فرایند تولید بطری‌های پلاستیکی PET (پت) و مراحلی که برای تولید طی می‌کنند

تولید بطری‌های پلاستیکی در مراحل مختلفی انجام می‌شود. به‌طور معمول، بطری‌های پلاستیکی برای نگهداری آب آشامیدنی و نوشیدنی‌های دیگر از پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) استفاده می‌شود، زیرا این مواد هم قوی و هم سبک هستند.

پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) پت 781

PET یک پلیمر گرمانرم است که بسته به ترکیب مواد دقیق می‌تواند یا مات و شفاف باشد. PET از طریق هیدروکربن‌های نفت تولید می شود، از طریق واکنش بین اتیلن گلیکول و اسید ترفتالیک تولید می‌شود.
برای ساخت بطری‌های پلاستیکی، PET ابتدا پلیمریزه می‌شود تا زنجیره‌های مولکولی طولانی ایجاد کند.
خود پلیمریزاسیون می‌تواند یک فرایند پیچیده باشد و برای بسیاری از عدم انطباق بین یک دسته PET تولید شده و دیگر موارد حساب می‌شود.
به‌طور معمول، در طول پلیمریزاسیون دو نوع ناخالص تولید می‌شود:
دیتیلن گلیکول و استالدئید. اگرچه دی‌اتیل گلیکول عموماً در مقادیر بسیار بالایی تولید نمی‌شود، اما استالدئید نه تنها در طول پلیمریزاسیون بلکه در طول فرآیند تولید بطری پت تولید می‌شود.
هنگامی که خود پلاستیک ساخته می‌شود، فرایند تولید بطری‌های پلاستیکی می‌تواند آغاز شود. برای اطمینان از این که PET مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرد، آزمایش‌های متعددی پس از تولید انجام می‌شود که بررسی شود، بطری‌ها توسط دی‌اکسیدکربن نفوذناپذیر هستند (برای بطری‌های پلاستیکی حاوی سودا یا نوشابه مهم است).
عوامل دیگری همچون شفافیت، براق بودن، مقاومت در برابر شکست، ضخامت و مقاومت در برابر فشار نیز با دقت مورد نظارت قرار می‌گیرند.

تولید بطری

اولین مرحله تولید بطری، قالب‌گیری ضربه کششی است. PET حرارت داده می‌شود و در یک قالب قرار می‌گیرد، جایی که شکل یک لوله طولانی و نازک را می‌گیرد. (فرآیندی که پلاستیک در قالب تزریق می‌شود، قالب‌گیری تزریقی نامیده می‌شود.) لوله PET، به یک قالب دوم بطری تبدیل می‌شود.
یک میله فولادی نازک، به نام یک هسته، در داخل کوره جابه‌جا شده است، جایی که آن را با فشار بسیار زیاد هوا پر می‌کند، و شروع به کشیدن می‌کند و ضربه شروع می‌شود:
در نتیجه هوای تحت فشار، گرما و فشار، جوش و کشش به داخل کشیده می‌شود.

قالب بطری

قالب، با فرض یک شکل بطری ساخته می‌شود. برای اطمینان از این که پای بطری یک شکل ثابت و صاف را حفظ می کند، مؤلفه جداگانه‌ای از پلاستیک به‌طور همزمان در طول قالب‌گیری با بطری به هم متصل می‌شود. قالب باید نسبتاً سریع خنک شود، به‌طوری که مولد تازه تشکیل شده به درستی تنظیم شده باشد.
چند روش خنک‌کننده نیز وجود دارد، مستقیم و غیر مستقیم، که می‌تواند قالب و پلاستیک را به‌طور مؤثر سرد کند.
روش‌های مستقیم شامل استفاده از فشار هوا یا دی‌اکسیدکربن به‌صورت مستقیم بر روی قالب و پلاستیک است.
هنگامی‌که بطری (یا در تولید مداوم بطری‌ها) سرد شده و تنظیم شده است، آماده است تا از قالب خارج شود. اگر یک روند قالب‌گیری مداوم استفاده شده باشد، بطری‌ها باید برای از بین بردن پلاستیک‌های اضافی بین آن‌ها جدا شود. اگر یک فرایند غیر پیوسته استفاده شده باشد، گاهی اوقات پلاستیکی بیش از قالب می‌تواند از طریق قالب در طول تولید، تولید شود و نیاز به پیرایش دارد.
سپس از بطری از قالب جدا می‌شود و حذف پلاستیک‌های اضافی شروع می‌شود، بطری‌ها برای حمل و نقل آماده می‌شوند.

فرآیند تولید بطری‌های پلاستیکی پت

تولید بطری‌های پت توسط دستگاه‌های بادکن پریفرم‌های تولید شده در دستگاه‌های تزریق انجام می‌شود. دستگاه‌های بادکن پت پریفرم انواع مختلفی دارند و می‌توانند دستی، نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک باشند.
به‌طور کلی دستگاه بادکن پت پریفرم متشکل از دو بخش اصلی است:

بخش اول. آون دستگاه که شامل چند طبقه المنت شیشه‌ای است. دمای این المنت‌ها با توجه به وزن، شکل و رنگ پت پریفرم تنظیم می‌شود. پت پریفرم در این آون تا دمای Tg (دمای انتقال شیشه‌ای که برای PET در محدوده ۷۶ درجه سانتی‌گراد است) حرارت دیده و نرم می‌شود.
بخش دوم. بادکن دستگاه که شامل plc و گیره دستگاه است که قالب روی آن نصب می‌شود. شکل بطری پت به شکل قالبی بستگی دارد که روی دستگاه نصب می‌شود.
در این مرحله پت پریفرم که در آون نرم شده است درون قالب قرار گرفته و با فشار هوا باد شده، به بدنه سرد قالب می‌چسبد (قالب‌های باد نیز همانند قالب‌های تزریق توسط آب سرد خنک می‌شوند) و شکل قالب را به خود می‌گیرد. در این مرحله بطری پت شکل گرفته و آماده بسته‌بندی است.

تفاوت این نوع از ماده و این نوع از بطری‌ها، با دیگر مواد پلاستیکی، سازگار بودن آن با بدن انسان است. درمصرف این مواد، بوییدن و لمس کردن وسایل تولید شده با این مواد برای انسان‌ها ضرری نداشته و از این رو از آن‌ها در بسته‌ندی‌ها و صنایع خوراکی به وفور استفاده می‌شود. ساخت بطری‌های پت نسبت به ساخت سایر محصولات آن رایج‌تر است اما پت‌ها انواع مختلفی دارند که ما در ادامه انواع پت را بررسی می‌کنیم. در ایران از این پلیمر بیشتر برای ساخت و تولید انواع بطری پت، نظیر بطری‌های آب آشامیدنی استفاده می‌شود.

مراحل تولید بطری‌های پلاستیکی پت

فرآوری پت و تبدیل آن به بطری پت شامل دو مرحله اصلی است. در زیر دو مرحله تولید بطری پت را توضیح می‌دهیم.

مرحله اول: قالب‌گیری

ماده پت توسط قالب‌گیرهای تزریقی و دستگاه‌های تزریق پلاستیک تبدیل به بطری‌های کوچک (همانند لوله‌های آزمایشگاهی) می‌شود. تنها تفاوت این لوله‌ها با لوله‌های آزمایشگاهی، علاوه بر جنس آن‌ها، این است که این بطری‌ها در همین مرحله اول جای درب آن‌ها همراه با درب و شیارهایش ایجاد می‌شود. به این محصول به‌دست آمده اولیه بطری، اصطلاحاً پریفورم می‌گویند.

مرحله دوم و نهایی: بادکشی

در این مرحله که شکل نهایی بطری شکل می‌گیرد، پرفورم تولید شده در مرحله قبلی، مجدداً گرم شده و کشیده می‌شود. این کار توسط دستگاه بادکن پت با باد گرم انجام می‌گیرد. این دستگاه‌ها با سرعت‌های بالا انواع بطری Pet را تولید می‌کنند.

بررسی سمی بودن PET

PET‌ها به لحاظ بیولوژیکی خنثی هستند. از این رو به‌صورت جلد و بسته‌بندی‌ای مطمئن و بی‌خطر برای انسان‌ها موجود می‌باشند. این مواد اگر توسط انسان‌ها و حیوانات بلعیده شوند خطرناک نیستند، هیچ سمیتی ندارند و هیچ تهدیدی برای انسان‌ها تاکنون گزارش نشده است.

مزایا و معایب استفاده از پت

یک مورد ساده استفاده از بطری‌های pet، باز و بسته شدن راحت درب این بطری‌ها است. قیمت ارزان آن‌ها نیز دلیل دیگر استفاده از این بطری‌هاست. می‌توان گفت که بطری‌های پت مشخصات پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر را دارند و تنها در مدت ۲ سال اگر زیر خاک بمانند،۳۰ درصدشان تخریب می‌شود. با این وجود راه‌حل بازیافت و تبدیل این مواد به مواد دیگر راه حلی منطقی‌ای برای این مسأله است.
بازیافت این بطری‌ها در اندازه‌های بسیار بالا، باعث می‌شود صنایع پتروشیمی در تهیه و تولید مواد اولیه صرفه‌جویی نمایند.
مجموعه‌های بازیافت‌کننده در مقایسه با کسانی که برای اولین بار این مواد را تولید می‌کنند زحمت کمتری می‌کشند، همینطور در اثر بازیافت این محصولات گازهای گلخانه‌ای نیز کمتر تولید می‌شوند.
سازمان غذا و داروی این محصولات به آن‌ها نمره قبولی در ایمنی را داده. علت آن هم استفاده نکردن از فلزات سنگین به عنوان کاتالیزور می‌باشد. در تهیه این مواد از موادی نظیر اکسید آنتیموآن غیرفلزی استفاده می‌شود که خطر کمتری داشته و سلامت تولیدکننده و مصرف‌کننده را به خطر نمی‌اندازد.

برای تولید بطری PET ،رزین جامد PET به روش قالب‌گیری تزریقی به شکل بطری پیش فرم در می‌ید. سپس تا دمای قالب‌گیری بادی گرم شده و وارد قالب مخصوص می‌شود. در مراحل بعد هوای فشرده وارد قالب شده و مواد را به دیواره قالب می‌فشارد و همزمان به‌وسیله میله‌های مخصوص در دو جهت کشیده می‌شود (Biaxially Oriented Blow Molding). در نهایت محصول سرد شده و بطری از قالب خارج می‌شود. بطری ساخته شده با این روش در جهت شعاعی نسبت به جهت محوری، آرایش‌یافتگی بیشتری دارد، به‌طوری که استحکام ضربه‌ای و ترکیدگی آن در این جهت بیشتر است و بطری در هنگام ضربه یا فشار خرد نشده و نمی‌شکند.
پلیمر (pet 821) با ویسکوزیته ذاتی (Inherent Viscosity) حدود 0/5-0/6 به روش پلیمریزاسیون پیوسته مذاب تولید می‌شود. در ادامه PET به شکل میله (rod) اکسترود شده و به قطعات کوچک‌تر (چیپس) بریده می‌شود که پلیمر اصلی برای ساخت الیاف پلی‌استر، فیلم و رزین مهندسی است و تحت نام پلیمر فاز مذاب (Melt Phase) یا چیپس PET شناخته می‌شود.

پلی‌اتیلن ترفتالات چیست؟

پلی‌اتیلن ترفتالات پلیمری است که در اغلب کشورها برای تولید الیاف پلی‌استر (۷۰ درصد) رزین بطری (۲۲ درصد) فیلم (۶ درصد) و رزین‌های پلی‌استر مهندسی (۲ درصد) به‌کار رفته، ولی در ایران این پلیمر بیشتر برای ساخت انواع بطری‌های آشامیدنی با دستگاه‌های بادکن پت استفاده می‌شود.
با توجه به مقاومت بالای این بطری‌ها در برابر شکستگی، دما و نفوذ گازها، دارا بودن وزن کم و ارزان بودن قیمت نسبت به سایر مواد بسته‌بندی همچون شیشه و فلز، تولید بطری‌های پلاستیکی از این رزین کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است. که بالتبع موجب ورود بطری‌های PET مصرفی به جریان زباله‌های شهری می‌شود.
بالا بودن حجم این بطری‌ها نسبت به وزن، که فضای زیادی را در هنگام حمل و نقل و دفن به خود اختصاص می‌دهند و تجزیه بسیار طولانی آن در طبیعت (حدود ۳۰۰ سال)، باعث شده که مسئله بازیافت این بطری‌ها، به‌خصوص در سال‌های اخیر توجه همگان را به خود جلب نماید.

پلی‌استرها توسط واكنش دو عاملی اسیدها و الكل‌ها در حضور یگ كاتالیست فلزی تولید می‌شوند. مرحله پلیمریزاسیون كلیدی به عنوان یک واكنش تغلیظ كه مولكول‌ها واكنش نشان داده و آب آزاد می‌شود، شناخته شده است كه این توسط واكنش دوم پلیمریزاسیون كه در فاز جامد رخ می‌دهد دنبال می‌شود.

واسطه‌های كاربردی در تولید PET ، ترفتالیک اسید خالص و اتیلن گلیكول است كه از مشتقات نفت خام هستند. در زمان حرارت دادن مواد با یكدیگر، اولین محصولی كه تولید می‌شود منومر است (بیس هیدروكسی اتیل ترفتالات) كه با پلیمرهای با وزن مولكولی پایین مخلوط شده (الیگومر) سپس مخلوط واكنش داده و اتیلن گلایكول مازاد به‌صورت تقطیری خارج و PET تشكیل می‌شود.
PET در این مرحله به صورت یک مایع ویسكوز مذاب است كه با فشار خارج شده و توسط آب خنک می‌شود و به فرم مواد بی‌شكل شیشه‌ای در می‌آید. گاهی PET بر مبنای دی‌متیل‌استر از فتالیک اسید نیز تولید می‌شود. PET با وزن مولكولی بالا توسط مرحله دوم پلیمریزاسیون به‌صورت جامد در دمای پایین تولید می‌شود. این روش باعث از بین رفتن تمام ناخالصی‌های فرار نظیر استالدهید، گلیكول آزاد و آب می‌شود. در تهیه PET رسیدن به وزن مولكولی بالا برای ایجاد خصوصیات مكانیكی، سختی و مقاومت خزشی ضروری است تا انعطاف كافی در برابر شكستن داشته باشد.
خالص‌سازی پلیمر تشكیل شده خیلی مشكل است به همین دلیل مواد اولیه رمز دستیابی به كیفیت بالای پلیمر برای بسته‌بندی مواد غذایی است. اتیلن گلایكول به‌راحتی توسط تقطیر خلأ و اسید توسط تكرار بلورینگی از حلال خالص‌سازی می‌شود. چنین موادی با خلوص و وزن مولكولی بالا برای بسته‌بندی كاربردی مواد غذایی لازم هستند.
كاتالیزورها در غلظت‌های خیلی كم به منظور توسعه واكنش‌ها و تضمین كاربری اقتصادی استفاده می‌شوند. عمومی‌ترین كاتالیزور تری‌اكسید آنتیمونی است اما نمک‌های تیتانیوم، ژرمنیوم، كبالت، منگنز، منیزیم و روی هم گاهی استفاده می‌شود که مقدار ناچیزی از آن در درون قالب پلیمر یا در خود زنجیره پلیمر باقی می‌ماند.

PET به عنوان یک پلیمر semi – crystalline طبقه‌‌بندی شده و زمانی كه حرارت داده می‌شود در دمای بالاتر از ۷۲C از حالت سخت شیشه‌ای به فرم الاستیكی تغییر پیدا می‌كند. زمانی كه زنجیره‌های مولكولی پلیمر كشیده شده و در یک راستا قرار می‌گیرند به فرم رشته‌ها و یا در دو جهت به شكل فیلم‌ها و ورقه‌ها در می‌آیند.
اگر مواد مذاب سریعاً سرد شوند در حالی كه همچنان در حالت كشش نگه داشته شوند. زنجیره‌ها به‌صورت جهت‌دار منجمد شده و سالم باقی می‌‌مانند. قرار گرفتن در حالت كشش باعث بروز خصوصیت استحكام می‌شود. (خصوصیاتی كه در بطری‌های PET مشاهده می‌شود.)
اگر PETدر فرم كشیده شده در دمای ۷۲C نگه داشته شود و به آهستگی بلورینه شود مواد رو به مات شدن میل می‌كنند، در نتیجه سختی بیشتر و انعطاف كمتر حاصل می‌شود. (بعدها آن به عنوان crystalline PET شناخته شد) این فرم قادر است دماهای بالاتر را تحمل كند و می‌تواند در تولید سینی و ظروف با تحمل درجه حرارت ملایم گاز استفاده شود. این تكنیک heat setting است كه اغلب خصوصیت مقاومت شستشو و چروک منسوجات پلی‌استر را بهبود می‌بخشند.
اصلاح ما بین هر یک از این فرم‌ها یک محدوده وسیع از محصولات متفاوت را تولید می‌كند كه تمام گونه‌ها از همان فرمول شیمیایی اصلی PET هستند.
امروزهPET عمدتاً از ترکیب اتیلن گلیکول با اسید ترفتالیک با کمک گرما و کاتالیزور به‌دست می‌آید که پلیمری خطی و مقاوم در برابر حلال‌ها است. خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه PET مانند استحکام مکانیکی بالا استحکام اتصالات، شفافیت، وزن سبک، بی‌خطر بودن آن از نظر سمیت و نفوذناپذیری در برابر co2 سبب شده است که به‌طور گسترده‌ای در ساخت فیلم‌های عکاسی، بطری‌های نوشیدنی، و الیاف به‌کار رود. همچنین در تهیه الیاف پیوسته BCF و نخ صنعتی و Staple ، POY منسوجات و پوشاک کاربرد دارد. به علت اثر نداشتن PET در مزه و پایداری در برابر گرما به عنوان بسته‌بندی مواد غذایی نیز استفاده می‌شود.

بررسی سمیت پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)

PET به‌صورت بیولوژیكی خنثی، به‌صورت جلدی مطمئن برای در دست گرفتن می‌باشد. اگر بلعیده و یا استنشاق شود خطرناک نیست. در مطالعات تغذیه‌ای صورت گرفته بر روی حیوانات هیچ مدركی مبنی بر سمیت ماده مورد نظر یافت نشد. نتایج منفی از تست‌های Ames و مطالعه بر روی DNA سنتزی (غیر قابل برنامه‌ریزی شده) نشان داد كه PET سمیتی بر روی ژن‌ها ندارد.
مطالعات مشابه بر روی منومرها و تركیبات واسطه PET نشان می‌دهد كه این مواد به‌صورت ضروری سمی نیستند و هیچ تهدیدی برای انسان در بر ندارند. یكی از مواد ویژه كه در سطح وسیع استفاده شده، تری‌اكسید آنتیموان است كه باعث سرطان می‌شود. به هر حال مطالعات كامل بر روی تغذیه حیوانات نشان داد كه هیچ‌گونه ریسكی ناشی از استفاده آنتیمونی در تولید PET وجود ندارد. مطالعه بر روی رژیم غذایی شامل ۲۰ g/Kg تری‌اكسید آنتیمونی تأثیرات سمی قابل شناسایی بر روی حیوانات نداشت و آزمایشات genotoxin اغلب منفی بود.
غدد درون ریز بدن انسان كه كنترل فرایندهای حیاتی انسان نظیر تولید مثل، تنظیم متابولیسم و دیگر جنبه‌های توسعه قبل از تولد را به عهده دارد. مواد شیمیایی مصنوعی ساخت بشر، در صورت جذب در بدن باعث از هم پاشیدن هورمون استروژن اختلال در چرخه غدد درون‌ریز، اختلال در تولید مثل و كاهش در تعداد اسپرم می‌‌شود. پس این نكته مهم است كه تركیبات استفاده شده در PET هیچ مدركی مبنی بر فعالیت استروژنیک نداشته باشند.

جهت مشاوره و تهیه مواد اولیه تولید بطری پت در ساعات اداری با کارشناسان ما در پانیذا پلیمر تماس حاصل فرمایید.