polyethylene terephthalate что это
Polyethylene terephthalate что это
Полиэтилентерефталат – ПЭТ, ПЭТФ (PET, валокс, ULTRADUR, CELANEX, RYNITE) — это линейный термопластичный полиэфир, который имеет широкое коммерческое применение в виде синтетического волокна, а также в виде пленок и изделий, изготавливаемых из ПЭТ-материала экструзией и литьем под давлением.
Основные типы сложных полиэфиров или аналогов ПЭТ материала
Свойства: Аморфный, Тс = 193 о С
Свойства: Кристаллический, Тс = 120 о С, Tпл = 270 о С
Свойства: Аморфный, Тс = 80 о С
Тс – температура стеклования, Тпл – температура плавления.
Все данные материалы относятся к классу сложных полиэфиров (Polyester) и не имеют отношения к простым полиэфирам (Polyether). Как правило используя слово «полиэфиры» подразумевают материалы на основе PBT, PET материала и их смеси, реже имеют ввиду PCT, PCTA, PCTG и PETG, PPT, PEN. Такие полимеры как: PAR, PC, PC-HI, TPE-E обычно к полиэфирам не относят.
Подробнее о полиэтилентерефталате
1. Производство ПЭТ
Сырьем для производства ПЭТФ (ПЭТ материал) обычно служит диметиловый эфир терефталевой кислоты с этиленгликолем. Получают полиэтилентерефталат поликонденсацией терефталевой кислоты (бесцветные кристаллы) или ее диметилового эфира с этиленгликолем (жидкость) по периодической или непрерывной схеме в две стадии. По технико-экономическим показателям преимущество имеет непрерывный процесс получения ПЭТ из кислоты и этиленгликоля. Этерификацию кислоты этиленгликолем (молярное соотношение компонентов от 1:1,2 до 1:1,5) проводят при 240-2700С и давлении 0,1-0,2МПа.
Полученную смесь бис-(2-гидроксиэтил)терефталата с его олигомерами подвергают поликонденсации в нескольких последовательно расположенных аппаратах, снабженных мешалками, при постепенном повышении температуры от 270 до 3000С и снижении разряжения от 6600 до 66 Па.
После завершения процесса расплав полиэтилентерефталата выдавливается из аппарата, охлаждается и гранулируется или направляется на формование волокна. Матирующие агенты (TiO2), красители, инертные наполнители (каолин, тальк), антипирены, термо- и светостабилизаторы и другие добавки вводят во время синтеза или в полученный расплав полиэтилентерефталата.
Достигнутая регулярность строения полимерной цепи повышает способность к кристаллизации, которая в значительной степени определяет механические свойства. Фениленовая группа в основной цепи придает жесткость скелету и повышает температуру стеклования и температуру плавления. Химическая стойкость ПЭТ близка к таковой у полиамидов, и он проявляет очень хорошие барьерные свойства. ПЭТ обладает способностью существовать в аморфном или кристаллическом состояниях, причем степень кристалличности определяется термической предысторией ПЭТ материала.
При быстром охлаждении ПЭТ аморфен и прозрачен, при медленном – кристалличен (до 50%).
Товарный ПЭТ материал выпускается обычно в виде гранулята с размером гранул 2- 4 миллиметра. Производители ПЭТ в основном находятся за пределами России и СНГ.
2. Характеристики ПЭТ
ПЭТ материал имеет высокую химическую стойкость к бензину, маслам, жирам, спиртам, эфиру, разбавленным кислотам и щелочам. Полиэтилентерефталат не растворим в воде и многих органических растворителях, растворим лишь при 40-150 град. С в фенолах и их алкил- и хлорзамещенных, анилине бензиловом спирте, хлороформе, пиридине, дихлоруксусной и хлорсульфоновой кислотах и др.. Неустойчив к кетонам, сильным кислотам и щелочам. Имеет повышенную устойчивость к действию водяного пара.
Аморфный полиэтилентерефталат – твердый прозрачный с серовато-желтоватым оттенком, кристаллический – твердый, непрозрачный, бесцветный. Отличается низким коэффициентом трения (в том числе и для марок, содержащих стекловолокно). Термодеструкция ПЭТ имеет место в температурном диапазоне 290-310 С. Деструкция происходит статистически вдоль полимерной цепи; основными летучими продуктами являются терефталевая кислота, уксусный альдегид и монооксид углерода. При 900 °С генерируется большое число разнообразных углеводородов; в основном летучие продукты состоят из диоксида углерода, монооксида углерода и метана. Для предотвращения окисления ПЭТ во время переработки можно использовать широкий ряд антиоксидантов.
Коэффициент теплового расширения (расплав)
Сжимаемость (расплав), Мпа
Плотность, г/см 3 : аморфный, кристаллический
Диэлектрическая постоянная (23 °С, 1 кГц)
Относительное удлинение при разрыве, %
Температура стеклования, аморфный, кристаллический
Температура плавления, °С
Показатель преломления (линия Na): аморфный, кристаллический
Предел прочности при растяжении, МПа
Модуль упругости при растяжении, МПа
Допустимая остаточная влага ПЭТ
Литьем под давлением из ПЭТ материала производят в основном преформы для ПЭТ-бутылок. Для этих целей уже достаточно редко используют традиционную схему литья пластмасс: термопластавтомат + литьевая форма. В современных реалиях правят бал специальные комплексы для производства ПЭТ-преформ, включающие все необходимое для интенсивного производства изделий: скоростной ТПА, сложную пресс форму, холодильники, систему роботов.
ПЭТ находит разнообразные применения благодаря широкому спектру свойств, а также возможности управлять его кристалличностью. Основное применение связано с изготовлением ПЭТ-тары, в частности бутылок для газированных напитков, поскольку ПЭТ обладает замечательными барьерными свойствами. В этом случае аморфный ПЭТ подвергается двуосному растяжению выше Tс, для создания кристалличности.
Другие области применения ПЭТ охватывают текстильные волокна, электрическую изоляцию и изделия, получаемые раздувным формованием. Для многих применений лучшими свойствами обладают сополимеры ПЭТ.
Примером изделий из ПЭТ могут служить: детали кузова автомобиля; корпуса швейных машин; ручки электрических и газовых плит; детали двигателей, насосов, компрессоров; детали электротехнического назначения; различные разъемы; изделия медицинского назначения; упаковка из ПЭТ; ПЭТ-преформы и многое другое. В таких изделиях, как бутылки для газированных напитков, используются смеси ПЭТ с полиэтиленнафталатом (ПЭН). ПЭН более дорогой материал, но он медленнее кристаллизуется и имеет менее выраженные эффекты старения.
4. Вторичная переработка ПЭТ
До недавнего времени, получать вторичное ПЭТ-сырье было очень сложно. Существующие технологии и оборудование для рециклинга полиэтилентерефталата были технически несовершенны и убыточны. Однако, утилизация ПЭТ-продукции также связаны с серьезными затратами и загрязнением природы. Это заставило специалистов искать недорогие способы получения вторичного ПЭТ-сырья. В настоящее время созданы и успешно работают недорогие линии для переработки ПЭТ в том числе и российского производства.
Загрязненные отходы, содержащие, как правило, ПЭТ-бутылки, собираются, сортируются вручную или автоматически и поступают на участок дробления. Загрязненная ПЭТ-дробленка проходит несколько контуров мойки, зону отделения примесей и сушку и поступает в зону растарки. Затем полученные ПЭТ-хлопья (флексы) можно гранулировать, либо перерабатывать в негранулированном виде. Вторичный ПЭТ-материал хорошего качества можно использовать без органичений, в том числе для упаковки продуктов. Многие производители ПЭТ-преформ с успехом используют вторсырье в своем производстве.
Однако и в новых технологиях существуют некоторые изъяны. Например, вещества, с помощью которых приклеивают этикетки, могут при переработке вызывать обесцвечивание и потерю прозрачности материала, а остаточная влага способна вызвать деструкцию ПЭТ. В свою очередь, продукты разложения вызывают пожелтение пластика и изменяют его механические свойства. Кроме того, было установлено, что ПЭТ можно подвергать пиролизу для получения активированного угля.
Ещё одной проблемой, является тенденция ПЭТ к самопроизвольной кристаллизации с течением времени, то есть «старение». Это приводит к изменению свойств материала, что может вызвать изменение размеров изделия (усадку и коробление).
Тем не менее, с недавних пор и в России существует мощный рынок вторичного ПЭТ. Несколько компаний специализируются на покупке и продаже отходов и готового вторсырья ПЭТ.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Свойства и применение полиэтилентерефталата
«Полиэтилентерефталат», мало кто из нас слышал данное название. Оно не особо распространено среди обывателей и мало кто знает, что это за соединение. Хотя, с данным материалом сталкивались все, из него изготавливают пластиковые бутылки, контейнеры, емкости и т.п. Познакомимся подробнее с соединением, его свойствами, применением.
Описание полиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталат – пластик, термопластик, самый распространенный представитель из класса полиэфиров, имеющий разные названия: ПЭТ, ПЭТФ, ПЭТГ, майлар, лавсан.
Формула полиэтилентерефталата: (C10H8O4)n
Пространственная молекула полиэтилентерефталата
Международный знак, обозначающий вторичную переработку. Это знак, мы часто видим на пластиковых бутылках.
Данный материал, имеет широкое коммерческое использование, в виде волокон, пленок, пластиковых изделий.
Характеристики полиэтилентерефталата
Физические характеристики: твердое, прозрачное, бесцветное вещество в аморфном состоянии, в кристаллической форме – непрозрачное, белое.
Важной характеристикой является вязкость соединения. Она определяется протяженностью молекулы.
Еще важные черты: прочность, износостойкость, высокие диэлектрические показатели, термостойкость.
Химические характеристики: не растворяется в воде, органических растворителях, подвергается воздействию кетонов, оснований и сильных кислот.
Перечисленные свойства, дополненные низкой ценой, позволяют использовать пластик в разных областях. Но, говоря о свойствах соединения, нельзя не отметить и о его негативных характеристиках.
Первым минусом, является пропускание ультрафиолета внутрь тары, с последующим выделением в ней углекислого газа. Эта проблема не позволяет долго хранить продукты питания в таре из полиэтилентерефталата, они начинают портиться и могут нанести вред человеку. В некоторых странах посуда, емкости из полиэтилентерефталата считаются одноразовыми и не допустимо их повторное применение без переработки.
Вторым минусом, является тот факт, что полимер не разлагается в природе, представляя сильнейшую угрозу для окружающей природы.
Производство полиэтилентерефталата
История получения полиэтилентерефталата делится на два этапа до 1965 года и после него.
Вначале получали переэтерификацией этиленгликолем диметилтерефталата. В результате данной реакции образовывался дигликольтерефталат, который подвергался поликонденсации. Минусом данной технологии была ее многостадийность, кроме того диметилтерефталат необходимо очищать дистилляцией или кристаллизацией.
В 1965 году полиэтилентерефталат стали получать из другого сырья: этиленгликоля и терефталиевой кислоты. Синтез стал проходить в одну стадию по непрерывной схеме.
Применение полиэтилентерефталата
В мире использование полиэтилентерефталата несколько иное, чем в нашей стране. В России из него производят главным образом пластиковые бутылки, емкости, мало используют для изготовления волокон и пленок. В других странах же наоборот. Полиэтилентерефталат идет главным образом на получение нитей и волокон.
Применятся соединение в химической и медицинской сфере, в машиностроении, транспортной области, в конвейерных технологиях, в приборостроении.
Для расширения области применения, приданию новых свойств, полимерное соединение модифицируется различными добавками, такими как фторопласт, стекловолокно и т.п.
Волокна из полиэтилентерефталата идут на изготовление одежды, техники.
Из него изготавливают емкости для воды, соков, безалкологольных и алкогольных напитков, продуктов и т.п.
Он является основой для магнитных лент аудио-, видеокассет, гибких компьютерных дисков, до недавнего времени широко используемых.
Используется для изготовления вкладышей для подшипников.
Это самые популярные области использования.
Вторичная переработка полиэтилентерефталата
Самое главное свойство, которым обладает полиэтилентерефталат – это способность быть переработанным. Наш мир уже тесно связан с пластиковыми бутылками, если их не перерабатывать, а просто закапывать, утилизировать на спец предприятиях, можно нанести сильный вред окружающей среде.
Переработка полиэтилентерефталата может быть осуществлена двумя способами:
Механическая переработка
Данным способом утилизируются ленты, отходы литьевых производств, частично вытянутые волокна.
По технологии полимер измельчается, образуется крошка, гранулы, которые можно использовать для литья. Причем при измельчении свойства полимера сохраняются.
Физико-химическая переработка
Данный способ переработки многообразен и включает различные способы.
Можно проводить деструкцию полимера, с целью получения мономеров и их дальнейшего использования.
Можно провести плавление, с получением гранулят, применяемых для экструзии или литья под давлением.
А возможно переосаждение из растворов. Таким образом, получают композитные материалы, порошки для нанесения покрытий.
Переработанный материал можно химически модифицироват, для получения соединения, обладающего новыми свойствами.
В тех случаях, когда переработка невозможна, полиэтилентерефталат утилизируется управляемым сжиганием.
Несомненно, применение пластиковых емкостей более удобно, чем стеклянных или бумажных, они не бьются и возможно провести повторную переработку. Но не стоит забывать об минусе, описанном в данной статье, о том, что нельзя в емкости из полиэтилентерефталата держать продукты на свету, это приведет к их порче и нанесению вреда организму человека.
Переработка пластика – актуальная на сегодняшний день тематика, которая развивается, находятся все более новые способы переработки, но все это будет делаться зря, если обыватель продолжит скидывать полимерные емкости, бутылки из полиэтилентерефталата в общую мусорку, не разделяя. Если мы сделали выбор в пользу удобных пластиковых бутылок, держим продукты, хранимые в них в тени, заботясь о себе, то нельзя и об экологии забывать – пластиковую тару необходимо складировать в отдельные контейнеры для мусора для последующей переработки.
Полиэтилентерефталат
| Полиэтилентерефталат | |
 | |
 | |
 Международный знак вторичной переработки для ПЭТ | |
| Общие | |
|---|---|
| Химическая формула | (C10H8O4)n |
| Физические свойства | |
| Плотность | 1,4 см³ (20 °C), аморфный: 1,370 см³, кристаллический: 1,455 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | > 250 (260) °C °C |
| Удельная теплоёмкость (ст. усл.) | 1000 Дж/(кг·К) |
| Теплопроводность (ст. усл.) | 0,15 (0,24) Вт/(м·K) Вт/(м·K) |
| Химические свойства | |
| Растворимость в воде | практически нерастворим г/100 мл |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,57–1,58 (1,5750) [1] |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 25038-59-9 |
Полиэтиле́нтерефтала́т (ПЭТФ, англ. Polyethyleneterephthalate (PET), также известный как лавсан, полиэстер) — термопластик, наиболее распространённый представитель класса полиэфиров, известен под разными фирменными названиями (см. Названия). Продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или её диметиловым эфиром). Твёрдое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое, непрозрачное в кристаллическом состоянии. Переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остаётся в нём при резком охлаждении и быстром проходе через т. н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров ПЭТ является характеристическая вязкость определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик.
Исследования по полиэтилентерефталату были начаты в 1935 г. в Великобритании Уинфилдом (англ.) (John Rex Whinfield) и Диксоном (англ. James Tennant Dickson ), в фирме Calico Printers Association Ltd. Заявки на патенты по синтезу волокнообразующего полиэтилентерефталата были поданы и зарегистрированы 29 июля 1941 года и 23 августа 1943 года. Опубликованы в 1946 году.
В СССР был впервые получен в лабораториях Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР в 1949 году. Позже данный вид продукции начали изготавливать на Могилевхимволокно.
Содержание
Название
В СССР полиэтилентерефталат и получаемое из него волокно называли лавсаном, в честь места разработки — Лаборатории Высокомолекулярных Соединений Академии Наук. Аналогичные волоконные материалы, изготавливаемые в других странах, получили другие названия: терилен (Великобритания), дакрон (США), тергал (Франция), тревира (ФРГ), теторон (Япония), полиэстер, мелинекс, милар (майлар), Tecapet («Текапэт») и Tecadur («Текадур») (Германия) и т. д.
Пластики на основе полиэтилентерефталата называются ПЭТФ (в российской традиции) либо PET/ПЭТ (в англоязычных странах). В настоящее время в русском языке употребляются оба сокращения, однако когда речь идет о полимере, чаще используется название ПЭТФ, а когда об изделиях из него — ПЭТ.
Физические свойства
При комнатной температуре нерастворим в воде и большинстве органических растворителей.
Получение
Вплоть до середины 1960-х годов ПЭТФ промышленно получали переэтерификацией диметилтерефталата этиленгликолем с получением дигликольтерефталата, и последующей поликонденсацией последнего. Несмотря на недостаток этой технологии, заключавшийся в её многостадийности, диметилтерефталат был единственным мономером для получения ПЭТФ, поскольку существовавшие в то время промышленные процессы не позволяли обеспечить необходимую степень чистоты терефталевой кислоты. Диметилтерефталат же, имея более низкую температуру кипения, легко подвергался очистке методом дистилляции и кристаллизации. [2]
В 1965 году Аmoco Соrporation смогла усовершенствовать технологию, в результате чего широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты (TFK) по непрерывной схеме.
Применение
Полиэтилентерефталат относится к группе алифатически-ароматических полиэфиров, которые используются для производства волокон, пищевых плёнок и пластиков, представляющих одно из важнейших направлений в полимерной индустрии и смежных отраслях.
Многообразно применение заготовок из полиэтилентерефталата в машиностроении, химической промышленности, пищевом оборудовании, транспортных и конвейерных технологиях, медицинской промышленности, приборостроении и бытовой технике. Для обеспечения лучших механических, физических, электрических свойств РЕТ наполняется различными добавками (стекловолокно, дисульфид молибдена, фторопласт).
В России полиэтилентерефталат используют главным образом для изготовления заготовок (преформ) различного вида, из которых затем изготавливаются (выдуваются после нагрева) пластиковые контейнеры различного вида и назначения (в первую очередь, пластиковые бутылки). В меньшей степени применяется для переработки в волокна (см. Полиэфирное волокно), плёнки, а также литьём в различные изделия. В мире ситуация обратная: большая часть ПЭТФ идет на производство нитей и волокон.
Область применения полиэфиров:
Недостатки
ПЭТФ совершенно нестоек к действию каустической соды: как к концентрированным растворам, так и к разбавленным. Разрушение имеет в точности характер питтинговой коррозии, таким образом, толщина стенок тары не имеет значения. И наоборот, действие концентрированных растворов соляной кислоты приводит к равномерному утоньшению стенок тары, толщину которых, при определенной сноровке, можно довести до сравнимой с папиросной бумагой.
В свою очередь, фосфорная кислота разрушает ПЭТФ комбинированным образом.
Экология
Во всем мире постоянно идёт увеличение производства и потребления пластмасс, что приводит к складированию неразлагающегося мусора. При этом ПЭТФ образует основной вес в общем количестве полимерных отходов. Также он является ценным вторичным сырьем в производстве упаковочной тары, текстильной промышленности, изготовлении строительных и декоративных материалов.
В результате переработки ПЭТ-бутылок образуются хлопья, которые являются сырьём в некоторых отраслях по производству полиэфира. [4]
Сырьем для современных экологически безопасных утеплителей является ПЭТ-тара. Производство материалов из вторичного полиэтилентерефталата – производство двойного назначения. Во-первых, происходит очистка окружающей среды от пластиковой тары, которая в природе практически не разлагается. Во-вторых, производятся экологически безвредные строительные утеплительные и шумоизоляционные материалы.
В России вторичная переработка находится на начальной стадии развития, в то время, как во многих странах мира является прибыльным бизнесом.
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ, лавсан, терилен, дакрон)
Полиэтилентерефталат представляет собой полиэфир терефталевой кислоты и этиленгликоля, который можно получить из различных производных терефталевой кислоты и этиленгликоля.
В промышленности полиэтилентерефталат получают в две стадии по периодической или непрерывной схеме через ди(β-оксиэтил) терефталат:
Ди(β-оксиэтил)терефталат синтезируют следующими способами: 
где катализатор — амины, сульфиды, фосфины, оксиды и соли щелочных металлов и др.
Наибольшее распространение в промышленности получил первый способ. Однако в последнее время благодаря освоению производства чистой терефталевой кислоты (содержание основного вещества не менее 99,97%, 4-карбоксибензальдегида не выше 0,0025%, общее содержание металлов не выше 0,0009%) появилась возможность реализации второго способа, особенно перспективного при непрерывном способе получения полиэтилентерефталата. Экономически (более дешевое сырье) перспективен также третий способ. Поскольку ди(β-оксиэтил)терефталат легко очищается перекристаллизацией из водных растворов, более экономичным является использование для оксиэтилирования неочищенной терефталевой кислоты.
Производство полиэтилентерефталата
Технологический процесс получения полиэтилентерефталата из диметилтерефталата и этиленгликоля состоит из стадий:
Для утилизации отходов производства полиэтилентерефталат разлагают деструктирующими агентами: водой, щелочью, метанолом, гликолем, гидразином. При метанолизе полиэтилентерефталата под давлением 2,7 МПа в течение 3—6 ч при 280 °С образуется диметилтерефталат с 80% выходом. Расщепление отходов полиэтилентерефталата при нагревании его с этиленгликолем до олигомеров или ди(β-оксиэтил)терефталата можно успешно осуществить за 30—40 мин, проводя процесс в присутствии катализатора [например, 0,5% (масс.) карбоната или ацетата цинка]. Полученные мономеры могут снова использоваться для производства полимера.
Термостабилизирующее действие на полиэтилентерефталат оказывает добавка к нему фосфорной кислоты, эфиров фосфорной кислоты, n-изобаронилфенола и некоторых других веществ.
Свойства и применение полиэтилентерефталата
Из полиэтилентерефталата вырабатывают пленку, волокна, монолитные изделия. В промышленности пленку получают методом экструзии. Для создания заданных прочностных характеристик аморфную пленку подвергают двухосной ориентации, выдерживая в растянутом состоянии при повышенной температуре определенное время. Этим достигается кристаллизация полимера и стабилизация его механических показателей. Пленки, волокна и другие изделия из полиэтилентерефталата обладают высокой прочностью. Однако она существенно ниже потенциально возможной, заложенной строением этого полимера. Так, при теоретических значениях прочности и модуля упругости волокон из полиэтилентерефталата, равных 24 000 МПа и 140 000 МПа соответственно, достигнутые показатели составляют всего лишь 1300 МПа и 25 000 МПа. Проводятся работы по дальнейшему увеличению упруго-прочностных свойств полиэтилентерефталата, как за счет реализации технологических процессов изготовления изделий, активно влияющих на совершенствование его физической структуры, так и за счет создания более совершенной, минимально разнозвенной химической структуры.
Ниже приведены некоторые физико-механические и диэлектрические свойства ориентированной пленки из полиэтилентерефталата:
Свойства полиэтилентерефталата могут быть модифицированы введением в процессе синтеза в качестве сомономеров производных алифатических и ароматических дикарбоновых кислот, оксикислот, полиалкиленгликолей, разветвленных диолов, замещенных аминов и т. п. Так, волокна из полиэтилентерефталата, модифицированного диметиладипинатом, диметилгексагидротерефталатом отличаются большей прочностью, меньшей ползучестью, большей устойчивостью к многократным деформациям.
Введение в состав полиэтилентерефталата остатков адипиновой, изофталевой, n-оксиэтоксибензойной кислоты существенно улучшает накрашиваемость полимера.