Polietilen Tereftalat (PET) Polimerinin Termal Özelliklerinin Programlanması İçin İnorganik Katkıların Değerlendirilmesi

Abstract

Polietilen tereftalat (PET) polimerleri her geçen yıl artan bir oranla günlük hayatta kullanılan polimerik yapılardandır. Yüksek bariyer özelliklerinin yanı sıra daha sonra kullanılmak üzere batch halinde kolay taşınması, depolanması ve işlenmesiyle, PET polimerini hem gıda, hem de diğer sektörler için önemle bir yere koymaktadır. Son 10 yılda yıllık 56 milyon tonluk bir üretim kapasitesinden 60 milyon tonluk bir kapasiteye geçiş yapılmakla birlikte, tüm dünyada polietilen, polipropilen ve PVC sonrası en çok kullanılan dördüncü polimerdir. Polimerik sentez metotlarından kondenzasyon polimerizasyonu olarak da bilinen, esterleşme reaksiyonu ile sentezlendiği için özellikle fiber sektöründe daha genel bir isim olan polyester olarak bilinmektedir (1). Temel olarak bir karboksilik asit ve bir diol polimerizasyonda yer alır ve reaksiyon süresince ortaya çıkan kondenzasyon ürünü olan su molekülleri uzaklaştırılmalıdır. Ayrıca endüstriyel PET polimerizasyonunda Sb2O3 partiküllerinin katalizör olarak da kullanıldığı bilinmektedir.

Sentez metodunun gerektirdiği ve yönlendirdiği şekilde PET polimeri hem amorf hem de yarı kristal yapıda var olabilmektedir. Ancak endüstriyel olarak PET polimerinin en büyük yan sorunu Tg yani camsı geçiş sıcaklığının göreli düşük olması sonucu salça endüstrisi gibi sektörlerde paketleme aracı olarak kullanılırken 75˚C gibi sıcaklıkların üstünde ısısal deformasyon göstermesidir. Bu deformasyon dolum tesislerinde sıklıkla kullanılan bu polimerin benzer sıcaklıklarda daha dayanıklı hale getirilmesini gerekli kılar. Aksi halde ısısal deforme PET yapıları endüstriyel olarak pazarlanabilme yeteneğini kaybetmektedir.

Bu çalışmada PET sentezi esnasında bir inorganik katkı malzemesi ve ısısal dayanıma pozitif bir katkı sağlayacağı düşünülen Tetraetoksisilan (TEOS) bileşiği PET polimerine ilave edilmiş ve termal analizler ile birlikte optik değerlendirme gerçekleştirilmiş olup modifiye polimerin ısısal özelliklerinin değişimi incelenmiştir.

Polyethylene terephthalate (PET) polymers are increasingly used in daily life, with a rising demand each year. Due to their high barrier properties and easy transportation, storage, and batch processing for later use, PET polymers play a crucial role in the food and various other industries. Despite the annual production capacity increasing from 56 million tons to 60 million tons in the last decade, PET remains the fourth most utilized polymer globally, following polyethylene, polypropylene, and PVC. Commonly known as polyester, especially in the fiber industry, PET is synthesized through esterification, a type of condensation polymerization, involving a carboxylic acid and a diol. During this process, water molecules, the condensation by-products, must be removed. Industrial PET polymerization often employs Sb2O3 particles as catalysts.

PET polymer can exist in both amorphous and semi-crystalline forms, depending on the synthesis method. However, a significant challenge in industrial applications arises from PET's thermal deformation at temperatures above 75˚C, particularly when used in packaging, such as in the tomato paste industry. This deformation is a consequence of PET's relatively low glass transition temperature (Tg). In filling facilities where PET is frequently utilized, it becomes essential to enhance the polymer's durability at similar temperatures. Otherwise, thermally deformed PET structures lose their industrial marketability.

This study explores the addition of Tetraethoxysilane (TEOS), an inorganic additive thought to positively contribute to thermal resistance, during PET synthesis. Optical evaluation, coupled with thermal analysis, was conducted to examine the modified polymer's changes in thermal properties.