بررسی کاربردهای بطری پت ترکیبی با پلیمرهای زیستی در صنایع بسته بندی مواد غذایی(بخش ششم)

PET/EZT 30 درصد و استثنائات آن

کاهش آنتالپی کریستال سرد در PET/EZT 30 به صورت غیر خطی قابل مشاهده می‌باشد. این کاهش غیر خطی ممکن است در فرایند تولید بطری پت به دلیل اختلاف دمایی بین پریفرم و دیواره های قالب در حین دمیدن کششی رخ داده باشد. این می تواند در بازآرایی پلیمرهای زنجیره بلند برای تشکیل فاز کریستالی تداخل ایجاد کند که در تحقیقات دیگر در رابطه با تولید بطری پت و بطری پلی اتیلن نفتالات نیز مشاهده شده است (Tharmapuram & Jabarin, 2003). علاوه بر این، با افزایش نسبت EZT، آنتالپی تبلور (ΔH_c) تمایل به کاهش دارد. بر اساس داده‌های قبلی، انتظار می رود که فاز آمورف EZT تبلور بطری پت را در ساختار نیمه کریستالی به تاخیر بیندازد.

بر خلاف نتایج T_cc که در آن PET/EZT  30 درصد روند متفاوتی نسبت به نمونه های دیگر نشان می دهد؛ PET/EZT 30 درصد کاهش مشابهی در T_c نشان می دهد که نشانگر این است که تاریخچه حرارتی بطری با گرم کردن مجدد DCS حذف شده است و این کار نقایص ایجاد شده در طی فرایند تولید بطری پت را حذف کرد. این کار نشان می‌دهد که دلیل کاهش غیر خطی PET/EZT 30 درصد، بیشتر مربوط به فرایند تولید است تا عملکرد شیمیایی مواد.

لینک های مرتبط:

• پریفرم استاندارد
• دستگاه بادکن دستی
• درب بطری

تاثیر ترکیب و ساختار شیمیایی بطری پت بر پایداری حرارتی

به طور کلی، پایداری حرارتی به مقدار زیادی بستگی به ترکیب و ساختار شیمیایی در سیستم پلیمری دارد (Tomi´c, 2020). دمای فرایند تولید بطری پت مورد استفاده برای نوشیدنی‌ها با توجه به پایداری حرارتی مواد برای جلوگیری از واکنش‌های ناخواسته در طی فرایند پر شدن تنظیم می‌شود (Hannay, 2002). پایداری حرارتی بطری های PET/EZT در شکل 2(d) نشان داده شده است، و دمای تجزیه آنها در جدول 3 خلاصه شده است. دمای تجزیه در طی 3 درصد کاهش وزن بطری PET خالص و بطری EZT خالص به ترتیب 398.1 درجه سانتیگراد و 379.9 سانتیگراد ثبت شده است که نشان می‌دهد بطری PET با ساختار نیمه کریستالی، پایداری حرارتی نسبتاً بالاتری در مقایسه با بطری EZT خالص دارد.

همچنین دمای تجزیه بطری های PET/EZT در دماهای پایین تر با افزایش نسبت EZT نیز مشاهده شد. این آزمایش نشان داد که اختلاط جزئی بین PET و EZT منجر به کاهش میزان کریستالی بودن (افزایش حجم آزاد) و در نتیجه جدا شدن زنجیره بالایی هر دو پلیمر و تجزیه حرارتی سریع‌تر آنها می‌شود. با این حال، همانطور که در شکل 2 (d) نشان داده شده است، هیچ تجزیه حرارتی در دمای 280 درجه سانتیگراد (حداکثر دمای تنظیم شده برای فرایندهای درون بشکه و ساخته شدن نمونه‌ها) مشاهده نشد. بنابراین، می‌توان اینگونه نتیجه گیری کرد که می‌توان از دستگاه ISBM برای تولید بطری‌های PET/EZT برای صنعت نوشیدنی و بسته بندی محصولاتی مانند آب میوه و چای استفاده کرد.

مرفولوژی

از پراش پودر اشعه ایکس (XRD) برای ارزیابی ساختار کریستالی و فاصله بین اتمی بطری‌های PET/EZT استفاده شد. به طور کلی، پلیمرهای کریستالی نقاط قله‌ی تیز را در الگوی XRD نشان می دهند، در حالی که  نقاط اوج نسبتا پهن تر در پلیمرهای آمورف مشاهده می شوند. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، در بطری پت خالص یک نقطه اوج پراش مشخص در 2Ɵ از 21.08 و یک قله پراش ضعیف در 2Ɵ از 43.2 مشاهده می‌شود که مربوط به فاز آمورف PET است (https://www.riga ku.com/applications/bytes/Xrd/miniflex/1143442674, Accessed April  08 2021; Mallakpour & Javadpour, 2016).

نقطه اوج کوچک در 2Ɵ از 25.3 در PET خالص ممکن است به این  دلیل رخ داده باشد که فاز آمورف PET را می‌توان در دماهای بالا بازآرایی کرد و یک ساختار کریستالی با اندازه کوچک درون آن ایجاد کرد که می تواند میزان کریستالی بودن متوسط پلیمر را کاهش دهد. مقدار این اوج کوچک به تدریج کاهش یافته و سپس با افزایش نسبت EZT کاملا ناپدید شده است. این ممکن است مربوط به واکنش ترانس استریفیکاسیون بین PET و EZT در دماهای بالا باشد که می‌تواند میزان جدا شدن زنجیره PET را کاهش دهد (پورتر و وانگ، 1992).

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