PET چیست و چطور ساخته می‌شود؟ – به زبان ساده

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم PET چیست و چه ویژگی‌هایی دارد. سپس به بررسی روش‌های تولید این ماده طی واکنش‌های آلی می‌پردازیم. در ادامه، کاربردهای PET را بررسی کرده و یاد می‌گیریم بازیافت PET چگونه انجام می‌شود. در نهایت با روش‌های تقویت خواص این ماده آشنا می‌شویم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید PET چیست.

PET چیست؟

PET یک نوع ماده پلیمری پلاستیکی است که نام شیمیایی آن «پلی اتیلن ترفتالات» (Polyethylene Terephthalate) است. این ماده پلیمری خواص منحصر به فردی دارد که باعث می‌شود به صورت گسترده‌ای از آن در صنایع مختلف استفاده شود.

رزین PET یا پلی اتیلن ترفتالات، یکی از پرکاربردترین ترموپلاستیک‌ها در جهان است. این ماده نقش مهمی در زندگی روزمره دارد و برای تولید طیف گسترده‌ای از انواع بسته‌بندی استفاده می‌شود. PET همچنین بیشترین میزان بازیافت را در میان پلاستیک‌ها دارد و به‌راحتی از طریق نماد مشخص روی اغلب بسته‌بندی‌ها قابل شناسایی است.

ویژگی‌های PET چیست؟

فیلم پلی ‌اتیلن‌ ترفتالت یا PET چیست؟ در فرادرس

کلیک کنید

در صورت سرد شدن سریع از حالت مذاب، ساختاری آمورف و شفاف ایجاد می‌کند و با حرارت‌دهی مجدد بالاتر از دمای خاصی، فرآیند تبلور سرد در آن رخ می‌دهد. در ادامه برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های PET معرفی شده است.

• نشکن: استحکام کششی و ضربه‌ای بالا باعث می‌شود PET در عین انعطاف‌پذیری، مقاوم باشد و در صورت افتادن نشکند.
• ماندگاری بالا: سرعت تجزیه این ماده بسیار آهسته است و در طبیعت باقی می‌ماند.
• فرآوری آسان: رزین PET به‌راحتی در قالب‌های متنوع شکل می‌گیرد و به همین دلیل برای طراحی‌های متمایز بازاریابی و برندینگ مناسب است.
• سبک‌وزن: PET وزن بسیار کمی دارد و در نتیجه هزینه‌های حمل‌ونقل و میزان انتشار کربن را کاهش می‌دهد.
• شفاف: شفافیت بالای PET نمایش و بازاریابی برخی مواد غذایی و نوشیدنی‌ها را آسان می‌کند.
• قابلیت بازیافت بالا: PET بیشترین میزان بازیافت را در جهان دارد و می‌توان آن را به کاربردهایی مشابه رزین نو تبدیل کرد.
• ردپای کربنی کمتر: در صورت بازیافت صحیح، بطری‌های PET می‌توانند ردپای کربنی کمتری نسبت به سایر انواع بسته‌بندی داشته باشند.
• عایق بودن: مقاومت PET در برابر رطوبت و گازها، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای نگهداری مواد غذایی و نوشیدنی‌ها تبدیل می‌کند.

یادگیری شیمی دوازدهم با فرادرس

همچنین با مشاهده فیلم‌های آموزش فرادرس که لینک آن‌ها در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه PET دسترسی داشته باشید.

• آموزش شیمی ۱ پایه دهم حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی
• فیلم آموزش شیمی ۱ پایه دهم فرادرس
• آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم رشته علوم تجربی و ریاضی و فیزیک

PET چگونه ساخته می‌شود؟

در تولید PET از ترکیب اتیلن گلیکول به عنوان دی الکل و ترفتالئیک اسید به عنوان دی اسید استفاده می‌شود. این مواد مونومرهای استفاده شده برای ساخت PET هستند و در تصویر زیر نمایش داده شده‌اند.

تولید ترفتالیک اسید

ماده شیمیایی ترفتالیک اسید دارای دو گروه کربوکسیلیک اسید (R-COOH) است و به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده پلی اتیلن ترفتالات یا PET استفاده می‌شود. برای تولید این ماده، از ماده اولیه پارازایلن استفاده می‌شود که ساختار شیمیایی آن به شکل زیر است.

سرعت انجام واکنش شیمیایی بالا حتی در حضور پتاسیم پرمنگنات غلیظ نیز پایین است. به همین دلیل باید از یک کاتالیزگر مناسب استفاده شود تا سرعت آن بهینه شود. برای این واکنش، از هوا به عنوان کاتالیزگر و افزایش دما استفاده می‌شود. همچنین،‌پتاسیم پرمنگنات طی این واکنش به منگنز دی اکسید تبدیل شده و عدد اکسایش منگنز در آن تغییر می‌کند.

تولید اتیلن گلیکول

ماده شیمیایی اتیلن گلیکول دارای گروه هیدروکسید است و به عنوان یکی از مواد تشکیل دهنده پلی اتیلن ترفتالات یا PET استفاده می‌شود. برای تولید این ماده، از ماده اولیه اتن استفاده می‌شود که ساختار شیمیایی آن به شکل زیر است.

روش‌های دیگر تولید PET چیست؟

روش ترانس استریفیکاسیون

روش افزودن اتیلن اکسید

در این روش، اتیلن اکسید مستقیما با ترفتالیک اسید با خلوص بالا واکنش می‌دهد. اگرچه این روش از نظر تئوری اقتصادی‌تر است، اما به دلیل مشکلات ایمنی و کنترلی، هنوز کاربرد گسترده‌ای پیدا نکرده است. از آنجا که اتیلن گلیکول از اتیلن اکسید تولید می‌شود، می‌توان پلی اتیلن ترفتالات (PET) را به‌طور مستقیم با واکنش دادن اتیلن اکسید با ترفتالیک اسید با خلوص بالا تولید کرد.

در این روش ابتدا بیس(۲-هیدروکسی‌اتیل) ترفتالات به‌دست می‌آید و سپس با انجام واکنش پلیمریزاسیون تراکمی، PET ساخته شود. به این روش «روش افزودن اتیلن اکسید» گفته می‌شود. ساختار بیس(۲-هیدروکسی‌اتیل) ترفتالات (BHET) در ادامه آورده شده است.

این فرآیند مرحله تولید اتیلن گلیکول از اتیلن اکسید را حذف می‌کند و در نتیجه باعث کاهش هزینه و افزایش سرعت واکنش می‌شود و از این نظر نسبت به روش پلیمریزاسیون تراکمی مستقیم برتری دارد، اما این واکنش مشکلاتی را ایجاد می‌کند و این روش تا کنون به‌طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. این مشکلات در ادامه معرفی شده است.

• اتیلن اکسید به‌راحتی دچار باز شدن حلقه و تشکیل پلی‌اترها می‌شود.
• این واکنش، گرمای واکنش بسیار بالایی در حدود ۱۰۰ کیلوژول بر مول تولید می‌کند.
• اتیلن اکسید دمای معمولی به صورت گاز است و به‌ سادگی تجزیه حرارتی می‌شود که حمل‌ونقل و نگهداری آن را دشوار می‌کند.

کاربردهای PET چیست؟

پلیمر PET کاربردهای گسترده‌ای در تولید ظروف پلاستیکی مصرفی، تولید پارچه ، تولید قطعات مهندسی و .. دارد. این پلیمر به دلیل قابلیت بازیافت آن یکی از پرکاربردترین انواع پلیمر است.

در ادامه، رایج‌ترین کاربردهای این ماده را توضیح می‌دهیم.

الیاف مصنوعی

در مراحل اولیه توسعه، PET عمدتا برای تولید الیاف مصنوعی استفاده می‌شد و حدود ۷۰ درصد مصرف آن را تشکیل می‌داد. پلی‌استر که پرمصرف‌ترین الیاف مصنوعی جهان است، از PET تولید می‌شود. الیاف کوتاه آن با پنبه، پشم یا کتان ترکیب می‌شوند و در تولید منسوجات پوشاک و خانگی کاربرد دارند. الیاف فیلامنت PET نیز در پوشاک و کاربردهای صنعتی مانند پارچه فیلتر، تسمه نقاله، کمربند ایمنی و طناب چتر نجات استفاده می‌شوند.

فیلم‌ها و ورق‌های PET

فیلم‌ها و ورق‌های PET در بسته‌بندی مواد غذایی، دارویی، بهداشتی و استریل، بسته‌بندی دقیق تجهیزات الکترونیکی و ابزارهای حساس، نوارهای صوتی و تصویری، فیلم‌های عکاسی و سینمایی، کارت‌های مغناطیسی و مدارهای چاپی انعطاف‌پذیر استفاده می‌شوند.
این فیلم‌ها شفاف، مقاوم در برابر روغن، بهداشتی و دارای دامنه دمای کاری گسترده هستند، اما خاصیت دوخت حرارتی ضعیفی دارند و معمولا باید با لایه‌های دیگر ترکیب شوند.

تولید بطری ها

PET به‌راحتی می‌تواند به حالت آمورف و بسیار شفاف برسد و سپس به‌وسیله کشش دو‌محوره به بطری‌های مقاوم و شفاف تبدیل شود. بطری‌های PET شفافیت بالا و خواص سدکنندگی مناسبی دارند و برای بسته‌بندی نوشیدنی‌ها، روغن خوراکی، مواد غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی به‌طور گسترده استفاده می‌شوند.

پلاستیک های مهندسی

PET تقویت‌شده در قطعات الکتریکی و الکترونیکی، قطعات خودرو، قطعات مکانیکی مانند چرخ‌دنده‌ها، پوسته پمپ‌ها و ابزارهای صنعتی کاربرد دارد. با افزودن الیاف شیشه و مواد تسریع‌کننده تبلور، PET به رزین‌های مهندسی تبدیل می‌شود که در قالب‌گیری تزریقی قطعات الکتریکی و مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سایر کاربردها

PET در کابل‌های زیردریایی به‌عنوان مانع رطوبتی، در فیلم‌های صنعتی، طناب‌ها، سیلندرهای فشار قوی، چاپ سه‌بعدی به‌صورت PETG، تولید اکلیل، نوارچسب‌ها، کاغذهای مقاوم به آب و ساخت پیش‌فرم بطری کاربرد دارد. برخی دیگر از کاربردهای این ماده در ادامه معرفی شده است.

• بطری‌های نوشیدنی: نوشابه‌های گازدار، آب، نوشیدنی‌های ورزشی، آبمیوه‌ها، چای و قهوه آماده مصرف
• بطری‌های مواد غذایی: روغن‌های خوراکی، شیر و فرآورده‌های لبنی، سس‌ها، چاشنی‌ها و سایر اقلام غذایی
• محصولات خانگی: مواد شوینده و لباسشویی، پاک‌کننده‌ها، ضدعفونی‌کننده دست و سایر محصولات بهداشتی
• مراقبت شخصی: شامپو، صابون، شوینده‌های صورت، شوینده‌های بدن، لوسیون‌ها، عطرها و محصولات آرایشی
• بسته‌بندی دارویی: بلیسترها، ویال‌ها، بطری‌ها و سایر ظروف
• ظروف ترموفرم: سینی‌های محصولات تازه، بسته‌بندی غذاهای قابل استفاده در مایکروویو و فر

بازیافت PET

در ادامه روش‌های بازیافت فیزیکی و شیمیایی PET را توضیح می‌دهیم.

بازیافت فیزیکی

در این روش، ضایعات PET خرد، شست‌وشو، خشک و سپس ذوب و گرانول می‌شوند. بازیافت فیزیکی به فرآیندی گفته می‌شود که در آن محصولات پسماند پلی اتیلن ترفتالات پس از خرد شدن، جداسازی، شستشو و خشک شدن به پرک‌های کاملا تمیز تبدیل می‌شوند. این پرک‌ها سپس پلاستیک‌سازی و به صورت گرانول درآمده و به چیپس‌های پلی اتیلن ترفتالات تبدیل می‌شوند که می‌توان آن‌ها را به‌صورت ترموپلاستیک برای تولید بطری‌های بازیافتی قالب‌گیری کرد.

بازیافت شیمیایی

در قسمت‌های قبل آموختیم PET چیست. در سنتز پلی اتیلن ترفتالات، ابتدا ترفتالیک اسید خالص با اتیلن گلیکول وارد واکنش تراکم می‌شود یا دی‌متیل ترفتالات با اتیلن گلیکول وارد واکنش استریفیکاسیون می‌شود و محصول حاصل، بیس(۲-هیدروکسی‌اتیل) ترفتالات است، که سپس از طریق پلیمریزاسیون تراکمی بین دی‌استرها به پلی اتیلن ترفتالات تبدیل می‌شود.

در فرآیند بازیافت شیمیایی پلی اتیلن ترفتالات، قابلیت فرآیندپذیری محصولات نهایی، مانند قابلیت چاپ و رنگ‌پذیری، در سطح مورد انتظار حفظ می‌شود و هیچ زرد شدگی در محصولات پلی اتیلن ترفتالات طی این فرآیند رخ نمی‌دهد. هزینه تولید پلی اتیلن ترفتالات از طریق دپلیمره شدن شیمیایی بالاتر از تولید مستقیم پلی اتیلن ترفتالات است، بنابراین بدون انگیزه‌های اقتصادی، قیمت پلی اتیلن ترفتالات بازیافتی شیمیایی بیشتر خواهد بود. برای اقتصادی و عملی بودن این روش، تولید در مقیاس وسیع لازم است.

بازیافت شیمیایی PET با استفاده از متانول

بهترین روش برای تولید متانول مورد نیاز برای بازیافت PET، قرار دادن متانول در حضور اکسیژن کافی و کاتالیزگر مناسب است. نمودار زیر، روش‌های تولید متانول را نمایش می‌دهد.

تقویت PET چیست و چرا انجام می‌شود؟

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم PET چیست. PET خالص مقاومت حرارتی بالایی ندارد، اما پس از تقویت، این ویژگی به‌ شکل قابل توجهی بهبود می‌یابد و در دماهای بالا نیز عملکرد مکانیکی مناسبی دارد. PET دیرسوز است و هنگام سوختن با شعله زردرنگ و همراه با چکه کردن می‌سوزد.

فیلم آموزش شیمی ۲ – پایه یازدهم – حل امتحانات نهایی در فرادرس

کلیک کنید

برخی از روش‌های تقویت و بهبود ساختار PET در ادامه توضیح داده شده است.

تقویت با ترکیب پلیمرها

تقویت با ماده پلی اولفین دار

روش تقویت پلی‌اولفین‌دار پلی اتیلن ترفتالات شامل ترکیب پلی اتیلن ترفتالات با پلیمرهای دیگر مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن یا پلی‌استایرن است که به‌طور طبیعی با هم ناسازگارند. برای دستیابی به خواص مکانیکی و حرارتی بهینه، از ماده سازگارکننده استفاده می‌شود که چسبندگی بین فازهای مختلف را افزایش می‌دهد و مقاومت ضربه‌ای، مقاومت حرارتی و پایداری در برابر رطوبت را بهبود می‌بخشد. بدون سازگارکننده، این ترکیب‌ها دارای پیوند بین‌سطحی ضعیف و خواص مکانیکی پایین هستند، اما با افزودن مواد واکنشی مانند کوپلیمر استایرن و گلیسیدیل متاکریلات، اتصال بین پلیمرها تقویت شده و خواص نهایی آلیاژ به شکل قابل توجهی بهبود می‌یابد.

تقویت پلی‌استری

روش تقویت پلی‌استری پلی اتیلن ترفتالات شامل ترکیب این پلیمر با سایر پلاستیک‌های مهندسی مانند پلی‌بوتیلن ترفتالات و پلی‌کربنات است تا خواص مکانیکی و ضربه‌پذیری آن بهبود یابد.