پلی اتیلن ترفتالات در برابر پلی بوتیلن ترفتالات: تمایزی که میزان بلورینگی ایجاد می کند
در مقاله های پیشین ما به شباهت ها و تمایز های بین مواد شیمیایی موجود در خانواده پلیمرهای استال پرداختیم اما این بار می خواهیم مقایسه ای بین انواعی از پلی استر های موجود از نظر تجاری همانند پلی بوتیلن ترفتالات و پلی اتیلن ترفتالات ارائه دهیم. سالها پیش زمانی که به عنوان یک قالب گیر تزریقی سفارشی فعالیت میکردم همکاری بسیار نزدیکی با مشتریانی داشته ام که میخواستند مجموعه ای از پلی بوتیلن ترفتالات های تقویت شده به کمک فیبر شیشه با میزان ۳۰ درصد را به پلی اتیلن ترفتالات با مقدار یکسان از فیلر تبدیل کنند. در واقع این روش راه بسیار مناسبی برای یافت تمایز های هر دو ماده در مرحله فرآوری و عملکرد بود. به طور عمده می توان عنوان کرد که شیمی دو ماده نام برده شده بسیار به یکدیگر شبیه می باشد و پلی استرها با واکنش یک اسید ارگانیک همانند ترفتالیک اسید با یک الکل سنتز می شود. الکل موجود در پلی بوتیلن ترفتالات ها را بوتیل گلیکول تشکیل می دهد و این درحالی است که الکل موجود در پلی اتیلن ترفتالات ها اتیلن گلیکول نام دارد و در نهایت باعث میشود تا پلیمرهای موجود با نامهای پلی بوتیلن ترفتالات و پلی اتیلن ترفتالات شناخته شود. تمایز بین دو ماده نام برده شده با تحلیل و بررسی ساختار شیمیایی واحدهای تکراری به دست می آید که در واقع زنجیره پلیمری را تشکیل می دهند. ویژگی متمایزی که باعث می شود تا این مواد بسیار منحصر به فرد به نظر برسند گروههای استری می باشد که نام خود را به خانواده ی این دسته از مواد انتقال می دهند و سایر انواع پلیمرها همانند PTT و PCT که از این خانواده شیمیایی می باشند، تنوع بسیار کمی در بخش ساختار تشکیل دهنده از خود نشان می دهد. یکی دیگر از ویژگیهای اصلی در شیمی این مواد را حلقه های شش طرفه تشکیل می دهند که در فاصله های منظمی در ساختار اصلی ماده مشاهده می شوند. این حلقهها که با نام حلقه های فنیل و یا به طور کلی به عنوان حلقه های آروماتیک نیز شناخته می شود باعث ایجاد استحکام در زنجیره ماده ی پلیمری میشوند و این موضوع خود می تواند ویژگی های بسیار متفاوتی را در ماده به وجود آورد همانند دمای انتقال شیشه ای که به نقطه ای گفته میشود که در آن ماده پلیمری سطح بسیار بالایی از ویژگیهای مقاومتی خود در برابر فشار بالا را از دست میدهد. این موضوع از روی تغییرات دو بعدی ساختار شیمیایی مشخص نمی شود اما یک چشم انداز سه بعدی می تواند به خوبی این موضوع را نشان دهد و این در حالی است که گروه های شیمیایی در ماده پلیمری در زنجیره آن به خوبی تعدادی از ویژگیها و حلقه های آروماتیک را به روی صفحه نشان خواهد داد. همین مقدار خود باعث محدودیت گرایش طبیعی سایر گروه ها در زنجیره برای چرخش و یا لرزش می شود و در واقع بخشی از اثر استحکامی در ساختار حلقه به شمار می آید. تحرک پذیری کمتر و ساختار حجیم حلقه همچنین می تواند بر توانایی پلیمر ها در ایجاد حالت بلورین تاثیر گذارد و این درحالی است که دمای آن ها کاهش پیدا می کند. از آنجایی که فاصله بین حلقه های آروماتیک در پلی بوتیلن ترفتالات بالاتر میباشد در مقایسه با پلی اتیلن ترفتالات ها با سادگی بیشتری وضعیت بلورین پیدا میکند اما پلی اتیلن ترفتالات در صورتی که به درستی بلورین شود، می تواند خواص مکانیکی بهتری داشته باشد همانند استحکام، سفتی و عملکرد مطلوب تر در دمای بالا. تعداد زیادی از مشتریان پلی اتیلن ترفتالات ها را یکی از مواد تشکیل دهنده بسته بندی های بطری های آب و یا نوشیدنیهای ساده می دانند و این نوع از پلی اتیلن ترفتالات بدون شکل و کدر بوده و به گونه ای مهندسی شده است تا از ایجاد بلورینگی پیشگیری نماید. اگر پلی اتیلن ترفتالات های کاربردی برای تولید بطری نوشیدنی ها حالت بلورین پیدا کنند ممکن است رنگ دیگری داشته باشند و از همه مهمتر ممکن است مقاومت خود در برابر ضربه را نیز از دست دهند. بنابراین ممکن است تعداد زیادی از بخش های قالب گیری شده از پلی استر های پلی اتیلن ترفتالاتی زیر کاپوت خودروی شما هم قرار بگیرند و علاوه بر آن در معرض دمای بالا و محیط شیمیایی قوی باشند اما در اغلب موارد پلی اتیلن ترفتالات ها برای بسته بندی به کار برده میشوند و وضعیتی تقویت نشده و کدر دارند و نمیتوانند چنین شرایط تهاجمی و دشواری را تحمل کنند.
نوعی دیگر از پلی اتیلن ترفتالات ها که می خواهیم در بخش دوم این مقاله به آنها بپردازیم حالتی نیمه بلورین داشته و حاوی مقدار بسیار بالایی از فیبر شیشه و یا فیلر های معدنی می باشد. از طرف دیگر پلی استرهای پلی بوتیلن ترفتالات میتوانند وضعیت نیمه بلورین به حالت پر شده و غیر پر شده داشته باشند و در واقع از آنجایی که پلی بوتیلن ترفتالات ها در مقایسه با پلی اتیلن ترفتالات ها با سرعت بیشتری بلورین می شوند، نمیتوان در شرایط معمول فرآوری بخشهایی از پلی بوتیلن ترفتالات را به وضعیت کدر و یا غیر بلورین تولید نمود. پلیمر به اندازهای بلورین میشود تا بتواند به میزانی از سازماندهی در ساختار خود دست پیدا کند و استحکام گروههای استری و حلقه های آروماتیک با توجه به انعطاف پذیری و حرکت پذیری گروههای بوتیلن تعادل پیدا میکند. اما در پلی اتیلن ترفتالات ها گروههای کوتاهتر اتیلن باعث می شود تا امکان بروز و یا عدم بلورینگی در این ماده به وجود آید. در صورتی که پلی اتیلن ترفتالات ها را با سرعت زیادی خنک کنیم به انواعی از پلی اتیلن ترفتالات های بدون شکل و کدر دست پیدا میکنیم ولی اگر روند کاهش دما با سرعت پایینی انجام گیرد، در نهایت موادی نیمه بلورین تولید خواهد شد. بیشتر بطری های ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات در شکلهای اولیه و نمونههایی موجود می باشند که از قالب گیری تزریقی ساخته شده اند و این مواد بسیار شفاف و مستحکم بوده و دیواره های ضخیمی دارند تا بتوانند با کاهش ضخامت ناشی از قرارگیری دیواره ها در برابر حرارت و کشش و ایجاد بطری مورد نظر مقاومت کنند. اگر مراحل تولید بطری ها را در کارخانه های مربوطه دیده باشید حتما متوجه شده اید که در مرحله چرخه پیش حرارتی نمونه ها بسیار گرم میشوند و رنگ ابری مانند پیدا می کنند که در واقع این خود نشانه ای از بلورینگی است. در صورتی که شما بخواهید بطری هایی را از این مواد نیمه بلورین و ابری مانند تولید کنید در نهایت محصولاتی به وجود خواهد آمد که عملکرد بسیار کمتری در برابر ضربه دارند. علاوه بر آن در صورتی که میزان بلورینگی بیشتر شود، ممکن است که نمونه های اولیه در طی فرایند تولیدی از یکدیگر متلاشی شوند. بنابراین حتما باید به یاد داشته باشید که حرارت را در دمایی بالاتر از دمای انتقال شیشه ای حفظ کنید ولی دمای اعمال شده بر آن باید کمتر از میزان دمای بلورینگی نیز باشد. از زمانی که مادهای با دمای برابر با دمای اتاق در معرض حرارت قرار می گیرد، اولین رخداد قابل مشاهده در آن همان انتقال شیشه می باشد که به عنوان تغییری در محتوای حرارتی ماده شناخته میشود و در نهایت فرایند ترکیب مورد نظر در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد یا 167 درجه فارنهایت تکمیل خواهد شد. در چنین دمایی ماده استحکام و سختی خود را از دست داده و در دمای اتاق فرآوری شده است و در نهایت مادهای انعطاف پذیر و نرم به وجود میآید و در حالی که دمای اعمالی بر آن افزایش پیدا میکند، چسبندگی پلیمر نرم کاهش پیدا میکند تا زمانی که به دمای برابر با ۱۱۰ درجه سانتیگراد و یا ۲۳۰ درجه فارنهایت می رسد.
در بیشتر کارخانه های تولید بطری از پلی اتیلن ترفتالات دمای اولیه تقریباً برابر با ۱۰۰ درجه سانتی گراد و یا ۲۱۲ درجه فارنهایت می باشد و زمانی که فرآیند بلورینگی آغاز میشود ماده حالتی ابری و تیره رنگ پیدا میکند و علاوه بر آن میزانی از استحکام خود که در طی انتقال شیشه از دست رفته بود را نیز مجدداً پیدا کرد. در صورتی که این فرآیند به اندازه کافی پیشروی داشته باشد، پلیمر در دمای حدود ۱۴۰ درجه سانتیگراد و یا ۲۸۴ درجه فارنهایت بلورین خواهد شد و در این وضعیت کدر و شکننده خواهد بود و تا زمانی که ساختار بلورین در دمای ۲۴۵ درجه سانتیگراد ذوب شود این وضعیت را حفظ می کند. بنابراین پلی اتیلن ترفتالات میتواند هر دو وضعیت را داشته باشد بدون شکل و تیره و یا نیمه بلورین که این موضوع با توجه به نحوه فرآوری آن متفاوت خواهد بود.
اما پلی بوتیلن ترفتالات تقریباً همیشه ماده ای نیمه بلورین بوده و این در حالی است که در شرایط تجاری نرمال قرار بگیرد. به منظور درک عملکرد ماده ی نامبرده شده ما باید وضعیت نیمه بلورین هر کدام از آنها را با یکدیگر مقایسه کنیم و از آنجایی که پلی اتیلن ترفتالات با سرعت بسیار کمی بلورین میشود، بخش های تولیدی دارای ساختار نیمه بلورین به تعدادی از مواد شیمیایی همانند مواد هسته زا و ذرات جامد، فیلرها و استحکام دهنده ها نیاز دارند. پلی استرهای پلی اتیلن ترفتالات نیمه بلورین و تجاری معمولاً به حالت پر شده و یا تقویت شده فروخته میشوند و به منظور مقایسه دو مورد نام برده شده ما باید آنها را در وضعیتی با محتوای مساوی از فیلر مقایسه کنیم.
مترجم: ف. ال احمد
