โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต
โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (หรือโพลี(เอทิลีนเทเรฟทาเลต) [ 5 ] PET , PETEหรือPETPหรือ PET-P ที่เลิกใช้แล้ว)เป็นเรซิน พอลิเมอร์เทอร์ โมพลาสติก ที่พบมากที่สุดใน ตระกูล โพลีเอสเตอร์และใช้ในเส้นใยสำหรับเสื้อผ้าภาชนะบรรจุของเหลวและอาหาร และชิ้นส่วนขึ้นรูปด้วยความร้อนสำหรับการผลิต และใช้ร่วมกับใยแก้วสำหรับเรซิน ทางวิศวกรรม [ 6 ]
ในปี 2025 การผลิต PET ทั่วโลกต่อปีอยู่ที่ 31 ล้านตัน และคาดการณ์ในปี 2031 ว่าจะสูงกว่า 40 ล้านตัน[ 7 ]ในบริบทของการใช้งานสิ่งทอ PET จะถูกเรียกด้วยชื่อสามัญว่าโพลีเอสเตอร์ในขณะที่ตัวย่อPETมักใช้ในบริบทของบรรจุภัณฑ์ PET ที่ใช้ในงานที่ไม่ใช่เส้นใย (เช่น สำหรับบรรจุภัณฑ์) คิดเป็นประมาณ 6% ของการผลิตพอลิเมอร์ทั่วโลกโดยมวล เมื่อรวมสัดส่วนมากกว่า 60% ของโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตที่ผลิตเพื่อใช้เป็นเส้นใยโพลีเอสเตอร์แล้ว PET จึงเป็นพอลิเมอร์ที่มีการผลิตมากเป็นอันดับสี่รองจากโพลีเอทิลีน (PE) โพลีโพรพีลีน (PP) และโพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) [ 5 ]
PET ประกอบด้วยหน่วย ซ้ำ (C H O นำไปรีไซเคิลได้และมีเลข 1 (♳) เป็นรหัสระบุเรซิน (RIC) สมาคมทรัพยากรภาชนะบรรจุ PET แห่งชาติ (NAPCOR) นิยาม PET ไว้ดังนี้: "ผลิตภัณฑ์โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตที่อ้างอิงนั้นได้มาจากกรดเทเรฟทาลิก (หรือไดเมทิลเทเรฟทาเลต ) และโมโนเอทิลีนไกลคอลโดยที่ผลรวมของกรดเทเรฟทาลิก (หรือไดเมทิลเทเรฟทาเลต) และโมโนเอทิลีนไกลคอลที่ทำปฏิกิริยากันนั้นคิดเป็นอย่างน้อย 90 เปอร์เซ็นต์ของมวลของโมโนเมอร์ที่ทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างพอลิเมอร์ และต้องมีอุณหภูมิจุดหลอมเหลวระหว่าง 225 °C ถึง 255 °C ตามที่ระบุไว้ในระหว่างการสแกนความร้อนครั้งที่สองในขั้นตอนที่ 10.1 ใน ASTM D3418 เมื่อให้ความร้อนตัวอย่างที่อัตรา 10 °C/นาที" [ 8 ]
ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตและประวัติความร้อน โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตอาจมีอยู่ได้ทั้งในรูปของพอลิเมอร์อสัณฐาน (โปร่งใส) และพอลิเมอร์กึ่งผลึก วัสดุกึ่งผลึกอาจมีลักษณะโปร่งใส (ขนาดอนุภาคเล็กกว่า 500 นาโนเมตร ) หรือทึบแสงและสีขาว (ขนาดอนุภาคไม่เกินไม่กี่ไมโครเมตร ) ขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึกและขนาดอนุภาค
กระบวนการหนึ่งในการผลิต PET ใช้บิส(2-ไฮดรอกซีเอทิล)เทเรฟทาเลตซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้โดยปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันระหว่างกรดเทเรฟทาลิกและเอทิลีนไกลคอลโดยมีน้ำเป็นผลพลอยได้ (เรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยาควบแน่น) หรือโดย ปฏิกิริยา ทรานส์ เอสเทอริฟิเค ชันระหว่างเอทิลีนไกลคอลและไดเมทิลเทเรฟทาเลต (DMT) โดยมีเมทานอลเป็นผลพลอยได้ นอกจากนี้ยังสามารถได้มาจากการรีไซเคิล PET [ 9 ]การพอลิเมอไรเซชันเกิดขึ้นผ่าน ปฏิกิริยา พอลิคอนเดนเซชันของโมโนเมอร์ (ทำทันทีหลังจากเอสเทอริฟิเคชัน/ทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน) โดยมีน้ำเป็นผลพลอยได้[ 6 ]
| โมดูลัสของยัง , E | 2800–3100 เมกะปาสคาล |
| ความแข็งแรงดึง , σ | 55–75 MPa |
| ขีดจำกัดความยืดหยุ่น | 50–150% |
| การทดสอบรอยบาก | 3.6 กิโลจูล / ตร.ม. |
| อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้ว , T | 67–81 องศาเซลเซียส |
| วิแคทบี | 82 องศาเซลเซียส |
| สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นα | 7 × 10 −5 K −1 |
| การดูดซับน้ำ (ASTM) | 0.16 |
| แหล่งที่มา[ 1 ] | |
|---|---|
การใช้งาน
สิ่งทอ
เส้นใยโพลีเอสเตอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสิ่งทอ การคิดค้นเส้นใยโพลีเอสเตอร์นั้นมีที่มาจาก JR Whinfield [ 10 ]มีการนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1940 โดยICIภายใต้แบรนด์ 'Terylene' [ 11 ]ต่อมาEI DuPontได้เปิดตัวแบรนด์ 'Dacron' ณ ปี 2022 มีหลายแบรนด์ทั่วโลก ส่วนใหญ่เป็นแบรนด์จากเอเชีย
เส้นใยโพลีเอสเตอร์ถูกนำมาใช้ในเสื้อผ้าแฟชั่น โดยมักผสมกับผ้าฝ้าย ใช้เป็นฉนวนกันความร้อนในชุดกันหนาว ชุดกีฬา ชุดทำงาน และวัสดุหุ้มเบาะรถยนต์
บรรจุภัณฑ์แบบแข็ง
ขวดพลาสติกที่ทำจาก PET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเครื่องดื่มทั้งแบบไม่มีฟองและมีฟองสำหรับเครื่องดื่มที่เสื่อมสภาพได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน เช่น เบียร์ จะใช้โครงสร้างแบบหลายชั้น โดยการนำ PET มาประกบกับ ชั้น โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVOH) หรือโพลีอะไมด์ (PA) เพิ่มเติม เพื่อลดการซึมผ่านของออกซิเจนให้ดียิ่งขึ้น
แผ่น PET ที่ไม่มีทิศทางสามารถขึ้นรูปด้วยความร้อนเพื่อทำถาดบรรจุภัณฑ์และแผงยาแบบแผ่น [ 12 ] ทั้ง PET อะมอร์ฟัสและPET ที่มีทิศทาง สองแกน (BoPET) โปร่งใสเมื่อมองด้วยตาเปล่า สามารถผสมสีย้อมลงในแผ่น PET ได้อย่างง่ายดาย
PET สามารถซึมผ่านออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ได้ ซึ่งทำให้มีข้อจำกัดเรื่องอายุการเก็บรักษาของสินค้าที่บรรจุใน PET [ 13 ] : 104
ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ตลาดบรรจุภัณฑ์ PET ทั่วโลกเติบโตในอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีที่ 9% จนมีมูลค่า 17 พันล้านยูโรในปี 2549 [ 14 ]
บรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น
ฟิล์ม PET ที่มีการยืดตัวในสองทิศทาง (BOPET) สามารถเคลือบด้วยอะลูมิเนียมโดยการระเหยฟิล์มโลหะบาง ๆลงบนฟิล์มเพื่อลดการซึมผ่าน และทำให้สะท้อนแสงและทึบแสง ( MPET ) คุณสมบัติเหล่านี้มีประโยชน์ในหลายการใช้งาน รวมถึง บรรจุภัณฑ์อาหารแบบยืดหยุ่นและฉนวนกันความร้อน (เช่นผ้าห่มฉุกเฉิน )
แผงโซลาร์เซลล์
BOPET ใช้ในแผ่นรองด้านหลังของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แผ่นรองด้านหลังส่วนใหญ่ประกอบด้วยชั้นของ BOPET ที่เคลือบด้วยฟลูออโรพอลิเมอร์หรือชั้นของ BOPET ที่ทนต่อรังสียูวี[ 15 ] PET ยังใช้เป็นวัสดุรองรับในเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางอีกด้วย
เรซินเทอร์โมพลาสติก
PET สามารถผสมกับใย แก้ว และสารเร่งการตกผลึกเพื่อสร้างเรซินเทอร์โมพลาสติก ซึ่งสามารถขึ้นรูปด้วยการฉีดเป็นชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ตัวเรือน ฝาครอบ ส่วนประกอบเครื่องใช้ไฟฟ้า และองค์ประกอบของระบบจุดระเบิด[ 16 ]
แอปพลิเคชันอื่นๆ
- วัสดุกันซึมในสายเคเบิลใต้น้ำ
- ในฐานะฐานถ่ายทำภาพยนตร์
- โดยใช้เส้นใยสังเคราะห์มาต่อเข้ากับส่วนบนของเชือกกระดิ่ง เพื่อช่วยป้องกันการสึกหรอของเชือกขณะที่ลอดผ่านเพดาน
- ตั้งแต่ปลายปี 2014 เป็นต้นมา PET ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุบุภายในใน ถังแก๊สแรงดันสูงคอมโพสิตประเภท IV โดยPET ทำหน้าที่เป็นฉนวนกั้นออกซิเจนได้ดีกว่าโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ที่เคยใช้มาก่อน [ 17 ]
- ในฐานะ เส้นใย สำหรับการพิมพ์ 3 มิติเช่นเดียวกับพลาสติกโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตไกลคอล (PETG) สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ PETG ได้กลายเป็นวัสดุยอดนิยมในการพิมพ์ 3 มิติ[ 18 ] - ใช้สำหรับการใช้งานระดับสูง เช่น โต๊ะผ่าตัดกระดูกหัก[ 19 ]และในภาคยานยนต์และการบิน รวมถึงการใช้งานทางอุตสาหกรรมอื่นๆ[ 20 ]คุณสมบัติพื้นผิวสามารถปรับเปลี่ยนได้เพื่อให้ PETG ทำความสะอาดตัวเองได้สำหรับการใช้งาน เช่น การผลิตป้ายจราจรสำหรับการผลิตไฟสปอตไลท์ LED [ 21 ]
- ในฐานะที่เป็นชั้นหนึ่งในสามชั้นสำหรับการสร้างกลิตเตอร์ โดยทำหน้าที่เป็นแกนพลาสติกเคลือบด้วยอะลูมิเนียมและปิดทับด้วยพลาสติกเพื่อสร้างพื้นผิวสะท้อนแสง[ 22 ]แม้ว่าในปี 2021 บริษัทผู้ผลิตกลิตเตอร์หลายแห่งได้เริ่มทยอยเลิกใช้ PET หลังจากได้รับการเรียกร้องจากผู้จัดงานเทศกาลให้สร้างกลิตเตอร์ทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม[ 22 ] [ 23 ]
- ฟิล์มสำหรับงานเทป เช่น แผ่นรองสำหรับเทปแม่เหล็กหรือแผ่นรองสำหรับเทปกาวแบบไวต่อแรงกดการเปลี่ยนแปลงสู่ระบบดิจิทัลทำให้การใช้งานเทปเสียงและวิดีโอแม่เหล็กแทบจะหายไปแล้ว
- กระดาษกันน้ำ[ 24 ]
พรีฟอร์ม PET สำหรับการฉีดขึ้นรูปและเป่าขึ้นรูปขวด
ขวด PET ที่ผลิตเสร็จแล้ว
ขวด PET ที่ถูกความร้อนจากเทียนไขจนเกิดการตกผลึกใหม่ ทำให้มีลักษณะขุ่นมัว
บรรจุภัณฑ์พลาสติก PET แบบฝาพับ ใช้สำหรับจำหน่ายผลไม้ อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ ฯลฯ
เส้นใยโพลีเอสเตอร์
ผ้าขนหนูไมโครไฟเบอร์และผ้าทำความสะอาด
ลูกโป่งไมลาร์เคลือบอะลูมิเนียมที่บรรจุฮีเลียม
ประวัติศาสตร์
PET ได้รับสิทธิบัตรในปี 1941 โดยJohn Rex Whinfield , James Tennant Dickson และนายจ้างของพวกเขาคือCalico Printers' Associationแห่งแมนเชสเตอร์ประเทศอังกฤษEI DuPont de Nemoursในเดลาแวร์ สหรัฐอเมริกา ผลิต Dacron (เส้นใย PET) เป็นครั้งแรกในปี 1950 และใช้เครื่องหมายการค้าMylar (ฟิล์ม boPET) ในเดือนมิถุนายน 1951 และได้รับการจดทะเบียนในปี 1952 [ 25 ] [ 26 ]ยังคงเป็นชื่อที่รู้จักกันดีที่สุดที่ใช้สำหรับฟิล์มโพลีเอสเตอร์ เจ้าของเครื่องหมายการค้าในปัจจุบันคือ DuPont Teijin Films [ 27 ]
ในสหภาพโซเวียต PET ได้รับการพัฒนาอย่างอิสระในห้องปฏิบัติการของสถาบันสารประกอบโมเลกุลสูงของUSSR Academy of Sciencesในปี 1949 และชื่อภาษารัสเซีย "Lavsan" เป็นตัวย่อของชื่อดังกล่าว ( ла боратории Института в ысокомолекулярных с оединений А кадемии н аук СССР) [ 28 ]
ขวด PET ถูกคิดค้นขึ้นในปี พ.ศ. 2516 โดยNathaniel Wyeth [ 29 ]และจดสิทธิบัตรโดย DuPont [ 30 ]
คุณสมบัติทางกายภาพ
PET ในสถานะที่เสถียรที่สุดคือเรซินกึ่งผลึกที่ ไม่มีสี อย่างไรก็ตาม โดยธรรมชาติแล้วมันตกผลึกได้ช้ากว่าพอลิเมอร์กึ่งผลึก อื่นๆ ขึ้นอยู่กับ สภาวะการประมวลผล มันสามารถขึ้นรูปเป็นชิ้นงานที่ไม่เป็นผลึก ( อสัณฐาน ) หรือเป็นผลึกได้ ความเหมาะสมในการดึงขึ้นรูปในกระบวนการผลิตทำให้ PET มีประโยชน์ในการใช้งานด้านเส้นใยและฟิล์ม มันมีความแข็งแรงและทนต่อแรงกระแทก PET ดูดซับความชื้นได้[ 31 ]
ผลิตภัณฑ์โปร่งใสสามารถผลิตได้โดยการทำให้พอลิเมอร์หลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นแก้ว (T ของแข็งอสัณฐานที่ไม่เป็นผลึก[ 32 ] PET อสัณฐานเกิดขึ้นจาก การทำให้สารหลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว สถานะที่เป็นแก้วนี้มีแนวโน้มที่จะตกผลึกเมื่อให้ความร้อนแก่วัสดุเหนือ T ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการตกผลึกแบบเย็น[ 33 ] PET อสัณฐานยังตกผลึกและกลายเป็นทึบแสงเมื่อสัมผัสกับตัวทำละลาย บางชนิด เช่นคลอโรฟอร์มหรือโทลูอีน[ 34 ]
ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลึกมากขึ้นสามารถผลิตได้โดยการทำให้พอลิเมอร์หลอมเหลวเย็นตัวลงอย่างช้าๆ แทนที่จะก่อตัวเป็นผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ วัสดุนี้จะมีสเฟอรูไลต์ (บริเวณที่เป็นผลึก) จำนวนมาก โดยแต่ละสเฟอรูไลต์ประกอบด้วยผลึก ขนาดเล็กจำนวนมาก (เกรน) แสงมีแนวโน้มที่จะกระเจิงเมื่อผ่านขอบเขตระหว่างผลึกและบริเวณอสัณฐานระหว่างผลึก ทำให้ของแข็งที่ได้มีความโปร่งแสง[ 35 ]การจัดเรียงตัวยังทำให้พอลิเมอร์มีความโปร่งใสมากขึ้นนี่คือเหตุผลที่ ฟิล์มและขวด BOPETมีลักษณะเป็นผลึกในระดับหนึ่งและโปร่งใส
การดูดซับรสชาติ
PET มีคุณสมบัติในการดูด ซับรสชาติ ที่ไม่ชอบน้ำและบางครั้งเครื่องดื่มจำเป็นต้องมีการปรุงแต่งรสชาติในปริมาณที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับเครื่องดื่มที่บรรจุในขวดแก้ว เพื่อชดเชยรสชาติที่ภาชนะดูดซับไว้[ 36 ] : 115เมื่อนำกลับมาใช้ใหม่ เช่นในบางประเทศในสหภาพยุโรป คุณสมบัติของ PET ในการดูดซับรสชาติทำให้จำเป็นต้องทำการทดสอบ "ดมกลิ่น" กับขวดที่ส่งคืนบางขวดเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนข้ามของรสชาติ[ 36 ] : 115
ความหนืดภายใน
การใช้งาน PET ที่แตกต่างกันนั้นต้องการระดับการเกิดพอลิเมอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถได้มาโดยการปรับเปลี่ยนสภาวะของกระบวนการน้ำหนักโมเลกุลของ PET วัดได้จากความหนืดของสารละลาย ความหนืดขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของโมเลกุลอย่างมาก เช่น ความยาวของโซ่และน้ำหนักโมเลกุล เนื่องจากความซับซ้อนทางโครงสร้างของพอลิเมอร์แบบกิ่ง การหาค่าน้ำหนักโมเลกุลโดยใช้ความหนืดจึงเหมาะสมที่สุดกับพอลิเมอร์เชิงเส้น สำหรับสารละลายเจือจาง สามารถหาความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ระหว่างความหนืดกับปริมาตรไฮโดรไดนามิกและการกระจายน้ำหนักโมเลกุลได้[ 37 ]วิธีที่นิยมใช้ในการวัดความหนืดนี้คือความหนืดที่แท้จริง (IV) ของพอลิเมอร์[ 38 ]ความหนืดที่แท้จริงเป็นการวัดที่ไม่มีมิติซึ่งได้จากการประมาณค่าความหนืดสัมพัทธ์ (วัดเป็น (dℓ/g)) ไปที่ความเข้มข้นเป็นศูนย์ ช่วง IV สำหรับการใช้งานทั่วไปแสดงไว้ด้านล่าง: [ 39 ]
| แอปพลิเคชัน | IV |
|---|---|
| เส้นใยสิ่งทอ | 0.40–0.70 |
| เส้นใยทางเทคนิค (เช่น เส้นใยสำหรับยางรถยนต์) | 0.72–0.98 |
| ฟิล์ม PET ที่ผ่านการยืดหดสองทิศทาง (BOPET) | 0.60–0.70 |
| ฟิล์มเกรดแผ่นสำหรับขึ้นรูปด้วยความร้อน | 0.70–1.00 |
| ขวดอเนกประสงค์ | 0.70–0.78 |
| ขวดเครื่องดื่มอัดลม | 0.78–0.85 |
| เส้นใยเดี่ยวและพลาสติกวิศวกรรม | 1.00–2.00 |
โคพอลิเมอร์
PET มักถูกโคพอลิเมอไรซ์กับไดออลหรือไดแอซิดอื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของคุณสมบัติสำหรับการใช้งานเฉพาะ[ 40 ] [ 41 ]
พีทีจี
ตัวอย่างเช่นไซโคลเฮกเซนไดเมทานอล (CHDM) สามารถเติมเข้าไปในโครงสร้างหลักของพอลิเมอร์ โดยแทนที่เอทิลีนไกลคอล บาง ส่วน เนื่องจากหน่วยโครงสร้างนี้มีขนาดใหญ่กว่ามาก (มีอะตอมคาร์บอนเพิ่มขึ้นอีก 6 อะตอม) กว่าหน่วยเอทิลีนไกลคอลที่มันแทนที่ มันจึงไม่สามารถเข้ากับสายโซ่ข้างเคียงได้เหมือนกับหน่วยเอทิลีนไกลคอลทั่วไป ซึ่งจะรบกวนการตกผลึกและลดอุณหภูมิหลอมเหลวของพอลิเมอร์ โดยทั่วไปแล้ว PET ดังกล่าวเรียกว่า PETG หรือ PET-G (โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตดัดแปลงไกลคอล) มันเป็นเทอร์โมพลาสติกอสัณฐานใสที่สามารถขึ้นรูปด้วยการฉีดขึ้นรูป การอัดรีดเป็นแผ่น หรือการอัดรีดเป็นเส้นใยสำหรับงานพิมพ์ 3 มิติ PETG สามารถย้อมสีได้ในระหว่างกระบวนการผลิต การแทนที่เอทิลีนไกลคอลทั้งหมดด้วย CHDM จะได้PCT
กรดไอโซฟทาลิก
สารปรับแต่งทั่วไปอีกชนิดหนึ่งคือกรดไอโซฟทาลิกซึ่งใช้แทนที่หน่วยเทเรฟทาเลต ที่เชื่อมต่อแบบ 1,4 ( พารา ) บางส่วน การเชื่อมต่อแบบ 1,2 ( ออร์โธ ) หรือ 1,3 ( เมตา ) ทำให้เกิดมุมในโซ่ ซึ่งรบกวนความเป็นผลึกด้วย
ข้อดี
โคพอลิเมอร์ดังกล่าวมีข้อดีสำหรับการใช้งานขึ้นรูปบางประเภท เช่นการขึ้นรูปด้วยความร้อนซึ่งใช้ในการผลิตถาดหรือบรรจุภัณฑ์แบบแผงจากฟิล์มโค-PET หรือแผ่น PET ที่ไม่มีโครงสร้างผลึก (A-PET/PETA) หรือแผ่น PETG เป็นต้น ในทางกลับกัน การตกผลึกมีความสำคัญในการใช้งานอื่นๆ ที่ความเสถียรทางกลและมิติมีความสำคัญ เช่น เข็มขัดนิรภัย สำหรับขวด PET การใช้กรดไอโซฟทาลิก CHDM ไดเอทิลีนไกลคอล (DEG) หรือโคโมโนเมอร์อื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อยอาจเป็นประโยชน์: หากใช้โคโมโนเมอร์ในปริมาณน้อย การตกผลึกจะช้าลงแต่ไม่สามารถป้องกันได้อย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้สามารถผลิตขวดได้โดยใช้การขึ้นรูปด้วยการเป่าแบบยืด ("SBM") ซึ่งมีความใสและเป็นผลึกเพียงพอที่จะเป็นเกราะป้องกันกลิ่นและแม้แต่ก๊าซ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ในเครื่องดื่มอัดลมได้อย่างเหมาะสม
การผลิต
โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตส่วนใหญ่ผลิตจากกรดเทเรฟทาลิก บริสุทธิ์ (PTA) และในระดับที่น้อยกว่าจาก(โมโน-)เอทิลีนไกลคอล (MEG) และไดเมทิลเทเรฟทาเลต (DMT) [ 42 ] [ 6 ] ณ ปี 2022 เอทิลีนไกลคอลผลิตจากอีเทนที่พบในก๊าซธรรมชาติในขณะที่กรดเทเรฟทาลิกมา จาก p-ไซลีนที่ผลิตจากน้ำมันดิบโดยทั่วไปจะใช้สารประกอบแอนติโมนีหรือไทเทเนียม เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เติม ฟอสไฟต์เป็นสารทำให้คงตัว และเติมสารทำให้เป็นสีน้ำเงิน เช่น เกลือ โคบอลต์เพื่อปกปิดสีเหลือง[ 43 ]
กระบวนการ
กระบวนการไดเมทิลเทเรฟทาเลต
ใน กระบวนการ ไดเมทิลเทเรฟทาเลต (DMT) นั้น DMT และเอทิลีนไกลคอล (MEG) ส่วนเกินจะถูกทรานส์ เอสเตอริฟิเคชัน ในสถานะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 150–200 °C โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเบส เมทานอล (CH₃OH จะถูกกำจัดออกโดยการกลั่นเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาไปข้างหน้า MEG ส่วนเกินจะถูกกลั่นออกที่อุณหภูมิสูงขึ้นโดยใช้สุญญากาศ ขั้นตอนการทรานส์เอสเตอริฟิเคชันครั้งที่สองจะดำเนินไปที่อุณหภูมิ 270–280 °C พร้อมกับการกลั่น MEG อย่างต่อเนื่องเช่นกัน[ 42 ]
ปฏิกิริยาต่างๆ สามารถสรุปได้ดังนี้:
- ขั้นตอนแรก
- C H (CO CH ) + 2 HOCH CH OH → C H (CO CH CH OH) + 2 CH OH
- ขั้นตอนที่สอง
- n C H (CO CH CH OH) → [(CO) C H (CO CH CH O)] + n HOCH CH OH
กระบวนการผลิตกรดเทเรฟทาลิก
ใน กระบวนการ กรดเทเรฟทาลิก MEG และ PTA จะถูกเอสเทอริไฟด์โดยตรงที่ความดันปานกลาง (2.7–5.5 บาร์) และอุณหภูมิสูง (220–260 °C) น้ำจะถูกกำจัดออกไปในปฏิกิริยา และยังถูกกำจัดออกอย่างต่อเนื่องโดยการกลั่นด้วย : [ 42 ]
- n C H (CO H) + n HOCH CH OH → [(CO) C H (CO CH CH O)] + 2 n H O
ไบโอ-พีที
Bio-PETเป็นวัสดุชีวภาพที่เทียบเท่ากับ PET [ 44 ] [ 45 ]โดยพื้นฐานแล้ว ใน Bio-PET นั้น MEG ผลิตจากเอทิลีนที่ได้จากเอทานอล จากอ้อย มีการเสนอวิธีการที่ดีกว่าโดยอาศัยการออกซิเดชันของเอทานอล[ 46 ] และในทางเทคนิคแล้วก็เป็นไปได้ที่จะผลิต PTA จาก ฟูร์ฟูรัลชีวภาพที่หาได้ง่าย[ 47 ]
อุปกรณ์แปรรูปขวด
มีวิธีการขึ้นรูปพื้นฐานสองวิธีสำหรับขวด PET คือ วิธีขั้นตอนเดียวและวิธีสองขั้นตอน ในการขึ้นรูปสองขั้นตอน จะใช้เครื่องจักรแยกกันสองเครื่อง เครื่องแรกจะฉีดขึ้นรูปชิ้นงานตั้งต้น ซึ่งมีลักษณะคล้ายหลอดทดลอง โดยมีเกลียวฝาขวดขึ้นรูปไว้แล้ว ตัวหลอดจะมีขนาดหนากว่ามาก เนื่องจากจะถูกเป่าลมให้ได้รูปทรงสุดท้ายในขั้นตอนที่สองโดยใช้การเป่าขึ้นรูปยืด (stretch blow molding )
ในขั้นตอนที่สอง พรีฟอร์มจะถูกให้ความร้อนอย่างรวดเร็วแล้วจึงเป่าลมเข้าไปในแม่พิมพ์สองส่วนเพื่อขึ้นรูปให้เป็นขวดรูปทรงสุดท้าย พรีฟอร์ม (ขวดที่ยังไม่เป่าลม) ปัจจุบันยังถูกนำมาใช้เป็นภาชนะที่แข็งแรงและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว นอกเหนือจากลูกอมแปลกใหม่แล้ว สาขาของ สภากาชาด บางแห่งยัง แจกจ่ายเป็นส่วนหนึ่งของ โครงการ Vial of Lifeให้แก่เจ้าของบ้านเพื่อเก็บประวัติทางการแพทย์สำหรับเจ้าหน้าที่กู้ภัยฉุกเฉิน กระบวนการสองขั้นตอนเหมาะสำหรับการผลิตโดยบุคคลที่สามที่อยู่ห่างไกลจากสถานที่ใช้งาน พรีฟอร์มสามารถขนส่งและจัดเก็บได้เป็นพันๆ ชิ้นในพื้นที่ที่เล็กกว่าภาชนะสำเร็จรูปมาก เพื่อให้ขั้นตอนที่สองดำเนินการ ณ สถานที่ใช้งานแบบ 'ทันเวลาพอดี' ในเครื่องจักรแบบขั้นตอนเดียว กระบวนการทั้งหมดตั้งแต่วัตถุดิบจนถึงภาชนะสำเร็จรูปจะดำเนินการภายในเครื่องเดียว ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขึ้นรูปรูปทรงที่ไม่เป็นมาตรฐาน (การขึ้นรูปตามสั่ง) รวมถึงโถ รูปทรงวงรีแบน รูปทรงขวด ฯลฯ ข้อดีที่สำคัญที่สุดคือการลดพื้นที่ การจัดการผลิตภัณฑ์ และพลังงาน และคุณภาพของภาพที่สูงกว่าที่สามารถทำได้ด้วยระบบสองขั้นตอน
การเสื่อมสภาพ
PET อาจเกิดการเสื่อมสภาพระหว่างกระบวนการผลิต หากระดับความชื้นสูงเกินไปการไฮโดรไลซิสจะลดน้ำหนักโมเลกุลโดยการแตกตัว ของโซ่ ส่งผลให้เปราะ หากเวลาคงอยู่และ/หรืออุณหภูมิหลอมเหลว (อุณหภูมิที่หลอมเหลว) สูงเกินไป จะเกิด การเสื่อมสภาพจากความร้อนหรือการเสื่อมสภาพจากออกซิเดชันทางความร้อน ส่งผลให้สีเปลี่ยนไปและน้ำหนักโมเลกุลลดลง รวมถึงการเกิดอะเซทัลดีไฮด์และการเกิดโครงสร้าง "เจล" หรือ "ตาปลา" ผ่านการเชื่อมโยงข้ามมาตรการบรรเทา ได้แก่การโคพอลิเมอไรเซชันกับโมโนเมอร์อื่นๆ เช่นCHDMหรือกรดไอโซฟทาลิกซึ่งจะลดจุดหลอมเหลวและอุณหภูมิหลอมเหลวของเรซิน รวมถึงการเติมสารทำให้คงตัวของพอลิเมอร์เช่นฟอสไฟต์[ 48 ]
อะเซทัลดีไฮด์
อะเซทัลดีไฮด์ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้จากการเสื่อมสภาพของ PET หลังจากการจัดการวัสดุที่ไม่เหมาะสม อาจทำให้เกิดรสชาติไม่พึงประสงค์ในน้ำดื่มบรรจุขวด นอกจากอุณหภูมิสูง (PET จะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 °C หรือ 570 °F) และระยะเวลาการอยู่ในกระบอกรีดที่ยาวนานแล้ว ความดันสูงและความเร็วของเครื่องอัดรีดสูง (ซึ่งทำให้เกิดแรงเฉือนและเพิ่มอุณหภูมิ) ยังสามารถทำให้เกิดอะเซทัลดีไฮด์ได้อีกด้วยการออกซิเดชันด้วยแสง ยังสามารถทำให้เกิดอะเซทัลดีไฮด์ได้ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นผ่าน ปฏิกิริยาNorrishประเภท II [ 49 ]
เมื่อเกิดอะเซทัลดีไฮด์ขึ้น บางส่วนจะยังคงละลายอยู่ในผนังของภาชนะและแพร่กระจายเข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่เก็บอยู่ภายใน ทำให้รสชาติและกลิ่นเปลี่ยนไป นี่ไม่ใช่ปัญหาใหญ่สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ไม่ใช่ของบริโภค (เช่น แชมพู) น้ำผลไม้ (ซึ่งมีอะเซทัลดีไฮด์อยู่แล้ว) หรือเครื่องดื่มรสเข้มข้น เช่น น้ำอัดลม แต่สำหรับน้ำดื่มบรรจุขวด ปริมาณอะเซทัลดีไฮด์ที่ต่ำนั้นค่อนข้างสำคัญ เพราะหากไม่มีสิ่งใดมากลบกลิ่น แม้แต่ความเข้มข้นที่ต่ำมาก (10–20 ส่วนต่อพันล้านในน้ำ) ของอะเซทัลดีไฮด์ก็สามารถทำให้รสชาติไม่พึงประสงค์ได้[ 50 ]
ข้อกังวลด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม
บทความวิจารณ์ที่ตีพิมพ์ในEnvironmental Health Perspectivesในเดือนเมษายน 2010 ระบุว่า PET อาจก่อให้เกิดสารก่อกวนต่อระบบต่อมไร้ท่อภายใต้สภาวะการใช้งานทั่วไป และแนะนำให้ทำการวิจัยในหัวข้อนี้[ 51 ]กลไกที่เสนอ ได้แก่ การชะล้างของพทาเลตรวมถึงการชะล้างของแอนติโมนีบทความปี 2012 ในJournal of Environmental Monitoringสรุปว่าความเข้มข้นของแอนติโมนีในน้ำปราศจากไอออนที่เก็บไว้ในขวด PET ยังคงอยู่ในขีดจำกัดที่ยอมรับได้ของสหภาพยุโรป แม้ว่าจะเก็บไว้ที่อุณหภูมิสูงถึง 60 °C (140 °F) ในช่วงเวลาสั้นๆ ในขณะที่เนื้อหาในขวด (น้ำหรือเครื่องดื่ม) อาจเกินขีดจำกัดของสหภาพยุโรปเป็นครั้งคราวหลังจากเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องน้อยกว่าหนึ่งปี[ 52 ] [ 53 ]
พลวง
แอนติโมนี (Sb) เป็น ธาตุ กึ่งโลหะที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปของสารประกอบ เช่นแอนติโมนีไตรออกไซด์ (Sb O ) หรือแอนติโมนีไตรอะซิเตตในการผลิต PET หลังจากการผลิต สามารถตรวจพบแอนติโมนีในปริมาณที่ตรวจจับได้บนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ สารตกค้างนี้สามารถกำจัดออกได้ด้วยการล้าง แอนติโมนียังคงอยู่ในเนื้อวัสดุเองและสามารถเคลื่อนย้ายออกไปในอาหารและเครื่องดื่มได้ การนำ PET ไปต้มหรือใช้ไมโครเวฟสามารถเพิ่มระดับของแอนติโมนีได้อย่างมีนัยสำคัญ อาจเกินระดับการปนเปื้อนสูงสุดที่กำหนดโดย US EPA [ 54 ]
ขีดจำกัดน้ำดื่มที่องค์การอนามัยโลกประเมินไว้คือ 20 ส่วนต่อพันล้าน (องค์การอนามัยโลก, 2003) และขีดจำกัดน้ำดื่มในสหรัฐอเมริกาคือ 6 ส่วนต่อพันล้าน[ 55 ]แม้ว่าแอนติโมนีไตรออกไซด์จะมีพิษต่ำเมื่อรับประทานทางปาก[ 56 ] แต่ การมีอยู่ของมันก็ยังเป็นเรื่องที่น่ากังวล
สำนักงานสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐสวิสได้ตรวจสอบปริมาณการเคลื่อนย้ายของแอนติโมนี โดยเปรียบเทียบน้ำที่บรรจุในขวด PET และขวดแก้ว: พบว่าความเข้มข้นของแอนติโมนีในน้ำที่บรรจุในขวด PET สูงกว่า แต่ยังคงต่ำกว่าความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาต สำนักงานสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐสวิสสรุปว่า แอนติโมนีจำนวนเล็กน้อยเคลื่อนย้ายจากขวด PET เข้าสู่น้ำดื่มบรรจุขวด แต่ความเสี่ยงต่อสุขภาพจากความเข้มข้นต่ำที่เกิดขึ้นนั้นถือว่าน้อยมาก (1% ของ " ปริมาณที่ยอมรับได้ต่อวัน " ที่กำหนดโดยองค์การอนามัยโลก ) การศึกษาในภายหลัง (ปี 2006) แต่ได้รับการเผยแพร่อย่างกว้างขวางกว่า พบว่ามีปริมาณแอนติโมนีในน้ำที่บรรจุในขวด PET ในปริมาณที่ใกล้เคียงกัน[ 57 ] [ 58 ]องค์การอนามัยโลกได้เผยแพร่การประเมินความเสี่ยงของแอนติโมนีในน้ำดื่ม[ 56 ]อย่างไรก็ตาม พบว่าน้ำผลไม้เข้มข้น (ซึ่งไม่มีแนวทางกำหนดไว้) ที่ผลิตและบรรจุในขวด PET ในสหราชอาณาจักร มี แอนติโมนีสูงถึง 44.7 ไมโครกรัม/ลิตร ซึ่งสูงกว่าขีดจำกัดของสหภาพยุโรปสำหรับน้ำประปาที่ 5 ไมโครกรัม/ลิตร[ 59 ]
ไมโครไฟเบอร์ที่หลุดร่วง
เสื้อผ้าจะปล่อยไมโครไฟเบอร์ออกมาในระหว่างการใช้งาน ระหว่างการซัก และการอบแห้งด้วยเครื่อง ขยะพลาสติกจะค่อยๆ ก่อตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็ก ไมโครพลาสติกที่อยู่ก้นแม่น้ำหรือก้นทะเลสามารถถูกสิ่งมีชีวิตในทะเลขนาดเล็กกินเข้าไป จึงเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร เนื่องจาก PET มีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำ ไมโครอนุภาค PET จำนวนมากอาจตกตะกอนในโรงบำบัดน้ำเสีย ไมโครไฟเบอร์ PET ที่เกิดจากการสวมใส่เสื้อผ้า การซัก หรือการอบแห้งด้วยเครื่องสามารถลอยอยู่ในอากาศ และกระจายไปยังทุ่งนา ซึ่งปศุสัตว์หรือพืชจะกินเข้าไป และสุดท้ายก็เข้าสู่ห่วงโซ่อาหารของมนุษย์ การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science of the Total Environment พบว่า PET คิดเป็น 18% ของไมโครพลาสติกในตัวอย่างเนื้อเยื่อปอดของมนุษย์ และมีไมโครพลาสติก 0.69 ± 0.84 ต่อกรัมของเนื้อเยื่อปอด[ 60 ]
SAPEAได้ประกาศว่าอนุภาคดังกล่าว 'ไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงในวงกว้าง' [ 61 ] PET เป็นที่ทราบกันดีว่าสลายตัวเมื่อสัมผัสกับแสงแดดและออกซิเจน[ 62 ]ณ ปี 2016 มีข้อมูลน้อยมากเกี่ยวกับอายุการใช้งานของโพลิเมอร์สังเคราะห์ในสิ่งแวดล้อม[ 63 ]
การรีไซเคิลโพลีเอสเตอร์
แม้ว่าเทอร์โมพลาสติกส่วนใหญ่จะสามารถนำไปรีไซเคิลได้ในทางทฤษฎี แต่การรีไซเคิลขวด PET นั้นทำได้จริงมากกว่าการใช้งานพลาสติกอื่นๆ เนื่องจากคุณค่าของเรซินและการใช้ PET เกือบทั้งหมดสำหรับการบรรจุน้ำดื่มและเครื่องดื่มอัดลมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย[ 64 ] [ 65 ]ขวด PET เหมาะสำหรับการรีไซเคิล (ดูด้านล่าง) ในหลายประเทศ ขวด PET ถูกนำไปรีไซเคิลในระดับที่สำคัญ[ 64 ]ตัวอย่างเช่น ประมาณ 75% ในสวิตเซอร์แลนด์[ 66 ]คำว่า rPET มักใช้เพื่ออธิบายวัสดุรีไซเคิล แม้ว่าจะมีการเรียกอีกอย่างว่า R-PET หรือ PET หลังการบริโภค (POSTC-PET) [ 67 ] [ 68 ]
การใช้งานหลักของ PET รีไซเคิล ได้แก่ เส้นใยโพลีเอสเตอร์ สายรัด และภาชนะที่ไม่ใช่อาหารเนื่องจาก PET สามารถรีไซเคิลได้และมีขยะหลังการบริโภคในรูปของขวดค่อนข้างมาก PET จึงกำลังได้รับส่วนแบ่งการตลาดอย่างรวดเร็วในฐานะเส้นใยพรม[ 69 ] PET เช่นเดียวกับพลาสติกหลายชนิด ยังเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการกำจัดด้วยความร้อน ( การเผา ) เนื่องจากประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน โดยมีธาตุตัวเร่งปฏิกิริยาเพียงเล็กน้อย (แต่ไม่มีกำมะถัน) โดยทั่วไป PET สามารถรีไซเคิลทางเคมีกลับไปเป็นวัตถุดิบดั้งเดิม (PTA, DMT และ EG) ซึ่งทำลายโครงสร้างพอลิเมอร์อย่างสมบูรณ์รีไซเคิลเชิงกลไปเป็นรูปแบบอื่นโดยไม่ทำลายพอลิเมอร์หรือรีไซเคิลในกระบวนการที่รวมถึงการเปลี่ยนเอสเทอร์และการเติมไกลคอล โพลีออล หรือกลีเซอรอลอื่นๆ เพื่อสร้างโพลีออลใหม่ โพลีออลจากวิธีที่สามสามารถนำไปใช้ในการผลิตโพลียูรีเทน (โฟม PU) [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]หรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้เอพ็อกซีเป็นฐาน รวมถึงสี[ 73 ]
ในปี 2023 มีการประกาศกระบวนการใช้ PET เป็นพื้นฐานใน การผลิต ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ PET ซึ่งมีสัดส่วนทางเคมีของคาร์บอนและH2Oสามารถเปลี่ยนเป็นแผ่นและนาโนสเฟียร์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ โดยมีพื้นที่ผิวสูงมาก กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเก็บส่วนผสมของ PET น้ำไนตริกและ เอ ทานอลไว้ที่อุณหภูมิและความดันสูงเป็นเวลาแปดชั่วโมง ตามด้วยการปั่นเหวี่ยงและการทำให้แห้ง[ 74 ] [ 75 ]
มีการประกาศการลงทุนครั้งสำคัญในปี 2021 และ 2022 สำหรับการรีไซเคิล PET ด้วยกระบวนการทางเคมี เช่น ไกลโคไลซิส เมทานอลไลซิส[ 76 ] [ 77 ]และการรีไซเคิลด้วยเอนไซม์[ 78 ]เพื่อกู้คืนโมโนเมอร์ ในขั้นต้นจะใช้ขวดเป็นวัตถุดิบ แต่คาดว่าในอนาคตจะมีการรีไซเคิลเส้นใยด้วยวิธีนี้เช่นกัน[ 79 ]
PET ยังเป็นเชื้อเพลิงที่เหมาะสมสำหรับโรงงานผลิตพลังงานจากขยะเนื่องจากมีค่าความร้อนสูงซึ่งช่วยลดการใช้ทรัพยากรหลักในการผลิตพลังงาน[ 80 ]
การย่อยสลายทางชีวภาพ
PET ย่อยสลายได้ทางชีวภาพโดยการไฮโดรไลซิสเอสเทอร์[ 81 ]เอนไซม์ไฮโดรเลสบางชนิดย่อยสลาย (แยกส่วน) PET เอนไซม์เหล่านี้คือPETaseและMHETaseซึ่งให้กรด 2-ไฮดรอกซีเอทิลเทเรฟทาลิก จากนั้นจึงให้เอทิลีนไกลคอลและกรดเทเรฟทาลิก เอนไซม์เหล่านี้และสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ของพวกมันถูกค้นพบในปี 2016 [ 82 ]และได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มข้นในฐานะเส้นทางที่เป็นไปได้สำหรับการรีไซเคิล PET หรืออย่างน้อยก็ทำลายขยะ PET [ 83 ]ยังคงมีอุปสรรคอยู่หลายประการ เช่น ความไม่เสถียรทางความร้อนของเอนไซม์และอัตราที่ช้าสำหรับ PET ผลึก[ 84 ]
ดูเพิ่มเติม
- โบพีที (PET ที่จัดเรียงตัวในสองทิศทาง)
- พลาสติกชีวภาพ
- การรีไซเคิลพลาสติก
- โพลีไซโคลเฮกซิลีนไดเมทิลีนเทเรฟทาเลต — โพลีเอสเตอร์ที่มีโครงสร้างคล้ายกับ PET
- การฆ่าเชื้อโรคในน้ำด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ — วิธีการฆ่าเชื้อโรคในน้ำโดยใช้เพียงแสงแดดและขวดพลาสติก PET
ลิงก์ภายนอก
- สภาพลาสติกแห่งอเมริกา: PlasticInfo.org
- บริษัท KenPlas Industry Ltd.: "PET (โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต) คืออะไร" ; เก็บถาวรเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2007 ที่Wayback Machine
- PET กับ PETg ต่างกันอย่างไร?
- "เทคโนโลยีโพลิเมอร์ WAVE: การแปรรูปเกล็ด PET (โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต)"