بررسی کاربردهای بطری پت ترکیبی با پلیمرهای زیستی در صنایع بسته بندی مواد غذایی:
ECOZEN®T110 (EZT)، به عنوان یک پلی استر زیستی برای بهبود دمای تبدیل شیشه (Tg) و پایداری شکل حرارتی پلی اتیلن ترفتالات (بطری پت) استفاده می‌شود. در این مطالعه، کاربرد مخلوط‌های PET/EZT برای ساخت بطری‌های مقاوم به حرارت با استفاده از دستگاه قالب‌دهی کششی تزریقی در یک فرایند رایج در این صنعت مورد ارزیابی قرار گرفت. یک ترکیب کاملا انحلال پذیر در مخلوط 10٪ EZT مشاهده شد. این ترکیب در فاز همگن در تمامی نسبتهای EZT دیگر (30٪، 50٪ و 70٪) حفظ شد. افزودن EZT موجب افزایش Tg و شفافیت بطری‌ها شد و شکل اصلی آنها را پس از آزمایش های پر شدن با مایعات داغ حفظ کرد. در نتیجه این آزمایش بطری‌هایی با نقطه ذوب بالا و شفافیت کم به دست آمدند. این بطری‌ها نیاز به تجهیزات پیچیده و فرایندهای زمان‌بر که در تولید بطری‌های PET معمولی مورد نیاز است، ندارد. بنابراین، مخلوط PET/EZT می‌تواند به عنوان یک ماده جایگزین برای بطری‌های مقاوم به حرارت استفاده شود که با استفاده از فرایندهای رایج تولید شود.
ممکن است انتخاب بهینه‌تری باشند. بطری های PET دارای استحکام، شفافیت، مقاومت شیمیایی و نفوذ پذیری گاز عالی هستند، اما مقاومت حرارتی ضعیفی دارند. دمای حرارتی انحراف یا شکستگی (HDT) و دمای تبدیل شیشه (Tg) بطری های PET پایین تر از دمای برخی از محصولات مشابه است. این ویژگی منجر به تغییر شکل حرارتی بطری پت در حین پر شدن مایعات گرم می شود که کاربرد این بطری‌ها را محدود می کند.
طریقه به دست آمدن بطری پت مقاوم در برابر حرارت:
بطری پت مقاوم در برابر حرارت معمولا در اثر افزایش میزان کریستالی بودن با تنظیم حرارت حین فرایند تولید، به دست می‌آیند. برای این کار، پیش از آغاز از دمیدن کششی، گردن بطری در حالت پیش‌فرم بلوری می‌شود. این کار در دمای بین 120 تا 150 درجه سانتیگراد رخ می‌دهد. این روش با بهبود مقاومت حرارتی بطری پت امکان استفاده از آن جهت پر شدن با مواد گرم را فراهم می کند. با این حال، این روش شامل یک فرایند پیچیده و تجهیزات ویژه مانند ابزارهای تبلور گردن بطری است که باعث بهره‌وری پایین و محدودیت‌های طراحی بطری می‌شود.
بهبود خواص حرارتی بطری پت:
مطالعات متعددی برای بهبود خواص حرارتی و کاهش هزینه بطری‌های پت مناسب برای پر شدن با مواد داغ با پلیمرهای ترکیبی مقاوم در برابر حرارت انجام شده است. در حال حاضر، پلیمر زیستی مقاوم در برابر حرارت بالا، پلی اتیلن گلیکول 1،4-سیکلو هاکسان متیلن ایزوسورباید ترفتالات (PEICT) که با نام ECOZEN®T110 (EZT) نیز شناخته می‌شود، به صورت تجاری به عنوان یکی از مواد سازنده بطری‌های پرکننده مقاوم به حرارت در بازار موجود است. این بطری‌ها را می‌توان با استفاده از یک فرایند ساده تولید کرد. با این حال، این بطری مقاوم در برابر حرارت به دلیل قیمت بالاتر در مقایسه با بطری PET، هنوز در صنعت بسته بندی نوشیدنی و مواد غذایی استفاده نمی شود.
توجه داشته باشید که ترکیب EZT با PET می تواند مشکل قیمت را تا حدودی حل کند و در عین حال به طور قابل توجهی خواص حرارتی بطری را با یک فرایند ساده در تولید بهبود ببخشد. بنابراین، این ماده نه تنها فرایند تولید بطری و درب بطری را تسهیل می‌کند، بلکه هزینه تولید آن را کاهش می‌دهد و کاربردهای آن را نیز گسترش می‌دهد.
لینک های مرتبط:
PEICT چیست؟
PEICT یک ترپلی استر زیستی مقاوم در برابر حرارت است که شامل ایزوسوربید (ISB) که یک مونومر زیستی است، می‌باشد. PEICT خواص مکانیکی و شیمیایی خوبی دارد. ساختار شیمیایی این ماده مشابه PET است و تمایل به مخلوط شدن با آن را نیز دارد. در مطالعه قبلی، PEICT و PET برای بهبود مقاومت حرارتی و خواص حرارتی بطری های PET مخلوط شدند. هرچه نسبت PEICT افزایش یافت، Tg مخلوط نیز افزایش یافت. علاوه بر این، ورق های ترکیبی PET/EZH یک Tg منفرد را در نتایج آنالیز مکانیکی دینامیکی (DMA) و کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) نشان دادند که در یک حالت همگن با استفاده از آزمایش SEM مشاهده شد. همچنین هیچ تغییر قابل توجهی در شفافیت بطری در حضور نور مرئی وجود نداشت که نشان دهنده اختلاط پذیری بین PET و EZH باشد. ورق PET/EZH (50:50) بالاترین مقاومت حرارتی و پایداری شکل را نشان داد. این ویژگی نشان می دهد که این پلیمر می تواند برای ساخت بطری‌های مقاوم به حرارت استفاده شود.
بیانیه معتبر مشارکت نویسنده
Hojun Shin: Conceptualization, Data curation, Writing – original draft, Formal analysis. Sangyoon Park: Methodology, Formal analysis, Investigation. Sarinthip Thanakkasaranee: Formal analysis, Investi- gation, Supervision. Kambiz Sadeghi: Data curation, Investigation.
Youngsoo Lee: Validation, Investigation. Guman Tak: Validation, Investigation. Jongchul Seo: Conceptualization, Methodology, Writing
– review & editing.
اعلامیه منافع رقابتی
نویسندگان اعلام می کنند که هیچ منافع مالی رقابتی یا روابط شخصی شناخته شده‌ای ندارند که روی نتایج این مقاله تأثیر گذار باشد.
قدردانی
این مطالعه توسط بنیاد ملی تحقیقات کره (NRF) و توسط کمک هزینه ای که توسط دولت کره (MSIP) تامین شده بود [ با شماره مجوز 2020R1A2B5B01001797] به صورت رسمی حمایت شده است.
منابع
Al-Jabareen, A., Al-Bustami, H., Harel, H., & Marom, G. (2013). Improving the oXygen barrier properties of polyethylene terephthalate by graphite nanoplatelets. Journal of Applied Polymer Science, 128(3), 1534–1539. https://doi.org/10.1002/app.38302
Badia, J. D., Santonja-Blasco, L., Martínez-Felipe, A., & Ribes-Greus, A. (2014). Dynamic mechanical thermal analysis of polymer blends. Characterization of polymer blends (pp. 365–392). https://doi.org/10.1002/9783527645602.ch12
Brown, W., & Park, G. (1970). Diffusion of solvents and swellers in polymers. Journal of Paint Technology, 42(540), 16.
CHECKING MOLECULAR AXIS ORIENTATION THROUGH STRETCHING. Retrieved April
18 from https://www.rigaku.com/applications/bytes/Xrd/miniflex/1143442674. George, S. C., & Thomas, S. (2001). Transport phenomena through polymeric systems.
Progress in Polymer Science, 26(6), 985–1017. https://doi.org/10.1016/S0079-6700 (00)00036-8
Go¨ltner, W. (2004). Relationship between polyester quality and processability: Hands-on experience. Modern polyesters: Chemistry and technology of polyesters and copolyesters (pp. 435–493). https://doi.org/10.1002/0470090685.ch13
Hannay, F. (2002). Rigid plastics packaging: Materials, processes and applications (Vol. 151). iSmithers Rapra Publishing.
Kong, Y., & Hay, J. (2002). Miscibility and crystallisation behaviour of poly (ethylene terephthalate)/polycarbonate blends. Polymer, 43(6), 1805–1811. https://doi.org/ 10.1016/S0032-3861(01)00772-8
Lima, M. F. S., Vasconcellos, M. A. Z., & Samios, D. (2002). Crystallinity changes in plastically deformed isotactic polypropylene evaluated by X-ray diffraction and differential scanning calorimetry methods. Journal of Polymer Science Part B, Polymer Physics, 40(9), 896–903. https://doi.org/10.1002/polb.10159
Mallakpour, S., & Javadpour, M. (2016). The potential use of recycled PET bottle in nanocomposites manufacturing with modified ZnO nanoparticles capped with citric acid: Preparation, thermal, and morphological characterization. RSC Advances, 6 (18), 15039–15047. https://doi.org/10.1039/C5RA27631D
Maruhashi, Y., & Iida, S. (2001). Transparency of polymer blends. Polymer Engineering and Science, 41(11), 1987–1995. https://doi.org/10.1002/pen.10895
Mohammadi, S., Khonakdar, H., Ehsani, M., Jafari, S., Wagenknecht, U., & Kretzschmar, B. (2011). Investigation of thermal behavior and decomposition kinetic of PET/PEN blends and their clay containing nanocomposites. Journal of Polymer Research, 18(6), 1765–1775. https://doi.org/10.1007/s10965-011-9583-9
Nasir, N., Hong, H., Rehman, M. A., Kumar, S., & Seo, Y. (2020). Polymer-dispersed liquid-crystal-based switchable glazing fabricated via vacuum glass coupling. RSC Advances, 10(53), 32225–32231. https://doi.org/10.1039/D0RA05911K
Ophir, A., Kenig, S., Shai, A., Barka’Ai, Y., & Miltz, J. (2004). Hot-fillable containers containing PET/PEN copolymers and blends. Polymer Engineering and Science, 44(9), 1670–1675. https://doi.org/10.1002/pen.20166
Papadopoulou, C. P., & Kalfoglou, N. K. (1997). Compatibility behaviour of blends of poly (ethylene terephthalate) with an amorphous copolyester. Polymer, 38(3), 631–637. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(96)00557-5
Park, S., Thanakkasaranee, S., Shin, H., Ahn, K., Sadeghi, K., Lee, Y., Tak, G., & Seo, J. (2020). Preparation and characterization of heat-resistant PET/bio-based polyester blends for hot-filled bottles. Polymer Testing, 91, Article 106823. https://doi.org/ 10.1016/j.polymertesting.2020.106823
Park, S., Thanakkasaranee, S., Shin, H., Lee, Y., Tak, G., & Seo, J. (2021). PET/Bio-based terpolyester blends with high dimensional thermal stability. Polymers, 13(5), 728. https://doi.org/10.3390/polym13050728
Porter, R. S., & Wang, L.-H. (1992). Compatibility and transesterification in binary polymer blends. Polymer, 33(10), 2019–2030. https://doi.org/10.1016/0032-3861 (92)90866-U
Rwei, S. P. (1999). Properties of poly (ethylene terephthalate)/poly (ethylene naphthalate) blends. Polymer Engineering and Science, 39(12), 2475–2481. https:// doi.org/10.1002/pen.11634
Scheirs, J., & Long, T. E. (2005). Modern polyesters: Chemistry and technology of polyesters and copolyesters. John Wiley & Sons.
Shi, Y., & Jabarin, S. A. (2001). Glass-transition and melting behavior of poly (ethylene terephthalate)/poly (ethylene 2, 6-naphthalate) blends. Journal of Applied Polymer Science, 81(1), 11–22. https://doi.org/10.1002/app.1408
Song, H., Yang, S., Sun, S., & Zhang, H. (2013). Effect of miscibility and crystallization on the mechanical properties and transparency of PVDF/PMMA blends. Polymer-plastics Technology and Engineering, 52(3), 221–227. https://doi.org/10.1080/
03602559.2012.735314
Stocco, A., La Carrubba, V., Piccarolo, S., & Brucato, V. (2009). The solidification behavior of a PBT/PET blend over a wide range of cooling rate. Journal of Polymer Science Part B, Polymer Physics, 47(8), 799–810. https://doi.org/10.1002/ polb.21687
Subramanian, M. N. (2017). Polymer blends and composites: Chemistry and technology.
John Wiley & Sons.
Tharmapuram, S. R., & Jabarin, S. A. (2003). Processing characteristics of PET/PEN blends, part 3: Injection molding and free blow studies. Advances in Polymer Technology: Journal of the Polymer Processing Institute, 22(2), 155–167. https://doi. org/10.1002/adv.10046
Tomi´c, N. Z. (2020). Thermal studies of compatibilized polymer blends. Compatibilization of polymer blends (pp. 489–510). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816006- 0.00017-7