FR3134392A1 - PROCESS FOR DEPOLYMERIZATION OF PET INTO TEREPHTHALATE ESTER AND MONOETHYLENE GLYCOL AT ROOM TEMPERATURE - Google Patents
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Abstract
La présente invention a trait au domaine du recyclage des plastiques de type polytéréphtalate d'éthylène (PET) couramment utilisés pour la fabrication de bouteilles en plastiques jetables, barquettes alimentaires, textile... Plus particulièrement, elle concerne un procédé permettant le recyclage du PET en téréphtalate de diméthyle (DMT) en moins d’une heure et sans étape de prétraitement. De plus, ce procédé ne met pas œuvre de produit toxique. Il est donc particulièrement avantageux d’un point de vue industriel. The present invention relates to the field of recycling plastics of the polyethylene terephthalate (PET) type commonly used for the manufacture of disposable plastic bottles, food trays, textiles, etc. More particularly, it relates to a process allowing the recycling of PET into dimethyl terephthalate (DMT) in less than an hour and without a pretreatment step. In addition, this process does not use toxic products. It is therefore particularly advantageous from an industrial point of view.
Description
La présente invention a trait au domaine du recyclage des plastiques de type polytéréphtalate d'éthylène (PET) couramment utilisés pour la fabrication de bouteilles en plastiques jetables, barquettes alimentaires, textile... Plus particulièrement, elle concerne un procédé permettant le recyclage du PET en téréphtalate de diméthyle (DMT) en moins d’une heure et sans étape de prétraitement. De plus, ce procédé ne met pas en œuvre de produit toxique. Il est donc particulièrement avantageux d’un point de vue industriel.The present invention relates to the field of recycling plastics of the polyethylene terephthalate (PET) type commonly used for the manufacture of disposable plastic bottles, food trays, textiles, etc. More particularly, it relates to a process allowing the recycling of PET into dimethyl terephthalate (DMT) in less than an hour and without a pretreatment step. In addition, this process does not use toxic products. It is therefore particularly advantageous from an industrial point of view.
Le recyclage du PET est un sujet environnemental important et représente ainsi une opportunité commerciale en raison de son utilisation généralisée, de son abondance et de sa durabilité. Cependant, le recyclage des plastiques est complexe et varie selon le type de polymère, la conception de l'emballage et le type de produit.PET recycling is an important environmental topic and thus represents a business opportunity due to its widespread use, abundance and sustainability. However, plastics recycling is complex and varies depending on polymer type, packaging design and product type.
Le principal frein à l’utilisation de matières plastiques recyclées est la contamination des flux de déchets avec différents types de polymères qui ne sont pas compatibles les uns avec les autres. Par conséquent, il n'est souvent pas possible d'ajouter du plastique de type PET recyclé au polymère vierge sans diminuer certains attributs de qualité, tels que la couleur, la clarté ou la résistance aux chocs. Ainsi, la capacité de remplacer un polymère vierge par du PET recyclé dépend fortement de la pureté du produit recyclé et des exigences du produit final.The main obstacle to the use of recycled plastics is the contamination of waste streams with different types of polymers that are not compatible with each other. Therefore, it is often not possible to add recycled PET-like plastic to virgin polymer without diminishing certain quality attributes, such as color, clarity or impact resistance. Thus, the ability to replace virgin polymer with recycled PET is highly dependent on the purity of the recycled product and the requirements of the final product.
Selon le principe de recyclage chimique, le PET peut être dépolymérisé par une solvolyse telle que la méthanolyse ou la glycolyse, ou par hydrolyse et les monomères ainsi obtenus peuvent être réutilisés pour générer de nouveaux polymères de PET dit « PET recyclés ».According to the principle of chemical recycling, PET can be depolymerized by solvolysis such as methanolysis or glycolysis, or by hydrolysis and the monomers thus obtained can be reused to generate new PET polymers called “recycled PET”.
Selon le besoin industriel, certaines technologies de fabrication de résine PET ont recours à l’utilisation de l’ester diméthanolique de l’acide téréphtalique (DMT).Depending on industrial need, some PET resin manufacturing technologies resort to the use of dimethanol ester of terephthalic acid (DMT).
Les techniques de méthanolyse conventionnelles font appel à des procédés très gourmands en énergie et en coût d’équipements ; ces procédés mettent en œuvre une phase supercritique à des températures supérieures à 300°C et 5 à 10 bars de pression, ce qui induit des changements structuraux des unités moléculaires du PET notamment une isomérisation ou à des dégradations (US 6,706,843 ; WO2021/126661). Ces molécules modifiées peuvent être toxiques ou engendrer des perturbations lors de la production de PET recyclé, elles nuisent à la qualité du produit dépolymérisé pour ces applications futures.Conventional methanolysis techniques use processes that are very demanding in terms of energy and equipment costs; these processes use a supercritical phase at temperatures above 300°C and 5 to 10 bars of pressure, which induces structural changes in the molecular units of PET, in particular isomerization or degradation (US 6,706,843; WO2021/126661) . These modified molecules can be toxic or cause disruptions during the production of recycled PET, they harm the quality of the depolymerized product for these future applications.
Le document WO2020/128218 décrit un procédé de dépolymérisation du PET par alcoolyse mettant en œuvre un monoalcool tel que le méthanol ou l’éthanol et une base choisie parmi le méthoxyde de sodium, le KOH ou le NaOH en quantité stœchiométrique par rapport au PET.Document WO2020/128218 describes a process for depolymerizing PET by alcoholysis using a monoalcohol such as methanol or ethanol and a base chosen from sodium methoxide, KOH or NaOH in a stoichiometric quantity relative to the PET.
Il est connu que l’utilisation d’une base en quantité catalytique par rapport à la masse du PET permet d’obtenir du DMT mais la cinétique de la réaction est assez lente ; le temps de réaction est supérieur à 10h30, temps pendant lequel la solution réactionnelle est chauffée en continu. A titre d’exemple, on peut citer les documents US2019/0256450 et WO2020/188359 qui décrivent la dépolymérisation du PET en DMT en présence de méthanol et d’un alkoxyde tel que le méthoxyde de sodium. Ces réactions de méthanolyse ont lieu à des températures comprises entre 25°C et 100°C. Ces procédés comprennent obligatoirement une première phase de gonflement du PET avec des solvants chlorés, ou polaires tels que le DMSO ou le DMF ou le méthanol. Le document US2019/0256450 propose de faire réagir le PET avec une base, le méthoxyde de sodium en quantité catalytique, et du méthanol. Le procédé décrit dans le document WO2020/188359 se caractérise par l’ajout séquentiel de méthanol et de solutions de méthylate plusieurs fois après ajout de méthoxyde de sodium. Les auteurs décrivent des rendements élevés de production de PET. Le document US2019/390035 décrit une autre approche de dépolymérisation par ajout de sel de glycolate ; la préparation de ce sel comprend des étapes d’isolement et de séchage qui s’étendent sur une semaine.It is known that the use of a base in a catalytic quantity relative to the mass of the PET makes it possible to obtain DMT but the kinetics of the reaction are quite slow; the reaction time is greater than 10h30, during which the reaction solution is heated continuously. As an example, we can cite documents US2019/0256450 and WO2020/188359 which describe the depolymerization of PET into DMT in the presence of methanol and an alkoxide such as sodium methoxide. These methanolysis reactions take place at temperatures between 25°C and 100°C. These processes necessarily include a first phase of swelling the PET with chlorinated or polar solvents such as DMSO or DMF or methanol. Document US2019/0256450 proposes reacting PET with a base, sodium methoxide in a catalytic quantity, and methanol. The process described in document WO2020/188359 is characterized by the sequential addition of methanol and methoxide solutions several times after addition of sodium methoxide. The authors describe high PET production yields. Document US2019/390035 describes another depolymerization approach by adding glycolate salt; the preparation of this salt includes isolation and drying stages which extend over a week.
Le document WO2021/126661 décrit un procédé amélioré de dépolymérisation du PET par méthanolyse en utilisant des catalyseurs choisis parmi le carbonate de sodium, le méthoxyde de magnésium, la DBU et le TBD. Ce procédé est mis en œuvre à des températures au minimum de 110 – 140°C en appliquant une pression de 15 bars.Document WO2021/126661 describes an improved process for depolymerization of PET by methanolysis using catalysts chosen from sodium carbonate, magnesium methoxide, DBU and TBD. This process is carried out at temperatures of at least 110 – 140°C by applying a pressure of 15 bars.
Pour l’homme du métier, les mises en œuvre des procédés décrits précédemment présentent à l’évidence des problèmes d’opérabilité et de faisabilité industrielles quant à l’aspect sécuritaire d’un environnement ATEX tel que celui du méthanol à reflux qui requiert des précautions complexes et des dispositifs onéreux en vue d’introduire en cours de procédé des produits inflammables.For those skilled in the art, the implementations of the processes described above obviously present problems of industrial operability and feasibility with regard to the safety aspect of an ATEX environment such as that of reflux methanol which requires complex precautions and expensive devices to introduce flammable products during the process.
Aucun de ces procédés n’est satisfaisant. Il est donc souhaitable de disposer de procédés de recyclage du PET améliorés, à faible coût et facilement opérables industriellement afin de faciliter la généralisation de ce recyclage et élargir les champs d’utilisation du PET recyclé.None of these processes is satisfactory. It is therefore desirable to have improved PET recycling processes that are low cost and easily operable industrially in order to facilitate the generalization of this recycling and broaden the fields of use of recycled PET.
Les inventeurs ont mis au point un nouveau procédé particulièrement performant de dépolymérisation par alcoolyse en conditions douces pour le recyclage du polymère polyéthylène téréphtalate (PET) en monomères d’esters de téréphtalate et monoéthylène glycol (MEG). Ce procédé est très rapide tout en étant beaucoup plus respectueux de l’environnement que les procédés de l’état de la technique. Il donne accès à un produit sous forme solide directement réutilisable du fait de sa pureté, en particulier du DMT sous forme cristalline.The inventors have developed a new, particularly efficient process for depolymerization by alcoholysis under mild conditions for the recycling of polyethylene terephthalate (PET) polymer into terephthalate and monoethylene glycol (MEG) ester monomers. This process is very fast while being much more environmentally friendly than state-of-the-art processes. It provides access to a product in solid form that is directly reusable due to its purity, in particular DMT in crystalline form.
Ainsi, l’invention concerne un procédé de recyclage de déchets de plastiques polyéthylène téréphthalate en monomères esters de téréphtalate comportant deux étapes :Thus, the invention relates to a process for recycling polyethylene terephthalate plastic waste into terephthalate ester monomers comprising two steps:
a. une étape de broyage des déchets pour produire des fragments, ethas. a step of grinding the waste to produce fragments, and
b. une étape de dépolymérisation du PET en ester de téréphtalate et monoéthylène glycol (MEG), en présence :b. a step of depolymerization of PET into terephthalate ester and monoethylene glycol (MEG), in the presence:
(i) d’un catalyseur choisi parmi une base étheroxyde métallique ou organique, un acétate de métal, un oxyde métallique, un hydroxyde de métal ou un carbonate métallique et(i) a catalyst chosen from a metal or organic etheroxide base, a metal acetate, a metal oxide, a metal hydroxide or a metal carbonate and
(ii) d’un solvant polaire du type ester ou étheroxyde cyclique(ii) a polar solvent of the cyclic ester or etheroxide type
(iii) d’un alcool choisi parmi un monoalcool ou d’un diol(iii) an alcohol chosen from a monoalcohol or a diol
caractérisé en ce que :characterized in that:
- ladite base est présente en quantité catalytique par rapport à la quantité de PETsaid base is present in a catalytic quantity relative to the quantity of PET
- ladite étape de dépolymérisation se fait à température ambiante ou en chauffant jusqu’à 70°C pendant une durée comprise entre 1 minute et 4h.said depolymerization step is carried out at room temperature or by heating up to 70°C for a period of between 1 minute and 4 hours.
Le procédé selon l’invention propose d’associer (i) un catalyseur en quantité catalytique par rapport au PET et (ii) un alcool qui est soit un monoalcool, soit un diol, et de les faire réagir dans des conditions douces. Il présente plusieurs avantages au regard des procédés décrits antérieurement, qui sont exposés ci-après.The process according to the invention proposes to combine (i) a catalyst in a catalytic quantity relative to PET and (ii) an alcohol which is either a monoalcohol or a diol, and to react them under mild conditions. It has several advantages compared to the processes described previously, which are explained below.
Un premier avantage remarquable : ce procédé ne nécessite pas de prétraitement, étape qui nécessite la mise œuvre de produits toxiques. La réaction de dépolymérisation est suffisamment efficace pour permettre une dépolymérisation complète sans gonflement préalable de la matière à traiter. Ainsi, le procédé selon l’invention est plus simple (une étape en moins), plus respectueux de l’environnement (pas de produit toxique donc pas d’effluent à traiter), plus rapide et moins cher.A first remarkable advantage: this process does not require pretreatment, a step which requires the use of toxic products. The depolymerization reaction is sufficiently efficient to allow complete depolymerization without prior swelling of the material to be treated. Thus, the process according to the invention is simpler (one step less), more environmentally friendly (no toxic product therefore no effluent to treat), faster and less expensive.
Le procédé étant à risque industriel très modéré, les installations industrielles pour sa mise en œuvre peuvent par conséquent être mises en place plus aisément, le niveau de sécurisation de ces installations étant moins contraignant. La mise en conformité règlementaire est simplifiée lors de l’installation de l’usine et tout au long du cycle de production. Le CAPEX est ainsi diminué de manière significative.The process being at very moderate industrial risk, the industrial installations for its implementation can therefore be set up more easily, the level of security of these installations being less restrictive. Regulatory compliance is simplified during factory installation and throughout the production cycle. CAPEX is thus significantly reduced.
Tout type de solvant peut être utilisé pour la dépolymérisation bien que les solvants de type ester soient préférés. Ces derniers sont en effet dénués de toute toxicité, ce sont des produits qui sont notamment utilisés en agroalimentaire, dans le domaine des arômes.Any type of solvent can be used for depolymerization although ester type solvents are preferred. The latter are in fact devoid of any toxicity, they are products which are particularly used in the food industry, in the field of aromas.
De manière remarquable, la réaction de dépolymérisation est complète, très rapide et produit un ester de téréphtalate d’une grande pureté. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le PET est dépolymérisé en DMT car ce dernier est alors facilement recyclable et a des débouchés industriels et un marché reconnu.Remarkably, the depolymerization reaction is complete, very rapid and produces a terephthalate ester of high purity. This is particularly advantageous when PET is depolymerized into DMT because the latter is then easily recyclable and has industrial outlets and a recognized market.
Le procédé peut être qualifié de « très rapide » puisque que la réaction est complète en moins de 4h à température ambiante, et en moins de 20 minutes en conditions de chauffage optimisées, notamment entre 55 et 70°C. Elle démarre instantanément et peut conduire à une dépolymérisation complète dès 1 min.The process can be described as “very rapid” since the reaction is complete in less than 4 hours at room temperature, and in less than 20 minutes under optimized heating conditions, in particular between 55 and 70°C. It starts instantly and can lead to complete depolymerization within 1 min.
La réaction de dépolymérisation est simple. La dépolymérisation et la purification peuvent se faire en une seule et même étape. Dans un mode de réalisation préféré, la dépolymérisation est réalisée par méthanolyse. Après complétion de la réaction, le produit obtenu est directement un ester de téréphtatalate (comme le DMT) sous forme de cristaux. Un lavage permet d’enlever les produits intermédiaires ou de dégradation qui nécessiteraient des opérations de distillation fastidieuses dans les procédés classiques afin de les séparer du produit d’intérêt.The depolymerization reaction is simple. Depolymerization and purification can be done in a single step. In a preferred embodiment, the depolymerization is carried out by methanolysis. After completion of the reaction, the product obtained is directly a terephthalate ester (like DMT) in the form of crystals. Washing makes it possible to remove intermediate or degradation products which would require tedious distillation operations in conventional processes in order to separate them from the product of interest.
Le procédé permet également d’obtenir du DET ou du BHET lorsque la dépolymérisation du PET est effectuée par éthanolyse ou glycolyse respectivement.The process also makes it possible to obtain DET or BHET when the depolymerization of PET is carried out by ethanolysis or glycolysis respectively.
Ce procédé peut être appliqué à tout type de plastique comprenant du PET, pur ou en mélange, transparent ou coloré, quelle que soit l’épaisseur du matériau… La réaction est sélective vis-à-vis du PET et ne modifie pas les autres composants éventuels ; la séparation est ainsi aisée entre le PET dépolymérisé sous forme de monomère et les autres composants plus volumineux ; ceux-ci peuvent être éliminés par simple filtration. Ensuite, le mélange refroidi permet la précipitation du DMT. Un lavage suffit pour obtenir du DMT directement utilisable. Les solvants de lavage sont avantageusement les alcools utilisés lors de la dépolymérisation.This process can be applied to any type of plastic including PET, pure or mixed, transparent or colored, whatever the thickness of the material... The reaction is selective with respect to PET and does not modify the other components possible; separation is thus easy between the depolymerized PET in monomer form and the other larger components; these can be eliminated by simple filtration. Then, the cooled mixture allows the precipitation of DMT. One wash is enough to obtain directly usable DMT. The washing solvents are advantageously the alcohols used during depolymerization.
Le rendement du procédé est élevé : au moins de 85% notamment pour la dépolymérisation du PET en DMT.The yield of the process is high: at least 85%, particularly for the depolymerization of PET into DMT.
Dans le cas particulier de la dépolymérisation du PET en DMT en utilisant du méthanol, le produit obtenu est pur à 99,9% en fin de réaction (après filtration et lavage) ; il n’y a donc pas besoin de purification ultérieure. Le DMT peut être utilisé directement après lavage au méthanol. Compte tenu de son niveau de pureté, il peut être utilisé dans de nombreuses applications, pour refaire du PET ou tout autre type de résine technique faisant intervenir ce monomère. Le choix des réactifs et la mise en œuvre de conditions douces font qu’aucune réaction d’isomérisation ne se produit, ni la formation de produits de dégradation qui nuisent à la qualité du produit obtenu. Lorsqu’elles sont présentes, ces molécules secondaires à la réaction perturbent la réaction de polymérisation et une purification du DMT brut est donc nécessaire avant son utilisation.In the particular case of the depolymerization of PET into DMT using methanol, the product obtained is 99.9% pure at the end of the reaction (after filtration and washing); there is therefore no need for further purification. DMT can be used directly after washing with methanol. Given its level of purity, it can be used in many applications, to remake PET or any other type of technical resin using this monomer. The choice of reagents and the implementation of mild conditions ensure that no isomerization reaction occurs, nor the formation of degradation products which harm the quality of the product obtained. When present, these secondary reaction molecules disrupt the polymerization reaction and purification of the crude DMT is therefore necessary before its use.
Ce procédé est plus économique et plus respectueux de l’environnement que les procédés existants du fait que les bases sont utilisées dans des quantités catalytiques par rapport à la quantité de PET à recycler, et que les températures de réactions sont inférieures à 80°C, généralement comprises entre la température ambiante (autour de 25°C) et 60°C et que les temps de réaction sont très réduits par rapport à ceux des procédés de dépolymérisation du PET décrits dans la littérature.This process is more economical and more environmentally friendly than existing processes due to the fact that the bases are used in catalytic quantities relative to the quantity of PET to be recycled, and that the reaction temperatures are below 80°C, generally between room temperature (around 25°C) and 60°C and that the reaction times are very short compared to those of the PET depolymerization processes described in the literature.
En particulier, l’alcool est utilisé dans des proportions allant de 1,1 à 3 équivalents molaires par rapport au PET, ce qui est une amélioration substantielle par rapport aux technologies de méthanolyse classique dans lesquelles des proportions de 25 fois molaires sont nécessaires.In particular, alcohol is used in proportions ranging from 1.1 to 3 molar equivalents relative to PET, which is a substantial improvement compared to conventional methanolysis technologies in which proportions of 25 times molar are required.
Les proportions du solvant polaire de type acétate sont également réduites variant de 1 : 1.5 à 1 : 4 en ce qui concerne la masse de PET : volume de solvant.The proportions of the polar acetate solvent are also reduced, varying from 1:1.5 to 1:4 with regard to the mass of PET: volume of solvent.
D’un point de vue écologique, il est à noter que le bain de dépolymérisation contenant le solvant peut être réutilisé pour un nouveau cycle de traitement une fois le produit filtré. Le bain peut être utilisé au moins 2 fois sans affecter l’efficacité de la réaction. Une fois la réaction finie, les solvants peuvent être récupérés par simple distillation peu énergétique étant donné leur faible point d’ébullition.From an ecological point of view, it should be noted that the depolymerization bath containing the solvent can be reused for a new treatment cycle once the product has been filtered. The bath can be used at least 2 times without affecting the efficiency of the reaction. Once the reaction is complete, the solvents can be recovered by simple, energy-efficient distillation given their low boiling point.
L’invention concerne un procédé de recyclage de déchets de plastiques polyéthylène téréphthalate en monomères esters de téréphtalate comportant deux étapes :The invention relates to a process for recycling polyethylene terephthalate plastic waste into terephthalate ester monomers comprising two steps:
c. une étape de broyage des déchets pour produire des fragments, etvs. a step of grinding the waste to produce fragments, and
d. une étape de dépolymérisation du PET en ester de téréphtalate et monoéthylène glycol (MEG), en présence :d. a step of depolymerization of PET into terephthalate ester and monoethylene glycol (MEG), in the presence:
(i) d’un catalyseur choisi parmi une base étheroxyde métallique ou organique, un acétate de métal, un oxyde métallique, un hydroxyde de métal, un carbonate métallique ou un ester métallique, et(i) a catalyst chosen from a metal or organic etheroxide base, a metal acetate, a metal oxide, a metal hydroxide, a metal carbonate or a metal ester, and
(ii) d’un solvant polaire du type ester ou étheroxyde cyclique(ii) a polar solvent of the cyclic ester or etheroxide type
(iii) d’un alcool choisi parmi un monoalcool ou d’un diol(iii) an alcohol chosen from a monoalcohol or a diol
caractérisé en ce que :characterized in that:
- ladite base est présente en quantité catalytique par rapport à la quantité de PETsaid base is present in a catalytic quantity relative to the quantity of PET
- ladite étape de dépolymérisation se fait à température ambiante ou en chauffant jusqu’à 70°C pendant une durée comprise entre 1 minute et 4h.said depolymerization step is carried out at room temperature or by heating up to 70°C for a period of between 1 minute and 4 hours.
Le catalyseur est un base choisie parmi :The catalyst is a base chosen from:
(i) un éthéroxyde est du type méthylate de sodium, méthylate de magnésium, méthylate de potassium ou méthylate d’ammonium,(i) an etheroxide is of the sodium methoxide, magnesium methoxide, potassium methoxide or ammonium methoxide type,
(ii) un carbonate métallique de type carbonate de sodium ou carbonate de potassium,(ii) a metallic carbonate of the sodium carbonate or potassium carbonate type,
(iii) un hydroxyde métallique de type hydroxyde de sodium ou hydroxyde de potassium, et(iii) a metal hydroxide of the sodium hydroxide or potassium hydroxide type, and
(iv) un acétate de métal de type acétate de zinc Zn(OAc)2,(iv) a metal acetate of the zinc acetate type Zn(OAc) 2 ,
(v) un oxyde métallique,(v) a metal oxide,
(vi) un ester métallique de type ester de titane Ti(OiPr)4 ,ester de manganèse Mn(OR)2, ou ester d’antimoine Sb(OR)2. (vi) a metal ester of the Ti(OiPr) 4 titanium ester , Mn(OR) 2 manganese ester, or Sb(OR) 2 antimony ester type.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le catalyseur est choisi parmi le méthylate de sodium, le méthylate de magnésium, le méthylate de potassium ou le méthylate d’ammonium.In a preferred embodiment of the invention, the catalyst is chosen from sodium methoxide, magnesium methoxide, potassium methoxide or ammonium methoxide.
Le catalyseur est présent dans un rapport molaire inférieur à 35% par rapport au PET, de préférence compris entre 1 et 20%.The catalyst is present in a molar ratio of less than 35% relative to the PET, preferably between 1 and 20%.
Le solvant de type ester répond de préférence aux formules A ou B :The ester type solvent preferably corresponds to formulas A or B:
dans lesquelles R1et R2sont identiques ou différents et sont choisis (indépendamment) parmi un aryl CnH2n , alkyl CnH2n+1ou CnH2n-1avec n = 1 à 10in which R1and R2are identical or different and are chosen (independently) from an aryl CnotH2n , C alkylnotH2n+1Or VSnotH2n-1with n = 1 to 10
Dans un mode de réalisation préféré, le solvant polaire est de type ester car non toxique. Le solvant de type ester peut-être choisi parmi l’acétate de méthyle, d’éthyle, propyl, butyl, isopropyle.In a preferred embodiment, the polar solvent is of the ester type because it is non-toxic. The ester type solvent can be chosen from methyl, ethyl, propyl, butyl, isopropyl acetate.
Le Tableau 2 (partie expérimentale) décrit différents modes de réalisation de l’invention en fonction de la base utilisée.Table 2 (experimental part) describes different embodiments of the invention depending on the base used.
Le solvant peut aussi être de type éthéroxyde cyclique, comme le dioxane.The solvent can also be of the cyclic etheroxide type, such as dioxane.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le ratio PET : solvant est compris entre 1 : 1,5 et 1 : 5.In a preferred embodiment of the invention, the PET:solvent ratio is between 1:1.5 and 1:5.
La quantité d’alcool mise en jeu dans la réaction de dépolymérisation est variable. L’alcool peut être soit apporté par la base en solution (dans un alcool), soit est ajouté en tant que tel dans le milieu réactionnel. L’alcool peut ainsi être en excès, en quantité équivalente ou en défaut par rapport à la quantité de PET. Ce paramètre sera ajusté par l’homme du métier.The quantity of alcohol involved in the depolymerization reaction varies. The alcohol can either be provided by the base in solution (in an alcohol), or is added as such to the reaction medium. The alcohol can thus be in excess, in an equivalent quantity or in default compared to the quantity of PET. This parameter will be adjusted by a person skilled in the art.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le ratio molaire alcool : PET est compris entre 0,25 et 3, de préférence entre 1,1 et 3.In another preferred embodiment of the invention, the alcohol: PET molar ratio is between 0.25 and 3, preferably between 1.1 and 3.
De manière avantageuse, le procédé est mis en œuvre en appliquant un ratio PET : solvant compris entre 1 : 1,5 et 1 : 5 et un ratio molaire alcool : PET compris entre 0,25 et 3.Advantageously, the process is implemented by applying a PET:solvent ratio of between 1:1.5 and 1:5 and an alcohol:PET molar ratio of between 0.25 and 3.
L’alcool mis en œuvre pendant l’étape de dépolymérisation est de préférence un monoalcool choisi parmi le méthanol, l’éthanol, le propanol ou le butanol, ou un diol tel que l’éthylène glycol.The alcohol used during the depolymerization step is preferably a monoalcohol chosen from methanol, ethanol, propanol or butanol, or a diol such as ethylene glycol.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, on utilise un alcool et un ester de même rang lors de la réaction de dépolymérisation.In a particular embodiment of the invention, an alcohol and an ester of the same rank are used during the depolymerization reaction.
Cette combinaison d’un alcool et d’un ester de même rang a pour avantage de permettre une réaction de dépolymérisation complète. Les monomères de téréphtalate sont ainsi solubilisés. Il suffit de refroidir la solution pour les précipiter et récupérer un produit d’une grande pureté (au moins 99 %).This combination of an alcohol and an ester of the same rank has the advantage of allowing a complete depolymerization reaction. The terephthalate monomers are thus solubilized. Simply cool the solution to precipitate them and recover a product of high purity (at least 99%).
Si le matériau comporte un mélange de PET et d’autres composants, ces derniers ne seront pas modifiés, resteront en suspension et seront facilement éliminés par filtration.If the material contains a mixture of PET and other components, the latter will not be modified, will remain in suspension and will be easily removed by filtration.
A titre d’exemple, on peut combiner le méthanol et l’acétate de méthyle, on obtient du DMT (réaction de méthanolyse) ou l’éthanol et l’acétate d’éthyle, on obtient du DET (diester de téréphtalate diéthylique) (réaction d’éthanolyse). Si l’on utilise du bis-hydroxyéthylène glycol, on obtient du BHET (bis(2-Hydroxyethyl) téréphthalate) (réaction de glycolyse).For example, we can combine methanol and methyl acetate, we obtain DMT (methanolysis reaction) or ethanol and ethyl acetate, we obtain DET (diethyl terephthalate diester) ( ethanolysis reaction). If bis-hydroxyethylene glycol is used, BHET (bis(2-Hydroxyethyl) terephthalate) is obtained (glycolysis reaction).
L’intérêt du DET est par exemple illustré dans le document WO2007/076384 qui décrit une réaction d’éthanolyse du PET. La production de DET est décrite comme avantageuse le fait que le DET est plus facile à dissoudre que le DMT. Le DET obtenu peut être oxydé puis servir à produire de l’acide téréphtalique.The benefit of DET is for example illustrated in document WO2007/076384 which describes a PET ethanolysis reaction. The production of DET is described as advantageous in that DET is easier to dissolve than DMT. The DET obtained can be oxidized and then used to produce terephthalic acid.
Alternativement, un autre mode de réalisation selon l’invention peut consister à combiner un alcool et un ester de rang différent. On peut par exemple combiner de l’acétate d’éthyle et du méthanol, deux réactifs d’usage commun. La réaction de dépolymérisation se déroule de manière efficace et complète et l’on obtient un produit majoritaire correspondant à l’alcool utilisé, dans cet exemple du DMT du fait de la présence de méthanol, mais aussi des produits secondaires comme du DET et autres monomères de téréphtalate.Alternatively, another embodiment according to the invention may consist of combining an alcohol and an ester of different rank. For example, we can combine ethyl acetate and methanol, two commonly used reagents. The depolymerization reaction takes place efficiently and completely and a majority product is obtained corresponding to the alcohol used, in this example DMT due to the presence of methanol, but also secondary products such as DET and other monomers. terephthalate.
La base mise en jeu dans la réaction de dépolymérisation doit être en quantité catalytique par rapport à la quantité de PET à traiter.The base involved in the depolymerization reaction must be in a catalytic quantity relative to the quantity of PET to be treated.
Par « quantité catalytique », on entend une quantité de base non-stœchiométrique, c’est-à-dire dans un rapport molaire de 1% à 49% par rapport à la quantité de PET à traiter. Le terme « catalytique » s’applique également à un réactif que l’on retrouve dans sa forme initiale en fin de réaction (catalyseur).By “catalytic quantity”, we mean a quantity of non-stoichiometric base, that is to say in a molar ratio of 1% to 49% relative to the quantity of PET to be treated. The term “catalytic” also applies to a reagent that is found in its initial form at the end of the reaction (catalyst).
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la quantité catalytique de base éthéroxyde est inférieure à 35% molaire. La quantité catalytique de base éthéroxyde peut varier de 1 % molaire à 35 % molaire, de préférence de 1% à 20% molaire, voire de 5% à 20%. Des temps de réaction prolongés peuvent être appliqués afin de diminuer encore cette quantité, ce qui permet de réduire le coût de la réaction.In a preferred embodiment of the invention, the catalytic quantity of etheroxide base is less than 35 mole%. The catalytic quantity of etheroxide base can vary from 1 molar% to 35 molar%, preferably from 1% to 20 molar%, or even from 5% to 20%. Extended reaction times can be applied to further reduce this quantity, thereby reducing the cost of the reaction.
La température de réaction peut varier. Le milieu réactionnel peut être chauffé jusqu’à 70°C. Le mélange peut notamment être avantageusement chauffé entre 50°C et 70°C, de préférence à une température inférieure à 60°C Il est toutefois très intéressant de noter que la réaction fonctionne très bien à température ambiante (autour de 25°C) tout en étant rapide puisqu’une dépolymérisation complète est obtenue en 3 à 4h. Le fait de ne pas chauffer la réaction simplifie la mise en œuvre et réduit le coût.The reaction temperature may vary. The reaction medium can be heated up to 70°C. The mixture can in particular be advantageously heated between 50°C and 70°C, preferably at a temperature below 60°C. It is however very interesting to note that the reaction works very well at room temperature (around 25°C) while being fast since complete depolymerization is obtained in 3 to 4 hours. Not heating the reaction simplifies implementation and reduces cost.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui suivent, fournis à titre d’illustration et ne devant en aucun cas être considérés comme limitant la portée de la présente invention.The present invention will be better understood on reading the examples which follow, provided by way of illustration and should in no way be considered as limiting the scope of the present invention.
EXEMPLE 1 : Dépolymérisation du PET par méthanolyseEXAMPLE 1: Depolymerization of PET by methanolysis
Une quantité (500 g) de morceaux de polyéthylènetéréphtalate (PET) provenant de différentes sources (barquettes alimentaires, bouteilles d’eau...), 2L d’acétate de méthyle et 120 mL d’une solution de méthoxyde de sodium (25 % dans le méthanol) correspondant à un rapport molaire de 20 % de méthoxyde de sodium par rapport au PET introduit et 200 mL de méthanol sont ajoutés aux morceaux. La réaction démarre instantanément. Au bout de 30 minutes de réaction à 55 °C, la totalité des morceaux de PET a disparu laissant place à un solide blanc légèrement suspendu en solution. Le brut réactionnel est filtré sur Buchner afin de retenir la matière non réagie, le milieu récupéré gélifie quasi instantanément. Il contient le DMT, le monoéthylène glycol produit de la réaction de dépolymérisation ainsi que la base mise en réaction initialement et le solvant. Le solide blanc (DMT) qui est récupéré (410 g, 82%) et est lavé par du méthanol.A quantity (500 g) of pieces of polyethylene terephthalate (PET) from different sources (food trays, water bottles, etc.), 2L of methyl acetate and 120 mL of a sodium methoxide solution (25% in methanol) corresponding to a molar ratio of 20% of sodium methoxide relative to the PET introduced and 200 mL of methanol are added to the pieces. The reaction starts instantly. After 30 minutes of reaction at 55°C, all of the pieces of PET have disappeared, giving way to a white solid slightly suspended in solution. The reaction crude is filtered through Buchner in order to retain the unreacted material, the recovered medium gels almost instantly. It contains DMT, the monoethylene glycol product of the depolymerization reaction as well as the base reacted initially and the solvent. The white solid (DMT) which is recovered (410 g, 82%) and is washed with methanol.
EXEMPLE 2 :EXAMPLE 2: Dépolymérisation du PET par méthanolyseDepolymerization of PET by methanolysis
Une quantité (500 g) de morceaux de PET provenant de différentes sources (barquettes alimentaires, bouteilles d’eau...), 2L d’acétate de méthyle et 210 mL d’une solution de méthoxyde de sodium (25 % dans le méthanol) correspondant à un rapport molaire de 35 % de méthoxyde de sodium par rapport au PET introduit et sont ajoutés aux morceaux. La réaction démarre instantanément. Au bout de 30 minutes de réaction à 55 °C, la totalité des morceaux de PET a disparu laissant place à un solide blanc légèrement suspendu en solution. Le brut réactionnel est filtré sur Buchner afin de retenir la matière non réagie, le milieu récupéré gélifie quasi instantanément. Il contient le DMT, le monoéthylène glycol produit de la réaction de dépolymérisation ainsi que la base mise en réaction initialement et le solvant. Le solide blanc (DMT) qui est récupéré (400 g, 80 %) et est lavé par du méthanol.A quantity (500 g) of PET pieces from different sources (food trays, water bottles, etc.), 2L of methyl acetate and 210 mL of a sodium methoxide solution (25% in methanol ) corresponding to a molar ratio of 35% of sodium methoxide relative to the PET introduced and are added to the pieces. The reaction starts instantly. After 30 minutes of reaction at 55°C, all of the pieces of PET have disappeared, giving way to a white solid slightly suspended in solution. The reaction crude is filtered through Buchner in order to retain the unreacted material, the recovered medium gels almost instantly. It contains DMT, the monoethylene glycol product of the depolymerization reaction as well as the base reacted initially and the solvent. The white solid (DMT) which is recovered (400 g, 80%) and is washed with methanol.
EXEMPLE 3 :EXAMPLE 3: Dépolymérisation du PET par éDepolymerization of PET by e thanolysethanolysis
Une quantité (500 g) de morceaux de PET provenant de différentes sources (barquettes alimentaires, bouteilles d’eau...) 3L d’acétate d’éthyle et 49,22 g de méthoxyde de sodium correspondant à un rapport molaire de 35 % de méthoxyde de sodium par rapport au PET introduit 300 mL d’éthanol sont ajoutés aux morceaux. La réaction démarre instantanément. Au bout de 30 minutes de réaction à 70°C, la totalité des morceaux de PET a disparu laissant place à un solide blanc légèrement suspendu en solution. Le brut réactionnel est filtré sur Buchner afin de retenir la matière non réagie, le milieu récupéré contient le DET, le monoéthylène glycol produit de la réaction de dépolymérisation ainsi que la base mise en réaction initialement et le solvant. Le DET (400 g) est récupéré sous forme de solide pâteux suite à l’évaporation des solvants réactionnels et est lavé par de l’éthanol.A quantity (500 g) of PET pieces from different sources (food trays, water bottles, etc.) 3L of ethyl acetate and 49.22 g of sodium methoxide corresponding to a molar ratio of 35% of sodium methoxide compared to the PET introduced 300 mL of ethanol are added to the pieces. The reaction starts instantly. After 30 minutes of reaction at 70°C, all of the PET pieces have disappeared, giving way to a white solid slightly suspended in solution. The reaction crude is filtered through a Buchner in order to retain the unreacted material, the recovered medium contains the DET, the monoethylene glycol product of the depolymerization reaction as well as the base reacted initially and the solvent. The DET (400 g) is recovered in the form of a pasty solid following the evaporation of the reaction solvents and is washed with ethanol.
EXEMPLE 4 : Taux de conversion en fonction du temps et de la températureEXAMPLE 4: Conversion rate as a function of time and temperature
Le tableau 1 présente l’effet du temps de réaction et de la température sur le taux de conversion du PET en DMT.Table 1 shows the effect of reaction time and temperature on the conversion rate of PET to DMT.
Les conditions réactionnelles mises en œuvre sont les suivantes : 10 g de PET sont incubés dans une solution de méthylate de sodium (diluée à 25 % dans MeOH) dans un ratio de 20 % (mol :mol PET), en présence de 45ml d’acétate de méthyle.The reaction conditions implemented are as follows: 10 g of PET are incubated in a solution of sodium methoxide (diluted to 25% in MeOH) in a ratio of 20% (mol:mol PET), in the presence of 45ml of methyl acetate.
Tableau 1: Effet de du temps/température sur le taux de conversion Table 1 : Effect of time/temperature on conversion rate
EXEMPLE 5 : Taux de conversion en fonction du type de solvant et d’alcoolEXAMPLE 5: Conversion rate depending on the type of solvent and alcohol
Le tableau 2 présente l’effet du temps de réaction et de la température sur le taux de conversion du PET en DMT.Table 2 presents the effect of reaction time and temperature on the conversion rate of PET to DMT.
Les conditions réactionnelles sont les mêmes que celles de l’Exemple 4.The reaction conditions are the same as those of Example 4.
Le solvant de type ester répond à la formule ci-dessous :The ester type solvent corresponds to the formula below:
Tableau 2 :Effet de la variation du type de solvant/alcool sur le taux de conversion Table 2: Effect of varying the type of solvent/alcohol on the conversion rate
Claims (11)
- une étape de broyage des déchets pour produire des fragments, et
- une étape de dépolymérisation du PET en ester de téréphtalate et monoéthylène glycol (MEG), en présence :
(ii) d’un solvant polaire du type ester ou étheroxyde cyclique
(iii) d’un alcool choisi parmi un monoalcool ou d’un diol
caractérisé en ce que :
- ladite base est présente en quantité catalytique par rapport à la quantité de PET
- ladite étape de dépolymérisation se fait à température ambiante ou en chauffant jusqu’à 70°C pendant une durée comprise entre 1 minute et 4h.
- a step of grinding the waste to produce fragments, and
- a step of depolymerization of PET into terephthalate ester and monoethylene glycol (MEG), in the presence:
(ii) a polar solvent of the cyclic ester or etheroxide type
(iii) an alcohol chosen from a monoalcohol or a diol
characterized in that:
- said base is present in a catalytic quantity relative to the quantity of PET
- said depolymerization step is carried out at room temperature or by heating up to 70°C for a period of between 1 minute and 4 hours.
dans lesquelles R1et R2sont identiques ou différents et sont choisis parmi un aryl CnH2n , alkyl CnH2n+1ou CnH2n-1avec n = 1 à 10Process according to one of the preceding claims in which said ester-type polar solvent corresponds to one of formulas A or B:
in which R1and R2are identical or different and are chosen from an aryl CnotH2n , C alkylnotH2n+1Or VSnotH2n-1with n = 1 to 10
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