PEN – polietilen naftalat son zamanlarda ismini daha sık duyduğumuz
ve piyasada görmeye başladığımız bir polimerdir. Polietilen naftalat hammaddesi, PET –
polietilen teraftalat veya bir başka polyester ile karıştırılarak ya da PET/PEN
kopolimer olarak piyasadan temin edilmek suretiyle, hem sert (rijit) hem de
esnek (fleksibıl) ambalaj malzemesi olarak kullanılabilmektedir.
PEN polimeri, dimetil 2,6 naftalat veya naftalen
dikarboksilat (NDC) monomerlerinden elde edilmektedir. Ticari olarak en çok tercih edilen yöntem,
etilen glikol ile naftalen dikarboksilat (NDC) monomerlerinin kondenzasyonu ile
sentezlenmesidir.
PEN’in avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
- PEN’in ısı direnci çok iyidir. Bu yüzden sıcak-dolum yapılabilen uygulamalarda kullanılabilir. PET’in (polietilen teraftalat) 75 – 80 ºC arasında seyreden camsı geçiş sıcaklığı (Tg – glass transition temperature) bu polimerin sıcak-dolum yapılması gereken uygulamalarda kullanılmasını engeller.
- “Retort” uygulamalarına dayanıklılık gösterir.
- Mor ötesi (UV) ışığı mükemmel bir şekilde keser. % 2 oranında PEN içeren PET/PEN kopolimeri bile UV’yi % 90 oranında engeller. Bu özelliğinden dolayı PEN; bira, meyve suları, ilaçlar, yenebilir yağlar ve süt gibi ürünler için ideal bir ambalaj malzemesidir.
- PEN
kopolimerleri ve diğer karışımları için yapılan araştırmalar, bu polimer
sayesinde ısıl ve mekanik özelliklerinde iyileştirmeler olduğunu; aynı
zamanda oksijen ve su buharı geçirgenliğinin azaldığını göstermiştir. Özelliklerdeki bu iyileşmelerin PEN
miktarı ile doğru orantılı olarak arttığı saptanmıştır.
- Tüm
bu özellikler, PEN – polietilen naftalat malzemesinin camın yerini alma
potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Homopolimer PEN oldukça düzenli bir moleküler yapıya
sahiptir. Kristalleşebilir.
PEN – polietilen naftalat, PET – polietilen teraftalat ile
mukayese edildiğinde;
- Oksijen
ve su baharı geçirmezliğinin % 400 – 500 daha iyi,
- Gerilme
direncinin % 35 daha iyi,
- Esneme
modülünün % 50 daha iyi olduğu tespit edilmiştir.
PEN gıda ile temas eden malzeme olarak kullanılması
onaylanan bir polimerdir.
Yukarıda da bahsedildiği gibi PEN ve PET birlikte
karıştırılarak kullanılabilmektedir.
Aynı zamanda PET/PEN kopolimerleri de üretilmektedir.
PET/PEN karışımları (blend) ekstruderde işlenirler. Ancak bu esnada ekstruderde kopolimer oluşumu
da gözlenebilmektedir. Şöyle ki,
ekstruder çıkışında elde edilen ürün üzerinde yapılan analizler, ekstruderde
transesterleşme (transesterification) reaksiyonlarının gerçekleştiğini ve
böylece PEN ve PET molekülleri arasında kimyasal bağ oluştuğunu göstermektedir. Bu yüzden proses koşulları kontrol altında
tutulmalıdır.
PET/PEN karışımları veya kopolimerleri hammadde
tedarikçileri tarafından arz edilebilmektedir.
PEN’in yüksek maliyetlerinden dolayı, tek başına satılması pek sık
rastlanan bir durum değildir. Genellikle
PET gibi polyesterlerle birlikte tedarik edilir.
PET/PEN kopolimerleri iki ana grupta incelenebilir:
- Düşük
NDC oranlı kopolimerler - % 15’ten az NDC içerirler.
- Yüksek
NDC oranlı kopolimerler - % 85’ten fazla NDC içerirler.
Bu iki oranın arasında kalan NDC miktarlarını içeren kopolimerler,
kristalleşmenin zor olmasından dolayı tercih edilmezler. PET ve PEN homopolimerleri aslında
birbirleriyle kolay karışamayacak (immiscible) polimerlerdir. Bu yüzden PET/PEN karışımlarının hazırlanması
esnasında, çok az miktarda da olsa transesterleşme reaksiyonlarının oluşması
sağlanır ve kopolimer oluşumuna izin verilir.
Homopolimer ve kopolimer karışımlarının ekstrüzyonu, sadece homopolimer
karışımlarının ekstrüzyonundan daha kolaydır.
Genellikle düşük NDC oranlı kopolimerler PET ile, yüksek NDC
kopolimerleri ise PEN ile karıştırılarak proses edilmektedir.
Sonuç
Günümüzde PET ile kıyaslandığında PEN hammaddesinin 2 – 4
kat daha pahalı bir polimer olduğu bildirilmektedir. Ancak proses koşulları dikkate alındığında
PEN’in, PET’den daha kolay işlenebildiği de eklenmektedir. Bu durumda yüksek hammadde maliyeti, daha
düşük proses maliyetleri ile dengelenebilir yorumunu yapmak yanlış olmaz.
Başlıca sert (rijit) ambalaj uygulaması ise özelikle son
yıllarda, bira şişesi olarak cam yerine PEN kullanılmaya başlanmasıdır. Yüksek sıcaklıklar karşısında PET’den daha
dayanıklıdır. Ancak bugüne kadar sadece
çift yönde gerdirilmiş (biaxially oriented) film uygulamalarında kendine yer
edinmiştir.