Polietilen tereftalat (PET) rehberi

Elyaf uygulamaları

Gelişiminin ilk aşamalarında PET ağırlıklı olarak sentetik elyaf üretiminde kullanılıyordu (PET tüketiminin yaklaşık %70'i).

Yüksek elyaf dayanımı ve iyi giyim performansıyla bilinen poliester, günümüzde en çok üretilen sentetik elyaftır. Kesikli elyaflar pamuk, yün veya keten ile harmanlanarak giyim ya da ev tekstili ürünlerinde kullanılabilir; filamentler ise giyimde veya filtre bezi, lastik kord bezi, paraşüt, konveyör bant ve emniyet kemeri gibi endüstriyel amaçlarla kullanılabilir.

Elyaf dışı uygulamalar

Elyaf dışında PET başlıca üç grupta kullanılır: film ve levhalar, şişeler ve mühendislik plastikleri.

2.2.1 Film ve levhalar

Ağırlıklı olarak gıda, ilaç ve toksik olmayan steril hijyenik ambalajlar gibi ambalaj malzemelerinde; tekstil, hassas cihaz ve elektronik bileşenler için üst düzey ambalajlarda; ses kaseti, video kaseti, fotoğraf filmi, sinema filmi, disk, CD ve manyetik kart altlıklarında; kondansatör filmleri, esnek baskılı devre kartları ve membran anahtarlarda kullanılır.

PET filmler şeffaflık, yağ direnci, aroma koruma, hijyen güvenilirliği ve geniş kullanım sıcaklığı aralığı sunar (hem yüksek sıcaklıkta sterilizasyona hem de dondurulmuş ürün ambalajına uygundur). Ancak ısıl yapışma özellikleri zayıftır ve başka filmlerle (ısıl yapışma katmanları) birleştirilmeleri gerekir; genel plastik filmlere göre görece yüksek fiyatları da ambalaj uygulamalarını sınırlar.

2.2.2 Şişeler

PET hızlı soğutma ile kolayca neredeyse amorf, yüksek şeffaflıkta ve kolay gerilebilir bir duruma getirilebildiğinden, çift eksenli yönlendirilmiş ambalaj filmleri veya amorf preformlardan yüksek dayanımlı, yüksek şeffaflıkta streç şişirme şişeler üretmek için kullanılabilir. PET ayrıca doğrudan ekstrüde edilerek veya şişirilerek gerdirmesiz içi boş kaplara dönüştürülebilir. PET şişeler yüksek şeffaflık ve iyi bariyer özellikleri sunar; bu da onları bira, alkollü içki, gazlı içecek, yemeklik yağ, gıda, çeşni, ilaç, kozmetik ve sağlık ürünleri gibi tazelik koruyucu ambalajlar için uygun kılar.

2.2.3 Mühendislik plastikleri

Takviyeli PET türleri başlıca şu alanlarda kullanılır:

• Elektronik ve elektrikKonnektörler, bobin karkasları, entegre devre muhafazaları, kondansatör muhafazaları, transformatör muhafazaları, TV parçaları, tunerler, anahtarlar, zamanlayıcı muhafazaları ve röleler.
• Otomotiv parçalarıDağıtım panosu kapakları, valfler, egzoz parçaları, distribütör kapakları, küçük elektrik motoru muhafazaları, ayna muhafazası gibi yapısal bileşenler ve far reflektörü gibi elektrik bileşenleri.
• Mekanik parçalarDişliler, kamlar, pompa gövdeleri, kasnaklar, motor şaseleri, saat parçaları, motor muhafazaları, elektrik konnektörleri, röleler, anahtarlar, mikrodalga fırın iç parçaları vb.
• Endüstriyel uygulamalarPompa gövdeleri, el aletleri, fermuar malzemeleri. PET, PA ve POM'dan sonra üçüncü nesil fermuar malzemesidir ve hem geniş hem dar ölçülerde kullanılabilir.

Transesterifikasyon yöntemi (DMT yöntemi)

Bu proseste dimetil tereftalat (DMT), etilen glikol (EG) ile transesterifikasyon reaksiyonuna girer; ardından polikondenzasyonla PET oluşur. İlk dönemlerde PTA monomerinin saflığı yüksek değildi ve saflaştırılması zordu; bu nedenle doğrudan polikondenzasyonla kaliteli PET üretmek mümkün değildi. Bu yüzden saf olmayan TPA önce metanolle tepkimeye sokularak saflaştırılması daha kolay olan dimetil tereftalata (DMT) dönüştürülürdü. Ardından yüksek saflıktaki DMT (≥%99,9), EG ile transesterifikasyon reaksiyonuna sokularak BHET elde edilir ve BHET daha sonra polimerleştirilerek PET'e dönüştürülür.

Doğrudan esterifikasyon yöntemi (PTA yöntemi)

Bu yöntemde yüksek saflıkta tereftalik asit (PTA) veya orta saflıkta tereftalik asit (MTA), etilen glikol (EG) ile doğrudan tepkimeye girerek esterifikasyon ve polikondenzasyon yoluyla poliester oluşturur. Bu yöntem, Amoco'nun 1965'te ham tereftalik asidi başarıyla saflaştırmasının ardından hızla gelişmiş ve PET üretimi de buna paralel olarak artmıştır.

PTA hammaddesiyle PET polimer üretimi iki ana reaksiyondan oluşur: önce PTA, EG ile esterifikasyon reaksiyonuna girerek bis(2-hidroksietil) tereftalat (BHET) oluşturur; ardından BHET, katalizör varlığında polikondenzasyona uğrayarak PET'e dönüşür.

DMT yöntemine göre daha düşük hammadde tüketimi, daha küçük EG geri kazanım sistemi, metanol yan ürünü olmaması, daha güvenli üretim, daha kısa proses akışı, daha düşük yatırım maliyeti, daha düşük işletme ve üretim maliyetleri, daha dengeli reaksiyon hızları ve daha kararlı üretim kontrolü gibi çeşitli avantajları nedeniyle, dünyadaki PET üretim kapasitesinin büyük bölümü artık PTA yöntemini kullanmaktadır.

Etilen oksit katılma yöntemi (EO yöntemi)

Etilen glikol etilen oksitten (EO) üretildiği için PET, EO'nun PTA ile doğrudan tepkimeye sokulup BHET elde edilmesi ve ardından polikondenzasyonla da üretilebilir. Bu yönteme etilen oksit katılma yöntemi denir.

Bu proses, EO'dan etilen glikol üretme adımını ortadan kaldırarak maliyetleri düşürür ve reaksiyonu hızlandırır; bu açıdan doğrudan esterifikasyon yönteminden üstündür. Ancak EO kolayca halka açılma reaksiyonuna girerek polieterler oluşturur ve önemli miktarda reaksiyon ısısı (yaklaşık 100 kJ/mol) açığa çıkarır. Ayrıca oda sıcaklığında gaz olan ve kolayca ısıl bozunmaya uğrayan EO'nun taşınması ve depolanması zordur. Bu nedenlerle yöntem henüz yaygınlaşmamıştır.

PET'in dolgu ile modifikasyonu

Dolgu ile modifikasyon, polimer matrisinden tamamen farklı inorganik bileşenler kullanarak malzeme özelliklerini kapsamlı biçimde iyileştirmenin en doğrudan ve etkili yollarından biridir.

Nanoparçacıkla modifiye PET

Nanoparçacıkla modifiye PET kompozitleri üzerine araştırmalar bugün oldukça olgunlaşmıştır. Ke ve arkadaşları PET'i katmanlı kil ile modifiye etmiş ve interkalasyon polimerizasyonuyla PET/kil nanokompozitleri elde etmiştir. Sonuçlar, kil içeriği ağırlıkça %5 olduğunda kompozit malzemenin ısıl deformasyon sıcaklığının saf PET'e göre yaklaşık 20°C ile 50°C arasında arttığını ve kompozitin modülünün PET'e göre iki katına çıktığını göstermiştir.

Cam elyafla modifiye PET

Nanoparçacıklara kıyasla mikron boyutlu cam elyaf (GF), maliyet ve kontrol edilebilirlik açısından belirgin avantajlara sahiptir; bu nedenle polimer malzemelerin dolgu ile modifikasyonunda yaygın olarak kullanılır.

PET'in harmanlama ile modifikasyonu

PET dahil iki veya daha fazla polimer, belirli sıcaklık ve kesme gerilimi koşullarında uygun oranlarda harmanlanarak yeni özelliklere sahip polimer alaşımları veya karışımlar elde edilir. Bu tür polimerlerin hazırlanmasında polimerler arasındaki uyumluluk belirleyicidir.

Poliolefinle modifiye PET

PET ve PE kimyasal yapı bakımından önemli farklılıklar gösterir ve birbirleriyle uyumsuzdur. İkisinin basit ikili harmanları, PET'in darbe dayanımını polimer harmanlamayla iyileştirmek için uyumluluğu artıran bir uyumlaştırma işleminin gerekli olduğunu göstermektedir. HDPE/PET harmanlarında EVA ve EAA eklendiğinde darbe dayanımı artar.
PET, PP ile harmanlandığında elde edilen alaşım her ikisinin avantajlarını birleştirir ve özellikleri iyileştirir; örneğin PET, PP'nin ısıl dayanımını artırır, PP ise PET'in neme duyarlılığını azaltır. Uyumlaştırıcı olmadan PET/PP harmanlarında arayüz bağı zayıf, mekanik özellikler düşüktür.

PET/PS de uyumsuz bir sistemdir ve harman uyumluluğu için uyumlaştırıcı gerektirir. Araştırmalar, PET/PS harman sistemine reaktif uyumlaştırıcı olarak stiren ve glisidil metakrilat kopolimeri P(S-GMA) eklenmesinin PET/PS/P(S-GMA) harman sisteminde iyi bir arayüz bağı ve daha iyi mekanik özellikler sağladığını göstermiştir.

Poliesterle modifiye PET

PBT, 1970'lerde hızla gelişen yeni bir mühendislik plastiğidir. PET'ten daha hızlı kristalleşir, tokluğu ve kalıplanabilirliği iyidir; ancak ısıl dayanımı PET'ten düşük, fiyatı ise daha yüksektir. Teijin Corporation'a göre PET ve PBT harmanına çekirdeklendirici ajan olarak %0,5 talk eklenmesi, darbe dayanımı iyi ve kalıp çekmesi düşük bir harman sağlar.

PC mükemmel mekanik özelliklere, iyi tokluğa ve yüksek camsı geçiş sıcaklığına sahiptir; ancak akışkanlığı ve yaşlanma direnci zayıftır. PET'in PC ile harmanlanması darbe dayanımını artırabilir. PET ve PC harmanı Çin dışında endüstriyel üretime geçmiştir ve otomotiv parçalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Elastomerle tokluğu artırılmış PET

ABS en yaygın kullanılan polimerlerden biridir; yalnızca tokluğu iyi olmakla kalmaz, genel performansı da HIPS'ten daha iyidir. PET'in ABS ile harmanlanması PET'in darbe dayanımını artırabilir.

Araştırmada harmandaki PET'in molekül ağırlığının işleme sıcaklığına çok duyarlı olduğu bulunmuştur. PET zincirinin hidrolizi, ABS'deki artık katalitik safsızlıklarla ilişkilidir. PET'in molekül ağırlığındaki düşüş darbe performansında ve kopma uzamasında belirgin kayba yol açar; ancak modülü ve eğilme dayanımını etkilemez.

PET modifikasyonunda USEON çift vidalı ekstrüderlerinin avantajları

• Verimli karıştırma ve dispersiyonUSEON aynı yönde dönen çift vidalı ekstrüder yüksek tork ile mükemmel karıştırma ve dağıtma kabiliyetine sahiptir. Çeşitli katkıların, dolguların ve takviye malzemelerinin PET matrisi içinde homojen dağılmasını sağlayarak malzemenin homojenliğini ve performansını artırır.
• Hassas sıcaklık kontrolüAvrupalı tedarikçilerin sıcaklık kontrol sistemiyle donatılan USEON aynı yönde dönen çift vidalı ekstrüder, işleme sıcaklıklarının hassas biçimde kontrol edilmesini sağlar; malzemenin optimum sıcaklıkta işlenmesini güvence altına alır ve bozunmayı önler.
• Yüksek esneklikUSEON aynı yönde dönen çift vidalı ekstrüderin modüler tasarımı, vida elemanlarının farklı malzemelerin işleme gereksinimlerine göre esnek biçimde birleştirilip ayarlanmasına olanak tanır ve çeşitli proseslere güçlü uyum sağlar.
• Kendi kendini temizlemeUSEON aynı yönde dönen çift vidalı ekstrüder iyi bir kendi kendini temizleme kabiliyetine sahiptir; temizlik için duruş süresini azaltır ve üretim verimliliğini artırır.

PET'in kimyasal geri dönüşümü

PET sentezi başlangıçta saflaştırılmış tereftalik asidin (PTA) etilen glikol (EG) ile kondenzasyon reaksiyonunu veya dimetil tereftalatın (DMT) EG ile transesterifikasyon reaksiyonunu içerir. Bu reaksiyonlar sonucunda bis(2-hidroksietil) tereftalat (BHET) oluşur; BHET ardından diesterler arasında polikondenzasyona uğrar.

PET şişelerin kimyasal geri dönüşümünün özü, PET'in belirli koşullar altında PTA, DMT, BHET, EG gibi monomerlere tamamen veya kısmen oligomerlere ayrıştırıldığı depolimerizasyon reaksiyonudur. PET depolimerizasyonunda yaygın olarak kullanılan kimyasallar su (hidroliz), metanol (alkoliz) ve EG'dir (glikoliz).

Avantajları

• PET atıkları monomerlere ve/veya oligomerlere ve diğer kimyasallara ayrıştırılabilir.
• Diğer geri dönüşüm yöntemlerine kıyasla “sürdürülebilirlik” ilkesine tam olarak uyar.
• Geri kazanılan monomerlerden yeniden polimerleştirilen PET, gerekli molekül ağırlığına (intrinsik viskoziteye) ulaşır.
• Kirli ve son derece karmaşık atık akışları, gerekli spesifikasyonları karşılayan ürünlere dönüştürülebilir.
• PET'in kimyasal geri dönüşüm sürecinde, nihai ürünlerin baskı ve boyanabilirlik gibi işlenebilirlik özellikleri beklenen düzeye ulaşabilir.
• Kimyasal geri dönüşüm sürecinde PET ürünlerde sararma olmaz.

Dezavantajları

• PET'in kimyasal depolimerizasyonla üretim maliyeti doğrudan PET üretmekten daha yüksektir; bu nedenle ekonomik teşvikler olmadan kimyasal olarak geri dönüştürülmüş PET'in maliyeti daha yüksektir.
• Maliyet açısından verimli ve uygulanabilir olması için büyük ölçekli üretim gerekir.

PET'in fiziksel geri dönüşümü

Fiziksel geri dönüşüm, atık PET ürünlerin kırma, ayıklama, yıkama ve kurutma yoluyla derinlemesine temizlenmiş PET pullarına dönüştürülmesidir. Bu pullar daha sonra plastikleştirilip granüle edilerek PET cipslerine dönüştürülür ve termoplastik olarak kalıplanarak geri dönüştürülmüş PET şişelere dönüşür.

PET şişirme kalıplama için gereken intrinsik viskozite (IV) değeri 0,74 dl/g'nin altında olmamalıdır. Ancak tüketim sonrası PET şişelerin kalitesi geri dönüşüm sürecinde düşer ve eriyik ekstrüzyonu sırasında intrinsik viskozite çoğu zaman azalır. Bu nedenle şişirme kalıplama gereksinimlerini karşılamak için PET'in molekül ağırlığını artıracak katı hal polikondenzasyonu veya eriyik fazında viskozite yükseltme genellikle gerekir.

Avantajları

• Basit proses teknolojisi; düşük yatırım maliyeti.
• Çevreye olumsuz etkisi çok azdır.

Dezavantajları

• Kirleticilerin karmaşıklığı, PET'in fiziksel geri dönüşümünü zorlaştırır.
• PET atıklarının her geri dönüşüm döngüsünde renk değiştirmesi ve ürün performansının bozulması, fiziksel geri dönüşümün başlıca sorunlarıdır.
• Fiziksel geri dönüşüm sırasında halkalı ve doğrusal oligomerlerin oluşması, nihai ürünün baskı ve boyanabilirliğini düşürebilir.
• Fiziksel olarak geri dönüştürülen PET, molekül içi çapraz bağlanma ve oksidasyon reaksiyonları nedeniyle sararmaya eğilimlidir.

Günümüzde fiziksel geri dönüşümün üretim teknolojisi ağırlıklı olarak PET şişe pullarının degazajlı ekstrüzyonundan ve viskozite yükseltmeden oluşur; bu sayede süper temiz geri dönüştürülmüş PET granülleri üretilir. Temizlik düzeyi büyük ölçüde proses sırasındaki sıcaklık, basınç, hava akışı ve kalma süresi gibi proses parametrelerine bağlıdır.

Sürdürülebilir kalkınmanın bir uygulayıcısı olarak USEON, 2008'den beri döngüsel çözümlerin geliştirilmesinde öncü konumdadır. USEON bugün Çin'de PET ürünleri kristalizasyon veya kurutma olmadan çift vidalı teknolojiyle geri dönüştüren ilk firmadır. Kapsamlı uygulamalar sonucunda proses, intrinsik viskozite düşüşünü 0,03 dl/g'nin altında tutarak PET atıklarının birincil geri dönüşümünü sağlamaktadır.

Haziran 2024 itibarıyla USEON, dünya genelindeki müşterileri için 130 PET geri dönüşüm ve granülasyon üretim hattını başarıyla devreye almıştır. Bu hatlar şişe pulu, atık kumaş, iplik, film ve levha gibi çeşitli PET geri dönüşüm çözümlerini kapsar. Bunlar arasında şişeden şişeye teknolojisi yılda 2 milyon ton içecek şişesini geri dönüştürerek 70 milyon kilovatsaat elektrik tasarrufu sağlayabilir.