پلی اتیلن ترفتالات (POLYETHYLENE TEREPHTHALATE – PET)چیست ؟
پلی اتیلن ترفتالات (PET) یک پلیمر ترموپلاستیک از خانواده پلی استرها ست که به روش پلیمریزاسیون مرحله ای از واکنش بین اسید ترفتالیک خالص (PTA) و مونو اتیلن گلیکول (MEG) تولید می گردد.
دمای انتقال شیشه این پلیمر حدود Cº 80 می باشد. تنوع زیادی در ویژگی های این پلیمر، بسته به کاربرد و نحوه جهت یافتگی زنجیرهای پلیمری مشاهده می شود.
این پلیمر در دمای حدودCº255 ذوب می شود و در صورتیکه سریع سرد شود تقریبا به صورت کاملا آمورف در آمده و چگالی آن در حدودgr/cm31.33 خواهد بود.
بدلیل حرکت های آهسته ملکولی، بلورینگی در حدود دمایCº80 آغاز می شود و در دمای Cº 130 چگالی آن به مقدارgr/cm3 1.37 افزایش می یابد. همچنین با جهت یافتگی مناسب و اعمال گرما چگالی تا gr/cm3 1.40 افزایش می‌یابد .
پلیمر پلی اتیلن ترفتالات
پلی اتیلن ترفتالات پلیمری است که در اغلب کشور ها برای تولید الیاف پلی استر ۷۰% رزین بطری ۲۲% فیلم ۶% و رزین های پلی استر مهندسی ۲% بکار رفته، ولی در ایران این پلیمر بیشتر برای ساخت انواع بطری های آشامیدنی استفاده می شود.
با توجه به مقاومت بالای این بطری ها در برابر شکستگی ، دما و نفوذ گازها ، دارا بودن وزن کم و ارزان بودن قیمت نسبت به سایر مواد بسته بندی همچون شیشه و فلز ، تولید بطری های پلاستیکی از این رزین کاربرد گسترده ای پیدا کرده است.
که بالتبع موجب ورود بطری های PET مصرفی به جریان زباله های شهری می گردد. بالا بودن حجم این بطری ها نسبت به وزن، که فضای زیادی را در هنگام حمل و نقل و دفن به خود اختصاص می دهند و تجزیه بسیار طولانی آن در طبیعت (حدود 300 سال) ، باعث گردیده تا مسئله بازیافت این بطری ها، بخصوص در سال های اخیر توجه همگان را به خود جلب نماید.
بر طبق برخی گزارشات، تقاضای جهانی برای پت حجم تولید سالیانه‌ای بالغ بر ۵۶ میلیون تن را در پی داشته است. در ایران شرکت پتروشیمی شهید تندگویان تولید کننده انواع گریدهای پلی اتیلن ترفتالات می باشد .
تولید پلی اتیلن ترفتالات (پت PET )
پلی استرها توسط واكنش دو عاملی اسیدها و الكل ها در حضور یك كاتالیست فلزی تولید می شوند. مرحله پلیمریزاسیون كلیدی به عنوان یك واكنش تغلیظ، كه مولكولها واكنش داده و آب آزاد می شود ، شناخته شده است كه این توسط واكنش دوم پلیمریزاسیون كه در فاز جامد رخ می دهد دنبال می شود.
واسطه های كاربردی در تولید پت ، ترفتالیك اسید خالص و اتیلن گلیكول می باشند كه از مشتقات نفت خام هستند. در زمان حرارت دادن مواد با یكدیگر،
اولین محصولی كه تولید می شود منومر است ( پایه هیدروكسی اتیل ترفتالات ) كه با پلیمرهای با وزن مولكولی پایین مخلوط شده ( الیگومر) سپس مخلوط واكنش داده و اتیلن گلایكول مازاد به صورت تقطیری خارج و PET تشكیل می شود .
پت در این مرحله به صورت یك مایع ویسكوز مذاب است كه با فشار خارج شده و توسط آب خنك شده و به فرم مواد بی شكل شیشه ای در می آید. گاهی پت بر مبنای دی متیل استر از فتالیك اسید نیز تولید می شود. پت با وزن مولكولی بالا توسط مرحله دوم پلیمریزاسیون به صورت جامد در دمای پایین تولید می شود.
این روش باعث از بین رفتن تمام ناخالصی های فرار نظیر استالدهید ، گلیكول آزاد و آب می شود. در تهیه PET رسیدن به وزن مولكولی بالا برای ایجاد خصوصیات میكانیكی، سختی و مقاومت خزشی ضروری است تا انعطاف كافی در برابر شكستن داشته باشد.
خالص سازی پلیمر پلی اتیلن ترفتالات
خالص سازی پلیمر تشكیل شده خیلی مشكل می باشد به همین دلیل مواد اولیه رمز دستیابی به كیفیت بالای پلیمر برای بسته بندی مواد غذایی است. اتیلن گلایكول به راحتی توسط تقطیر خلاء و اسید توسط تكرار بلورینگی از حلال خالص سازی می شود. چنین موادی با خلوص و وزن مولكولی بالا برای بسته بندی كاربردی مواد غذایی لازم اند.
كاتالیزورها در غلظت های خیلی كم به منظور توسعه واكنشها و تضمین كاربری اقتصادی استفاده می شوند. عمومی ترین كاتالیزور تری اكسید آنتیمونی است اما نمك های از تیتانیوم ، ژرمنیوم ، كبالت ، منگنز ، منیزیم و روی هم گاهی استفاده می شود که مقدار ناچیزی از آن در درون قالب پلیمر یا در خود زنجیره پلیمر باقی می ماند.
طبقه بندی
پت به عنوان یك پلیمر semi – crystalline طبقه بندی شده و زمانی كه حرارت داده می شود در دمای بالاتر از 72C از حالت سخت شیشه ای به فرم الاستیكی تغیر پیدا می كند. زمانی كه زنجیره های مولكولی پلیمر كشیده شده و در یك راستا قرار می گیرند به فرم رشته ها و یا در دو جهت به شكل فیلم ها و ورقه ها در می آیند.
اگر مواد مذاب سریعا سرد شوند در حالیكه همچنان در حالت كشش نگه داشته شوند زنجیره ها به صورت جهت دار منجمد شده و سالم باقی می مانند. قرار گرفتن در حالت كشش باعث بروز خصوصیت استحكام می شود. ( خصوصیاتی كه در بطری های PET مشاهده می شود.)
اگر پت در فرم كشیده شده در دمای 72C نگه داشته شود و به آهستگی بلورینه شود مواد رو به مات شدن میل می كنند، در نتیجه سختی بیشتر و انعطاف كمتر حاصل می شود. (بعدها آن به عنوان crystalline PET شناخته شد) این فرم قادر است دماهای بالاتر را تحمل كند و می تواند در تولید سینی و ظروف با تحمل درجه حرارت ملایم گاز استفاده شود.
این تكنیك heat setting می باشد كه اغلب خصوصیت مقاومت شستشو و چروك منسوجات پلی استر را بهبود می بخشند. اصلاح ما بین هر یك از این فرم ها یك محدوده وسیع از محصولات متفاوت را تولید می كند كه تمام گونه ها از همان فرمول شیمیایی اصلی پت می باشند.
انواع پت
پلی اتیلن ترفتالات در صنعت نساجی به عنوان پلی‌استر مورد خطاب قرار می‌گیرد. در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی و آشامیدنی، از آن به عنوان PET یا رزین PET یاد می‌شود. در گذشته نوعی دیگر با عنوان PET-P و در صنعت پوشاک به کار گرفته می‌گردید که امروزه تقریباً استفاده از آن متوقف گردیده است.
پت (PET) و چاپ سه بعدی
پت پلیمری بی‌نظیر جهت کاربردهای چاپ سه بعدی قلمداد می‌شود. به دلیل استحکام و انعطاف‌پذیری بالا از آن در ساخت پیش‌نمونه‌ی محصولات استفاده می‌گردد. در حقیقت، در ساخت قطعات مکانیکی و برخی تجهیزات الکترونیکی و
کاربردهایی که در آنها ترکیب توأم مقاومت و انعطاف‌پذیری مورد نیاز باشد، پت گزینه‌ای است بی‌همتا. نسبت به ABS و PLA، پت بوی ناخوشایند کمتری در حین فرآیند چاپ سه بعدی تولید می‌کند.
پت (PET) و ماشین‌کاری CNC
در مواقعی که چاپگر سه بعدی به دلیل اِعمال تنظیمات جهت موادی خاص (مثلاً ABS) تنظیم گردیده است، می‌توان از ورقه‌های پت و ماشین‌کاری CNC در ساخت پیش‌نمونه‌ی محصولات بهره برد.
پت (PET) و قالب گیری تزریقی
پت به وفور در صنعت تزریق پلاستیک و به شکل خرده‌های پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل طبیعت رطوبت‌گیرِ پت، پیش از عملیات تزریق می‌بایست آن را توسط تجهیزاتی چون گازگیر رطوبت‌گیری نمود.
آب‌رفتن و کوچک شدن پت در حین فرآیند تزریق بسیار ناچیز و کمتر از کسری از یک درصد می‌باشد که البته بسته به مواردی چون فشار تزریق، دمای ذوب، ضخامت قالب، دمای قالب و نوع افزودنی‌ها متغیر خواهد بود.
مزایای پلی اتیلن ترفتالات
پت ماده‌ای است یگانه از آن جهت که نسبت به آب، مواد غذایی و مواد شیمیایی واکنشی نشان نمی‌دهد، از نسبت استحکام به وزن بالایی برخوردار می‌باشد و نیز در مقابل خردشدن کاملاً مقاوم است. مانعی ایده‌آل در مقابل رطوبت می باشد و کاملاً قابل بازیافت و فرآیند بازیافت آن ساده است.
ترکیب این ویژگی‌ها به علاوه قیمت پایین و وفور آن سبب گشته است که پت به گزینه‌ای بلامنازع در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی و آشامیدنی بدل گردد.
در صنعت نساجی نیز، پلی‌استر، به دلیل مقاومت و انعطاف‌پذیری میتواند در ترکیب با موادی چون پنبه جهت جلوگیری از آب‌رفتن پارچه و افزایش مقاومت آن نسبت به خوردگی مورد استفاده قرار گیرد.
بررسی سمیت پلی اتیلن ترفتالات پت
پت به صورت بیولوژیكی خنثی ، به صورت جلدی مطمئن برای در دست گرفتن می باشد. اگر بلعیده و یا استنشاق شود خطرناك نمی باشد. در مطالعات تغذیه ای صورت گرفته بر روی حیوانات هیچ مدركی مبنی بر سمیت ماده مورد نظر یافت نشده است.
نتایج منفی از تستهای Ames و مطالعه بر روی DNA سنتزی (غیر قابل برنامه ریزی شده ) نشان داد كه پت سمیتی بر روی ژنها ندارد.
مطالعات مشابه بر روی منومرها و تركیبات واسطه پت نشان می دهد كه این مواد به صورت ضروری سمی نیستند و هیچ تهدیدی برای انسان در بر ندارد. یكی از مواد ویژه كه در سطح وسیع استفاده شده ، تری اكسید آنتیموان است كه باعث سرطان می شود.
به هر حال مطالعات كامل بر روی تغذیه حیوانات نشان داد كه هیچگونه ریسكی ناشی از استفاده آنتیمونی در تولید پت وجود ندارد.
بازیافت پت
پت تقریبا توسط تمامی روش های اصلی بازیافت از مکانیکی تا شیمیایی می تواند بازیافت شود اما بازیافت مکانیکی آن متداولتر می باشد. در هر صورت مشکلاتی در زمینه بازیافت آن وجود دارد. برای مثال لیبل های چسبیده شده به بطری ها میتواند باعث تغییر رنگ و کاهش شفافیت آنها در حین بازیافت گردد.
یا به دلیل حساس بودن این ماده به رطوبت، هرگونه رطوبت باقی مانده میتواند منجر به تخریب شود و تخریب نیز باعث زرد شدن و تغییر خواص مکانیکی است. پت هم چنین از طریق پیرولیز نیز قابل بازیافت است که باعث تولید کربن فعال می شود.
نکاتی کوتاه در مودر بازیافت پت
پت بازیافتی به دلیل حساسیت به پی وی سی نیاز به جداسازی بالایی دارد البته این موضوع در تمام خطوط بازیافت پت در سراسر دنیا بایست رعایت شود. در هر صوررت برای رسیدن به پرک بازیافتی با کیفیت بالا حتما باید از خط هات واش با جداساز لیبل استفاده کرد.
پت بازیافتی تنها پلاستیکی است که شاخصی برای میزان آلودگی دارد که به آنppm گفته می شود که مخفف یک واحد در میلیون است. وقتی می گوییم پرک پت ۳۰۰ ppm پی وی سی دارد، منظور از این شاخص این است که میزان آلودگی در یک تن پت باید ۳۰۰ گرم باشد.
این آلودگی در کاربرد های غذایی مثلا تولید بطری از بطری بازیافتی یا اصطلاحات bottle to bottleباید زیر ۱۰ ppm باشد. برای کاربردهای الیاف باید بین ۲۰۰-۵۰۰ ppm باشد. طبیعتا هر چه آلودگی کمتر باشد از ارزش بیشتری برخوردار می باشد و قیمت بالاتری در بازار دارد.
