Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)Основные физико-химические и механические свойства ПЭТФ ПЭТФ (полиэтилентерефталат, более известный как ПЭТ или лавсан) представляет собой сложный термопластичный полиэфир терефталевой кислоты и этиленгликоля. По физическим свойствам это твёрдое вещество белого цвета без запаха. Полиэтилентерефталат прочный, жёсткий и лёгкий материал. Пластик не ядовит. Таблица Физические свойства полиэтилентерефталата | Свойство | Единица измерения | Значение | | Плотность | кг/м3 | 1360-1400 | | Разрушающее напряжение при: растяжении | МПа | | | изгибе | 50-70 | | сжатии | 80-120 | | Модуль упругости | ГПа | 2,5-3.0 | | Относительное удлинение при разрыве | % | 2-4 | | Ударная вязкость | кДж/м2 | 30 | | | Твердость по Бринеллю | МПа | 100-120 | | Водопоглощение за 24 часа | % | 0,3 | | Температура плавления | °С | 255-265 | | Температура размягчения | °С | 245-248 | | Температура стеклования | °С | 70-80 | | Морозостойкость | °С | -50 | | Теплостойкость по Мартенсу | °'С | 135-145 | | Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц | | 3.1 | | Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц | | (2-8)•10–3 | | Электрическая прочность | МВ/м | 140-180 | |
ПЭТФ обладает хорошей термостойкостью в диапазоне температур от - 40 °С до + 200 °С. Небольшое водопоглощение обусловливает высокую стабильность свойств и размеров изделий. Изделия из ПЭТФ устойчивы к удару и растрескиванию, и могут работать при температуре до + 70 °С. ПЭТФ устойчив к действию разбавленных кислот, масел, спиртов, минеральных солей и большинству органических соединений, за исключением сильных щелочей и некоторых растворителей. ПЭТФ минимально адсорбирует запахи и проявляет свойства хорошего газового барьера.
ТаблицаСвойства полиэтилентерефталата | Полимер | Газопрони-цаемость | Светопро-ницаемость | Химическая устойчивость при 200С | | к кислотам | к щелочам | к органическим растворителям | | Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) | Низкая | Прозрачен | Хорошая (к разбавленным кислотам) | Хорошая | Отличная |
ПЭТФ существует в виде кристаллической и аморфной фаз. При изготовлении изделий пластик аморфизируется резким охлаждением расплава от температуры плавления (+ 260 °С) до температуры ниже температуры стеклования (+ 73 °С), получаясь абсолютно прозрачным и блестящим. В процессе переработки ПЭТФ обладает низкой вязкостью расплава (средний показатель текучести расплава при + 280°С - 7,5 г/10мин). ПЭТФ может перерабатываться: - экструзией
- вакуумформованием
- пневмоформованием
- литьём под давлением
- вытяжкой из расплава
Для защиты от деструкции (окисления) ПЭТФ перерабатывается в композиции с термостабилизаторами и другими компонентами. Материал подвержен гидролизу даже при наличии в воздухе влажности при температуре выше точки плавления, поэтому перед пластикацией ПЭТФ необходимо сушить до уменьшения содержания влаги по крайней мере до 0,01 %. Из всего выше сказанного можно выделить следующие преимущества и недостатки полиэтилентерефталата. Преимущества:
• высокая прочность и жесткость
• высокое сопротивление ползучести
• высокая поверхностная твердость
• хорошо полируется
• высокая устойчивость к деформации
• хорошее свойство трения скольжения и износостойкость
• хорошие электрические изолирующие свойства
• высокая стойкость к химикатам
• хорошо лакируется
Недостатки: • средние диэлектрические свойства Способы производства ПЭТФ Полиэтилентерефталат - это пластик на основе смол, получаемых путем сложного химического процесса из нефти и газового конденсата. Исходным сырьем для производства полиэтилентерефталата различного назначения служат: - моноэтиленгликоль (МЭГ) и очищенная терефталевая кислота (ОТФК), либо
- диметиловый эфир терефталевой кислоты (ДМТ)
Терефталевую кислоту и ДМТ в свою очередь производят из параксилола. В промышленности ПЭТФ обычно получали двухстадийным способом: переэтерификацией диметилтерефталата (DMT) этиленгликолем с последующей поликонденсацией полученного на первой стадии процесса дигликольтерефталата (DGT)). Вплоть до середины 60-х годов прошлого столетия диметилтерефталат, несмотря на многостадийность технологии, являлся единственным мономером для получения ПЭТФ. Разработанные в то время промышленные процессы не позволяли обеспечить необходимую степень чистоты терефталевой кислоты, поэтому из нее вырабатывали ДМТ, который, благодаря низкой температуре кипения, легко подвергался очистке методом дистилляции и кристаллизации. В 1965 году американская Аmoco Соrporation усовершенствовала технологию получения и очистки терефталевой кислоты и построила первую промышленную установку по производству ОТФК. Основной примесью технической терефталевой кислоты, полученной каталитическим окислением пара-ксилола в присутствии гомогенных катализаторов (обычно соли Со и Мn) и промоторов, является промежуточный продукт ее окисления - n-карбоксибензальдегид. Для очистки раствора технической терефталевой кислоты Аmoco Соrporation предложила использовать процесс каталитического гидрирования. В качестве катализатора был выбран палладий, нанесенный на активированный уголь. В результате гидрирования карбоксибензальдегид и ряд других окрашенных примесей переходят в более растворимые соединения, что позволяет получать кристаллы ОТФК при охлаждении полученного раствора. В настоящее время описанный способ очистки технического раствора терефталевой кислоты широко используется в современном производстве ОТФК. Таким образом, в последнее время в мире широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты (TFK) по непрерывной схеме. И именно данный способ признается весьма перспективным. Анализ научной и патентной литературы показывает, что идет непрерывный процесс совершенствования и поиска новых нанесенных палладиевых катализаторов. Катализаторы марок МРВ5, МРВ5-НD (Sud Chemie, Германия) и Е1802 (Degussa Со, Германия) предложены на рынке специально для очистки технического раствора терефталевой кислоты. Расширение производства ОТФК оказывает существенное влияние на количество палладия, потребляемого для приготовления промышленных катализаторов. Производство ПЭТФ можно представить в виде следующей упрощенной схемы: ![](\"images/material/image004.gif\")
Технологический прорыв в производстве ОТФК привел к постепенному замещению ДМТ как мономера для получения ПЭТФ и различной полиэфирной продукции. Доля ОТФК в суммарном объеме производства ОТФК и ДМТ растет из года в год. В настоящее время около 90 % производителей полиэфирных нитей и волокон в качестве исходного сырья используют терефталевую кислоту. Для поддержания рыночной конкурентоспособности ПЭТФ, полученной на основе ДМТ, предлагаются варианты модернизации старых производств (например, способ американской Glitsch Technology Corp.). Реконструкция установок ДМТ с переводом их на выпуск ОТФК требует больших финансовых затрат и экономически не выгодна. К основным преимуществам использования ОТФК вместо ДМТ следует отнести: - низкие капитальные и эксплутационные затраты в производстве ОТФК и ПЭТФ на основе ОТФК; - отсутствие применения высокотоксичного метанола, использующегося в качестве растворителя при получении ДМТ; - уменьшение, из-за разницы в молекулярных массах, расхода ОТФК на одну тонну ПЭТФ, а также расхода моноэтиленгликоля при получении ПЭТФ; - обеспечение снижения себестоимости конечного продукта не менее чем на 12 % при использовании терефталевой кислоты в качестве мономера (в зависимости от рыночных колебаний цен на ДМТ и ОТФК). В то же время при применении уксусной кислоты (в качестве растворителя) в производстве ОТФК, а также бромсодержащих промоторов требуется оборудование, устойчивое к коррозии. Основные отрасли – потребители ПЭТФ Сегодня ПЭТ используется для производства разнообразнейшей упаковки для продуктов и напитков, косметики и фармацевтических средств, ПЭТ материалы незаменимы при изготовлении аудио, видео и рентгеновских пленок, автомобильных шин, бутылок для напитков, пленок с высокими барьерными свойствами, волокон для тканей. Широкий ряд применений возможен благодаря исключительному балансу возможностей ПЭТ и тому, что в готовом изделии степень кристалличности и уровень ориентации можно контролировать. Итак, физические свойства ПЭТФ делают его идеальным материалом для использования в следующих основных областях: · изготовление упаковки (бутылки, коррексы, одноразовая посуда и т.д.) · плёнок (торговое название «лавсан») · волокна (торговое название «полиэстер») · конструкционные элементы для строительства, композиционных материалов для машиностроительной промышленности и др Волокна Основной областью использования ПЭТФ в мире является изготовление полиэфирных волокон (лавсан или терилен) и нитей. Если в России на производство волокон уходит всего лишь 2% от совокупного потребления ПЭТФ – гранулята, то в мире – около 68%. Широкое применение ПЭТФ началось в 60-е годы первоначально в производстве текстиля. С тех пор спрос неуклонно растет в первую очередь в развитых странах. На рынке ПЭТФ в большинстве регионов отмечается чрезвычайно быстрый рост спроса со стороны продуцентов полиэфирных волокон и нитей. В свою очередь из полиэфирных волокон и нитей ихготавливают полиэфирные (ПЭФ) ткани. Рост спроса на ПЭФ был вызван, в первую очередь, более низкой себестоимостью по сравнению с другими видами химических волокон и нитей. Вторым фактором популярности полиэфира стал широкий спектр применения в связи с прекрасными свойствами материала. По прочности и удлинению полиэфир не уступает полиамиду, а по светоустойчивости превосходит его, по формоустойчивости превосходит самое формоустойчивое из всех природных волокон — шерсть, имеет низкую гигроскопичность и высокую термостойкость, что является достоинством при производстве технических тканей. Различают: Текстильные волокна и нити. - Полиэфирные текстильные волокна - производство пряжи полиэфирной и смесовой, широко применяется в производстве хлолпковых, льняных, шерстяных тканей.
- Полиэфирные текстильные нити - используются в производстве широкого ассортимента различных типов материалов: подкладочные, костюмные ткани и др.
Технические волокна и нити Основные сферы применения технических волокон и нитей: -
- Армирование шлангов;
- Армирование приводных ремней;
- Производство упаковочной ленты;
- Производство автомобильных подушек безопасности;
- Производство напольных покрытий;
- Армирование тентовых тканей;
- Производство баннерных тканей и армирование баннерных ПВХ покрытий;
- Производство кордных тканей;
- Производство геотканей.
ПЭТ бутылки Производство ПЭТ бутылок - одно из самых значительных направлений использования полиэтилентерефталата в России. Развитие технологии выдувки из преформ, стойкость к ударным нагрузкам, свобода в выборе дизайна и относительно низкая стоимость сделали ПЭТ упаковку самой популярной на рынке газированных напитков и минеральных вод, растительных масел. Кроме того ПЭТ тара получила широкое распространение в упаковке пива, майонеза, косметики, бытовой химии, технических жидкостей и др. пищевых и непищевых продуктов. Исходный материал для ПЭТ бутылок – ПЭТ преформы, из которых после предварительного разогрева растягиваются и выдуваются бутылки. Преформы производятся методом литья под давлением на специальных машинах - термопластавтоматах (ТПА). Цвет и прозрачность будущей бутылки закладывается при изготовлении преформы из гранул. Более 80% упаковочного ПЭТ производится в виде гранулята. Остальное приходится на пленки и заготовки, используемые для выпуска термоформованных упаковок для парфюмерных товаров, средств бытовой химии и лекарств. ПЭТ-пленки К настоящему времени в мире сформировался достаточно емкий рынок ПЭТ-пленок, используемых, прежде всего, для упаковки. Полиэстровые пленки делятся на: ОПЭТ пленку – тонкие пленки, ориентированные в одном направлении. Такие пленки предназначены для электроизоляции кабелей и изготовления пленочных кондиционеров. РЕТ пленки обладали для этого оптимальными свойствами – наибольшее сопротивление проколу при наименьшей толщине. Массовое же производство связано с производством фотопленок, аудио-, видеолент, которое стремительно отмирает вследствие перехода к цифровым технологиям воспроизведения. БОПЭТ пленку - двуосноориентированная пленка. Она несравнимо тоньше (до 4 мкм), гораздо сильнее уровень сопротивления к проколу. Они предназначенная для изготовления гибкой упаковки под майонез, кетчуп, снеки из рыбы и морепродуктов, сыпучие товары бытовой химии, кофе, молоко, специи, кондитерские изделия, пельмени и др. К настоящему времени БОПЭТ пленка практически полностью вытеснила ОРЕТ пленку ПЭТ-G пленку – пленка, предназначенная для изготовления термоусадочной этикетки. Кроме того, эти пленки применяются в полиграфии – для изготовления окошечек для конвертов и упаковки А-ПЭТ пленку – аморфная пленка, предназначенная для термоформованной упаковки. Преимуществами АПЭТ пленок являются высокий уровень ударопрочности и высокая морозостойкость. Первый фактор предопределил использование АПЭТ для изготовления коррексов для конфет. Второй фактор - широкое применение для упаковки мороженого, замороженных овощей и фруктов, полуфабрикатов и т. п.
В целом можно отметить, что полиэстровая пленка очень устойчива к высокой температуре, поэтому ее термосварка в автоматах невозможна. Пленка используется только в ламинатах. Она не имеет запаха и обладает высокой жиростойкостью. Одно из важнейших преимуществ - высокий барьер газопроницаемости. При очень малой толщине (12 мкм) показатели прочности на разрыв и прокол чрезвычайно высоки - 1500 кг/см2. Для сравнения - у полиэтилена низкой плотности (LDPE) этот показатель составляет всего 150 кг/см2. Исходя из сфер применения, выделяют три основных марки ПЭТФ-гранулята: Волоконный ПЭТФ Бутылочный ПЭТФ Пленочный ПЭТФ
|
