Improvement in barrier properties of polymers used in packaging industry?pet/n-mxd6 blends

Abstract

Düşük yoğunluk ve enerji tüketimi, üretim kolaylığı, hafiflik, ve maliyet kazanımları gibi bazı avantajlara sahip olan plastikler artan bir şekilde geleneksel ambalaj malzemeleri olan cam ve metalin yerini almaktadır. Cam ve metal mutlak bariyer malzemeleri olmalarına rağmen, plastikler gaz geçirgendirler. Geçirgenlik, ürün kalitesi ve raf ömrününü belirlemesi açısından ambalajlar için hayati önem taşımaktadır.Bu nedenle bu çalışmanın temel amacı ambalaj endüstrisinde kullanılan poliester/poliamid karışımlarının bariyer özelliklerini iyileştirmektir. Bu amaçla çift burgu ekstrüder kullanılarak farklı uyumlaştırıcı tipleri ve kombinasyonları ile polietilen terefitalat (PET)/poly (m-ksilen adipamid) Naylon-MXD6 (95/5 wt. %) ve 10 wt.% isofitalik asit içeren PET kopolimeri (PET-co-10I)/Naylon-MXD6 karışımları hazırlanmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), spektral çift kırılım, ve gaz geçirgenlik testleri gibi farklı karakterizasyon teknikleri kullanılarak çift yönlü yönelim, kristallinite, morfoloji (dolambaçlı yol), ve kimyanın gaz geçirgenliği üzerindeki etkileri analiz edilmiştir.SEM imajlarında gözlenen dispers faz boyutundaki azalma % 5 sodyum sulfonlanmış isofitalat içeren PET kopolimerinin (PET-co-5SIPA'nın) PET/N-MXD6 ve PET-co-10I/N-MXD6 karışımlarında uyumlaştırı olarak etkinliğini göstermektedir. Spektral çift kırılım ve DSC analizleri karışımların kristallenme davranışını anlamak için kullanılmıştır. Çift yönlü gerdirme sonrasındaki morfolojik analizler küresel naylon fazın gerdirme sırasında modifiye edilerek ortalama 75 nm kalınlığında elipsler (en/boy oranı=6) haline dönüştüğünü ve bunun oksijen girişi için dolambaçlı bir yol yarattığını göstermiştir. PET filmerine kıyasla PET-co-10I filmleri çift yönlü gerdirme öncesinde daha düşük geçirgenlik değerlerine sahiptir. Gerdirme PET/N-MXD6 filmerinin bariyer özelliklerini iyileştirirken, PET-co-10I/N-MXD6 karışımlarının geçirgenlik değerlerini yükseltmiştir.

Traditional packaging materials like glass and metal are increasingly replaced by plastics due to several advantages of plastics which are low density, less energy consumption, ease of processing, weight reduction and cost savings. Unfortunately plastics are permeable to gases while glass and metal are absolute barrier materials. Permeability is an important issue in packaging that relates to product quality and a reasonable shelf life.Improvement in barrier properties of polyester/polyamide blends used in packaging industry is the main objective of the present study. For this purpose polyethylene terephthalate (PET)/ poly (m-xylene adipamide) (Nylon-MXD6) (95/5 w/w) and PET-co-10I (polyethylene terephthalate-co-isophtahalate random copolymer containing 10 wt. % isophthalic acid (IPA)) / N-MXD6 (95/5 w/w) blends have been prepared with different compatibilizer types and combinations by using a co-rotating intermeshing twin screw extruder. The effects of biaxial orientation, crystallinity, morphology (tortuous pathway), and chemistry on oxygen gas permeability were analyzed by using different characterization techniques like scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), spectral-birefringence, and gas permeability analyzer.The morphological analysis revealed that PET copolymer that consists of 5% sodium sulfonated isophthalate (PET-co-5SIPA) was an effective compatibilizer for both PET/N-MXD6 and PET-co-10I/N-MXD6 blends. Spectral-birefringence technique and DSC analysis were used to understand the crystallization behaviour of the blends. Morphological analysis of films after biaxial stretching indicated that the spherical nylon phase was converted to 75 nm thick ellipsoids during stretching (aspect ratio L/W=6) that creates tortuous pathway for oxygen ingress. PET-co-10I films had low permeability before biaxial stretching compared to unoriented PET films. Stretching ameliorated barrier properties of PET/N-MXD6 films but increased the permeability of PET-co-10I/N-MXD6 blends.