پلی استر

برای آشنایی اجمالی با پلی(اتین ترفتالات)، اینجا کلیک کنید!

پلی‌استرها پلیمرهایی هستند که در گذشته، یعنی دهه‌ی ۱۹۷۰، به شکل الیاف برای تولید برخی لباس‌های خاص استفاده می‌شدند. ولی از آن زمان تاکنون، کوشیده شده است تا مصارف مطلوب بیشتری برای پلی‌استرها یافته شود، نظیر بطری‌های پلاستیکی نوشابه. پس می‌بینید که پلی‌استرها می‌توانند هم به صورت پلاستیک و هم به صورت الیاف مصرف شوند. کاربرد دیگر پلی‌استرها، در بالون‌ها است. البته منظورم بالون‌های ارزانی نیست که برای بادکنک‌های آبی مصرف می‌شوند، چراکه آنها از لاستیک طبیعی ساخته شده‌اند. من درباره‌ی نوعی از بالون صحبت می‌کنم که وقتی شما در بیمارستان هستید، از آن استفاده می‌کنید. این بالون ها از نوعی فیلم پلی‌استری ساخته می‌شوند که تولید شرکت دوپونت است و مایلِر نامیده می‌شوند. این بالون ها به صورت چندلایه از مایلر و ورق آلومینیوم ساخته شده‌اند. موادی مثل این را که از دو نوع ماده تولید می شوند، کامپوزیت می نامند.

خانواده ی خاصی از پلی استرها، پلی کربنات ها هستند.
پلی استرها زنجیر اصلی هیدروکربنی دارند که حاوی اتصالات استری اسـت، نام پلی استر نیز از همین جا آمده است.

ساختار موجود در شکل بالا، پلی(اتیلن ترفتالات)، یا به اختصار PET ، نامیده می شود، زیرا از گروه های اتیلن و گروه های ترفتالات ساخته شده است.

گروه‌های استری در زنجیر پلی‌استر، قطبی هستند، بدین صورت که اتم اکسیژن کربونیل تا حدی دارای بار منفی است و اتم کربن کربونیل هم مقدار کمی بار مثبت دارد. بارهای مثبت و منفی متعلق به گروه‌های استری مختلف، یکدیگر را جذب می‌کنند. این پدیده به گروه‌های استری زنجیرهای نزدیک به هم اجازه می‌دهد که به صورت بلور به خط شوند، و به همین خاطر است که پلی‌استرها می‌توانند الیاف محکمی تشکیل دهند.

مخترعی که برای نخستین بار چگونگی ساخت بطری از PET را کشف کرد، ناتانیل وایس (Weyth Nathaniel) بود. با وجود این، افراد دیگری نیز پیش از او، برای انجام چنین کاری سعی کرده بودند. این داستان را با موضوع زیر بخوانید: اولین فردی که برای ساخت بطری نشکن تلاش کرده است.

الآن، مطمئنم که همه‌ی افراد خواننده‌ی این متن بی صبرانه منتظر پاسخ دو سؤال هستند: سؤال اول این است:

چرا نمی‌توان بطری‌های پلاستیکی آب معدنی را به فروشنده بازگرداند و بابت هر بطری گرویی آن را گرفت؟ مانند کاری که با بطری‌های شیشه‌ای قدیمی انجام می‌دادیم.

و سؤال دوم که مطمئنم برای همه جالب است این است:

چرا کره‌ی بادام زمینی در ظروف نشکن ریخته می‌شود، ولی ژله در این ظروف به فروش نمی‌رسد؟

این دو سؤالِ میخ‌کوب‌کننده، همان طور که به نظر می‌آید، پاسخ یکسانی دارند. پاسخ این است که دمای انتقال شیشه‌ای PET ، یعنی دمایی که در آن PET نرم می‌شود، بسیار پایین است. استفاده‌ی مجدد از یک بطری نوشیدنی غیر الکلی نیازمند استریلیزه کردن آن پیش از مصرف دوباره است و این به معنی شسـتشوی بطری در دماهای واقعاً بالا است؛ دماهایی که برای PET، بسـیار بالا محسوب می‌شود. پر کردن ظرف ژله هم در دمای بالا صورت می گیرد. در کارخانه ژله سازی هم ماده به صورت داغ وارد ظرف می شود؛ یعنی در دماهایی که می تواند موجب نرم شدن PET گردد. ازاین رو PET برای مصرف به عنوان ظروف ژله به هیچ وجه مناسب نیست.

PEN راه حل این مشکل است!

نوع جدیدی از پلی­ استر وجود دارد که دقیقاً همان ماده‌ی مورد نیاز برای ظروف ژله و بطری‌های قابل‌بازیافت است. این ماده، پلی(اتیلن نفتالات)، یا PEN است.

دمای انتقال شیشه‌ای بالاتری نسبت به  دارد. این دما، دمایی است که در آن یک پلیمر نرم می شود. دمای انتقال شیشه‌ای  به اندازه ی کافی بالا هست که بتواند حرارت مربوط به هر دو مورد را تحمل کند؛ حرارت شستشوی بطری در حال استریلیزه شدن، و نیز حرارت ژله ی توت فرنگی داغ.  آن قدر در تحمل حرارت، خوب است که حتی لازم نیست تمام بطری را از آن بسازید. تنها مخلوط کردن مقداری  با  قدیمی، نوعی بطری به دست می دهد که حرارت را بسیار بهتر از  ساده ی قدیمی تحمل می کند.

حال چگونه پلی استرها را تولید می‌کنند؟

در مجتمع‌های عظیم تولید پلی‌استر، معمولاً کار را با ماده‌ای به نام دی متیل‌ترفتالات شروع می‌کنند. این ماده با اتیلن گلیکول واکنش می دهد؛ واکنشی که تبادل استری نامیده می‌شود. محصول واکنش، بیس-(۲-هیدروکسی‌اتیل)ترفتالات و متانول است. اما اگر دمای واکنش را به حدود C° ۲۱۰ برسانیم، متانول می‌جوشد و دیگر لازم نیست که نگران آن باشیم.

سپس، بیس-(۲-هیدروکسی اتیل)ترفتالات تا دمای بالایی حدود C° ۲۷۰ حرارت داده می شود، و واکنش می دهد تا پلی(اتیلن ترفتالات) تولید گردد. در این واکنش به طرز عجیبی اتیلن گلیکول به عنوان محصول جانبی به دست می آید. جالب است، ما با اتیلن گلیکول شروع کرده بودیم.

اگر می خواهید بدانید که همه ی این واکنش ها چگونه صورت می پذیرد، اینجا کلیک کنید.

ولی در آزمایشگاه، PET از طریق واکنش های دیگری به دست می‌آید. ترفتالیک اسید و اتیلن گلیکول، هنگامی که همراه با کاتالیزوری اسیدی حرارت داده شوند، قادرند برای تولید PET پلیمریزه شوند. این امکان هم وجود دارد که با واکنــش ترفتویل کلراید و اتیلن‌گلیکول بتوان به PET دست یافت. این واکنـش ساده تر است، ولی تِرِفتویل کلرید از ترفتالیک اسید گران تر، و بسیار خطرناک تر است.

دو نوع پلی اسـتر دیگـر در بازار موجودند که با PET رابطـه دارنـد. این دو، پلی(بوتیلن ترفتالات)(PBT) و پلی(تری متیلن ترفتالات) هستند. اینها هم برای تهیه ی پلیمرهایی همانند PET به کار می روند، با این حال در برخی موارد، عملکرد بهتری از خود نشان می دهند.