PET bottle life cycle and NIR heating technology
PET Technologies
European manufacturer of PET stretch blow molding equipment and blow molds
The global PET containers market is expected to grow annually at 5.3% CAGR between 2022 and 2023. It will increase from USD 73,1Bn to USD 122, 4 Bn, according to the Future Marketing Insights report. More than 500 billion PET bottles are used globally to pack different products. Unlike other types of plastic, PET is 100% recyclable.
NIR radiation is applied to various stages of PET bottle lifecycle: from pallets and preform injection to bottle blow molding and its recycling. The global trend to switch to rPET contributes to it. We will see why.
IR radiation & thermoplastic polymers
PET, or plastic #1 according to recycling symbol, is a thermoplastic polymer belonging to the polyester group. It is fully recyclable and widely used to produce bottles for beverages and jars for food, containers for vegetable oil and vinegar, household chemicals and cosmetics.
Polyethylene terephthalate is often recycled into fibers, sheets, fabrics and definitely in new PET packaging. In natural state, the resin is colorless, semi-crystalline, highly flexible. Once processed, it can be semi-rigid and rigid.
Being thermoplastic polymer, heat impact leads to its softening and deformation. In bottle manufacturing, a PET preform once heated and passed to the mold, takes the shape of the latter. Thus, it is difficult to overestimate the importance of the heating system of reheat PET stretch blow molding machine and lamps in particular.
Infrared lamps emit a wide range of frequencies. There are 3 types of infrared radiation:
NIR lamps & bottle blow molding
Different wavelengths interact with different compounds in different ways. Each type is defined either by the source of light to trigger an interaction between constituent wavelengths and compounds present in the sample, or the electromagnetic spectrum field analyzed. IR and NIR Spectroscopy both fall into the latter category.
Both IR and NIR Spectroscopy use spectral data to characterize matter. The main difference is the field of the electromagnetic spectrum studied. NIR Spectroscopy focuses on the 714 nm to 2500 nm range. This is just outside the range normally visible to the naked eye.
Found in the 19th century, the near infrared energy found its industrial application only in the mid-20s century. Is was used as add-on unit for other optical devices. In the 21st century its application expanded to PET stretch blow molding. PET Technologies is among the leaders in the field.
Near infrared radiation perfectly penetrates PET and reheats PET preforms. In fact, the radiation in the NIR range can penetrate the PET samples completely to a depth. Beer-Lambert Law is the main principle and the basis for the different methods of spectrophotometry, including NIR spectroscopy. According to it, the amount of light absorbed by a sample (in our case, it is PET preform) is directly related to the volume of sample the light passes through and the concentration of the sample.
The importance of NIR technology is difficult to overestimate for manufacturing of such PET bottles as:
The heating process is faster in comparison with the conventional infrared (IR) system. It reduces energy consumption and permits to design a smaller (shorter) heater of the PET stretch blow-molding machine. The equipment has smaller footprint and is easier to transport.
Case study
PET Technologies with 24 years of experience in the industry was among the first companies that adapted NIR heating to the linear PET stretch blow molding machines. The innovative series of blow molders APF-Max is among the first SBM machines of linear type where it was implemented!
It is compact and has a user-friendly concept. The machine has high output while its dimensions are more compact.
The advantages of NIR heating system for PET bottles production:
Automatic temperature regulation is on the top of the story.
NIR radiation & recycling
There is a range of controversies regarding the use of colored (of any other color but for transparent and transparent blue) PET bottles. They have been banned by law in India and South Korea. There are similar discussions in other countries.
In contrast, the European PET Bottle Platform Technical Committee states that transparent colored PET bottles should not be banned. They increase the total value of PET bottle recycling.
Near Infrared (NIR), in combination with optical sorting, is an efficient and quick way to sort PET bottles automatically by color. Once sorted they are 100% recyclable and reusable for different applications. Additional sorting by individual color (e.g., green or amber) is also possible. It additionally increases the rPET value.
NIR & rPET
Finally, this recycled PET bottle is used again to produce a new PET bottle. This can repeat unlimited number of times. They are both eco-friendly and transparent, resistible and flexible. Recycled PET uses 79% fewer greenhouse emissions and less energy than the virgin one.
Some other environmental benefits it has:
Still, not all blow molding machines are capable to process preform from rPET due to the technical limitations. They come from the properties and characteristics of the material. Some of the reasons why not all machines are capable to process it:
The whole model range of the reheat stretch blow molding machines developed by PET Technologies is compatible with rPET. Already implemented projects in Europe and Asia, Africa, North and Latin America are a proof.
The role of NIR heating system in bottles blow molding from rPET preform increases with the percentage of recycled content in the sample.
Ciclo de vida de las botellas de PET y tecnología de calentamiento NIR
Se espera que el mercado mundial de envases de PET crezca anualmente a una tasa compuesta anual del 5,3 % entre 2022 y 2023. Pasará de USD 73 100 millones a USD 122 400 millones, según el informe Future Marketing Insights. Más de 500 mil millones de botellas de PET se utilizan en todo el mundo para envasar diferentes productos. A diferencia de otros tipos de plástico, el PET es 100% reciclable.
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La radiación NIR se aplica a varias etapas del ciclo de vida de las botellas de PET: desde palets e inyección de preformas hasta el moldeo por soplado de botellas y su reciclaje. La tendencia mundial de cambiar a rPET contribuye a esto. Veremos por qué.
Radiación IR y polímeros termoplásticos
El PET, o plástico #1 según el símbolo de reciclaje, es un polímero termoplástico perteneciente al grupo de los poliésteres. Es totalmente reciclable y ampliamente utilizado para producir botellas para bebidas y frascos para alimentos, envases para aceite vegetal y vinagre, productos químicos y cosméticos.
El tereftalato de polietileno a menudo se recicla en fibras, láminas, telas y, definitivamente, en nuevos envases de PET. En su estado natural, la resina no tiene color, es semicristalina y muy flexible. Una vez procesado, puede ser semirrígido y rígido.
Al ser un polímero termoplástico, el impacto térmico lleva a su reblandecimiento y deformación. En la fabricación de botellas, una preforma de PET una vez calentada y pasada al molde, toma la forma de éste. Por lo tanto, es difícil sobrestimar la importancia del sistema de calentamiento de la máquina de moldeo por estirado y soplado de PET y de las lámparas en particular.
Las lámparas infrarrojas emiten una amplia gama de frecuencias. Hay 3 tipos de radiación infrarroja:
Lámparas NIR y moldeo por soplado de botellas
Diferentes longitudes de ondaы interactúan con diferentes compuestos de diferentes maneras. Cada tipo se define por la fuente de luz para desencadenar una interacción entre las longitudes de onda constituyentes y los compuestos presentes en la muestra, o por el campo del espectro electromagnético analizado. Las espectroscopias de IR y NIR ambas pertenecen a la última categoría.
Tanto la espectroscopia IR como la NIR utilizan datos espectrales para caracterizar la materia. La principal diferencia es el campo del espectro electromagnético estudiado. La espectroscopia NIR se centra en el rango de 714 nm a 2500 nm. Esto está justo fuera del rango normalmente visible a simple vista.
Descubierta en el siglo XIX, la energía del infrarrojo cercano encontró su aplicación industrial solo a mediados del siglo XX. Se utilizó como unidad adicional para otros dispositivos ópticos. En el siglo XXI su aplicación se expandió al moldeo por estirado y soplado de PET. PET Technologies se encuentra entre los líderes en el campo.
La radiación infrarroja cercana penetra perfectamente el PET recalentando las preformas de PET. De hecho, la radiación en el rango NIR puede penetrar las muestras de PET por completo a toda profundidad. La ley de Beer-Lambert es el principio fundamental y la base de los diferentes métodos de espectrofotometría, incluida la espectroscopia NIR. Según él, la cantidad de luz absorbida por una muestra (en nuestro caso, es una preforma de PET) está directamente relacionada con el volumen de muestra por el que pasa la luz y la concentración de la muestra.
Es difícil sobrestimar la importancia de la tecnología NIR para la fabricación de botellas de PET como:
El proceso de calentamiento es más rápido en comparación con el sistema de infrarrojos (IR) convencional. Se reduce el consumo de energía así se puede diseñar el horno de la máquina sopladora de PET más pequeño (más corto). El equipo ocupa menos espacio y es más fácil de transportar.
Caso de éxito
PET Technologies, con 24 años de experiencia en la industria, fue una de las primeras empresas que adaptó el calentamiento NIR a las máquinas de moldeo por estirado-soplado de PET de tipo lineal. La innovadora serie de las máquinas sopladoras de PET APF-Max ¡está entre las primeras máquinas de este tipo donde se implementó!
Es compacta y tiene un concepto amigable al usuario. La máquina tiene un alto rendimiento mientras que sus dimensiones son más compactas.
Las ventajas del sistema de calentamiento NIR para la producción de botellas de PET:
La regulación automática de la temperatura contribuye aun más.
Radiación NIR y reciclaje
Existe una serie de controversias con respecto al uso de botellas de PET coloreadas (de cualquier otro color excepto el transparente y azul transparente). En India y Corea del Sur están prohibidas por la ley. Hay discusiones similares en otros países.
Por el contrario, el Comité Técnico de la Plataforma Europea de Botellas de PET afirma que las botellas de PET de colores transparentes no deberían prohibirse. Aumentan el valor total del reciclaje de botellas de PET.
El infrarrojo cercano (NIR), en combinación con la clasificación óptica, es una forma eficiente y rápida de clasificar las botellas de PET automáticamente por color. Una vez clasificadas, son 100% reciclables y reutilizables para diferentes aplicaciones. La clasificación adicional por color individual (p. ej., verde o ámbar) se admite también, aumentando el valor de rPET.
NIR y rPET
Finalmente, esta botella de PET reciclada se vuelve a utilizar para producir una nueva botella de PET. Esto puede repetirse un número ilimitado de veces. Son a la vez ecológicas y transparentes, resistentes y flexibles. El PET reciclado utiliza un 79% menos de emisiones de efecto invernadero y menos energía que el virgen.
Algunos otros beneficios ambientales que tiene:
Al mismo tiempo, no todas las máquinas de moldeo por soplado son capaces de procesar preformas de rPET debido a las limitaciones técnicas. Vienen de las propiedades y características del material. Algunas de las razones por las que no todas las máquinas son capaces de procesarlo:
1) Propiedades del material (flujo de fusión, cristalinidad, peso molecular);
2) Desgaste (el rPET contiene impurezas que provocan un desgaste adicional de los componentes de la máquina de moldeo por soplado);
3) Temperatura de fusión y estabilidad térmica (rPET requiere una temperatura de procesamiento más alta debido a sus cambios moleculares durante el reciclaje).
Toda la gama de modelos de máquinas de moldeo por soplado y estirado desarrolladas por PET Technologies están compatibles con rPET. Los proyectos ya implementados en Europa y Asia, África, América del Norte y América Latina lo evidencian.
El papel del sistema de calentamiento NIR en el soplado de botellas a partir de preformas de rPET aumenta en proporción con el porcentaje de contenido reciclado en la muestra.