Cart รายการสินค้า (0)

PET พลาสติกใสใส่น้ำดื่ม

PET พลาสติกใสใส่น้ำดื่ม

คุณสมบัติต่างๆ

พลาสติกที่ใช้ทำขวดน้ำดื่มชนิดใส หรือที่เราเรียกกันโดยทั่วไปว่าขวดเพท (PET หรือ Poly(ethylene terephthalate)) เป็นโพลิเอสเทอร์ซึ่งมี

ประวัติการพัฒนาที่ยาวนานกว่า 70 ปี ในช่วงแรก PET ถูกนำมาผลิตและใช้งานในรูปของเส้นใยก่อน โดยในปีคศ.1941 บริษัทเล็กๆในประเทศอังกฤษ

ได้ผลิตเส้นใยโพลิเอสเทอร์ขึ้น ใช้ชื่อทางการค้าว่าเทรีลีน (Terylene) และถูกพัฒนาต่อโดยบริษัทดูปองค์ ประเทศสหรัฐอเมริกาในชื่อเส้นใยแดครอน

(Dacron) เสื้อผ้าที่ผลิตจากเส้นใย PET มีสมบัติที่ดีคือไม่ยับง่ายทำให้ไม่ต้องรีดมากนัก ไม่หดและแห้งเร็ว ต่อมาบริษัทดูปองค์จึงได้พัฒนาเทคนิคการ

ผลิตฟิล์มพลาสติกที่มีความแข็งแรงสูงจาก PET ขึ้นโดยใช้ชื่อว่าไมลาร์ (Mylar®) ในปี ค.ศ.1952 เพื่อนำมาใช้แทนฟิล์มเซลโลเฟนสำหรับห่ออาหาร

ทำลูกโป่ง แผ่นฟิล์ม X-ray และเทปสำหรับบันทึกเสียงเพลง ในปี ค.ศ.1967 PET จึงถูกนำมาผลิตเป็นขวดพลาสติกที่ทนแรงกระแทก ไม่เปราะแตกง่าย

ใสสามารถมองเห็นสิ่งที่บรรจุอยู่ภายในจึงนิยมใช้บรรจุน้ำดื่ม น้ำมันพืช และเครื่องสำอาง และเนื่องจาก PET มีสมบัติป้องกันการแพร่ผ่านของก๊าซได้ดี

กว่าพลาสติกทั่วไป จึงได้รับความนิยมนำมาผลิตเป็นขวดสำหรับบรรจุน้ำอัดลมด้วย

                                 
                          PET เป็นโพลิเมอร์ที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์โพลิเมอร์แบบควบแน่น 2 ขั้นตอน ในขั้นตอนแรกเกิดจากปฏิกิริยาการเตรียมเอสเทอร์

(esterification) โดยใช้ กรดเทเรฟทาลิก (terepthalic acid) และ เอทธิลีนไกคอล (ethylene glycol) เป็นสารตั้งต้น หรือใช้ปฏิกิริยาการแลก

เปลี่ยนหมู่เอสเทอร์ (transesterification) โดยใช้ไดเมทิล เทเรฟทาเลท (dimethyl terepthalate) ร่วมกับเอทธิลีนไกคอล ที่อุณหภูมิ 275-285oC 

ได้ผลิตภัณฑ์เป็นสารไดเอสเทอร์ (di-ester) เมื่อผ่านเข้าสู่กระบวนการสังเคราะห์โพลิเมอร์ จะได้โพลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลไม่สูงมาก โครงสร้างเป็น

อสัญฐาน และมีค่าความหนืด IV (intrinsic viscosity) ประมาณ 0.58-0.67 dl/g ซึ่งเหมาะสำหรับนำมาใช้ผลิตเป็นเส้นใยสำหรับอุตสาหกรรมสิ่งทอ

                             อย่างไรก็ตามในกระบวนการผลิตขวดหรือเส้นใยคุณภาพสูงมีความจำเป็นต้องใช้ PET ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง และมีค่าความหนืด

IV > 0.7 dl/g จึงต้องเพิ่มกระบวนการสังเคราะห์โพลิเมอร์ในสถานะของแข็ง (solid stating polymerisation, SSP) โดยเริ่มจากการทำให้เม็ดโพลิเมอร์ที่

ผลิตได้จากขั้นตอนแรกซึ่งไม่มีโครงสร้างเป็นผลึก ให้มีปริมาณผลึกเพิ่มขึ้นก่อน (recrystallization) ซึ่งประกอบด้วย 2 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกใช้เครื่อง

pre-crystallizer ซึ่งในขั้นตอนนี้ PET จะถูกทำให้มีปริมาณผลึกเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิ ประมาณ 170oC เป็นเวลา 30 นาที การกวนอย่างต่อเนื่อง

และรุนแรงจะป้องกันไม่ให้เม็ด PET ติดกัน ภายหลังเสร็จสิ้นกระบวนการนี้เม็ด PET จะมีปริมาณผลึกประมาณ 25% ขั้นตอนที่ 2 ของการเพิ่มปริมาณผลึก

ในเม็ด PET ทำได้โดยการกวนด้วยเครื่องกวนที่อุณหภูมิ 190oC เป็นเวลา 30 นาที เม็ด PET ที่ผ่านขั้นตอนนี้จะมีปริมาณผลึกประมาณ 30%  จากนั้น

จึงผ่านเข้าสู่ขั้นตอน SSP   โดยเก็บโพลิเมอร์ไว้ในบรรยากาศที่ไม่มีออกซิเจนและความชื้น แล้วให้ความร้อนแก่โพลิเมอร์ที่อุณหภูมิ 200-220 oC ซึ่งต่ำกว่า

จุดหลอมเหลวเล็กน้อย กระบวนการ SSP นี้กระบวนการที่ต้องใช้เวลานานพอที่จะเกิดปฏิกิริยาการสังเคราะห์โพลิเมอร์ควบแน่นเพิ่มขึ้น เม็ด PET จะมีปริมาณ

ผลึกเป็น 40%  และค่าความหนืด IV สูงขึ้นเป็น 0.75-0.85   ในขั้นตอนนี้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊ส และสารที่กลายเป็นไอได้ง่ายเช่น อะซิตาลดีไฮด์

(acetaldehyde) จะถูกกำจัดออกไป PET ที่มีปริมาณผลึกสูงจะมีสมบัติทางกายภาพที่ดี แข็งแรง และไม่เปราะ แตกง่าย



ตารางแสดงค่าความหนืดที่เหมาะสม ของ PET ในการใช้งานด้านต่างๆ
 

การใช้งาน  IV
เทปบันทึกเสียง  0.60
เส้นใย  0.65
ขวดน้ำอัดลม  0.73-0.80
เส้นใยเชิงวิศวกรรม  0.85



          PET นิยมนำมาผลิตเป็นขวดสำหรับเครื่องดื่ม แต่แนวโน้มในการใช้เป็นบรรจุภัณฑ์สำหรับเครื่องอุปโภคต่างๆมีเพิ่มขึ้น ฟิล์มPET ที่เป็น

biaxial orientation มีสมบัติในการป้องกันการแพร่ผ่านของกลิ่นได้ดี และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการเคลือบผิวฟิล์มวัสดุอื่นเช่น

polyvinylidiene chloride อะลูมิเนียม หรือ ซิลิกอนไดออกไซด์ นอกจากนี้ PET ยังมีสมบัติป้องกันการแพร่ผ่านของแก๊สออกซิเจน

และคาร์บอนไดออกไซด์ได้ดี เนื่องจากกระบวนการผลิตเป็น biaxial orientation



สมบัติทั่วไปของ PET 
  
 

Tg  73-80 oC (163-176 oF)
Tm 245-265 oC (473-509oF)
ความหนาแน่น  1,29-1.40 g/cm3
Typical yield, 25 mm film 30 m2/kg ( 21,000 in2/lb)
Tensile strength   48.2-72.3 mPa (7.0-10.5 x 103 psi)
Tensile modulus  2,756-4,135 mPa (4-6 x 105 psi)
Elongation at brake   30-3,000 %
Tear strength, film  30 g/ 25 mm ( 0.066 lb/mil)
WVTR   390-510 g mm/m2 day at 37.8oC, 90% RH
O2 Permeability, 25oC  1.2-2.4 x 103 cm3 mm/m2 day atm
CO2 Permeability, 25oC  5.9-9.8 x 103 cm3 mm/m2 day atm
Water absorption, 0.32 cm thick, 24 hour  0.1-0.2%

การผลิตขวด PET รูปพรีฟอร์ม

                  โดยทั่วไปการผลิตขวดพลาสติก PET มักใช้กระบวนการเป่าแบบดึงยืด (stretch blow moulding) ซึ่งเป็นการผลิต 2 ขั้นตอน โดยเริ่ม

จากกระบวนการฉีดเม็ดพลาสติกให้เป็นพรีฟอร์ และเป่าพรีฟอร์มให้เป็นขวดน้ำตามลำดับ ขั้นตอนสำคัญของกระบวนการผลิตเริ่มจากการอบไล่ความชื้น

เนื่องจาก PET มักดูดความชื้นจากอากาศได้สูง (hygroscopic plastics) โดยปกติเม็ดพลาสติก PET มักมีความชื้นประมาณ 0.05%  จึงต้องอบไล่

ความชื้นในเม็ดพลาสติกให้เหลืออยู่ไม่สูงเกิน 0.005%  ก่อนถูกทำให้หลอมเพื่อฉีดเป็นพรีฟอร์ม ในขั้นตอนการเปลี่ยนรูปร่างของพรีฟอร์มให้เป็นขวดเริ่ม

จากการทำให้พรีฟอร์มร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 70 oC จนพรีฟอร์มเริ่มนิ่ม ก่อนนำเข้าสู่กระบวนการเป่าแบบดึงยืดใน 2 ทิศทาง เพื่อให้ผนังฟรีฟอร์มขยาย

ตัวไปกระทบผนังแม่พิมพ์รูปขวด เมื่อพลาสติกเย็นตัวลงจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นขวดพลาสติกใส การควบคุมปริมาณผลึกในพรีฟอร์ม และขวดเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้

ขวดที่มีสมบัติตามต้องการ บริเวณคอ และตัวของพรีฟอร์มควรใสและเป็นอสัณฐาน แต่ส่วนที่เป็นจุดที่ฉีดพลาสติกเข้าแม่พิมพ์จะเป็นส่วนที่ขุ่น และมีผลึกแบบ

spherulitic ภายหลังการเป่าแบบดึงยืดต้องทำให้พลาสติกมีปริมาณผลึกสูงสุด เพื่อให้ขวดมีความแข็งแรง การป้องกันการแพร่ผ่านของกาซ และทนสารเคมีได้ดี

 ระดับปริมาณสารอะซิตาลดีไฮด์ (acetaldehyde; CH3CHO ) ในขวด PET

                          สารอะซิตาลดีไฮด์  หรือ AA เป็นสารที่พบโดยทั่วไปในผลไม้รสเปรี้ยว และอาหารหลายชนิด รวมทั้งสามารถเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิต

ขวด PET ด้วย ซึ่งส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมการผลิตน้ำดื่มที่บรรจุขวด PET เนื่องจาก สารAA ทำให้กลิ่นและรสชาดของน้ำเปลี่ยนแปลงไป จนผู้บริโภคสามารถ

รับรู้ได้ซึ่งบางท่านอาจเคยประสบด้วยตัวเองเมื่อดื่มน้ำจากขวดที่ผลิตจากบางบริษัทและพบว่าน้ำดื่มมีกลิ่นพลาสติกอยู่ด้วย ซึ่งอาจส่งผลต่อการเลือกซื้อของผู้บริโภคใน

ครั้งต่อไปได้ ในขณะที่เครื่องดื่มประเภทอัดกาซเช่น โคลามักมีรสหวาน และซ่าจึงมักไม่เกิดปัญหาดังกล่าวข้างต้น

 
สมการแสดงการเกิดสาร acetaldehyde

                          สาร AA เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตขวดขณะเม็ดพลาสติกที่ผ่านการอบแห้งผ่านเข้าสู่กระบวนการหลอมที่อุณหภูมิสูง 260oC เพื่อฉีด

ขึ้นรูปเป็นพรีฟอร์ม ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิและช่วงเวลาที่เม็ดพลาสติกเกิดการหลอมให้ต่ำที่สุดจะช่วยลดปริมาณการเกิดสาร AA ได้  อย่างไรก็ตาม ยังไม่สามารถ

ป้องกันการเกิดสาร AA ได้อย่างสิ้นเชิง สาร AA ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตนี้จะติดอยู่ในเนื้อพลาสติกที่ใช้ทำขวด หรือบรรจุภัณฑ์ และสามารถเคลื่อนที่

ออกจากเนื้อพลาสติกมีผลทำให้เกิดการปนเปื้อนในอาหารและเครื่องดื่ม ก่อให้เกิดรสชาดที่เปลี่ยนแปลง ปริมาณการเคลื่อนที่ของสารออกจากเนื้อพลาสติกขึ้นอยู่

กับระยะเวลา และอุณหภูมิในการเก็บ อย่างไรก็ตามยังมีวิธีการลดปริมาณสาร AA บางประการเช่น การเลือกเกรดของเม็ดพลาสติกที่เหมาะสม โดยเลือกใช้

เม็ดพลาสติกที่มีผลิตขึ้นมาเพื่อใช้ผลิตเป็นบรรจุภัณฑ์สำหรับนน้ำดื่มโดยเฉพาะ  และปัจจุบันมีการเติมสารดูดซับ หรือทำปฏิกิริยากับสาร AA (AA scavenger)

ลงในเนื้อพลาสติกก่อนการฉีดขึ้นรูป เพื่อที่ป้องกันไม่ให้สาร AA เคลื่อนที่ออกมาจากเนื้อพลาสติกเข้าสู่อาหาร  การเติมสารดังกล่าวข้างต้นสามารถลดปริมาณ

สาร AAในพรีฟอร์ได้ถึง 70-80%

                PET ที่ใช้เป็นวัตถุดิบทั่วไปในอุตสาหกรรมการผลิตขวดพลาสติกมีหลายเกรด เช่นเกรดโฮโมโพลิเมอร์ สังเคราะห์จากการใช้สารเอทธิลีน

ไกลคอล และเทเรฟธาลิก แอซิดเป็นสารตั้งต้นเท่านั้น เป็นเกรดที่มีปริมาณผลึก และจุดหลอมเหลวสูง และเกรดโคโพลิเมอร์ ซึ่งในการสังเคราะห์มีการ

ใช้โมโนเมอร์ตัวอื่นร่วมด้วยเช่น ไอโซแพทธาลิก แอซิด 1.5% ทำให้โพลิเมอร์มีปริมาณผลึก และจุดหลอมเหลวต่ำลง แต่มีความใสเพิ่มขึ้น ในการผลิต

ขวด PET ส่วนใหญ่จะใช้ชนิดที่เป็นเกรดโคโพลิเมอร์ เนื่องจากสามารถฉีดขึ้นรูปเป็นพรีฟอร์มได้ง่าย เมื่อผ่านเข้าสู่ขั้นตอนการเป่าและดึงยืด จะได้ขวด

PET ที่มีความเหนียว ใส และทนแรงกระแทกได้ดี อย่างไรก็ตามผู้ผลิตควรเลือกเกรดที่เหมาะสมกับชนิดของเครื่องดื่มหรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการบรรจุด้วย
 

หนังสือและแหล่งอ้างอิง
Scheirs, J.,’Polymer recycling’ , John Wiley&son, 1998.
http://www.petcore.org/envir_intro_01.html
http://www.kenplas.com/project/pet/
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/recycling-polymers/example_1.php
http://www.riken.go.jp/lab-www/mat-fab/blow/PETBlow.html
http://www.madehow.com/Volume-1/Soda-Bottle.html

http://www.packagingmag.com.au/

view