PEN – Polietilen Naftalat

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 (T_g – 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:

1. Düşük NDC oranlı kopolimerler - % 15’ten az NDC içerirler.
2. 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.