Botol Soda

Latar Belakang

Botol soda yang sangat umum saat ini terbuat dari polietilen tereftalat (PET), plastik yang kuat namun ringan. PET digunakan untuk membuat banyak produk, seperti kain poliester, pembungkus kabel, film, isolasi transformator, suku cadang generator, dan pengemasan. Itu membuat 6,4 persen dari semua kemasan dan 14 persen dari semua wadah plastik, termasuk botol minuman ringan yang populer. Terhitung 43 persen dari yang terjual, PET adalah wadah minuman ringan yang paling banyak digunakan. Aluminium, urutan kedua, adalah 34 persen, sedangkan kaca, yang dulunya 100 persen dari botol, hanya sebagian kecil dari yang dijual hari ini.

Plastik pertama kali dibuat pada tahun 1800-an dari bahan alami yang dicirikan dengan memiliki rantai molekul. Ketika zat-zat ini digabungkan dengan bahan kimia lain di laboratorium, mereka membentuk produk yang bersifat plastik. Meskipun dipuji sebagai penemuan revolusioner, plastik awal memiliki masalah, seperti mudah terbakar dan rapuh. Poliester, kelompok plastik yang termasuk dalam PET, pertama kali dikembangkan pada tahun 1833, tetapi ini sebagian besar digunakan dalam pernis cair, jauh dari bentuk padat dan serbaguna yang mereka ambil kemudian.

Plastik sintetis murni yang merupakan peningkatan besar pada plastik sebelumnya tiba di awal 1900-an, namun aplikasinya masih terbatas. Eksperimen berlanjut, dengan sebagian besar dari ratusan plastik baru yang dibuat selama beberapa dekade berikutnya gagal secara komersial. PET dikembangkan pada tahun 1941, tetapi baru pada awal 1970-an botol soda plastik menjadi kenyataan. Nathaniel C. Wyeth, putra pelukis terkenal N. C. Wyeth dan seorang insinyur untuk Du Pont Corporation, akhirnya mengembangkan botol yang dapat digunakan setelah banyak eksperimen.

Penemuan penting Wyeth adalah cara untuk meningkatkan teknik blow-molding dalam membuat botol plastik. Blow moulding sudah kuno, telah digunakan dalam teknologi pembuatan kaca selama kurang lebih dua ribu tahun. Pembuatan botol plastik dengan blow moulding tidak terjadi sampai plastik yang sesuai dikembangkan sekitar tahun 1940, tetapi produksi botol ini terbatas karena ketebalan dinding yang tidak konsisten, leher botol yang tidak teratur, dan kesulitan dalam memangkas produk jadi. Penemuan stretch blow moulding Wyeth pada tahun 1973 memecahkan masalah ini, menghasilkan botol yang kuat, ringan, dan fleksibel.

Keberhasilan botol soda PET yang luar biasa—pada tahun 1991, lebih dari delapan miliar botol diproduksi di AS—telah mengakibatkan masalah pembuangan, tetapi daur ulang botol terus berkembang, dan produsen menemukan cara baru untuk menggunakan PET daur ulang.

Bahan Baku

PET adalah polimer, zat yang terdiri dari rantai molekul organik berulang dengan berat molekul besar. Seperti kebanyakan plastik, PET pada akhirnya berasal dari hidrokarbon minyak bumi. Ini dibuat oleh reaksi antara asam tereftalat (C ₈ H ₆ 0 ₄ ) dan etilen glikol (C ₂ H ₆ 0 ₂ ).

Asam tereftalat adalah asam yang terbentuk dari oksidasi para-xilena (C ₈ H ₁₀ ), hidrokarbon aromatik, hanya menggunakan udara atau asam nitrat. Para-xilena berasal dari tar batubara dan minyak bumi menggunakan distilasi fraksional, sebuah proses yang memanfaatkan titik didih senyawa yang berbeda untuk menyebabkan mereka "jatuh" pada titik proses yang berbeda.

Dalam pembuatan botol soda plastik, plastik—polietilen tereftalat (PET)—pertama kali dipolimerisasi, yang melibatkan pembuatan panjang rangkaian molekul. Setelah plastik disiapkan, plastik mengalami stretch blow moulding. Dalam proses ini, tabung panjang (parison) PET dimasukkan ke dalam cetakan, dan batang baja (mandrel) dimasukkan ke dalamnya. Selanjutnya, udara bertekanan tinggi menyembur melalui mandrel dan memaksa parison ke dinding cetakan. Bagian bawah yang terpisah dimasukkan ke dalam cetakan untuk membentuk botol sehingga dapat berdiri di atas permukaan yang rata.

Etilen glikol berasal dari etilen (C ₂ H ₄ ) secara tidak langsung melalui etilen oksida (C ₂ H ₄ 0), zat yang juga ditemukan dalam antibeku. Etilen adalah gas hidrokarbon yang terdapat dalam minyak bumi dan gas alam, tetapi biasanya diturunkan secara industri dengan memanaskan etana atau campuran etana-propana.

Manufaktur
Proses

Polimerisasi

• 1 Sebelum botol dapat dibuat, PET itu sendiri harus dibuat, atau dipolimerisasi. Dalam polimerisasi, molekul yang lebih kecil digabungkan untuk membentuk zat yang lebih besar. Untuk membuat PET, asam tereftalat terlebih dahulu digabungkan dengan metanol (CH ₃ OH). Reaksi ini menghasilkan dimetil tereftalat dan air. Selanjutnya, dimetil tereftalat, digabungkan dengan etilen glikol berlebih pada 150 derajat Celsius untuk menghasilkan zat lain, bis 2-hidroksietil tereftalat dan metanol.
• 2 Langkah terakhir dari polimerisasi melibatkan polimerisasi kondensasi dari bis 2-hidroksietil tereftalat. Dalam proses ini, polimer terbentuk saat molekul lain dilepaskan, atau "jatuh". Polimerisasi kondensasi bis 2-hidroksietil tereftalat dilakukan dalam ruang hampa pada 530 derajat Fahrenheit (275 derajat Celcius) dan menghasilkan rantai PET dan etilen glikol (lihat langkah #1 di atas); zat yang terakhir terus dihilangkan selama polimerisasi dan digunakan untuk membuat lebih banyak PET. Setelah campuran PET mencapai viskositas (ketebalan) yang dibutuhkan, didinginkan untuk menghindari degradasi dan perubahan warna. Kemudian, dapat dipanaskan kembali untuk berbagai kegunaannya.

Pembuatan botol

• 3 botol minuman PET dibuat menggunakan proses yang dikenal sebagai stretch blow moulding (juga disebut cetakan tiup orientasi ). Pertama, pelet PET dicetak dengan injeksi—dipanaskan dan dimasukkan ke dalam cetakan—ke dalam tabung plastik berdinding tipis, yang disebut parison . Parison kemudian didinginkan dan dipotong dengan panjang yang tepat.
• 4 Selanjutnya, tabung parison dipanaskan kembali dan dimasukkan ke dalam cetakan lain yang berbentuk seperti botol soda, lengkap dengan tutup ulirnya. Sebuah batang baja (mandrel) digeser ke dalam parison. Udara bertekanan tinggi kemudian menembus mandrel dan mengisi parison, menekannya ke dinding bagian dalam cetakan. Tekanan udara meregangkan plastik baik secara radial ("keluar") dan secara aksial ("turun"). Kombinasi suhu tinggi dan peregangan ke arah yang diinginkan menyebabkan molekul terpolarisasi, berbaris dan pada dasarnya mengkristal untuk menghasilkan sebotol kekuatan yang unggul. Seluruh prosedur harus dilakukan dengan cepat, dan plastik harus ditekan dengan kuat ke dinding, atau botol akan keluar dengan bentuk yang salah. Untuk memberikan bagian bawah botol bentuk cekung yang tepat — sehingga dapat berdiri tegak — bagian bawah yang terpisah dilekatkan pada cetakan selama proses peniupan.
• 5 Cetakan kemudian harus didinginkan. Metode pendinginan yang berbeda digunakan. Air dalam pipa dapat mengalir di sekitar cetakan, atau karbon dioksida cair, udara lembab bertekanan tinggi, atau udara ruangan ditembakkan ke dalam botol untuk mendinginkannya secara lebih langsung. Prosedur sebaiknya dilakukan dengan cepat, untuk mengatur botol sebelum terjadi creep (aliran).
• 6 Botol kemudian dikeluarkan dari cetakan. Dalam produksi massal, botol-botol kecil dibentuk terus menerus dalam untaian botol-botol terpasang yang dipisahkan dan dipangkas. Pemangkasan lainnya harus dilakukan di mana pun plastik bocor melalui celah-celah cetakan (seperti cara adonan pancake saat diperas dalam pembuat wafel). Sepuluh hingga 25 persen plastik hilang dengan cara ini, tetapi dapat digunakan kembali.
• 7 Beberapa produsen minuman ringan membuat botol sendiri, tetapi biasanya botol jadi dikirim dari produsen khusus ke perusahaan minuman ringan dengan truk. Plastik murah untuk diangkut karena ringan. Aksesori seperti tutup dan label diproduksi secara terpisah. Kadang-kadang, produsen botol plastik akan menempelkan label yang dipasok oleh perusahaan minuman ringan pada botol sebelum mengirimkannya.

Kontrol Kualitas

Polimerisasi adalah reaksi halus yang sulit diatur setelah kondisinya diatur dan prosesnya bergerak. Semua molekul yang dihasilkan selama reaksi, beberapa di antaranya mungkin efek samping dan kotoran, tetap berada dalam produk jadi. Setelah reaksi berjalan, tidak mungkin untuk menghentikannya di titik tengah dan menghilangkan kotoran, dan juga sulit dan mahal untuk menghilangkan produk yang tidak diinginkan ketika reaksi selesai. Memurnikan polimer adalah proses yang mahal, dan kualitasnya sulit ditentukan. Variasi dalam proses polimerisasi dapat membuat perubahan yang tidak terdeteksi dalam uji kontrol rutin.

Polimerisasi asam tereftalat dan etilen glikol dapat menghasilkan dua pengotor:dietilen glikol dan asetaldehida. Jumlah dietilen glikol dijaga agar tetap minimum, sehingga sifat akhir PET tidak terpengaruh. Asetaldehida, yang terbentuk selama polimerisasi dan juga selama produksi botol, akan memberikan rasa yang aneh pada minuman ringan jika terjadi dalam jumlah yang cukup besar. Dengan menggunakan teknik cetakan injeksi optimal yang memaparkan polimer pada panas dalam waktu singkat, konsentrasi asetaldehida yang sangat rendah akan muncul dan rasa minuman tidak akan terpengaruh.

Pengujian dilakukan pada karakteristik khusus PET yang membuatnya sempurna untuk botol minuman. Banyak standar dan tes telah dikembangkan untuk plastik selama bertahun-tahun. Misalnya, PET harus tahan pecah dalam kondisi normal, jadi botol menjalani tes ketahanan benturan yang melibatkan menjatuhkannya dari ketinggian tertentu dan memukulnya dengan kekuatan tertentu. Selain itu, botol harus menahan bentuknya serta menahan tekanan saat ditumpuk, sehingga ketahanan terhadap creep diukur dengan menguji deformitas di bawah tekanan. Selain itu, minuman ringan mengandung karbon dioksida; itulah yang membuat mereka mendesis. Jika karbon dioksida dapat keluar melalui dinding plastik botol, sebagian besar minuman yang dibeli pasti sudah habis. Oleh karena itu, permeabilitas botol terhadap karbon dioksida diuji. Bahkan transparansi dan kilapnya diuji. Semua tes bertujuan untuk konsistensi ukuran, bentuk, dan faktor lainnya.

Daur ulang

Sejumlah besar miliaran botol PET yang diproduksi setiap tahun dibuang, menghasilkan masalah lingkungan yang serius. Tindakan telah diambil untuk membendung aliran limbah, terutama di bidang daur ulang. Hanya aluminium yang mendapatkan harga lebih tinggi di pusat daur ulang daripada PET, jadi, pada tingkat pemulihan satu hingga dua persen, PET adalah plastik daur ulang yang paling ekstensif. Produk yang dibuat dari botol PET daur ulang termasuk karpet, beton, isolasi, dan mobil bagian. Namun, baru pada tahun 1991 botol soda PET pertama yang menggunakan PET daur ulang muncul. Terdiri dari 25 persen PET daur ulang, botol ini diperkenalkan oleh Coca-Cola dan Hoechst Celanese Corporation untuk digunakan di North Carolina. Pada tahun 1992, botol ini digunakan di 14 negara bagian lain, dan produsen lain (seperti Pepsi, dalam kemitraan dengan Constar International Inc.) telah memproduksi botol serupa.

Meskipun tingkat daur ulang PET yang tinggi dibandingkan dengan plastik lainnya, banyak perusahaan dan pejabat ingin membuatnya lebih tinggi. Rencana saat ini adalah untuk melihat ke dalam insinerasi PET, di mana diklaim bahwa, jika dilakukan dengan benar, produk dari pembakaran sempurna hanyalah karbon dioksida dan air. Tujuan pemerintah negara bagian dan federal saat ini adalah agar 25 hingga 50 persen PET didaur ulang, bahwa daur ulang PET tersedia untuk setengah dari populasi Amerika Serikat, dan bahwa 4000 program daur ulang tepi jalan akan dilaksanakan dalam waktu dekat. Pada tahun 1990, menurut National Association for Plastic Container Recovery, ada 577 program tepi jalan untuk PET.