منزل
>
أخبار
>
معلومات عامة
>
استخدام الملدنات في مادة البولي إيثيلين تيرفثالات

استخدام الملدنات في مادة البولي إيثيلين تيرفثالات

يتميز بولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، وهو بوليستر حراري خطي ذو تبلور عالٍ (عادةً ما يتراوح بين 40% و60%)، بشفافية عالية وقوة ميكانيكية ممتازة وخصائص حاجزة. ومع ذلك، يعاني بولي إيثيلين تيريفثالات الأصلي من عيوب مثل هشاشته العالية، وضعف مقاومته لتأثيرات درجات الحرارة المنخفضة، وقلة سيولته أثناء المعالجة. تُخفّض الملدنات درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg) وبلورة بولي إيثيلين تيريفثالات عن طريق كسر الروابط الهيدروجينية وقوى فان دير فالس بين سلاسله الجزيئية، مما يمنحه مرونةً وسهولةً في المعالجة، وقدرةً على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة. وتلعب هذه المواد دورًا رئيسيًا في تحسين الأداء الوظيفي في تطبيقات بولي إيثيلين تيريفثالات، مثل تغليف الأغذية، وتغليف الأدوية، والأفلام، واللدائن الهندسية. مع تزايد الطلب على السلامة وحماية البيئة في الصناعة، تحوّل استخدام الملدنات في بولي إيثيلين تيريفثالات من مجرد إضافة وظيفية بسيطة إلى كفاءة عالية، وانخفاض في معدل انتقال الحرارة، وخضرة، مما شكّل نمطًا تطويريًا يركز على الابتكار التكنولوجي ومراقبة السلامة.

1. الدور الأساسي للملدنات في تكييف مادة البولي إيثيلين تيرفثالات: معالجة أوجه القصور في أداء مادة البولي إيثيلين تيرفثالات الأصلية

يعاني البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) الأصلي من قيود واضحة في الأداء أثناء المعالجة والاستخدام، نظرًا لشدة انتظام سلسلته الجزيئية وقوى الترابط الجزيئية الكبيرة. يمكن للمُلَيِّنات التأثير بدقة على البنية الجزيئية للبولي إيثيلين تيريفثالات (PET) لحل المشكلات الأساسية التالية، ووضع الأساس لتوسيع نطاق استخداماته.

1. تقليل صعوبة المعالجة: تحسين سيولة ذوبان مادة البولي إيثيلين تيرفثالات وقابليتها للتشكيل

تتراوح درجة انصهار مادة PET بين ٢٥٥ و٢٦٠ درجة مئوية تقريبًا، ودرجة حرارة انتقالها الزجاجي (Tg) بين ٧٠ و٨٠ درجة مئوية تقريبًا. تتميز مادة PET المصهورة الأصلية بلزوجة عالية (معدل تدفق المصهورة ١-٣ غ/١٠ دقائق فقط عند ٢٨٠ درجة مئوية)، ومن المرجح أن تحدث مشاكل مثل عدم كفاية التعبئة وعيوب سطح المنتج أثناء عمليات الحقن والبثق والنفخ وغيرها من العمليات. يمكن إدخال جزيئات الملدنات (مثل إسترات الأحماض الدهنية وإسترات الفوسفات) بين سلاسل PET الجزيئية، مما يُضعف التشابك بين السلاسل الجزيئية ويُقلل من لزوجة المصهورة.

عندما تكون كمية الملدن المضافة 3% -5%، يمكن زيادة معدل تدفق ذوبان مادة PET إلى 5-8 جم/10 دقائق، ويمكن خفض درجة حرارة المعالجة بمقدار 10-15 درجة مئوية، مما يقلل من استهلاك الطاقة ومخاطر التدهور الحراري؛

بالنسبة لمنتجات PET ذات الجدران الرقيقة (مثل الرقائق الدقيقة التي يقل سمكها عن 0.1 مم وأغلفة المكونات الإلكترونية الدقيقة)، يمكن للملدنات تحسين قابلية تدفق ملء المنصهر، وتجنب العيوب مثل نقص المواد والفقاعات الناتجة عن مقاومة التدفق العالية، وتحسين معدل تأهيل القالب إلى أكثر من 95٪.

2. تحسين الخواص الميكانيكية: تعزيز مرونة مادة PET ومقاومة الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة

يتصرف البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) الأصلي كمادة صلبة في درجة حرارة الغرفة، مع استطالة كسر تتراوح بين 5% و10% فقط. في درجات الحرارة المنخفضة (أقل من -20 درجة مئوية)، تنخفض قوة الصدمة بشكل ملحوظ (قوة الصدمة أقل من 2 كيلوجول/م²)، مما يجعله هشًا ويصعب تلبية متطلبات التغليف المرن، والاستخدام البيئي في درجات حرارة منخفضة، وغيرها من السيناريوهات. تعمل الملدنات على تحسين الخصائص الميكانيكية للبولي إيثيلين تيريفثالات (PET) عن طريق تقليل بلوريته وزيادة حركية سلسلته الجزيئية.

إضافة ٥٪ -٨٪ من ثنائي أوكتيل أديبات (DOA) أو ثنائي أوكتيل سيباكات (DOS) يمكن أن يزيد من استطالة مادة PET عند الكسر إلى ٣٠٪ -٥٠٪، مما يعزز مرونتها بشكل كبير. يمكن استخدامها في صناعة أغشية تغليف أغذية PET القابلة للطي، وقسطرات PET الطبية القابلة للثني.

يمكن للملدنات خفض درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg) لـ PET من 70 ℃ إلى 40-50 ℃، وزيادة قوة التأثير في درجات الحرارة المنخفضة (-20 ℃) إلى 5-8kJ/m²، مما يلبي متطلبات مقاومة التأثير لتغليف PET في سلسلة الخدمات اللوجستية الباردة (مثل صواني الأطعمة المجمدة والتعبئة الدوائية منخفضة الحرارة) وتقليل معدل الضرر الناجم عن النقل منخفض الحرارة.

3. ضبط أداء الحاجز: التكيف مع متطلبات التحكم في الاختراق لوسائط محددة

يتميز البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) بخصائص حاجز جيدة ضد الأكسجين وبخار الماء، ولكنه ضعيف ضد بعض الجزيئات العضوية الصغيرة (مثل الزيوت والمذيبات العضوية). وتتأثر خصائص الحاجز في البولي إيثيلين تيرفثالات الأصلي بشكل كبير بالتبلور - إذ يمكن أن يؤدي ارتفاع التبلور بسهولة إلى عيوب في حدود الحبيبات، مما يقلل بدوره من خصائص الحاجز. تعمل الملدنات على تحسين خصائص الحاجز من خلال تنظيم شكل بلورات البولي إيثيلين تيرفثالات وترتيب سلاسل الجزيئات.

بالنسبة لتغليف زيت الطعام PET، فإن إضافة 2% -4% من زيت فول الصويا المؤكسد (ESO) يمكن أن يقلل من الترتيب غير المنتظم لسلاسل جزيئات PET، ويخفض نفاذية الزيت (من 0.8 جم / (م 2 · 24 ساعة) إلى 0.3 جم / (م 2 · 24 ساعة))، ويطيل العمر الافتراضي للزيت الصالح للأكل؛

في التعبئة والتغليف الصيدلانية PET (مثل زجاجات السوائل الفموية)، فإن إضافة كمية مناسبة من الملدنات الفوسفاتية يمكن أن يملأ عيوب التبلور في PET، ويحسن خصائص الحاجز ضد المكونات المتطايرة في محلول الدواء، وتجنب فقدان فعالية الدواء.

4. تحسين مقاومة الشيخوخة والطقس: إطالة عمر خدمة منتجات PET

مادة البولي إيثيلين تيريفثالات الأصلية (PET) معرضة للتحلل التأكسدي لسلاسلها الجزيئية تحت تأثير الضوء لفترات طويلة (وخاصةً الأشعة فوق البنفسجية) وبيئات درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى اصفرار المنتج وانخفاض خصائصه الميكانيكية (مثل معدلات توهين قوة الشد التي تصل إلى 30% سنويًا)، مما يحد من استخدامها في الأماكن الخارجية أو على المدى الطويل (مثل لوحات إعلانات البولي إيثيلين تيريفثالات الخارجية وتغليف المواد الغذائية طويل الأمد). تتميز الملدنات جزئية الوظائف (مثل الإيبوكسي والمُلدنات المركبة الفينولية المعوقة) بوظائف التلدين ومضادات الأكسدة ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية.

لا يعمل زيت فول الصويا الإيبوكسي (ESO) على التليين فحسب، بل يمكن لمجموعاته الإيبوكسي أيضًا التقاط الجذور الحرة الناتجة عن تحلل البولي إيثيلين تيرفثالات، وإبطاء معدل التحلل التأكسدي، وزيادة معدل الاحتفاظ بقوة الشد لمنتجات البولي إيثيلين تيرفثالات من 50% إلى أكثر من 80% بعد 12 شهرًا من التعرض الخارجي؛

يمكن للملينات المركبة (مثل DOS الممزوج بممتص الأشعة فوق البنفسجية UV-531) تقليل PET Tg وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية في نفس الوقت، وهي مناسبة للاستخدام الخارجي لأفلام PET ومواد البناء والألواح الزخرفية، مما يطيل عمرها الافتراضي إلى 3-5 سنوات.

2. أنواع الملدنات المستخدمة بشكل شائع في مادة البولي إيثيلين تيرفثالات: الخصائص، وسيناريوهات التطبيق، والقدرة على التكيف

بناءً على اختلاف التركيب الكيميائي والأداء، يمكن تقسيم المُلدِّنات الشائعة الاستخدام في البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) إلى أربع فئات: ثنائيات الأحماض الأليفاتية، والإيبوكسيدات، والفوسفات، والبوليستر. يختلف كل نوع من المُلدِّنات اختلافًا كبيرًا في التوافق، والهجرة، ومقاومة درجات الحرارة، ويجب اختياره بدقة وفقًا لظروف استخدام منتجات البولي إيثيلين تيرفثالات (مثل ملامسة الطعام، والبيئات ذات درجات الحرارة العالية والمنخفضة).

1. إسترات حمض ثنائي الكربوكسيل الأليفاتية: مفضلة للتوافق العالي والقدرة على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة

تحتوي مُلَدِّنات الإستر الثنائية الأليفاتية، المُمَثَّلة بإسترات حمض الأديبيك وإسترات حمض السيباسيك، على مجموعات ألكيل طويلة السلسلة في بنيتها الجزيئية. تتميز هذه المُلَدِّنات بتوافق جيد مع السلاسل الجزيئية للبولي إيثيلين تيرفثالات (PET) وأداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعلها الخيار الأمثل لتعديل البولي إيثيلين تيرفثالات تحت تأثير درجات الحرارة المنخفضة.

أديبات ثنائي أوكتيل (DOA):

التوافق الجيد (نسبة التوافق مع PET يمكن أن تصل إلى 1:10)، كفاءة التلدين العالية، إضافة 5٪ يمكن أن تقلل من Tg من PET إلى أقل من 50 ℃، وزيادة قوة التأثير في درجة الحرارة المنخفضة (-20 ℃) بمقدار 3-4 مرات؛

العيب هو مقاومة ضعيفة لدرجة الحرارة (درجة حرارة الاستخدام على المدى الطويل ≤ 60 درجة مئوية)، والهجرة السهلة، وتستخدم بشكل أساسي لأفلام PET (مثل فيلم تغليف الأطعمة المجمدة) وخراطيم PET (مثل خراطيم مستحضرات التجميل) في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة.

ثنائي (2-إيثيل هكسيل) سيباكات (DOS):

السلسلة الجزيئية أطول (بطول سلسلة كربونية يبلغ 10 ذرات كربون)، ومقاومتها للحرارة أفضل من DOA (درجة حرارة الاستخدام طويل الأمد ≤ 80 درجة مئوية). معدل انتقالها أقل بنسبة 30% من DOA، ومقاومتها للصدمات في درجات الحرارة المنخفضة أفضل (تصل قوة الصدمة عند -40 درجة مئوية إلى 4 كيلوجول/م²).

مناسب لمنتجات PET التي تتطلب درجات حرارة منخفضة ومتوسطة، مثل صناديق دوران PET للوجستيات السلسلة الباردة وأنابيب تخزين العينات الطبية PET ذات درجة الحرارة المنخفضة.

2. فئة الإيبوكسي: الخيار الأساسي للمُلَيِّنات الآمنة

تحتوي مُلَيِّنات الإيبوكسي على مجموعات إيبوكسي في جزيئاتها، والتي لا تقتصر وظيفتها على التليين فحسب، بل يمكنها أيضًا التقاط الجذور الحرة الناتجة عن تحلل البولي إيثيلين تيرفثالات. كما تتميز بخصائص مضادة للأكسدة، ومعدلات هجرة منخفضة، وسمية منخفضة، مما يُلبي متطلبات السلامة الخاصة بملامسة الطعام وتغليف الأدوية. وهي الفئة الأساسية لتعديل سلامة البولي إيثيلين تيرفثالات.

زيت فول الصويا الإيبوكسي (ESO):

مصادر واسعة النطاق (مواد نباتية متجددة)، سعر منخفض، توافق جيد مع مادة البولي إيثيلين تيرفثالات (كمية الإضافة 3% -6%)، معدل الهجرة 1/5 فقط من DOA، وقد اجتاز شهادات سلامة ملامسة الأغذية مثل EU No.10/2011 وChina GB 4806.10؛

يستخدم بشكل أساسي في منتجات PET الملامسة للأغذية، مثل حشوات أغطية زجاجات المشروبات PET وأفلام تغليف أغذية PET، والتي يمكنها تحسين المرونة مع تجنب هجرة الملدنات وتلوث الأغذية؛

الميزة الإضافية هي مقاومة الطقس القوية، والتي يمكن استخدامها لمنتجات PET الخارجية (مثل أفلام مظلة الشمس PET) لإبطاء شيخوخة الأشعة فوق البنفسجية.

ميثيل إستر الأحماض الدهنية الإيبوكسي (EFAME):

التركيب الجزيئي أبسط، وكفاءة التلدين أعلى بنسبة 20% من ESO. إضافة 4% تزيد من استطالة PET عند الكسر إلى 40%، وتحسّن السيولة. مناسب لمنتجات PET المصبوبة بالحقن (مثل ألعاب PET رقيقة الجدران والأغلفة الإلكترونية الدقيقة).

العيب هو أن مقاومة درجة الحرارة ضعيفة قليلاً (درجة حرارة الاستخدام على المدى الطويل ≤ 70 درجة مئوية)، ويجب استخدامها مع الملدنات المقاومة لدرجة الحرارة.

3. الفوسفات: مقاومة متكاملة للحرارة ومقاومة للهب

تحتوي مُلَدِّنات إستر الفوسفات على عناصر فوسفورية في جزيئاتها، تجمع بين خصائص التلدين ومقاومة اللهب. تتميز هذه المُلَدِّنات بمقاومة ممتازة للحرارة (درجة حرارة الاستخدام طويل الأمد ≥ 100 درجة مئوية)، إلا أن توافقها ضعيف (نسبة توافقها مع مادة البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) عادةً ما تكون ≤ 1:20). تُستخدم هذه المُلَدِّنات بشكل رئيسي في مجال بلاستيكيات البولي إيثيلين تيريفثالات الهندسية التي تتطلب مقاومة عالية لدرجات الحرارة ومقاومة للهب.

فوسفات ثلاثي الفينيل (TPP):

أداء مثبط للهب ممتاز (مؤشر الأكسجين يصل إلى 28٪)، ومقاومة جيدة لدرجة الحرارة (درجات حرارة التحلل الحراري 250 درجة مئوية)، وإضافة 8٪ -10٪ يمكن أن يجعل PET يلبي معايير مثبطات اللهب UL94 V-0، مع تحسين الاستقرار الحراري لـ PET؛

مناسب لمنتجات PET المقاومة لدرجات الحرارة العالية، مثل أغلفة المكونات الإلكترونية PET وأجزاء PET الداخلية للسيارات (يتطلب مثبطات اللهب)، ولكن بسبب التوافق الضعيف، يجب أن يتم تجميعه مع عوامل التوافق (مثل PET-g-MAH) لتجنب الترسيب.

فوسفات ثلاثي أوكتيل (TOP):

توافقه أفضل من TPP (بنسبة توافق 1:15 مع PET)، وكفاءة التليين عالية، وسميته منخفضة (LD50>3000mg/kg). يمكن استخدامه في منتجات PET الحساسة للسمية، مثل أغلفة الأجهزة الطبية PET (التي تتطلب مقاومة عالية لدرجات الحرارة ومقاومة للهب) ومنتجات PET للأطفال.

العيب هو أن أداء مثبطات اللهب أضعف قليلاً من TPP، ويجب زيادة كمية الإضافة (10% -12%) لتحقيق نفس تأثير مثبطات اللهب.

4. البوليستر: معيار للهجرة المنخفضة والاستقرار على المدى الطويل

مُلَدِّنات البوليستر (مثل أديبات البولي بروبيلين وسيباكات البولي بوتيلين) هي مُلَدِّنات عالية الوزن الجزيئي (وزن جزيئي يتراوح بين 1000 و5000)، ويتحقق توافقها مع البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) من خلال مطابقة أجزاء السلسلة الجزيئية. تتميز هذه المُلَدِّنات بمعدلات هجرة منخفضة للغاية (<0.1% سنويًا)، ومقاومة ممتازة للحرارة والشيخوخة، وهي الخيار الأمثل للاستخدام طويل الأمد مع البولي إيثيلين تيرفثالات (PET).

أديبات بولي إيثيلين جلايكول (PPA):

الوزن الجزيئي حوالي 2000، مع تشابك قوي مع سلاسل الجزيئات PET، ومعدل هجرة 1/10 فقط من DOA، ولا يوجد ترسب كبير بعد الاستخدام طويل الأمد (5 سنوات)، ومقاومة جيدة لدرجة الحرارة (درجة حرارة الاستخدام طويل الأمد ≤ 90 درجة مئوية)؛

مناسب لمنتجات PET التي تتطلب استخدامًا طويل الأمد، مثل أنابيب PET (لنقل الماء الساخن أو السوائل المسببة للتآكل) وألواح PET الزخرفية للمباني، والتي يمكنها الحفاظ على المرونة والاستقرار على المدى الطويل.

سيباكات البولي بوتيلين (PBS):

تحتوي السلسلة الجزيئية على روابط إيثرية مرنة، مع كفاءة تليين أعلى بنسبة 15% من PPA، وهي قابلة للتحلل البيولوجي (معدلات التحلل 90% في 180 يومًا في ظل ظروف التسميد)، مما يلبي المتطلبات البيئية؛

مناسب لمنتجات مركب PET القابلة للتحلل الحيوي، مثل فيلم التغليف القابل للتحلل الحيوي PET/PLA وأدوات المائدة PET التي تستخدم لمرة واحدة، والتي يمكنها تحسين المرونة دون التأثير على أداء التحلل العام.

3. ممارسة محددة للملدنات في مجالات تطبيق مختلفة من مادة البولي إيثيلين تيرفثالات: صياغة تعتمد على السيناريوهات وتحسين الأداء

يجب صياغة استخدام المُلدِّنات في البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) وفقًا للمتطلبات الوظيفية للمنتج (مثل ملامسة الطعام، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة اللهب) وبيئة الاستخدام (مثل درجات الحرارة المنخفضة، والاستخدامات الخارجية، والاستخدامات الصيدلانية). تختلف كمية المواد المضافة واختيار أنواع المُلدِّنات اختلافًا كبيرًا باختلاف المجالات. فيما يلي أمثلة عملية على مجالات التطبيق الرئيسية الأربعة.

1. منتجات البولي إيثيلين تيريفثالات الملامسة للأغذية: السلامة أولاً، وانخفاض الهجرة هو الأساس

المتطلبات الأساسية للمُلَيِّنات المستخدمة في منتجات البولي إيثيلين تيرفثالات (PET) الملامسة للأغذية (مثل زجاجات المشروبات، وأغشية تغليف الأغذية، والصواني) هي: منخفضة الهجرة، وغير سامة، ومتوافقة مع المعايير الصينية GB 4806.10، والاتحاد الأوروبي رقم 10/2011، وهيئة الغذاء والدواء الأمريكية 21 CFR الجزء 177.1310. يُحظر استخدام المُلَيِّنات عالية الهجرة والسمية، مثل الفثالات (مثل DEHP وDBP).

غطاء وغطاء زجاجة المشروبات المصنوعة من مادة PET:

تتميز أغطية زجاجات PET الأصلية بصلابة عالية، وهي عرضة للكسر نتيجة قوى الفتح والإغلاق. لذلك، يجب إضافة 3% إلى 5% من زيت فول الصويا الإيبوكسي (ESO) لتحسين مرونتها ومقاومتها للتعب (لتتحمل أكثر من 1000 دورة فتح وإغلاق دون تلف).

تعتمد الحشية على بنية مركبة من PET/PE، حيث يتم إضافة 2% من EFAME إلى طبقة PET لتحسين الالتصاق بطبقة PE، مع تجنب انتقال الملدنات إلى المشروب (كمية الهجرة <0.05 مجم/كجم).

فيلم تغليف الأغذية المجمدة PET:

لتحقيق التوازن بين مقاومة الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة الرطوبة، تم اعتماد تركيبة مركبة من "5% DOS + 2% ESO". يُعزز DOS مقاومة الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة (-30 درجة مئوية) (من 1.5 كيلوجول/م² إلى 6 كيلوجول/م²)، بينما يُقلل ESO معدل الهجرة (كمية الهجرة <0.1 ملغ/كجم)؛

يمكن طي فيلم PET المعدل أكثر من 100 مرة دون حدوث تشققات، مما يجعله مناسبًا لطي التغليف ونقل سلسلة التبريد للأطعمة المجمدة.

بعد الاستخدام، يمكن أن تتحلل بشكل كامل في ظروف التسميد لمدة 120 يومًا، وهو ما يلبي متطلبات سياسات حماية البيئة.