بطری-پلی اتیلن ترفتالات

پلاستیک‌ها یکی از اختراع‌های مفید بشر هستند که از ابتدا عمدتاً از نفت تهیه می‌شوند. این مواد پلیمری ضدآب بوده و به راحتی شکل می‌گیرند پلاستیک‌ها از نظر مقاومت به گرما دو نوع‌اند. نوع اول کم‌تر مقاوم بوده و پس از شکل‌گیری نخست، در صورت گرم شدن مایلند به حالت اولیه‌ی خودشان که معمولاً یک صفحه‌ی صاف است برگردند (به این حالت حافظه‌ی پلاستیک می‌گویند). نوع دوم به گرما بسیار مقاوم است و در صورتی که دوباره گرم شود ذوب نمی‌شود و نمی‌توان آن را دوباره شکل داد.
بیش‌تر بطری‌ها از جنس پلی اتیلن و پلی اتیلن ترفتالات (PET) هستند و دلیل آن مقاومت بالا، نفوذپذیری بسیار کم و فرآیندپذیری این ماده است. بطری‌ها در بسته‌بندی موارد زیادی از جمله آب معدنی، نوشابه‌های گازدار، لوازم آرایشی- بهداشتی و... مصرف دارد.

نحوه تولید
PET اسید ترفتالیک خالص (PTA) در واحدی به همین نام طی فرآیندی از پارازایلین بدست می آید. در واحد PTA با اکسید کردن پارازایلین در مجاورت هوا و طی مراحل مختلف و نهایتاً شسته شدن با اسید استیک محصولی به بنام اسید ترفتالیک خالص بدست می آید. شکل ظاهری این محصول علیرغم اینکه اسم آن با اسید شروع می شود به صورت پودرهایی در اندازه 40 تا 200 میکرون است اسید ترفتالیک در واحد دیگری طی یک فرآیند شیمیایی با اتیلن گلیکول ترکیب شده و نهایتاً پلی اتیلن ترفتالات یا PET بدست می¬آید. شکل ظاهری این محصول شبیه چیپس است و گرید¬های مختلفی دارد که گرید بطری و گرید الیاف آن در واحد PET مجتمع¬های پتروشیمی تولید می شود. در واقع این چیپس¬ها در صنایع پایین دستی ذوب شده و طی فرآیندهای شیمیایی به محصولات پلاستیکی تبدیل می شوند.

PET در حالت خاص يك ماده آمورف شيشه اي شكل است و چنانچه تحت تاثير مستقيم مواد افزودني و اصلاح كننده قرار گيرد ساختار بلوري پيدا مي كند .مطالعات و اختراعات انجام شده توسط شركت دوپونت آمريكا بر روي الياف و كاربردهاي گوناگون پلي استر، سهم PET را به بيش از 50درصد از الياف مصنوعي در سطح جهان رسانده است .PET به تنهايي و يا به صورت مخلوط با پشم يا پنبه جهت بهبود خواص مقاومت در برابر چين و چروك، پوشش، شستشوي پارچه و البسه استفاده مي شود. تا قبل از سال 1950،PET به عنوان يك فيلم نيز معرفي و توسعه داده شده بود و براي استفاده در صنايع فيلم سازي از قبيل فيلم هاي ويدئو، اشعهx ، فيلم عكاسي و بسته بندي هاي انعطاف پذير استفاده مي و سسپس جهت استفاده در صنايع بسته بندي به وسيله روش¬هاي شكل دهي تزريقي و اكستروژن با الياف شيشه تقويت و اصلاح شده و در اوايل سال1970 PET توسط تكنولوژي شكل دهي دمشي، كشيده شد و اولين ساختار مولكولي سه بعدي آرايش يافته به طور سريع جهت توليد بطري هاي با وزن بسيار كم ،انعطاف پذير با استحكام بالا بهره برداري شد. پلي استرها به وسيله واكنش اسيد و باز در حضور كاتاليست توليد مي شوند . مرحله كليدي فرآيند پليمري شدن ثانويه كه در فاز جامد رخ مي دهد ادامه پيدا خواهد كرد. مواد اوليه جهت توليد PET اسيد ترفتاليك خالص و اتيلن گلايكول است كه از نفت خام استخراج مي شوند. وقتي كه مواد اوليه با همديگر مخلوط مي شوند و تحت تاثير حرارت و فشار ثابت قرار مي گيرند اولين محلول به نام مونومر(بيس هيدروكيسي اتين ترفتالات )با پليمرهاي جرم مولكولي پايين بنام اليگومر مخلوط شده سپس واكنش پيش مي رود وآب خارج مي شود و پليمر PET شكل مي گيرد. در اين مرحله PET يك مذاب ويكسوز بوده كه توسط اكسترودر، اكسترود شده و پس از خنك شدن با آب و بدون املاح به شكل يك ماده آمورف شيشه اي و شفاف به دست مي آيد. بعضي از مواد پلي استري PET با استفاده از تكنولوژي بر پايه دي متيل ترفتاليك (DMT) نيز توليد مي شوند. براي توليدPET با جرم مولكولي بالا نياز به مرحله دوم پليمري شدن دارد كه در قسمت ssp يا پليمري شدن در حالت جامد و دماي پايين انجام مي گيرد. در اين عمليات به طور عمده تمام مواد ناخالص و فرار از قبيل استالدئيد، گلايكول و آب، آزاد و خارج مي شوند. جرم مولكولي بالا براي بهبود خواص مكانيكي، افزايش استحكام، مقاومت در برابر خزش هم زمان با انعطاف پذيري كافي به منظور مقاومت در برابر خزش هم زمان، با انعطاف پذيري كافي به منظور مقاومت در برابر شكست و ترك ناشي از فشار بسيار لازم و ضروري است. وقتي كه پليمر شكل مي گيرد خالص سازي آن بسيار سخت و دشوار خواهد شد بدين جهت خالص سازي مواد در هنگام توليد از پارامترهاي بسيار مهم و كليدي براي رسيدن به كيفيت مطلوب پليمر جهت بسته بندي مواد غذايي است. فرايند تقطير در خلاء به آساني اتيلن گلايكول را خالص سازي مي¬كند ضمن اينكه ترفتاليك اسيد توسط بلوري شدن متوالي از حلال ها خالص سازي مي شود .چنين موادي با خلوص و جرم مولكولي بالا براي كاربردهاي بسته بندي مواد غذايي مورد نياز است . كاتاليست ها با غلضت هاي كم جهت تسريع واكنش و تضمين اقتصادي طرح ها استفاده مي شود. كاتاليست هاي رايج، تري اكسيد آنتيموان هستند. البته نمك هاي تيتانيومي، ژرمانيم، كبالت منگنز، منيزيم و روي نيز استفاده مي شوند و به شكل كپسول هاي با اندازه هاي بسيار كوچك و ريز در ماتريس پليمر و يا خود زنجير پليمر باقي مي ماند.
نام پلی استر آنجا که کاربری آن در الیاف مصنوعی (بیشتر از 60 درصد سهم بازار) مورد نظر است به کار می رود و نام پلی اتیلن ترفتالات PET پت بیشتر به کاربری آن در صنایع غذایی- بهداشتی (بیشتر از 30 درصد سهم بازار) اشاره دارد.
پلی اتیلن ترفتالات PET پت به دو صورت بی شکل (شفاف) و کریستالایز (مات) تولید می شود.
بازار ساخت بطری‌های PET بسیار داغ بوده و در سال‌های گذشته روندی رو به رشد داشته است. این بطری‌ها به علت شفاف بودن و نفوذ پذیری کم‌تر، مرغوب‌تر بوده و به لحاظ میزان مصرف با بطری‌هایی از جنس پلی‌وینیل کربن یا پلی‌وینیل اتانول (PVC) رقابت می‌کنند. ولی اقبال عمومی از بطری‌هایPET به علت توان بازیافت آن‌ها رو به رشد است. بطری‌های PET در کشورهایی مثل چین، هند و پاکستان و به تازگی در کشور ایران به میزان زیاد تولید می‌شوند.

ویژگی ها
سختی، استحکام بالا، تحمل در برابر فشار و مقاومت در برابر عبور گاز دی اکسید کربن از ویژگی های پلی اتیلن ترفتالات PET پت محسوب می شود.

موارد مصرف

• پلی اتیلن ترفتالات PET پت به صورت عمده در دو دسته الیاف مصنوعی و صنایع غذایی-بهداشتی مورد استفاده قرار می گیرد.
• الیاف مصنوعی (synthetic fibers): بیشترین کاربرد پلی اتیلن ترفتالات PET پت در تولید الیاف مصنوعی است که پس از پلی اتیلن PE و پلی پروپیلن PP سومین حجم تولیدات پلیمری را به خود اختصاص می دهد؛ الیاف پلی استر به صورت گسترده در صنعت نساجی (پارچه های لباس، پرده، مبلمان، ملحفه و ...)، الیاف داخل بالشت و تشک، الیاف به کار رفته در لاستیک اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرند. الیاف پلی استر به صورت مخلوط با الیاف طبیعی (پشم و پنبه) جهت ایجاد حس طبیعی بیشتر نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
• از جمله نام های تجاری الیاف مصنوعی می توان به داکرون، دیولن، ترگال، تریلن و ترویرا اشاره کرد.
• صنایع غذایی بهداشتی: پلی اتیلن ترفتالات PET پت به علت ویژگی شفافیت، وزن کم و سختی آن در تولید بطری آب های گازدار و معدنی، آبمیوه و نوشابه های گازدار، پریفرم، ظروف سس و روغن، ظروف مخصوص غذاهای آماده با قابلیت فریز و گرمای مجدد، بسته بندی دارو و لوازم آرایشی استفاده می شود.

ماهيت فيزيكي PET
PET خواص فيزيكي و مورفولوژي بسيار خوبي از خود نشان مي دهد . PET يك پليمر نيمه بلوري است و وقتي تا دماي بالاتر از 72 درجه سانتي گراد گرم مي شود از حالت شيشه سخت به حالت لاستيكي كش دار تبديل مي شود به طوري كه زنجيره هاي مولكولي را مي توان به طور يك بعدي يا دو بعدي آرايش داده و به شكل ليف، فيلم و بطري تبديل كرده و در صورتي كه پليمر در حالت كشيده، سريع سرد شود زنجير هاي مولكول بدون حركت با همان آرايش مولكولي باقي مي¬مانند. پليمر در حالت كشش فقط يكبار سخت و محكم مي شود و خواص مطلوب را در بطري PET ايجاد مي كند. چنانچه PET كشيده شده در دماي بالاي c75 نگه داشته شود و به طور آهسته بلوري شده و پليمر به شكل مات، سفت، محكم و با انعطاف پذيري كمتر در مي آيد كه به آن PET بلوري يا CPET گفته مي شود. اين شكل از پليمر قابليت تحمل دماهاي بالاتر را دارد. تكنيك تثبيت حرارتي نيز در بهبود خواص تجعد (چين دار) و مقاومت شستشوي الياف پلي استر به كار برده مي شود. اعمال تغيرات توسط هر كدام از تكنيك ها، گستره وسيعي از محصولات پلي استري كه همگي داراي فرمول شيميايي پايه مشابهي هستند براي ما توليد مي كنند. PET تا كنون به عنوان يك ماده ساده توصيف شده در صورتي كه اصلاحات زيادي جهت توسعه خواص ويژه آن انجام شده است و براي كاربرد در انواع بسته بندي ها و تجهيزات توليدي خاص معرفي شده است. اين اصلاحات يك ماهيت شيميايي دارند كه با انجام دادن آنها اشكال مختلف ساختمان بلوري ايجاد مي شود. براي مثال وجود كومونومرهايي مثل ايزوفتاليك اسيد يا 1 و 4 سيكلوهگزادي متانور در پليمر PET با غلظت هاي كم نرخ بلورينگين را كاهش مي دهد و امكان توليد ديواره هاي بطري صفحات و فيلم هاي ضخيم تر را مي دهد. براي نمونه بطري هاي ضخيم تر و سنگين تر در سيستم هاي ظروف با قابليت پر كردن مجدد استفاده مي شود. همچنين افزايش درصد بلورينگي جهت محدود كردن حركت و جلوگيري از تغيير شكل در درجه حرارت هاي بالا همچون سيني هاي غذا مورد استفاده در ماكرويو و اجاق گاز ضروري است. در اين حالت از عوامل هسته زا يا تسريع كننده بلوري شدن٬ همچون جرم مولكولي بالا به كار برده مي شوند. رنگدانه ها با غلظت بسيار كم معمولاً كمتر از (ppm500 )براي بعضي از انواع تجاري PET مورد استفاده قرار مي گيرند٬ آنها همانند كاتاليست ها به صورت كپسول هاي بسيار ريز در ماتريس پليمر و يا به صورت متصل در زنجيره هاي مولكولي قرار مي گيرند .آنهاد در حين فرايند پليمري شدن و يا در حين توليد صنايع پايين دست اضافه مي شود و فرايند جداسازي و استخراج آنها بسيار دشوار است. سه كاربرد عمده PET در بسته بندي شامل ظروف و بطري٬ پارچ٬ لوله ها٬ ورقه هاي نيمه سخت براي شكل دهي حرارتي (سيني ها) و فيلم هاي نازك آرايش يافته كيسه ها٬ لفاف بسته بندي٬ غذاهاي سر پايي است. بطري هاي PET توسط فرايند شكل دهي دمشي-كششي٬ يكي از فرايند هاي پيشرفته با ايجاد حداكثر خواص ويژه براي PET توليد مي شوند. انتخاب دماي دمشي بهينه براي رسيدن به خواص مطلوبPET بسيار مهم و حياتي است. مقاومت ضربه اي٬ شفافيت٬ سفتي٬ نفوذ ناپذيزي گازها، خزش و ديگر پارامترهاي در حين فرايند شكل دهي بهينه سازي مي شوند. درفرايند توليد ورق هاي نيمه سخت و شفافPET ٬كه براي توليد اشيا گوناگون به روش شكل دهي حرارتي استفاده مي شود، در ابتدا چيپس هاي PET توسط اكسترودر ذوب و پس از خنك كردن و كمپرس كردن به وسيله غلتك هاي مخصوص٬ به شكل ورق در مي آيد. ورق هاي توليد شده PETشكل مي گيرند و قطعات و كالاهاي مورد نياز توليد مي¬شوند. فيلم هاي نازك و آرايش يافته PET به علت ايجاد خواص خوب و مناسب در مادهPET ٬ تقاضاي توليد و كاربرد از آن ايجاد كرده است. خواص حرارتي بسيار خوب فيلم هايPET ٬ امكان فرايند شدن و استفاده از آن در دماهاي با گستره وسيع دمايي (70 الي 150درجه سانتيگراد )را ايجاد مي كند٬ طوري كه اغلب فيلم هاي بسته بندي متعارف را پوشش مي دهد. اين مواد براي بسته بندي غذاهاي آماده٬ پوشش و چفت كردن ظروف قابل استفاده در ماكروويوها، مايعات با دماي بالا بسيار مناسب هستند. فيلم هاي PET با داشتن اثرات شيميايي خنثي مقاومت خوب در برابرنفوذ گازها٬ اهميت ويژه اي براي كاربرد در صنايع غذايي-دارويي كسب كرده است٬ همچنين براي فرايندهاي استريليزاسيون و ضد عفوني كردن توسط بخار٬ اكسيد اتيلن و اشعه مي توان آنها را مورد استفاده قرار داد. يكي از خواص ويژه PET كه آن را نسبت به ديگر مواد پلاستيكي در ارجحيت قرار داده ٬ مصرف مجدد (بازيافت) آن و ضريب نفوذ بسيار كم به مقدار حدود 100 تا از اين فاكتور ضريب نفوذ كمتر از ديگر مواد است٬ اين بدين معني است كه نفوذ آلودگي ها به درون PET و به مواد خوراكي از طريق PET بسيار سخت و دشوار است. هيچ گونه قانوني به طور مستقيم در اروپا وجود ندارد كه به طور خاص با اين موضوع سر و كار داشته باشد. براي مواد پلاستيكي بازيافت شده اجازه كاربرد در صنايع بسته بندي مواد غذايي داده نمي شود.

مزایا و معایب استفاده از PET
مزیت استفاده از بطری های PET این است که درب بطری به راحتی با می شود و قابلیت بسته شدن مجدد را دارد و همچنین سبک و ارزان قیمت هستند. PET به طور ذاتی مشخصات پلاستیک های زیست تخریب را دارد و در مدت دو سال در زیر خاک بیش از 30 در صد آن تخریب می شود که بازیافت PET و تبدیل آن به محصولات قابل مصر ف راه حل مناسب تری است. این مواد با اینکه در صد وزنی کمی از کل ضایعات جامعه (حدود 7 درصد) را تشکیل می دهند ولی به علت چگالی کم، حجم بالایی حدود 30 درصد کل ضایعات را در بر دارند. به طور معمول حدود 800 کیلوگرم زباله در هر متر مکعب فضای دفن جای می گیرد در حالیکه یک متر مکعب فضای دفنی تنها می تواند 35 کیلو گرم بطری را در خود جای دهد.

بازگشت به صفحه دانستنی های علمی