Polietilen tereftalat

Polietilen tereftalat (bazen poli(etilen tereftalat) olarak da yazılır) eskiden PETP veya PET-P olarak veya genellikle en yaygın PET veya PETE olarak kısaltılan polyester ailesi reçinelerinden bir termoplastik polimer reçinedir. Genelde giysiler için elyaflarda, sıvılar ve gıdalar için kaplarda, üretim için termoformda ve mühendislik reçineleri için cam elyafla birlikte kullanılır.

Polietilen tereftalatın zincir yapısı

Şablon:Chembox Related

Polietilen tereftalat
IUPAC adı
polietilen tereftalat)
Sistematik ad
poli(oksietilenokstereftaloil)
Tanımlayıcılar
Kısaltmalar PET, PETE
CAS numarası 25038-59-9
ChEBI 53259
ChemSpider Hiçbiri
Özellikler
Molekül formülü (C10H8O4)n[1]
Molekül kütlesi değişken (10-50 kg/mol)
Yoğunluk 1.38 g/cm3 (20 °C),[2] amorphous: 1.370 g/cm3,[1] single crystal: 1.455 g/cm3[1]
Erime noktası

250 ([2] 260 °C[1])

Kaynama noktası

350 ((ayrışır))

Çözünürlük (su içinde) pratikte çözülmez[2]
log P 0.94540[3]
Belirtilmiş yerler dışında verilmiş olan veriler, Standart sıcaklık ve basınçtadır. (25 °C, 100 kPa)
Bilgi kutusu kaynakları

Aynı zamanda Birleşik Krallık'ta Terylene marka isimleriyle de anılır. Terylene ismi (poliet)ylene ter(ephthalate) kelimelerindeki "ter" ve "ylene" hecelerinin tersten birleştirilmesinden oluşur ve 1940'lara tarihlendirilir.[4] Rusya ve eski Sovyetler Birliği'nde Lavsan ve ABD'de Dacron markasıyla satılır. Bio-PET PET'in biyo bazlı muadil 'idir.[5][6]

Dünya PET üretiminin çoğunluğu sentetik elyaflar içindir (%60'ın üzerinde) ve şişe üretimi küresel talebin yaklaşık %30'unu oluşturur.[7] Tekstil uygulamaları bağlamında PET genel adı polyester ile anılırken PET kısaltması genellikle ambalajla ilgili olarak kullanılır. Polyester dünya polimer üretiminin yaklaşık %18'ini oluşturur ve polietilen (PE), polipropilen (PP) ve polivinil klorür (PVC)'den sonra en çok üretilen dördüncü polimerdir.

Polietilen tereftalat polikondenzasyon metoduyla üretilir.

PET monomer etilen tereftalatın tekrarlayan (C10H8O4) birimlerle polimerize birimlerinden oluşur.

En önemli kullanım avantajı tamamen geri dönüşebilir olmasıdır. Diğer plastiklerden farklı olarak polimer zincirleri sonraki kullanımlar içinde eski halini alır. PET reçine tanımlama kodu olarak 1 ile ifade edilir.

İşlenmesine ve termal geçmişine bağlı olarak polietilen tereftalat hem amorf (şeffaf) hem de yarı kristal polimer olarak var olabilir. Yarı kristalli malzeme kristal yapısına ve parçacık boyutuna bağlı olarak şeffaf (parçacık boyutu 500 nm 'den az) veya opak ve beyaz (parçacık boyutu birkaç mikrometre'ye kadar) görülebilir.

PET hammadde geri dönüşüm kodu

İnce film olarak üretildiğinde PET sıklıkla alüminyum ile kaplanır; yansıtıcı ve opak bir hale gelir. PET şişeler mükemmel bariyer malzemesi olup özellikle meşrubatlar için çok yaygın kullanım alanı vardır.

Elyaf veya cam partikül dolgulu olduğunda kayda değer bir şekilde sert ve daha uzun ömürlü olur. Monomer bis (2-hidroksietil) tereftalat bir yan ürün olarak suyla tereftalik asit ve etilen glikol arasındaki esterifikasyon reaksiyonu ile sentezlenebilir (bu aynı zamanda yoğunlaşma reaksiyonu) veya transesterifikasyon etilen glikol ile dimetil tereftalat (DMT) arasında bir yan ürün olarak metanol ile reaksiyon yoluyla olur. Polimerizasyon monomerlerin yan ürün olarak suyla (esterleştirme/karşılıklı esterleştirmeden hemen sonra yapılır) polikondansasyon reaksiyonu yoluyla gerçekleştirilir.

Young modülü (E) 2800–3100 MPa
Çekme mukavemeti (σt) 55–75 MPa
Elastik limit 50–150%
Çentik testi 3.6 kJ/m2
Cam geçiş sıcaklığı (Tg) 67–81 °C
Vicat B 82 °C
lineer genleşme katsayısı (α) 7×10-5 K−1
Su emme (ASTM) 0.16
Source[1]

Fiziksel özellikleri

Doğal haliyle PET renksiz, yarı kristal bir reçinedir. Nasıl işlendiğine bağlı olarak PET yarı sert ila sert olabilir ve çok hafiftir. İyi bir gaz ve makul nem bariyeri oluşturmanın yanı sıra solventlere ve alkole karşı iyi bir bariyer (ek "bariyer" işlemi gerektirir) görevi yapar. Serttir ve darbeye dayanıklıdır. PET kloroform ve ayrıca toluen gibi bazı diğer kimyasallara maruz kaldığında beyazlaşır.[8]

Polyester elyaflar haricinde ticari ürünler için yaklaşık %60 kristalleşme üst sınırdır. Berrak ürünler amorf katı oluşturmak için erimiş polimerin Tg cam geçiş sıcaklığı altında hızla soğutulmasıyla üretilebilir.[9] Cam gibi, eriyik soğutulurken moleküllerine düzenli, kristal şeklinde kendilerini düzenlemek için yeterli zaman verilmediğinde amorf Pet oluşur. Oda sıcaklığında moleküller yerinde donar ancak Tg üzerinde ısıtarak içlerine yeterli ısı enerjisi geri verilirse kristallerin çekirdeklenmesini ve büyümelerini sağlayarak moleküller yeniden hareket etmeye başlarlar. Bu yöntem katı hal kristalizasyonu olarak bilinir.

Yavaş soğumaya bırakıldığında erimiş polimer daha kristal bir malzeme oluşturur. Bu malzeme tek bir büyük kristal oluşturmak yerine şekilsiz bir katıdan kristalize edildiğinde birçok küçük kristalit içeren sferulitler'e sahiptir. Işık kristalitler ve aralarındaki amorf bölgeler arasındaki sınırları geçerken dağılma eğilimindedir. Bu saçılma kristalli PET'in çoğu durumda opak ve beyaz olduğu anlamına gelir. Elyaf çekme neredeyse tek kristalli bir ürün üreten birkaç endüstriyel işlemden biridir.

Polietilen tereftalat polardır. Polar olduğundan moleküller arası çekim kuvveti büyüktür. PET Molekülleri lineer ve ağ olmaksızın oluşmaktadır. Bu özelliklerin ikisi de yarım kristal olma hali ve faser hali için şarttır. PET moleküllerinin lineer olması ve ağ oluşturmaması 80 °C bile formunu bozmamasını ve kırılmaya karşı dayanıklı olmasını sağlar.

Kayma ve kaynak olma özelliği iyidir. Yumuşamaya başladığı sıcaklık aşağı yukarı 70 ile 80 °C arasındadır. Kristal haldeyken 140 °C nin üzerine de çıkabilir. Erime noktası (Kristalizasyon derecesi ve polimerizasyon derecesine bağlı olarak 235 ve 260 °C arasındadır.

İçsel viskozite

PET'in en önemli özelliklerinden biri içsel viskozite (IV) olarak adlandırılır.[10]

Malzemenin içsel viskozitesi gram başına desilitre (d/g) cinsinden ölçülen konsantrasyona göreceli viskozitenin sıfır konsantrasyonuna ekstrapolasyonuyla bulunur. İçsel viskozite polimer zincirlerinin uzunluğuna bağlıdır ancak sıfır konsantrasyona ekstrapole edilmesinden dolayı hiçbir birimi yoktur. Polimer zincirleri ne kadar uzun olursa zincirler arasında o kadar fazla dolaşma olur ve bu nedenle viskozite o kadar yüksek olur. Belirli bir reçine partisinin ortalama zincir uzunluğu polikondensasyon sırasında kontrol edilebilir.

PET'in kendine özgü viskozite aralığı:[11]

Elyaf derecesi:

0.40–0.70 Tekstil
0,72–0,98 Teknik, lastik kordon

Film derecesi:

0,60–0,70 BoPET (çift yönlü yönlendirilmiş PET film)
0,70–1,00 termoform için Tabaka kalitesi

Şişe derecesi:

0,70–0,78 Su şişeleri (düz)
0,78–0,85 Gazlı meşrubat sınıfı

Monofilaman, mühendislik plastiği

1,00–2,00

Kurutma

PET higroskopik 'dir yani çevresindeki suyu emer. Ancak bu "nemli" PET daha sonra ısıtıldığında su hidrolize eder PET'in esnekliğini azaltır. Bu nedenle reçine enjeksiyon makinesinde işlenmeden önce kurutulmalıdır. Kurutma PET işleme ekipmanına beslenmeden önce bir kurutucu veya kurutucular kullanılarak gerçekleştirilir.

Kurutucunun içinde sıcak kuru hava reçineyi içeren haznenin dibine basılır böylece sıcak hava peletlerden yukarı akar ve yol üzerindeki nemi giderir. Sıcak nemli hava haznenin üstünden ayrılır ve önce bir son soğutucudan geçirilir çünkü nemi soğuk havadan çıkarmak sıcak havadan daha kolaydır. Ortaya çıkan soğuk nemli hava daha sonra kurutucu bir yataktan geçirilir. Son olarak kurutucu yatağından çıkan soğuk kuru hava bir proses ısıtıcısında yeniden ısıtılır ve kapalı bir döngüde aynı proseslerden geri gönderilir. Genelde reçinedeki artık nem seviyeleri işlemeden önce milyonda 50 parçadan (milyon parça reçine başına su payı, ağırlıkça) az olmalıdır. Kurutucunun kalma süresi yaklaşık dört saatten kısa olmamalıdır. Bunun nedeni malzemenin 4 saatten daha kısa bir sürede kurutulmasının 160 °C'nin üzerinde bir sıcaklık gerektirmesidir; bu sıcaklıkta hidroliz kurutulmadan önce peletlerin içinde başlar.

PET ayrıca basınçlı hava reçine kurutucularda da kurutulabilir. Basınçlı hava kurutucuları kurutma havasını yeniden kullanmaz. Kuru, ısıtılıp sıkıştırılmış hava kurutucuda olduğu gibi PET pelletler arasında dolaştırılır ve ardından atmosfere verilir.

Kopolimerler

Saf (homopolimer) PET'e ek olarak kopolimerleştirme ile değiştirilmiş PET de mevcuttur.

Bazı durumlarda bir kopolimerin değiştirilmiş özellikleri belirli bir uygulama için daha çok istenir. Örneğin siklohekzandimetanol (CHDM) etilen glikol yerine polimer omurgasına eklenebilir. Bu yapı taşı değiştirdiği etilen glikol ünitesinden çok daha büyük olduğundan (altı ek karbon atomu) bir etilen glikol ünitesinin yapacağı gibi komşu zincirlere uymaz. Bu kristalleşmeye müdahale eder ve polimerin erime sıcaklığını düşürür. Genel olarak bu PET, PETG veya PET-G (polietilen tereftalat glikolle değişmiş) olarak bilinir. 3D baskı için filament olarak enjeksiyonla kalıplanabilen, tabakayla ekstrüde edilebilen veya ekstrüde edilebilen berrak amorf bir termoplastiktir. PETG işleme sırasında renklendirilebilir.

Tereftalik asidi (sağda) izoftalik asitle (ortada) değiştirmek, PET zincirinde bir bükülme yaratır, kristalleşme ile etkileşir ve polimerin erime noktasını düşürür.

Diğer bir yaygın değiştirici 1,4 - (para-) bağlı tereftalat birimlerinin bazılarının yerini alan izoftalik asit 'dir. 1,2 - (orto-) veya 1,3 - (metal-) bağı zincirde kristalliği de bozan bir açı üretir.

Bu tür kopolimerler örneğin ko-PET filmden veya amorf PET levhadan (A-PET/ PETA) veya PETG levhadan tepsi veya blister ambalaj yapmak için kullanılan ısıyla şekillendirme gibi belirli kalıplama uygulamaları için avantajlıdır. Öte yandan emniyet kemerleri gibi mekanik ve boyutsal kararlılığın önemli olduğu diğer uygulamalarda kristalleşme önemlidir. PET şişeler için küçük miktarlarda izoftalik asit, CHDM, dietilen glikol (DEG) veya diğer komonomerlerin kullanılması yararlı olabilir: sadece küçük miktarlarda komonomer kullanılırsa kristalizasyon yavaşlar ancak tamamen engellenmez. Sonuç olarak karbonatlı içeceklerdeki karbondioksit gibi aromalara ve hatta gazlara karşı yeterli bir engel oluşturacak kadar hem berrak hem de kristal olan gererek şişirmeli kalıplama(stretch blow molding) ("SBM") yoluyla şişeler yapılır.

Üretimi

Polietilen tereftalat etilen glikol ve dimetil tereftalat (DMT) (C6H4(CO2CH3)2) veya tereftalik asit ten üretilir.[12]

İlki bir transesterifikasyon reaksiyonu iken ikincisi esterifikasyon reaksiyonudur.

Dimetil tereftalat işlemi (DMT)
PET üretiminde poliesterifikasyon reaksiyonu

Dimetil tereftalat (DMT) işleminde bu bileşik ve fazla etilen glikol eriyik içinde 150–200  °C'de bir bazik katalizör ile reaksiyona sokulur. Metanol (CH3OH), reaksiyonu ileri götürmek için damıtma yoluyla çıkarılır. Fazla etilen glikol vakum yardımı ile daha yüksek sıcaklıkta damıtılır. İkinci transesterifikasyon aşaması etilen glikolün sürekli damıtılmasıyla 270-280 °C'de ilerler.[12]

Tepkimeler aşağıdaki gibi idealleştirilir:

İlk adım
C6H4(CO2CH3)2 + 2 HOCH2CH2OH → C6H4(CO2CH2CH2OH)2 + 2 CH3OH
İkinci adım
n C6H4(CO2CH2CH2OH)2 → [(CO)C6H4(CO2CH2CH2O)]n + n HOCH2CH2OH

Tereftalik asit süreci
PET üretiminde polikondensasyon reaksiyonu

Tereftalik asit işleminde etilen glikol ve tereftalik asidin esterleşmesi doğrudan orta basınçta (2,7–5,5 bar) ve yüksek sıcaklıkta (220–260 °C) gerçekleştirilir. Reaksiyonda su elenir ve ayrıca damıtma yoluyla sürekli olarak uzaklaştırılır:[12]

n C6H4(CO2H)2 + n HOCH2CH2OH → [(CO)C6H4(CO2CH2CH2O)]n + 2n H2O

Bozulma

PET işleme sırasında çeşitli bozulmalara maruz kalır. Meydana gelebilecek ana degradasyonlar hidrolitik ve muhtemelen en önemlisi termal oksidasyondur. PET bozunduğunda birkaç şey olur: renk bozulması, zincir kesmeler moleküler ağırlığın azalmasına neden olur, asetaldehit oluşumu ve çapraz bağ lar ("jel" veya "balık-gözü oluşumu). Renk bozulması yüksek sıcaklıklarda uzun süreli ısıl işlemin ardından çeşitli kromoforik sistemlerin oluşumundan kaynaklanmaktadır. Ambalaj uygulamalarında olduğu gibi polimerin optik gereksinimleri çok yüksek olduğunda bu sorun olur. Termal ve termooksidatif bozunma malzemenin zayıf işlenebilirlik özelliklerine ve performansına neden olur.

Bunu azaltmanın bir yolu kopolimer kullanmaktır. CHDM veya izoftalik asit gibi komonomerler erime sıcaklığını düşürür ve PET'in kristallik derecesini düşürür (malzeme şişe imalatı için kullanıldığında özellikle önemlidir). Böylece reçine daha düşük sıcaklıklarda ve/veya daha düşük kuvvetle plastik oluşturulabilir. Bu bitmiş ürünün asetaldehit içeriğini kabul edilebilir (yani farkedilemez) bir düzeye indirerek bozulmayı önlemeye yardımcı olur. Yukarıdaki kopolimerler 'e bakın. Polimerin stabilitesini iyileştirmenin bir başka yolu stabilizatörlerin özellikle fosfitler gibi antioksidanlar kullanmaktır. Son zamanlarda nanoyapılı kimyasallar kullanılarak malzemenin moleküler düzeyde stabilizasyonu da düşünülmüştür.

Asetaldehit

Acetaldehyde meyvemsi kokulu, renksiz, uçucu bir maddedir. Bazı meyvelerde doğal olarak oluşmasına rağmen şişelenmiş suda tada neden olabilir. Asetaldehit malzemenin yanlış kullanılmasıyla PET'in bozunmasıyla oluşur. Yüksek sıcaklıklar (PET 300  °C veya 570   °F üzerinde ayrışır), yüksek basınçlar ekstrüder hızları (aşırı kesme akışı sıcaklığı yükseltir) ve uzun ocak bekleme sürelerinin tümü asetaldehit üretimine katkıda bulunur. Asetaldehit üretildiğinde bir kısmı bir kabın duvarlarında çözünmüş halde kalır ve ardından tadı ve aromayı değiştirerek yayılır içinde depolanan ürüne girer. Bu sarf malzemeleri (şampuan gibi), meyve suları (zaten asetaldehit içeren) veya alkolsüz içecekler gibi güçlü tadı olan içecekler için böyle bir sorun değildir. Bununla birlikte şişelenmiş su için düşük asetaldehit içeriği oldukça önemlidir çünkü hiçbir şey aromayı maskelemiyorsa çok az asetaldehit konsantrasyonları bile (suda milyarda 10-20 parça) kötü bir tada neden olabilir.

Antimon

Antimon (Sb) antimon trioksit (Sb2O3) gibi bileşikler şeklinde katalizör (Sb2O3) veya PET üretiminde antimon triasetat olarak kullanılan bir metaloid elementtir. İmalattan sonra ürünün yüzeyinde tespit edilebilir miktarda antimon bulunabilir. Bu kalıntı yıkama ile çıkarılabilir. Antimon aynı zamanda malzemenin içinde kalır ve böylece yiyecek ve içeceklere geçebilir. PET'i kaynamaya veya mikrodalgaya maruz bırakmak antimon seviyelerini önemli ölçüde artırabilir, muhtemelen US EPA maksimum kontaminasyon seviyelerinin üzerine çıkabilir.[13] DSÖ tarafından değerlendirilen içme suyu limiti milyarda 20 kısımdır (WHO, 2003) ve Amerika Birleşik Devletleri'nde içme suyu limiti milyarda 6 kısımdır.[14] Antimon trioksit ağızdan alındığında [15] düşük toksisiteye sahip olsa da, varlığı hala endişe vericidir. İsviçre Federal Halk Sağlığı Dairesi, PET ve camda şişelenmiş suları karşılaştırarak antimon göçü miktarını araştırdı: PET şişelerdeki suyun antimon konsantrasyonları daha yüksekti, ancak yine de izin verilen maksimum konsantrasyonun çok altındaydı. İsviçre Federal Halk Sağlığı Dairesi, küçük miktarlarda antimonun PET'ten şişelenmiş suya geçtiği ancak sonuçta ortaya çıkan düşük konsantrasyonların ("[[tolere edilebilir günlük alım]" ın %1'i WHO) sağlık riskinin ihmal edilebilir olduğu sonucuna varmıştır. Daha sonra (2006) ancak daha geniş çapta duyurulan bir çalışma PET şişelerde suda benzer miktarlarda antimon buldu.[16] DSÖ, içme suyundaki antimon için bir risk değerlendirmesi yayınladı.[15] Bununla birlikte Birleşik Krallık'ta PET'te üretilen ve şişelenen meyve suyu konsantrelerinin musluk suyu için 5   ug/L olan AB sınırlarının çok üzerinde 44,7   µg/L'ye kadar antimon içerdiği bulunmuştur.[17]

Biyolojik bozunma

Nocardia cinsindeki en az bir bakteri türü PET'i bir esteraz enzimi ile bozabilir. Japon bilim insanları PET'i bakterinin sindirebileceği daha küçük parçalara ayırabilen iki enzime sahip olan bir "Ideonella sakaiensis" 'bakterisini izole ettiler. Bir I kolonisi. sakaiensis plastik bir filmi yaklaşık altı haftada parçalayabilir.[18][19] Nisan 2020'de bir Fransız üniversitesi şimdiye kadar bildirilen tüm PET hidrolazlarından daha iyi performans gösteren, oldukça verimli, optimize edilmiş bir enzimin keşfini duyurdu.[20] Bu keşif döngüsel PET ekonomisi kavramına doğru önemli bir adım olabilir.

Güvenlik

Nisan 2010'da Environmental Health Perspectives dergisinde yayınlanan yorum PET'in endokrin bozucu 'ları ortak kullanım koşulları ve bu konuda önerilen araştırma koşulları altında verebileceğini öne sürdü.[21] Önerilen mekanizmalar ftalatların süzülmesini ve antimon 'un süzülmesini içerir. Nisan 2012'de Journal of Environmental Monitoring de yayınlanan bir makale PET şişelerde depolanan deiyonize su daki antimon konsantrasyonunun 60 °C (140 °F)'ye kadar olan sıcaklıklarda kısa süre saklansa bile AB'nin kabul edilebilir sınırı içinde kaldığı sonucuna varmaktadır, şişelenmiş içerikler (su veya alkolsüz içecekler) oda sıcaklığında bir yıldan kısa bir süre saklandıktan sonra zaman zaman AB sınırını aşabilir.[22]

Tarihi

PET, 1941 yılında John Rex Whinfield, James Tennant Dickson vr işverenleri Calico Printers' Association tarafından İngiltere, Manchester'da patentlendi. PET şişe ise 1973 yılında patentlenmiştir.

Kullanımları
  • PET in SPI reçine ID kodu 1
  • Bir şişenin enjeksiyon gerdirmeli şişirme için PET önşekli
  • Bir PET şişe
  • Mumla ısıtılan ve yeniden kristalize edilerek opak hale getirilmiş bir PET şişe.
  • PET kapaklı ambalaj, meyve, hırdavat vb. satmak için kullanılır.
  • Polyester iplik
  • Polyester elyaflar eğrilmiş PET dir
  • Mikrofiber havlu ve temizlik bezleri
  • Helyum ile dolu alüminize Mylar balonları

PET'ten yapılan plastik şişeler meşrubat için yaygın olarak kullanılmaktadır (bkz. Karbonatlama). PET bira muhafazası için tasarlanan gibi belirli özel şişelerde oksijen geçirgenliğini daha da azaltmak için ek polivinil alkol (PVOH) tabakasıyla sandviçlenir.

Geçirgenliğini azaltmak, film yüzeyini yansıtıcı veya mat yapmak için ince film buharlaştırma tekniğiyle İki eksenli yönlendirilmiş PET film üzerine metal alüminize edilir (genellikle ticari isimlerinden biri olan "Mylar" tarafından bilinir) (MPET). Bu özellikler gıdalar için esnek paketleme, ısı yalıtımı (uzay battaniyesi gibi) birçok uygulamada yararlıdır. Yüksek mekanik mukavemeti nedeniyle PET film genellikle bant uygulamalarında örneğin manyetik bant için taşıyıcı veya basınca duyarlı yapışkan bantlar için altlık yapımında kullanılır.

Yönsüz PET levhası, paket tepsisi ve blister ambalaj yapmak için ısıyla şekillendirilebilir.[23] Kristalize edilebilir PET kullanılıyorsa tepsiler hem donma hem de fırında pişirme sıcaklıklarına dayandıkları için dondurulmuş akşam yemekleri için kullanılabilir. Hem amorf PET hem de BoPET çıplak göze göre şeffaftır. Renk- veren boyalar kolaylıkla PET levhaya formüle edilebilir.

Cam parçacıklar veya lifler ile doldurulduğunda çok sert ve daha dayanıklı olur.

PET ince film güneş pillerinde altlık olarak kullanılır.

PET deniz altı kablolarında su geçirmez bir engel olarak kullanılır.

Terylene tavandan geçerken halatların aşınmasını önlemeye yardımcı olmak için çan halat üstlerine de eklenir.

PET, 2014 sonlarından beri tip IV kompozit yüksek basınç gaz silindirlerinde astar malzemesi olarak kullanılır. PET daha önce kullanılan (LD)PE'den oksijene karşı çok daha iyi bir bariyer görevi görür.[24]

PET, 3D baskı filamanı olarak ve ayrıca 3D baskı plastiğinde PETG kullanılır.

Arıtma ve arındırma

Herhangi bir geri dönüşüm kavramının başarısı işleme sırasında doğru yerde ve gerekli veya istenen ölçüde saflaştırma ve arıtmanın verimliliğinde gizlidir.

Genelde aşağıdakiler geçerlidir: İşlemde yabancı maddeler ne kadar erken çıkarılırsa ve bu ne kadar kapsamlı yapılırsa işlem o kadar verimli olur. PET'in 280 °C (536 °F) aralığındaki yüksek plastikleştirme sıcaklığı PVC, PLA, poliolefin,kimyasal odun hamuru gibi gibi hemen hemen tüm yaygın organik safsızlıkların nedenidir ve kağıt lifleri, polivinil asetat, erimiş yapıştırıcı, renklendirici maddeler, şeker ve protein kalıntıları renkli bozunma ürünlerine dönüştürülür bu arada reaktif bozunma ürünleri de açığa çıkabilir. Daha sonra polimer zincirindeki kusurların sayısı önemli ölçüde artar. Safsızlıkların partikül boyutu dağılımı çok geniştir, 60–1000 µm'lik büyük parçacıklar çıplak gözle görülebilen ve filtrelenmesi kolay daha az kirliliği temsil eder çünkü toplam yüzeyleri nispeten küçüktür ve bozunma hızı bu nedenle daha azdır. Polimerdeki kusurların sıklığını artıran mikroskobik parçacıkların etkisi çok sayıda oldukları için nispeten daha büyüktür.

"Gözün görmediği şey kalbi üzmez" sloganı birçok geri dönüşüm sürecinde çok önemli kabul edilir. Bu nedenle verimli ayırmanın yanı sıra görünür safsızlık partiküllerinin eriyik filtreleme işlemleriyle uzaklaştırılması bu durumda belirli bir rol oynar.

İşçiler geri dönüştürülemeyen bazı çöp parçalarıyla karıştırılmış çeşitli plastiklerden gelen bir grubu ayırıyor.
Ezilmiş mavi PET şişe balyaları.
Renge göre sınıflandırılıp ezilmiş PET şişe balyaları: yeşil, şeffaf ve mavi.

Genel olarak toplanan şişelerden PET şişe pulları yapma işlemlerinin farklı atık akışlarının bileşim ve kalite açısından farklı olması kadar çok yönlü olduğu söylenebilir. Teknolojiye göre bunu yapmanın tek bir yolu yoktur. Bu arada pul üretim tesisleri ve bileşenleri sunan birçok mühendislik şirketi var ve bir veya diğer tesis tasarımına karar vermek zordur. Yine de bu ilkelerin çoğunu paylaşan süreçler var. Girdi malzemesinin bileşimine ve safsızlık seviyesine bağlı olarak aşağıdaki genel işlem adımları uygulanır.[25]

  1. Balya açma, briket açma
  2. Farklı renkler, yabancı polimerler, özellikle PVC, yabancı madde, film, kağıt, cam, kum, toprak, taş ve metallerin ayrılması ve seçilmesi
  3. Kesmeden ön yıkama
  4. Kaba kuru kesim veya ön yıkamayla birlikte kesim
  5. Taş, cam ve metalin çıkarılması
  6. Film, kağıt ve etiketleri çıkarmak için havayla eleme
  7. Kuru ve/veya ıslak öğütme
  8. Yoğunluk farklılıklarına göre düşük yoğunluklu polimerlerin (kapların) çıkarılması
  9. Sıcak yıkama
  10. İçsel viskoziteyi ve arıtmayı koruyan kostik yıkama ve yüzey aşındırma
  11. Durulama
  12. Temiz su ile durulama
  13. Kurutma
  14. Pulların havayla elenmesi
  15. Otomatik pul ayırma
  16. Su devresi ve su arıtma teknolojisi
  17. Pul kalite kontrolü

Kirlilikler ve malzeme kusurları

Polimerik malzemede biriken olası safsızlıkların ve malzeme kusurlarının sayısı artan hizmet ömrü, büyüyen nihai uygulamalar ve tekrarlanan geri dönüşüm dikkate alınarak - işlerken ve polimeri kullanırken - kalıcı olarak artmaktadır. Geri dönüştürülmüş PET şişeler söz konusu olduğunda belirtilen kusurlar aşağıdaki gruplarda sıralanabilir:

  1. Reaktif polyester OH- veya COOH- uç grupları, ölü veya reaktif olmayan uç gruplara dönüştürülür, örn. tereftalat asidin dehidrasyonu veya dekarboksilasyonu yoluyla vinil ester uç gruplarının oluşumu, OH- veya COOH- uç gruplarının mono-karbonik asitler veya alkoller gibi tek fonksiyonlu bozunma ürünleri ile reaksiyonu. Sonuçlar yeniden polikondansasyon veya yeniden SSP sırasında reaktivitenin azalması ve moleküler ağırlık dağılımının genişletilmesidir.
  2. Uç grup oranı termal ve oksidatif bozunma yoluyla oluşturulan COOH uç gruplarının yönüne doğru kayar. Sonuçlar nem mevcudiyetinde ısıl işlem sırasında reaktivitede azalma ve asit otokatalitik bozunmasındaki artıştır.
  3. Çok işlevli makromoleküllerin sayısı artar. Jellerin birikmesi ve uzun zincirli dallanma kusurları.
  4. Polimer-özdeş olmayan organik ve inorganik yabancı maddelerin sayısı, konsantrasyonu ve çeşitliliği artmaktadır. Her yeni termal stres ile organik yabancı maddeler ayrışarak reaksiyona girer. Bu daha fazla bozunmayı destekleyen maddelerin ve renklendirici maddelerin serbest kalmasına neden olur.
  5. Polyesterden üretilen ürünlerin yüzeyinde hava (oksijen) ve nem varlığında hidroksit ve peroksit grupları oluşur. Bu süreç morötesi ışıkla hızlandırılır. Bir gizli arıtma işlemi sırasında hidro peroksitler, oksidatif bozunma kaynağı olan bir oksijen radikal kaynağıdır. Hidro peroksitlerin imhası ilk ısıl işlemden önce veya plastikleştirme sırasında gerçekleşir ve antioksidanlar gibi uygun katkı maddeleri ile desteklenebilir.

Yukarıda bahsedilen kimyasal kusurlar ve safsızlıklar dikkate alındığında kimyasal ve fiziksel laboratuvar analizleri ile tespit edilebilen her geri dönüşüm döngüsü sırasında aşağıdaki polimer özelliklerinde devam eden bir değişiklik vardır.

Özellikle:

  • COOH uç gruplarının artışı
  • Renk numarası b artışı
  • Bulanıklık artışı (şeffaf ürünler)
  • Oligomer içeriğinin artması
  • Filtrelenebilirlikte azalma
  • Asetaldehit, formaldehit gibi yan ürün içeriklerinde artış
  • Ekstrakte edilebilir yabancı kirleticilerin artması
  • L renginde azalma
  • İç viskozite veya dinamik viskozitede azalma
  • Kristalizasyon sıcaklığının düşmesi ve kristalleşme hızının artması
  • Çekme mukavemeti, kopmada uzama veya elastik modülü gibi mekanik özelliklerin azalması
  • Moleküler ağırlık dağılımının genişlemesi

PET şişelerin geri dönüşümü, çok çeşitli mühendislik şirketleri tarafından sunulan endüstriyel standart bir süreçtir.[26]

Geri dönüştürülmüş polyester için işleme örnekleri

Polyester ile geri dönüşüm süreçleri neredeyse birincil peletlere veya eriyiklere dayalı üretim süreçleri kadar çeşitlidir. Geri dönüştürülmüş malzemelerin saflığına bağlı olarak polyester bugün polyester üretim işlemlerinin çoğunda işlenmemiş polimerle harman olarak veya giderek artan bir şekilde % 100 geri dönüştürülmüş polimer olarak kullanılabilir. Düşük kalınlıktaki BOPET filmi, >6000 m/dak'da FDY eğirme yoluyla optik film veya iplikler gibi özel uygulamalar, mikrofilamanlar ve mikro-lifler gibi bazı istisnalar yalnızca daha önce hiç işlenmemiş polyesterden üretilir.

Şişe pullarının basitçe yeniden peletlenmesi

Bu işlem şişe atığının pulları kurutarak ve kristalize ederek, plastikleştirerek ve filtreleyerek ve ayrıca peletleştirerek pullara dönüştürülmesinden oluşur. Ürün PET pullarının tam ön kurutmasının ne kadar tam olarak yapıldığına bağlı olarak 0,55-0,7 dℓ/g aralığında bir iç viskoziteye sahip amorf bir yeniden yapılmış granüldür.

Özel nitelikler şunlardır: Asetaldehit ve oligomerler peletlerde daha düşük seviyede bulunur; viskozite bir şekilde azalır, peletler amorftur ve daha fazla işlemden önce kristalize edilmeleri ve kurutulmaları gerekir.

İşleme ürünleri:

  • Termoform için A-PET film
  • PET saf granül üretimine ek
  • BoPET ambalaj filmi
  • SSP'den PET Şişe reçine
  • Halı ipliği
  • Mühendislik plastiği
  • Filamanlar
  • Non-wowen
  • Ambalaj şeritleri
  • Zımba elyafı.

Yeniden peletleme yönteminin seçilmesi bir tarafta enerji yoğun, maliyetli ve termal tahribata neden olan ek dönüştürme sürecine sahip olmak anlamına gelir. Diğer tarafta, peletleme aşaması aşağıdaki avantajları sağlamaktadır:

  • Yoğun eriyik filtrasyonu
  • Ara kalite kontrol
  • Katkı maddeleri ile değiştirme
  • Ürün seçimi ve kaliteye göre ayrımı
  • Artan İşleme esnekliği
  • Kalite homojenleştirme.

Şişeler için PET pellet veya pul imalatı (şişeden şişeye) ve A-PET

Bu süreç ilke olarak yukarıda anlatılana benzer; bununla birlikte üretilen peletler doğrudan (sürekli veya kesintili olarak) kristalleştirilir ve daha sonra bir tamburlu kurutucu veya dikey bir tüp reaktörde bir katı hal polikondensasyona (SSP) tabi tutulur. Bu işleme adımı sırasında, 0.80–0.085 dℓ/g'lik karşılık gelen içsel viskozite yeniden oluşturulur ve aynı zamanda asetaldehit içeriği <1 ppm'ye düşürülür.

Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bazı makine üreticilerinin ve hat yapımcılarının bağımsız geri dönüşüm süreçleri yapmak için çaba sarf etme gerçeği örn. Yeni Nesil Geri Dönüşüm (NGR), BePET, Starlinger, URRC veya BÜHLER gibi şişeden şişeye (B-2-B) süreci genelde gerekli ekstraksiyon kalıntılarının "varlığının" kanıtını sağlamayı ve işlenmiş polyesterin gıda sektöründe uygulanması için gerekli challenge testini uygulayarak FDA'ya göre model kirletici maddelerin uzaklaştırılmasını amaçlar. Bu işlem onayının yanı sıra yine de bu tür işlemlerin herhangi bir kullanıcısının kendi işlemleri için kendi ürettikleri hammaddelerin FDA sınırlarını sürekli kontrol etmesi gerekir.

Şişe hurdalarının doğrudan dönüşümü

Maliyetten tasarruf etmek için iplik fabrikaları, çemberleme fabrikaları veya dökme film fabrikaları gibi artan sayıda polyester ara üreticisi kullanılmış şişelerin işlenmesinden artan şekilde polyester ara ürün sayısını üretme bakış açısıyla PET-hurdalarının doğrudan kullanımı üzerinde çalışmaktadır. Gerekli viskozitenin ayarlanması için pulların verimli bir şekilde kurutulmasının yanı sıra, viskoziteyi pulların erime fazında veya katı haldeki polikondensasyonunda polikondansasyon yoluyla yeniden oluşturmak gerekebilir. En son PET pul dönüştürme işlemleri nemi giderme ve pulun ön kurutmasını ortadan kaldırmak için ikiz vidalı ekstrüderler, çok vidalı ekstrüderler veya çok dönüşlü sistemler uygulamak ve tesadüfi vakumla gaz gidermektir. Bu işlemler hidrolizin neden olduğu önemli viskozite düşüşü olmaksızın kurutulmamış PET pullarının dönüştürülmesine imkan verir.

PET şişe pullarının tüketimiyle ilgili olarak, yaklaşık % 70'lik ana kısım elyaf ve filamanlara dönüştürülür. Eğirme işlemlerinde şişe pulları gibi doğrudan ikincil malzemeler kullanılırken, elde edilecek birkaç işleme prensibi vardır.

POY üretimi için yüksek hızlı eğirme prosesleri normalde 0.62-0.64 dℓ/g viskoziteye ihtiyaç duyar. Şişe pullarından başlayarak viskozite kurutma derecesine göre ayarlanabilir. Tam mat veya yarı mat iplikler için ek TiO2 kullanımı gereklidir. Püskürtme memelerini korumak için her durumda eriyiğin verimli bir şekilde filtrelenmesi gereklidir. Şu an için % 100 geri dönüşümlü polyesterden yapılan POY miktarı oldukça düşüktür çünkü bu işlem yüksek saflıkta eriyik eğirmeyi gerektirir. Çoğu zaman işlenmemiş ve geri dönüştürülmüş peletlerin bir karışımı kullanılır.

Staple lifler biraz daha düşük olan ve 0.58 ile 0.62 dℓ/g arasında olması gereken içsel viskozite aralığında eğrilir. Bu durumda da vakum ekstrüzyon durumunda gerekli viskozite kurutma veya vakum ayarı ile ayarlanabilir. Ancak viskoziteyi ayarlamak için etilen glikol veya dietilen glikol gibi bir zincir uzunluğu değiştirici ilavesi de kullanılabilir.

Dokumasız eğirme (Non-woven) tekstil uygulamaları için ince titre alanında ve ayrıca temel malzemeler olarak ağır eğirme dokunmamış kumaşlarda, örn. çatı kaplamaları veya yol yapımında - şişe pullarının eğrilmesiyle üretilebilir. Eğirme viskozitesi yine 0,58–0,65 dℓ/g aralığındadır.

Geri dönüştürülmüş malzemelerin kullanıldığı artan ilgi alanlarından biri yüksek mukavemetli ambalaj şeritlerinin ve monofilamanların üretimidir. Her iki durumda da ilk hammadde daha yüksek iç viskoziteli esasen geri dönüştürülmüş malzemedir. Yüksek mukavemetli ambalaj şeritlerinin yanı sıra monofilament daha sonra erimiş eğirme işleminde üretilir.

Monomerlere geri dönüşüm

Polietilen tereftalat bileşen monomerleri elde etmek için depolimerize edilebilir. Saflaştırmadan sonra monomerler yeni polietilen tereftalat hazırlamak için kullanılabilir. Polietilen tereftalat içindeki ester bağları hidroliz veya transesterifikasyon ile ayrılabilir. Reaksiyonlar üretimde kullanılanların tersidir.

Kısmi glikoliz

Kısmi glikoliz (etilen glikol ile transesterifikasyon) sert polimeri düşük sıcaklıkta eriyik filtreden geçirilebilen kısa zincirli oligomerlere dönüştürür. Safsızlıklardan arındırıldıktan sonra oligomerler polimerizasyon için üretim sürecine geri beslenebilir.

Görev hatta üretilen şişe peletlerinin kalitesini korurken % 10-25 şişe pullarını beslemekten ibarettir. Bu amaç PET şişe pullarının - tek veya çok vidalı bir ekstrüderde gerçekleştirilebilen ilk plastikleştirme sırasında küçük miktarlarda etilen glikol eklenerek yaklaşık 0,30 dℓ/g'lik bir iç viskoziteye indirgenmesiyle ve düşük viskoziteli eriyik akımını doğrudan plastikleştirmeden sonra verimli bir filtrasyona tabi tutarak çözülür. Ayrıca sıcaklık mümkün olan en düşük sınıra getirilir. Ek olarak bu şekilde işleme ile hidro peroksitlerin kimyasal olarak parçalanma olasılığı plastikleştirme sırasında doğrudan uygun bir P-stabilizatörün eklenmesi ile mümkündür. Hidro peroksit gruplarının imhası diğer işlemlerle birlikte örneğin H3PO3'nin eklenmesiyle pul işlemenin son aşamasında zaten gerçekleştirilmektedir.[27]

Kısmen glikolize ve ince filtre edilmiş geri dönüştürülmüş malzeme sürekli olarak esterleştirme veya ön-yoğunlaştırma reaktörüne beslenir, hammaddelerin dozaj miktarları buna göre ayarlanır.

Kaynakça
  1. van der Vegt, A. K.; Govaert, L. E. (2005). Polymeren, van keten tot kunstof. VSSD. ISBN 9071301486.
  2. Şablon:GESTIS
  3. "poly(ethylene terephthalate) macromolecule_msds". 9 Mayıs 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi.
  4. Oxford Dictionary.
  5. Bio-based drop-in, smart drop-in and dedicated chemicals
  6. Duurzame bioplastics op basis van hernieuwbare grondstoffen
  7. Ji, Li Na (Haziran 2013). "Study on Preparation Process and Properties of Polyethylene Terephthalate (PET)". Applied Mechanics and Materials. 312: 406-410. Bibcode:2013AMM...312..406J. doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.312.406.
  8. NPCS Board of Consultants & Engineers (2014) Chapter 6, p. 56 in Disposable Products Manufacturing Handbook, NIIR Project Consultancy Services, Delhi, 978-9-381-03932-8
  9. Modern polyesters : chemistry and technology of polyesters and copolyesters. Scheirs, John., Long, Timothy E., 1969-. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons. 2003. ISBN 0-471-49856-4. OCLC 85820031.
  10. Thiele, Ulrich K. (2007) Polyester Bottle Resins, Production, Processing, Properties and Recycling, Heidelberg, Germany, pp. 85 ff, 978-3-9807497-4-9
  11. Gupta, V.B. and Bashir, Z. (2002) Chapter 7, p. 320 in Fakirov, Stoyko (ed.) Handbook of Thermoplastic Polyesters, Wiley-VCH, Weinheim, 3-527-30113-5.
  12. Şablon:Ullmann's
  13. Cheng, X. (2010). "Assessment of metal contaminations leaching out from recycling plastic bottles upon treatments". Environmental Science and Pollution Research International. 17 (7): 1323-30. doi:10.1007/s11356-010-0312-4. PMID 20309737.
  14. Consumer Factsheet on: Antimony, EPA archive 2003-06-23
  15. Guidelines for drinking – water quality. who.int
  16. Shotyk, William (2006). "Contamination of Canadian and European bottled waters with antimony from PET containers". Journal of Environmental Monitoring. 8 (2): 288-92. doi:10.1039/b517844b. PMID 16470261.
  17. Hansen, Claus (2010). "Elevated antimony concentrations in commercial juices". Journal of Environmental Monitoring. 12 (4): 822-4. doi:10.1039/b926551a. PMID 20383361.
  18. Yoshida, S.; Hiraga, K.; Takehana, T.; Taniguchi, I.; Yamaji, H.; Maeda, Y.; Toyohara, K.; Miyamoto, K.; Kimura, Y.; Oda, K. (11 Mart 2016). "A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)". Science. 351 (6278): 1196-9. Bibcode:2016Sci...351.1196Y. doi:10.1126/science.aad6359. PMID 26965627.
  19. "Could a new plastic-eating bacteria help combat this pollution scourge?". The Guardian. 10 Mart 2016. Erişim tarihi: 11 Mart 2016.
  20. Tournier, V. (8 Nisan 2020). "An engineered PET depolymerase to break down and recycle plastic bottles". Nature. 580 (7802): 216-9. Bibcode:2020Natur.580..216T. doi:10.1038/s41586-020-2149-4. PMID 32269349 |pmid= değerini kontrol edin (yardım).
  21. Sax, Leonard (2010). "Polyethylene Terephthalate May Yield Endocrine Disruptors". Environmental Health Perspectives. 118 (4): 445-8. doi:10.1289/ehp.0901253. PMC 2854718 $2. PMID 20368129.
  22. Tukur, Aminu (2012). "PET bottle use patterns and antimony migration into bottled water and soft drinks: the case of British and Nigerian bottles". Journal of Environmental Monitoring. 14 (4): 1236-1246. doi:10.1039/C2EM10917D. PMID 22402759.
  23. Pasbrig, Erwin (29 Mart 2007), Cover film for blister packs, erişim tarihi: 20 Kasım 2016
  24. SIPA: Lightweight compressed gas cylinders have plastic liners / PET provides high oxygen barrier https://www.plasteurope.com, 18 November 2014, retrieved 16 May 2017.
  25. PET-Recycling Forum; "Current Technological Trends in Polyester Recycling"; 9th International Polyester Recycling Forum Washington, 2006; São Paulo; 3-00-019765-6
  26. Thiele, Ulrich K. (2007) Polyester Bottle Resins Production, Processing, Properties and Recycling, PETplanet Publisher GmbH, Heidelberg, Germany, pp. 259 ff, 978-3-9807497-4-9
  27. Boos, Frank and Thiele, Ulrich "Reprocessing pulverised polyester waste without yellowing", German Patent DE19503055, Publication date: 8 August 1996
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.