Полиэтилентерефталат что за материал
 |  |
твердое, прозрачное вещество с серовато-желтоватым оттенком
переходит в это состояние при быстром охлаждении
твердое, бесцветное, непрозрачное вещество
переходит в это состояние при быстром охлаждении
ПЭТ был запатентован в 1941 году английской компанией Calico Printers, которая получила первое синтетическое волокно. Авторские права на ПЭТ были проданы фирмам DuPont и ICI, которые на его основе создали знаменитые волокна майлар, применимые в космических кораблях.
ПЭТ бутылочного назначения в России появился лишь к нулевым. Этим обусловлено и начало исследования материала в НИИ пластмасс, которое доказало, что ПЭТ – чистый полимер и один из самых безвредных видов пластика.
ПЭТ относится к 5-му, самому безопасному, классу отходов. Процесс производства и оборота пластиковой емкости не требует большого количества электроэнергии, что минимизирует и выбросы СО2 в атмосферу.
ПЭТ-упаковка может быть переработана на 100%. Вторичный ПЭТ-материал используют, в том числе, для упаковки продуктов, так как производство пластиковой тары возможно как из «первичного» сырья, так и из «вторичного».
Технология переработки пластиковой упаковки называется «бутылка в бутылку». Старые бутылки собирают, сортируют по цветам, моют, дробят и перерабатывают, расплавляя и получая тот же ПЭТФ-гранулят, только окрашенный. А гранулы опять же используют для производства ПЭТ-бутылок.
При этом переработка пластиковых бутылок экономит 50-60% энергии, которая бы понадобилась для производства продукта из новых материалов.
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, ПЭТ)
Полиэтилентерефталат (ПЭТ, ПЭТФ, лавсан, майлар) – продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой или ее диметиловым эфиром; представляет собой твердое бесцветное прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое непрозрачное – в кристаллическом состоянии. Является термопластиком, считается наиболее распространенным представителем класса полиэфиров. Имеет молекулярную формулу (С10Н8О4)n.
Структурная формула выглядит следующим образом:
Также полиэтилентерефталат имеет следующую маркировку:
Согласно CAS RN ПЭТФ имеет следующие физические свойства:
Температура плавления, °C
Температура кипения, °C
Температура размягчения, °C
Температура стеклования, °C
Температура разложения, °C
Структура полиэтилентерефталата обусловливает его особенности: прочность относительно механического воздействия (в том числе ударопрочность), устойчивость к агрессивной химической среде, великолепная эластичность, как в холодном, так и в нагретом состоянии.
Вдобавок ко всему, листы ПЭТ по светопропусканию (90%) аналогичны прозрачному оргстеклу (акрилу) и поликарбонату, но при этом обладают большей ударопрочностью (примерно в 10 раз). Также ПЭТ-листы не нуждаются в предварительной сушке, у полиэтилентерефталата меньшая теплоёмкость, благодаря чему затрачивается меньше времени на прогрев материала до необходимого температурного режима.
Что касается химических свойств, то отмечается устойчивость полиэфира к бензину, маслам, жирам, спиртам, эфирам, разбавленным кислотам и щелочам. Также ПЭТФ нерастворим в воде и многих органических растворителях за исключением бензилового спирта, анилина, хлороформа, хлорсульфоновой кислоты и др.
Не обладает химической стойкостью полиэфир и к воздействию ацетона, хлороформа, тетрагидрофурана, концентрированной уксусной кислоты, 40%-ой плавиковой кислоты и др.
Интересно отметить физиологическую инертность полиэтилентерефталата, позволяющую напрямую контактировать рассматриваемому материалу с пищевыми продуктами, оказывать сопротивление окрашиванию и сохранять устойчивость к воздействию различных моющих средств.
В промышленности полиэтилентерефталат получают из этиленгликоля и диметилтерефталата. Процесс разделяют на несколько стадий:
переэтерификации диметилтерефталата этиленгликолем
охлаждение и измельчение полимера
1 – реактор переэтерификации
2 – аппарат для растворения катализатора
3 – насадочная колонна
4,8 – холодильники кожухотрубные
5 – приемник метанола
6 – фильтр сетчатый
7 – реактор поликонденсации
9 – вакуум-приемник этиленгликоля
10 – охлаждающий барабан
11 – направляющие валки
13 – рубильный станок
Нормы загрузки компонентов (масс, ч.) приведены ниже:
Переэтерификацию проводят в токе азота или диоксида углерода при температуре 200— 230 °С в течение 4—6 ч. Автоклав снабжен насадочной колонной 3 для разделения паров гликоля и метанола. Пары метанола охлаждаются в холодильнике 4 и собираются в приемниках 5, а возгоняющийся диметилтерефталат смывается гликолем с колец Рашига и возвращается обратно в реактор. После отгонки метанола содержимое реактора нагревают до 260—280 °С, отгоняют избыточный этиленгликоль и расплавленный продукт продавливают через металлический сетчатый фильтр 6 в реактор 7 для поликонденсации. После загрузки реактора 7 в течение 0,5—1 ч создают вакуум 2,6 гПа-(2 мм рт. ст.) для отгонки оставшейся части этиленгликоля. Поликонденсацию проводят при 280 °С в течение 3—5 ч до получения расплава заданной вязкости. Расплавленный полиэтилентерефталат сжатым азотом выдавливается через щелевое отверстие в виде пленки и подается на барабан 10, помещенный в ванну, охлаждаемую водой. Лента полиэфира поступает на рубильный станок 13 и далее на подсушку и упаковку.
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.
Отмечается, что термостабилизирующее действие на полиэтилентерефталат оказывает добавка к нему фосфорной кислоты, эфиров фосфорной кислоты, n-изобаронилфенола и некоторых других веществ.
Марки полиэтилентерефталата представлены в следующей таблице:
Для изготовления изделий методом литья под давлением
Для изготовления изделий методом литья под давлением и экструзии
где Г – гомополимер, С – сополимер
Показатели качества для ПЭТФ:
Массовая доля гранул размером 2-8 мм по длине и ширине,%
Массовая доля гранул с включениями,%
Предельное число вязкости
Температура кристаллизации, °С
К сополимерам ПЭТФ относят:
PETG – это ПЭТ, модифицированный гликолем, который характеризуется своими водными свойствами (вязкостью). Применяется в литье под давлением и 3D-печати.
PEIT (полиэтилен-соизосорбидтерефталат) – представляет собой сополимер, в котором изосорбид используется в качестве сомономера. Продукт находит применение в диапазоне высоких температур и может использоваться для контейнеров с горячей загрузкой и оптических устройств хранения данных.
Благодаря большому набору свойств, а также возможности управлять его кристалличностью, ПЭТФ находит достаточно широкое применение и занимает отнюдь не последнее место в мире от объема потребления всех полимерных материалов.
Так, полиэтилентерефталат встречается в нашей жизни в виде полиэфирных тканей, полученных из полиэфирных волокон и нитей. Стоит отметить, что лавсан не поддается повреждениям молью и плесенью. Волокна и нити используются при армировании шлангов, в производстве упаковочных лент, при производстве подушек безопасности и баннерных тканей.
Одним из самых значительных направлений использования полиэтилентерефталата в России является производство бутылок. Благодаря низкой стоимости, стойкости к ударным нагрузкам и свободном выборе дизайна ПЭТ держит планку самой популярной упаковки для напитков. Вдобавок ко всему, полимер применяется в изготовлении упаковки майонеза, косметики, бытовой химии и других непищевых продуктов.
Также ПЭТФ можно встретить в пищевой и фармацевтической промышленности, конвейерных, упаковочных и фасовочных системах, общем машиностроении и электротехнике.
К существенным недостаткам тары из полиэтилентерефталата следует отнести ее низкие барьерные свойства. Она пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу — углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения продукта. Это связано с тем, что высокомолекулярная структура полиэтилентерефталата не является препятствием для газов, имеющих небольшие размеры молекул относительно цепочек полимера.
Использовать упаковку из рассматриваемого полиэфира можно только один раз, так как при повторном использовании выделяется фталат – токсичное вещество, оказывающее влияние на печень, почки, репродуктивные органы, эндокринную и нервную систему.
Полиэтилентерефталат что за материал
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