑料的塑料瓶厂来说,这是一个大问题。

制造商也担心整个行业变得依赖于单一的催化剂供应商。库珀说:“我们已经有了一个足够大的生产设施,可以满足全球聚酯的全部需求。”“我们有两个生产催化剂的区域,每个区域都有自己的基础设施和公用设施,所以如果工厂的一侧出现问题,它们可以在不中断供应的情况下切换过来。”

“我们已经有几家大公司准备在他们的设施上对我们的催化剂进行全面的商业试验,但要让它进入市场,我们需要说服供应链上的每一个人。”库珀说。“这是一个漫长的过程,在2014年赢得RSC的新兴技术竞赛确实帮助提高了我们的知名度和可信度,但现在我们来到了最后的障碍。”今年年底将会非常有趣。”