پلی اتیلن فورانتون یا PEF

دسته: مقالات منتشر شده در 07 مهر 1398
نوشته شده توسط Admin بازدید: 346

پلی اتیلن فورانتون یا PEF به چه ماده ای گفته میشود؟

پلی اتیلن فورانتون یا PEF نوعی پلیمر زیستی است که قابلیت بازیافت کامل دارد و با  مواد خام تجدید پذیر یا قندهایی ساخته می‌شود که از گیاهان بدست می ایند.

این ماده به عنوان نسل بعدی پلی استر ها شناخته میشود و قابلیت خوبی دارد که جایگزین پلی اتیلن ترفتالات شود، نوعی پلیمر بادوام که از منابع سنتی ترکیبی گرفته شده است.

پلی اتیلن فورانتون یا PEF در مقایسه با پلی اتیلن ترفتالات دارای مزایایی است از جمله:

  • خواص بهتر شیمیایی و مکانیکی
  • دمای بالای گذار شیشه و نقطه ذوب پایین تر
  • قابل بازیافت است در نتیجه اثار کربنی از خود بر جای نمی گذارد
  • در حوزه صنعتی قیمتی رقابتی دارد

این ماده در عین حال دوام و پایداری بسته بندی را بهبود می بخشد زیرا در حضور منو اتیلن گلیکول های زیستی، به طور کامل زیست محور میشوند.

ماده یاد شده از بسپارش فوراندی کربوکسیلیک اسید FDCA و اتیلن گلیکول بدست می اید. در زمان تولید، روش ترکیب مشابه پلی اتیلن ترفتالات است و ترفتالیک اسید با FDCA جایگزین میشود.

هیدروکسی متیل فورفورال 2 یا 5-HMF، فوراندی کربوکسیلیک اسید 2.5 یا FDCA و دی متیل فوران 2.5 یا 2.5MDF نمایندگان اصلی خانوده  فورانیک ها به شمار می ایند. فورانها با نام غول های پنهان مواد شیمیایی میانجی قابل تجدید پذیر شناخته میشوند زیرا پتانسیل بالایی در بازار دارند.

FDCA نوعی بلاک سازنده زیستی است که برای رزینها و پلیمرها به کار برده میشود. این ماده دارای پتانسیل بالایی بوده و برای تولید محصولات با ارزشی از جمله موارد ذیل استفاده میشود:

FDCA با آب زدایی اکسایشی هگزوز بدست می اید. حتی ممکن است این تبدیل با اکسیداسیون هیدروکسی متیل فورفورال 2 یا 5-HMF، صورت گیرد.

FDCA به خوبی میتواند جایگزین ترفتالیک اسید شود که ماده ای بسیار کاربردی در تولید قطعات ترکیبی سنتی است و برای تولید پلی استرهایی همچون پلی اتیلن ترفتالات و پلی بوتیلین ترفتالات به کار برده میشود.

FDCA به منظور تولید کلاس نسبتا جدیدی از پلیمرها با نام پلی اتیلن فورانتون یا PEF استفاده میشود که ماده ای بسیار کاربردی برای ساخت بطری های پلاستیکی زیست محور است.

انواعی از روش های ساخت FDCA عبارتند از:

  • آب زدایی مشتقات هگزوز
  • اکسیداسیون فوران 2.5 که دارای دو گروه تعویضی میباشد.
  • تبدیل کاتالیزوری مشتقات فورانها

علاوه بر ان گوناگونی این ماده در تعدادی از مشتقات ان هم دیده میشود که با تعدادی از انتقالات شیمیایی ساده دسترسی به انها امکان پذیر خواهد بود. کاهش  یا احیای انتخابی منجر به این موارد خواهد شد:

  • محصولاتی که تا حدودی هیدروژنه شده اند مانند دی هیدروکسی متیل فوران 2.5
  • موادی که کاملا هیدروژنه شده اند مانند بیس هیدروکسی متیل تترا هیدروفوران 2.5

هر دو ماده یاد شده را میتوان به عنوان نمونه های الکلی و برای تولید پلی استرهای جدید به کار برد. همچنین ترکیبات این مواد با FDCA به ساخت خانواده ی محصولات مشتقاتی زیست توده ای جدیدی منجر می شود.

اگرچه تولید و استفاده از FDCA با موانعی نیز همراه است مانند :

  • فراوری بالا و علاوه بر ان تولید این ماده با حضور میانجی های هیدروکسی متیل فورفورال محدود خواهد شد
  • توسعه ی فرایند های آب زدایی انتخابی موثر و گزینشی : آب زدایی قند میتواند منجر به ایجاد تعدادی بالایی از بلوکهای اضافی و ارزان قیمت شود. اخیرا، فرایندهای آب زدایی به صورت غیر گزینشی صورت میگیرند، مگر اینکه محصولات میانجی غیر پایدار قابلیت تبدیل سریع  به انواعی پایدار تر از مواد را داشته باشند.
  • توسعه و کنترل واکنش های استری سازی FDCA با کنترل واکنش پذیری مونومرهای FDCA: به منظور درک بهتر این فناوری و استفاده از ان برای تولید محصولات تجاری به دانشی کامل در خصوص شیمی بین اسید ها و الکل ها در طی فرموله سازی پلیمر و همچنین خواص پلیمر نهایی نیاز است.

 

مزایای پلی اتیلن فورانتون یا PEFنسبت به پلی اتیلن ترفتالات چیست ؟

  • نفوذ پذیری اکثر پلیمرهای زیستی به PEF سخت است و این یعنی این ماده  به خوبی مانعی بین خود و سایر مواد ایجاد میکند.
  • میزان مانع سازی  این ماده در برابر اکسیژن 6 برابر بیشتر از پلی اتیلن ترفتالات است
  • میزان مانع سازی این ماده در برابر دی اکسید کربن 3 برابر بیشتر از پلی اتیلن ترفتالات است
  • و میزان مانع سازی  ماده یاد شده در برابر آب 2 برابر بیشتر از پلی اتیلن ترفتلات است
  • PEF در مقایسه با پلی اتیلن ترفتالات دارای خواص مکانیکی مطلوبی نیز میباشد مانند:
  • دمای بالاتر گذار شیشه
  • نقطه ذوب پایین تر
  • ضریب بالاتر
  • استحکام بهتر در برابر کشش
  • این ماده در مقایسه با پلی ایتلن ترفتالات به مواد افزودنی کمتری نیاز دارد
  • PEF را میتوان بازیافت کرد و در انواعی از جریانهای برگشتی و بازیافتی استفاده کرد که دارای حداکثر 5 درصد پلی اتیلن ترفتالات میباشند. این اقدام هیچ  تاثیری بر عملکرد پلی اتیلن ترفتالات نخواهد داشت.
  • سبک وزن تر هستند و پایداری گرمایی قابل توجهی دارند
  • این ماده در مقایسه با پلی اتیلن ترفتالات کم هزینه تر میباشد

 

مصارفی اصلی پلی اتیلن فورانتون یا PEFکدامند؟

مقاومت پلی اتیلن فورانتون یا PEF در برابر نفوذ سایر مواد وهزینه مناسب ان نشان میدهند که این ماده میتواند با محصولات بسته بندی سنتی و میلیون تنی در حوزه قیمت و عملکرد رقابت کند مانند قوطی های الومینیومی، بسته بندی های چند لایه و بطری های ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات که سایز کوچکی داشته و چندین لایه میباشند.

پلی اتیلن فورانتون یا PEF امکانات نوینی را برای بسته بندی فراهم میکند:

  • ایجاد بسته های محکم، کوچک  و ایمن که قابلیت بازیافت را نیز دارند
  • ایجاد سادگی و تجدید پذیری برای بسته بندی های انعطاف پذیر

     1. بطری های ساخته شده از پلی اتیلن فورانتون یا PEF: بطری های آب یا نوشیدنی ها و غیره. این پلیمر مطابقت زیادی با استانداردها و متدهای نوین بسته بندی دارد مانند دوام، کاهش هزینه و غیره. از انجایی که ماده یاد شده کاملا زیست محور، شفاف و قابل بازیافت میباشد، جایگزینی ایده ال برای پلی اتیلن ترفتالات خواهد بود. پلی اتیلن فورانتون سبک و شفاف بوده و در برابر گرما پایدار است. علاوه بر ان عمر نگهداری ان به شکل بطری بالاست .

      2. فیلمهای ساخته شده از پلی اتیلن فورانتون یا PEF: این مورد پیشرفتهای زیادی را در حوزه بسته بندی های نوین ایجاد میکند. ماده یاد شده در مقایسه با  فیلمهای زیستی نوین پلی اتیلن ترفتالات دارای خواص یکسان گرمایی- مکانیکی و ویژگی های سطحی هستند. این فیلم ها قابل بازیافت میباشند.

     3. فیبر های ساخته شده از پلی اتیلن فورانتون یا PEF: کاربردهای اصلی این فیبر ها عبارتند از  پوشاک، وسایل خانگی، موکت، محصولات یکبار مصرف، پارچه، پوشک، فیلترها و فیبر های صنعتی.

 

بازیافت پلی اتیلن فورانتون یا PEFچگونه صورت می گیرد؟

محصولات ساخته شده از این نوع پلیمر به راحتی میتوانند بازیافت شوند و یا با پسماند سوزی  به دی اکسید کربن تبدیل شوند. در نهایت دی اکسید کربن توسط علف ها، علفهای هرز و سایر گیاهان جذب میشود (گیاهانی که پس از ان مجددا برای تولید بیشتر این پلیمر به کار برده میشوند)

نحوه بازیافت پلی اتیلن فورانتون یا PEF مشابه پلی اتیلن ترفتالات است.

  • میتوان دو ماده یاد شده را با استفاده از روش طبقه بندی IR از هم جدا کرد و سپس به کمک متد های مشابه کاربردی در بازیافت پلی اتیلن ترفتالات، انها را به انواع بازیافتی  تبدیل کرد.

با استفاده از پلی اتیلن فورانتون، دیگر نیازی به  استفاده از مواد مختلف برای تولید بسته بندی ها نخواهد بود ولی همچنان باید قدم هایی در حوزه ی طراحی مجدد بسته بندی و مدیریت زباله برداشته شود.

 

چشم انداز پیش روی پلی اتیلن فورانتون یا PEF - حوزه پیشرفتهای صنعتی

FDCA شباهت زیادی به پلی اتیلن ترفتالات و پلی بوتیلین ترفتالات دارد و این شباهت باعث میشود تا ماده یاد شده بتواند سهم بزرگی از بازار را از نظر مقداری و ارزشی به خود اختصاص دهد. به منظور دست یابی به چنین فرصتی، تحقیقاتی برای توسعه ی فناوری  اکسیداسیون واب گریزی گزینشی انجام گرفته است.

هماطور که پیش از این نیز اشاره شد،  FDCA یک میانجی مهم شیمیایی برای تولید PEF است و چندین کمپانی متمایز در حال حاضر این ماده را تولید میکنند.

  • AVA-CO2 یک روش ثبت شده برای تبدیل 5-HMF به FDCA ارائه کرده است
  • Wageningen UR موفق شده تا پلی استرهای نیمه اروماتیکی از FDCA بسازد
  • Avantium به همراه  BASF در تلاشند تا FDCA و پلی اتیلن فورانتون را به یک حقیقت تجاری تبدیل کنند.
  • Corbion هم در حال ساخت FDCA برای پلی اتیلن فورانتون است
  • ETH Zurich روشی را توسعه میدهد تا به کمک ان بتواند پلی اتیلن فورانتون را به بازار وارد نماید.

Corbion فرایندی اختصاصی را توسعه داده تا بتواند FDCA تولید کند و هم اکنون با شرکای خود در حال تلاش برای توسعه بیشتر و تجاری سازی این ماده میباشد.

Avantium نیز فناوری با نام YXY را با هدف تولید سوخت های زیستی، پلاستیکهای  زیستی و مواد شیمیایی زیستی، توسعه داده و ثبت کرده است.

در سال 2014، شرکتهای Avantium, Danone, Swire Pacific and Coca-Cola موافقت نامه ای 50 میلیون دلاری را با هدف توسعه و تجاری سازی جایگزینی برای پلی اتیلن ترفتالات به کار برده شده در بسته بندی ها امضا کردند.