Введение

Полиэтиле́нтерефтала́т (полиэтиленгликольтерефталат, ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан, майла - термопластик, наиболее распространённый представитель класса полиэфиров, известен под разными фирменными названиями.

Продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или её диметиловым эфиром); твёрдое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое, непрозрачное в кристаллическом состоянии. [1]

Рис.1 Международное обозначение

Рис.3 Формула ПЭТФ

Рис.2 Гранулы ПЭТФ

Рис.4 Изделия из ПЭТФ

Особенности и характеристики ПЭТ

Полиэтилентерефталат отличается износостойкостью, стабильностью форм под механическими нагрузками, хорошими показаниями прочности на растяжение, ударной вязкостью.

Материал устойчив к воздействию спиртов, масел, жиров, разбавленных кислот и щелочей. Не горит и не поддерживает горение.

К основным свойствам полиэтилентерефталата относятся:

• легкий удельный вес, составляющий 1,33 г/см³, что вдвое легче стекла;

• температурная стойкость. Материал сохраняет свои качества в диапазоне температур от -50°С до +85°С;

• светопропускная способность свыше 90%;

• высокая ударная прочность, что выше стекла в 10 раз;

• пожаростойкость класса В1. Материал не поддерживает горение, плавится под действием открытого огня. [6]

Рис.6 Хлопья из переработанного ПЭТФ (вторичное сырьё)

Рис.7 ПЭТФ изделия

Рис.5 Плёнка из ПЭТФ

История

Первый синтез полиэфира был осуществлен в 1930 г. сотрудником лаборатории DuPont (США) Карозерсом. ПЭТ был получен впервые в 1939 г. сотрудниками английской компании «Calico Printers» Рексом Уинфилдом и Джеймсом Диксоном в процессе работы над созданием новых текстильных волокон. Патент на данное изобретение был зарегистрирован в 1941 г.В СССР был впервые получен в лабораториях Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР в 1949 году. Первые устойчивые образцы были получены в Новосибирске в Лаборатории ацетатных волокон Сибирского отделения Академии наук, откуда происходит и название «ЛАВСАН». [7]

Рис.9 Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР

Рис.8 Рекс Уинфилд и Джеймс Диксон

Главный инженер DuPont Наталиель Уитт (США) поставил себе задачу разработать бутылку для газировки которая не бьется, не много весит и химически нейтральна. В 1973 г. он сформулировал, каким образом ПЭТ может быть подвержен трехмерному растяжению и получил патент на бутылку из ПЭТ. В 1976 г. началось производство бутылок из данного материала. [4]

Получение

Сырьем для создания ПЭТ служат бесцветные кристаллы терефталевой кислоты или ее диметиловый эфир с этиленгликолем.

Производство осуществляется по непрерывной или периодической схеме в две стадии: этерификация терефталевой и изофталевой кислот этиленгликолем и поликонденсация в присутствии катализатора триоксида сурьмы. [6]

Технологический процесс получения полиэтилентерефталата из диметилтерефталата и этиленгликоля состоит из стадий подготов­ки сырья, переэтерификации диметилтерефталата этиленгликолем, поликонденсации дигликольтерефталата, охлаждения и измельче­ния полимера.

Рис.10 Схема производства полиэтилентерефталата

В реактор 1 , нагретый до 140 °С, загружают диметилтерефта­лат:

Отдельно в аппарате 2 готовят раствор катализатора в этиленгликоле. Для этого этиленгликоль нагревают до 125 °С и при перемешивании вводят в него ка­тализатор (ацетат цинка). Раствор катализатора в этиленгликоле также подают в реактор 1.

Переэтерификацию проводят в токе азота или двуокиси углерода при 200— 230 °С в течение 4—6 ч. Автоклав снабжен насадочной колонной 3, которая слу­жит 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 в реакторе нагревают до 260—280 °С и при этой температуре отгоняют избыточный этиленгликоль. Расплавленный продукт, находящийся в реакторе 1, продавливается через металлический сетчатый фильтр 6 в реактор 7 для поликонденсации. После загрузки реактора 7 в течение 0,5— 1 ч создается вакуум (остаточное давление 2 мм рт. ст.) для отгонки оставшейся части этиленгликоля. Этиленгликоль конденсируется в холодильнике 8 и соби­рается в вакуум-приемнике 9. Поликонденсация проводится при 280 °С в течение 3—5 ч до получения расплава заданной вязкости.

Расплавленный полиэтилентерефталат сжатым азотом выдавливается из ав­токлава через щелевое отверстие в виде пленки и подается на барабан 10, по­мещенный в ванну, охлаждаемую водой. Лента полиэфира идет на рубильный станок 13. Полученный продукт в виде крошки поступает на подсушку и упа­ковку.

Физические свойства

• плотность — 1,38—1,4 г/см³,

• температура размягчения (t разм.) — 245 °C,

• температура плавления (t пл.) — 260 °C,

• температура стеклования (t ст.) — 70 °C,

• температура разложения — 350 °С.

Нерастворим в воде и органических растворителях. Неустойчив к кетонам, сильным кислотам и щелочам. [2]

 

Рис.11 Плёнка из ПЭТФ

 

Рис.12 Лента из ПЭТФ

Химические свойства

• ПЭТ Прочен, износостоек, хороший диэлектрик.

• ПЭТ не растворяется в воде и обладает большой химической устойчивостью по отношению к кислотам, солям, щелочам, спиртам, бензину, парафинам, жирам, минеральным маслам, и эфиру. ПЭТ также обладает высокой устойчивостью к воздействию водяного пара.

• Материал ПЭТ растворяется при 40-150 °С в ацетоне, бензоле, феноле, толуоле, циклогексаноне, этилацетате, четырех хлористом углероде, хлороформе. [2]

 

 

 

 

Рис.13 Бутылки ПЭТ

Рис.14 Тары из ПЭТФ

 

Применение ПЭТ

 

Полиэтилентерефталат применяется в различных сферах:

• машиностроение — изготовление патрубков, баков омывателей, бамперов, топливных баков, кузовов автомобилей;

• нефтехимическая промышленность — бочки, канистры, трубы;

• пищевые производства — емкости и бутыли для молочных продуктов, напитков, кулеров, скребки, направляющие;

• строительство — емкости для лаков, красок, грунтовок, прозрачные листовые материалы, конструктивные изделия;

• медицина и фармацевтическая промышленность — флаконы для капель и микстур, баночки для витаминов и лекарств, медицинские приборы нити для хирургических операций

Основное применение связано с изготовлением ПЭТ-тары. ПЭТ тара получила широкое распространение как упаковка для питьевой и минеральной воды, растительных масел, майонеза, кетчупа, молока, пива, уксуса, косметики и фармацевтических средств, бытовой химии, технических жидкостей. [8]

 

Рис.15 Изделия ПЭТФ для машиностроения

Рис.16 Преформы

Рис.18 Ковёр из вторичного ПЭТФ ссырья

Рис.17 Изделия из ПЭТФ

Виды ПЭТ

Для улучшения свойств полимера ПЭТ сополимеризуют с другими химическими соединениями: диоксидами, этиленгликолями и пр.

В процессе синтеза в полученный расплав могут добавляться различные наполнители: тальк, каолин, красители, термо- и светостабилизаторы, антипирены.

Использование модифицирующих добавок позволяет создавать виды полимеров с улучшенными техническими характеристиками. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.19 Виды ПЭТФ

 

 

 

• ПЭТ-А

Полиэтилентерефталат аморфный — полимер с повышенной прозрачностью, ударной вязкостью, холодной и горячей гибкостью.

Применяется в приборостроении, строительстве, торговле, рекламной индустрии. Из ПЭТ-А  изготавливают экраны дисплеев, световые панели, демонстрационные стенды, торговые витрины, офисные перегородки.

При нагревании свыше 75°С происходит кристаллизация аморфного полимера. Он становится белым и хрупким.

• ПЭТ-Г

Полиэтилентерефталат-гликоль, обладает повышенной ударной вязкостью.

Материал не кристаллизуется при нагревании. Остается прозрачным и сохраняет форму при термическом формовании изделий.

Модифицированный гликолем ПЭТ применяется при изготовлении пресс-форм, вывесок, витрин, офисных перегородок, медицинского оборудования. Он хорошо поддается металлизации, окрашиванию, печати.

• ПЭТ-ГАГ

Трехслойный полимер, состоящий из двух крайних слоев ПЭТ-Г и среднего — ПЭТ-А. Обладает свойствами аморфного и гликоль-модифицированного пластика. Хорошо режется, обрабатывается и склеивается.

Подходит для печати, создания различного рода упаковок, рекламы, торгового оборудования.

Общие требования к ПЭТ, его марки и рекомендуемые методы переработки определены техническими условиями ГОСТ Р 51695-2000.

Экология и безопасность

Как сырье для ПЭТ, так и сама ПЭТ-упаковка проходят экспертизу в Роспотребнадзоре на соответствие требованиям Технического регламента Таможенного союза. [8]

Безопасность ПЭТ подтверждается растущим с каждым годом спросом на данный материал со стороны медицины. Благодаря инертности полиэтилентерефталата сегодня активно используются ПЭТ-имплантаты при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, а также шовные нити — при осуществлении хирургических вмешательств. ПЭТ-тара применяется в качестве контейнеров для сбора и анализа крови, хранения медицинских препаратов в жидком и твердом состоянии.

С точки зрения экологии, производство ПЭТ-тары показывает наименьший результат по потреблению электроэнергии, выбросам парниковых газов в атмосферу, получаемым отходам.

Ниже - сравнительная таблица образования СО2, выбросов ПГ, потребления электроэнергии при производстве тары для различных напитков в расчете на 100 тыс. жидких унций (2957 л).

Материал инертен по отношению к любым пищевым продуктам. В силу своей безопасности ПЭТ может использоваться для хранения жидких продуктов – детского питания, молока, воды, растительных масел, безалкогольных и алкогольных напитков, включая пиво.

ПЭТ-тара официально разрешена для хранения таблеток и другой фармацевтической продукции. Такая упаковка не взаимодействует с находящимся внутри содержимым, не способствует развитию бактерий, не выделяет токсичных химических веществ при охлаждении и нагреве. [3]

Табл.1

Сравнительная таблица образования СО₂

Упаковка для напитков	Выбросы СО2 (кг)	Потребление энергии (кВт/ч)	Отходы
			Масса (кг)
ПЭТ- бутылка	510	3224	137
Алюминиевая банка	1255	4689	348
Стеклянная бутылка	2199	7796	2022

Переработка ПЭТ

ПЭТ-упаковка подлежит переработке на 100%. Широкие возможности использования вторичного ПЭТ сделали этот материал самым перерабатываемым в мире.

Производство ПЭТ-пленок возможно как из первичных, так и из переработанных материалов. В РФ для упаковки пищевых продуктов допустимо использование только ПЭТ-пленок, изготовленных из первичных материалов.

Строительные материалы, произведенные на основе вторичного ПЭТ, отличаются высокими физико-механическими свойствами.

Вторичная переработка ПЭТ снижает выбросы углекислого газа в атмосферу за счет снижения энергопотребления.

ПЭТ может быть переработан многократно. Из-за некоторых технологических ограничений переработанный пищевой ПЭТ целесообразнее всего использовать для производства материалов для сферы строительства (кровля, покрытия, клей), волокон, нитей, пленок, нетканых материалов и пр. [10]

Рис.20 Этапы производства и жизненные цикл ПЭТ-бутылки

Рис. 21 Переработка ПЭТ-бутылок

Сегодня отечественное производство ПЭТ покрывает практически все потребности российской пищевой промышленности в ПЭТ-упаковке. [5]

Рис.20 Этапы производства и жизненные цикл ПЭТ-бутылки

Рис. 21 Переработка ПЭТ-бутылок

Заключение

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) является одним из тех полимеров, которые мы широко используем в повседневной жизни. Он выпускается в коммерческих масштабах и используется при получении упаковки, тканей, пленок, формованных изделий для автомобилестроения, электроники и во многих других сферах. Каждый из нас сталкивается с этим известным прозрачным полимером, когда берет в руку бутылку из-под воды или газированного напитка.

В промышленном масштабе ПЭТ начал выпускаться как волокнообразующий полимер, но вскоре занял одно из ведущих мест и в индустрии полимерной упаковки. По темпам роста потребления в настоящее время полиэтилентерефталат является наиболее быстрорастущим полимерным материалом.

В настоящее время мировое производство полиэтилентерефталата достигает около 34,5 млн. тонн и продолжает неуклонно расти. ПЭТ-упаковка подлежит переработке на 100%. Широкие возможности использования вторичного ПЭТ сделали этот материал самым перерабатываемым в мире.

Список литературы.

1. Нильсон Л. Механические свойства полимеров и полимерных композиций: пкр. с англ. М.: Химия. 1978. 312 с.

2. Абрамов, В. Л. Структурные и физико-химические свойства полиэтилентерефталата 2006 г.

3. Соколова, Н. В. Экологический аспект использования полиэтилентерефталата 2016 г.

4.  Андреев, Ю. А. Исследование полиэтилентерефталата 2013 г.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Полиэтилентерефталат#Названия [Электронный ресурс]

6. https://uventaplastiktara.ru/articles/pet/ [Электронный ресурс]

7. https://himija-online.ru/ximiya-v-bytu/polietilentereftalat.html [Электронный ресурс].

8. https://zinref.ru/000_uchebniki/02800_logika/011_lekcii_raznie_31/1034.htm [Электронный ресурс]

9. https://foodbay.com/wiki/upakovochnoje-oborudovanije/2017/10/24/kak-proizvodyat-pet-butylki/ [Электронный ресурс]

10. https://epolymer.ru/article/svoystva-i-primenenie-polietilentereftalata [Электронный ресурс]

Код для цитирования: Скопировать