Полиэтилентерефталат — это синтетический линейный жесткоцепной термопластичный полимер, принадлежащий к классу полиэфиров.
ПЭТФ является продуктом поликонденсации терефталевой кислоты (OH)-(CO)-C6H4-(CO)-(OH) и моноэтиленгликоля (OH)-C2H4-(OH).
Химическая и физическая структура ПЭТ определяет возможность плотной упаковки макромолекул, и, соответственно, способность к кристаллизации. В зависимости от способа получения полимера и скорости охлаждения расплава, при переработке возможно получение изделий из полиэтилентерефталата с различной степенью кристалличности: от стеклообразного аморфного при резком охлаждении, до кристаллического при медленном охлаждении.
Основные свойства ПЭТ материалов
- Высокие барьерные свойства и низкая газопроницаемость;
- Стойкость к воздействию жиров и минеральных кислот;
- Высокая прозрачность в аморфном состоянии (сопоставимая со стеклом);
- Высокая ударопрочность (90кДж/м2) в широком диапазоне температур;
- Низкий коэффициент влагопоглощения;
- Легкое окрашивание в массе;
- Возможность нанесения высококачественной печати.
История разработки полиэтилентерефталата
Появлением материала ПЭТ, мир обязан английским химикам Джону Уинфилду (John Whintfild) и Джеймсу Диксону (James Dixon), которые, работая в компании Calico Printers Association, в 1935 году начали разработки по полиэфирным волокнам. Заявки на патенты ими были поданы в июле 1941 и августе 1943 года, однако, военная обстановка приостановила внедрение этого изобретения.
Компании ICI (Imperial Chemical Industries, Англия) и DuPont (США) на основе патентов Уинфилда усовершенствовали технологические процессы получения полиэтилентерефталата и волокон из него. Нужно отметить, что обе компании еще с 20-х годов проводили собственные разработки в этом направлении, но не успели подойти к самому открытию. В 1955 году эти компании начали производство полиэфирных волокон в промышленном масштабе. Первые полиэфирные волокна были названы Терилен (ICI) и Дакрон (Dupont). Компания ICI разработала технологию производства ПЭТ-пленок.
Первоначально ПЭТ считался неподходящим полимером для термопластичного формования из-за хрупкости толстых сечений, которые кристаллизовались после расплавления. Однако в 1966 году были введены марки ПЭТ, которые оказались подходящими для литьевого формования и экструзии. Используемые сейчас материалы из ПЭТ получили признание, благодаря своими механическими, химическими, электрическими свойствами и своей необычной способностью существовать как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии. Способность к кристаллизации находится в пределах от 0 до 60 %.
Производство ПЭТ- материалов
Основными компонентами для изготовления полиэтилентерефталата является терефталевая кислота (ТФК) и моноэтиленгликоль (МЭГ). Для получения материала бутылочного назначения добавляется изофталевая кислота и диэтиленгликоль.
Лидерами по количеству установленного промышленного оборудования для производства ПЭТ материалов являются компании Zimmer AG (Германия), Inventa-Fischer (Германия), Eastman Chemical (США) и Chemtex (США). Все компании имеют собственные ноу-хау производственного процесса, но в общих чертах он состоит из следующих этапов:
1. Непрерывная полимеризация расплава, в результате которой получается полимер низкой вязкости (0.60-0.66 dl/g). Во время этого этапа происходит этерефикация терефталевой и изофталевой кислот моноэтиленгликолем, а затем поликонденсация в присутствии катализатора. Из зоны реакции удаляют наиболее легколетучие компоненты: при этерефикации – воду, а при поликонденсации – этиленгликоль.
2. Твердофазная поликонденсация, в результате которой получается полимер высокой вязкости (0.76-0.85 dl/g). Во время этого этапа происходит кристаллизация материала.
Конечным продуктом, который получают переработчики ПЭТ, являются гранулы белого цвета. Они абсолютно безвредны и транспортируются в общем порядке в полимеровозах или в мешках (биг-бэгах).
Применение полиэтилентерефталатов
ПЭТ материал, вернее волокна, пленки и пластики на его основе играют огромную роль в жизни любого современного человека. Широкий ряд применений возможен благодаря исключительному балансу возможностей ПЭТ и тому, что в готовом изделии степень кристалличности и уровень ориентации можно контролировать. ПЭТ материалы незаменимы при изготовлении аудио, видео и рентгеновских пленок, автомобильных шин, бутылок для напитков, пленок с высокими барьерными свойствами, волокон для тканей.
|
Штапельное волокно
|
0.40-0.50
|
|
Волокно типа шерсти
|
0.58-0.63
|
|
Волокно типа хлопка
|
0. 60-0.64
|
|
Текстильная пряжа
|
0.65-0.72
|
|
Техническая пряжа
|
0.72-0.90
|
|
Кордная пряжа
|
0.85-0.90
|
|
Двухосноориентированные пленки
|
0.60-0.70
|
|
Экструзия в расплаве
|
0.75-1.00
|
|
Листы для вакуум-формования
|
То же
|
|
Преформы и полимерная тара раздувом
|
0.90-1.00
|
Структура сфер применения ПЭТ материалов различна в зависимости от региона. Например, в России около 90% ПЭТ гранул используется для производства ПЭТ- преформ, из которых в дальнейшем выдуваются бутылки. Крайне неразвитым остается производство полиэфирных волокон и пленочных материалов, где лидером является Китай
Общемировая тенденция совершенно отлична от российской. Свыше 60% мирового потребления ПЭТ гранулята используется для изготовления полиэфирных волокон, которые в свою очередь применяются для изготовления тканей. Около 25% используется для изготовления пэт-преформ (бутылок). Остальная часть используется в пленочных и других специализированных отраслях.
С появлением пластиковых бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТ), впервые представленных компанией DuPont около 30 лет назад, коренным образом изменилась ситуация на мировом рынке упаковки для напитков. Новая технология позволила товаропроизводителю совместить изготовление тары с процедурой розлива продукта и ощутимо снизить расходы на транспортировку (на завод поставляются небольшие по размеру ПЭТ-преформы, из которых потом выдуваются готовые бутылки.)
Ввиду высоких потребительских свойств тары, изготовленной из ПЭТ, использование этого материала в производстве упаковки для напитков и пищевых продуктов, неуклонно растет. ПЭТ тара в настоящее время активно вытесняет такие традиционные виды сырья для упаковки, как стекло и картон.
Экологичность ПЭТ
Экологичность этого материала до сих пор вызывает споры. Материал безвреден при непродолжительном хранении в нем продуктов без нагрева, так как только в этом случае можно гарантировать отсутствие миграции токсичных веществ в пищу. ПЭТ не растворяется в воде и слабых растворах кислот, т.е. он инертен к окружающей природной среде. То есть упаковка будет десятилетиями храниться на свалке в первозданном виде. Можно ли это считать экологичностью?
При этом использованная тара (как и другая продукция) из ПЭТ легко может быть подвергнута вторичной переработке, что уже успешно делается в Европе и США. В странах СНГ в этом направлении только делаются первые робкие шаги, хотя ПЭТ является действительно уникальным материалом по возможностям его вторичной переработки практически до первоначальных характеристик. Вторичная механическая переработка ПЭТ позволяет делать кровельные материалы, упаковочную ленту, листы, пластиковую плитку и т.п. Вторичный ПЭТ можно использовать в качестве сырья при производстве клеёв, эмалей. Отходы ПЭТ производства (брак, технологические отходы) после переработки на 100% находят своих потребителей. Сложные и дорогостоящие технологии поликонденсации «бутылка-в-бутылку» окупаются за 3-4 года.