Şekil 1: Lineer PET’in moleküler yapısı.[/caption]
Lineer moleküler yapıdaki PET'e ek olarak polimerin dallanmış bir formu da mevcuttur. Dallanmış PET, tipik olarak küçük bir yüzdede izoftalik asit (C8H6O4) ile karıştırılmaktadır.
Saflaştırılmış izoftalik asit (PIA), PET'in kristalliğini azaltmakta, berraklığını geliştirmeye ve şişe üretim proseslerinin verimliliğini artırmaya yardımcı olmaktadır.
Diğer bir katkı maddesi olan dietilen glikol (DEG) ise eriyik formdan kristalleştirme esnasında, izotermal ve dinamik olarak PET'in kristalleşme hızını azaltmaktadır.
[caption id="attachment_131236" align="aligncenter" width="308"]
Şekil 2: İzoftalik asitin moleküler yapısı.[/caption]
PET, doğal formunda oldukça esnek, renksiz ve yarı-kristal bir reçinedir. İşlenme türüne bağlı olarak yarı-sert veya sert yapıda olabilmektedir. Darbeye, neme, alkollere ve solventlere karşı dirençli bir yapıdadır.
PET, sahip olduğu temel özellikler ve sağladığı sayısız avantajlar ile gıda, tekstil ve otomotiv gibi sayısız birçok endüstride sıklıkla kullanılmaktadır. Özellikle mukavemeti ve hafif olması sebebiyle gıda ambalaj malzemesi olarak sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. FDA, EFSA, Health Canada ve diğer sağlık kurumları tarafından yiyecek ve içecek sektörlerinde güvenli kullanımı onaylanmıştır.
PET, sunduğu tüm avantajlara ek olarak, en çok geri dönüştürülen termoplastiklerden biridir ve 1 numaralı geri dönüşüm sembolüne sahiptir. Geri dönüştürülmüş PET, paketleme ve otomotiv parça üretimleri için elyaflara, kumaşlara ve levhalara dönüştürülebilmektedir.
Küresel PET üretiminin yaklaşık %60’ı tekstil elyafı yapımında kullanılırken, yaklaşık %30’u çeşitli amaçlarla şişe yapımında kullanılmaktadır. Geri dönüştürülebilme özelliği, özellikle maliyetten tasarruf etmek ve daha çevreci bir şekilde çalışmak isteyen üreticiler için oldukça caziptir.
PET kalite kontrol süreçlerinde izlenen parametreler için çeşitli standart analitik teknik ve metodolojiler kullanılmaktadır; dietilen glikol ve izoftalik asit ölçümleri için HPLC/HPLC-MS analizleri, içsel viskozite için viskozimetrik ölçümler ve asit sayısı için titrimetrik tespitler bunların önde gelenleri olarak göze çarpmaktadır.
Bu tekniklerin çoğunun uzun ve zorlu numune hazırlık aşamaları gerektirmelerinin yanı sıra söz konusu süreçlerde yaşanabilecek potansiyel hatalar gerek üretim aşamalarında önemli gecikmelere ve gerekse hatalı üretime bağlı olarak toplam ciro bazında %30’lara kadar uzanabilen finansal kayıplara neden olabilmektedir.
Bu inceleme yazımız dahilinde PET üretiminin kalite kontrolünde gerçekleştirilen analizleri incelemeyi ve Yakın-kızılötesi Spektroskopisi (NIRS) tekniklerinin söz konusu süreçlere sağlayabildiği avantajlar hakkında ayrıntılı bilgiler sunmayı amaçlıyoruz.
Şekil 3: PET üretim sürecinde NIRS ile kalite kontrol noktaları.[/caption]
Yakın-kızılötesi laboratuvar cihazlarının kullanılabileceği ilk adım, PET gibi saf polimerlerin üretildiği ve saflıklarının doğrulanması gereken noktadır. NIRS ayrıca, polimerlerin daha sonraki adımlarda kullanılmak üzere ara ürünler oluşturmak için katkı maddeleri ile birleştirildiği bir sonraki işlem için de oldukça önemli ve çok faydalı bir tekniktir.
Tipik olarak, enjeksiyon kalıplama veya ekstrüzyon prosesine sahip bir plastik parça üreticisi, verimli bir üretim elde edebilmek için alınan polimer partisinin kalitesini değerlendirmektedir. Birçok durumda, doğrulama yapılmadan, tedarikçiden alınan sertifikaya güvenilmektedir.
Öte yandan, medikal endüstri için üretim yapan ya da yüksek pahada veya miktarda parça üreten şirketlerin sayısının hızla artması, enjeksiyon kalıplama veya ekstrüzyon proseslerinde kullanım öncesi her bir polimer partisine ait önemli reolojik kalite parametrelerinin izlenmeye başlanmasını da beraberinde getirmiştir.
Spesifikasyon dışı bir polimerin üretim prosesine beslenmesi, yüksek maliyetli ekipman duruşlarının yanı sıra zaman alan temizlik süreçlerine de yol açmaktadır.
Proseste kullanılan başlangıç polimer malzemelerinin hızlı ön kontrolü, bu tür riskleri ve olası zaman kayıplarını önlemek için ideal bir çözümdür. Bu çerçevede NIRS, yüksek hızı, düşük işletme maliyetleri ve ayrıntılı kimya bilgisine sahip olmayan personel tarafından
kullanılabilme özellikleri ile öne çıkmaktadır.
Üretim prosesinin sonunda nihai parça oluşturulduğunda da kalite kontrol analizleri yine NIRS kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir. (örn. Şişelerin veya malzeme tabakalarının homojenliği veya kalınlığının değerlendirilmesi)
PET üretimi sırasında kaliteli bir ürün çıktısını garanti altına almak için belirli parametreleri kontrol etmek oldukça önemlidir. Bu kalite parametreleri tipik olarak dietilen glikol içeriği, izoftalik asit içeriği, içsel viskozite (ASTM D4603) ve asit numarasını (AN) içermektedir.
PET’in sınırlı çözünme kabiliyetine bağlı olarak, ölçüm için farklı analitik yöntemler ve beraberlerindeki çeşitli ölçüm ekipmanlarının kullanılma ihtiyacı nedeniyle, Tablo 1’de listelenen parametrelerin belirlenmesi, geleneksel laboratuvar teknikleriyle uzun ve zorlu süreçler içerebilmektedir.
Tablo 1: Konvansiyonel teknikler ile parametrelere göre sonuç alma süreleri.
Metrohm’un görünür (Vis) ve yakın-kızılötesi bölgelerini (NIR) bir araya getiren yeni Polymer Analyzer sistemi ile herhangi bir numune hazırlığı olmadan, tahribatsız, kimyasalsız ve sarf maddeye ihtiyaç duymaksızın bir dakikanın altında bir sürede hem kimyasal hem de fiziksel çeşitli kalite kontrol parametrelerinin, ASTM E1655-17 NIRS uygulama yönergelerine uygun geliştirilmiş teknikler ile ölçülebilmesi mümkündür.
Şekil 4: Metrohm Polymer Analyzer (Solids).[/caption]
PET peletler, DS2500 Large Sample Cup döndürülebilir numune kabına yerleştirilmiş ve böylece parçacık boyutu veya kimyasal bileşen düzensizliğine bağlı potansiyel faktörler elimine edilerek farklı noktalardan tam otomatik ölçümler alınması yolu ile tekrarlanabilir
spektrum tarama güvence altına alınmıştır.
Şekil 5’te de görülebileceği üzere tüm ölçümler herhangi bir ön numune hazırlığı olmaksızın gerçekleştirilmiştir.
[caption id="attachment_131241" align="aligncenter" width="520"]
Şekil 5: Metrohm Polymer Analyzer (Solids), PET peletlerin döndürülebilir DS2500
Şekil 6: Elde edilen PET Vis-NIR spektraların seçimi. (Görüntü ayarlamaları nedeniyle spektralara offset uygulanmıştır.)[/caption]
Tahmin modellerinin kalitesi, titrasyon, viskozimetre, HPLC ve HPLC-MS primer metotlarından alınmış değerler ile Vis-NIR verileri arasındaki ilişkiyi ortaya koyan korelasyon grafikleri dahilinde değerlendirilmiştir (bakınız Şekil 7, Şekil 8, Şekil 9 ve Şekil 10).
Rutin analiz esnasında beklenen veri doğruluğu ile ilgili güvenilirlik verileri (FOM) de yine bu şekillerde gösterilmektedir.
[caption id="attachment_131243" align="aligncenter" width="618"]
Şekil 7: PET örneklerindeki dietilen glikol içeriği için Vis-NIR korelasyon grafiği ve güvenilirlik değerleri. (Dietilen glikol laboratuvar değerleri, HPLC-MS kullanılarak değerlendirilmiştir).[/caption]
[caption id="attachment_131244" align="aligncenter" width="645"]
Şekil 8: PET örneklerindeki izoftalik asit içeriği için Vis-NIR korelasyon grafiği ve güvenilirlik değerleri. (İzoftalik
Şekil 9: PET örneklerindeki içsel viskozite için Vis-NIR korelasyon grafiği ve güvenilirlik değerleri. (İçsel viskozite laboratuvar değerleri, viskozimetre kullanılarak değerlendirilmiştir).[/caption]
[caption id="attachment_131246" align="aligncenter" width="615"]
Şekil 10: PET örneklerindeki asit sayısı için Vis-NIR korelasyon grafiği ve güvenilirlik değerleri. (Asit sayısı
