PET
Informacje ogólne:
Poli(tereftalan etylenu), PET (C10H8O4)n – termoplastyczny polimer z grupy poliestrów stosowany na dużą skalę do produkcji włókien syntetycznych i butelek do napojów bezalkoholowych. PET powstał w latach czterdziestych XX wieku w Wielkiej Brytanii
Metoda 1: z tereftalanu dimetylu (proces DMT)
Pierwszą podstawową metodą przemysłową produkcji PET była polikondensacja tereftalanu dimetylu (DMT, z ang. dimethyl terephthalate) i glikolu etylenowego.
Proces ten prowadzi się dwuetapowo:
Proces ten prowadzi się dwuetapowo:
1. Transestryfikacja DMT glikolem w temp. 150–200 °C do tereftalanu bis(2-hydroksyetylu) w obecności katalizatorów (najczęściej jest to cynk, wapń lub octan manganu):
C6H4(CO2CH3)2 + 2HOCH2CH2OH → C6H4(CO2CH2CH2OH)2 + 2CH3OH
2. Polikondensacja otrzymanego diestru w temp. ok. 285 °C pod zmniejszonym ciśnieniem, także w obecności katalizatora (Sb2O3 lub inne podobne tlenki amfoteryczne):
nC6H4(CO2CH2CH2OH)2 → [C(O)-C6H4-C(O)O-(CH2)2-O]n + nHOCH2CH2OH
Metoda 2: z kwasu tereftalowego (proces TA)
Na początku lat 70. XX wieku rozpoczęto konkurencyjną cenowo produkcję kwasu tereftalowego (TA, z ang. terephthalic acid) o czystości odpowiedniej do syntezy PET (proces Amoco), co umożliwiło syntezę PET z wolnego kwasu, a nie jego estru dimetylowego:
Proces jest także dwuetapowy, przy czym pierwszy etap – otrzymywanie tereftalanu bis(glikolowego) – prowadzi się bez katalizatora w temperaturze około 260 °C pod ciśnieniem 2,7–5,5 barów. Drugi etap jest taki sam jak w metodzie pierwszej.
Metoda ta jest zazwyczaj preferowana przy budowie nowych instalacji. PET produkowany współcześnie w procesie TA ma jakość porównywalną do produktu uzyskiwanego metodą DMT, a o jego wyborze decydują przede wszystkim względy ekonomiczne: wyższa wydajność, niższe koszty składowania TA niż DMT (z powodu niższej masy cząsteczkowej), brak katalizatora w pierwszym etapie oraz wyższe masy cząsteczkowe uzyskiwanego produktu (co przekłada się na PET o lepszej jakości).
Metoda ta jest zazwyczaj preferowana przy budowie nowych instalacji. PET produkowany współcześnie w procesie TA ma jakość porównywalną do produktu uzyskiwanego metodą DMT, a o jego wyborze decydują przede wszystkim względy ekonomiczne: wyższa wydajność, niższe koszty składowania TA niż DMT (z powodu niższej masy cząsteczkowej), brak katalizatora w pierwszym etapie oraz wyższe masy cząsteczkowe uzyskiwanego produktu (co przekłada się na PET o lepszej jakości).
Stopiony poli(tereftalan etylenu), po gwałtownym ochłodzeniu, krzepnie w postaci szklistej, bezpostaciowej masy. Zachodzi w niej dość szybko, szczególnie w podwyższonej temperaturze (100–245 °C), proces krystalizacji i masa ta przekształca się w ciało mikrokrystaliczne o budowie niezorientowanej. Włókna lub folie z tego tworzywa rozciągane w temperaturze powyżej temperatury zeszklenia ulegają trwałej deformacji, połączonej z orientacją zarówno makrocząsteczek, jak i krystalitów, zgodnie z kierunkiem działania siły rozciągającej.
Wybrane własności fizyczne PET:
średnia masa cząsteczkowa: 30–80 tysięcy Da
temperatura zeszklenia: 70–115 °C
temperatura mięknienia: 265 °C
gęstość: około 1,4 g/cm³
PET jest wykorzystywany do produkcji opakowań, w tym butelek (butelkę z PET opatentował w 1973 Nathaniel Wyeth[2]), włókien, naczyń, niewielkich kształtek (na przykład przezroczystych klawiszy) i obudowań urządzeń elektronicznych.
Z włókien wytworzonych z PET produkuje się dzianiny i tkaniny, między innymi polar, dakron i tergal (np. do produkcji płócien żaglowych), liny i tym podobne.
Współcześnie paleta dostępnych tworzyw sztucznych umożliwia w praktyce zastąpienie nimi niemal każdego tworzywa naturalnego. Tworzywa sztuczne nie mają jednak zwykle własności identycznych z tworzywami naturalnymi. Zwykle tworzywa sztuczne mają takie same, a nawet lepsze te własności, które są najbardziej istotne dla danego zastosowania, mogą mieć jednak gorsze mniej istotne własności.
Np. zastosowanie tworzywa PET zamiast szkła do produkcji butelek ma następujące zalety:
- butelki z PET są lżejsze (znacznie mniejsze zużycie surowca i energii potrzebnej do produkcji, transportu, recyklingu),
- PET się nie tłucze (zastosowanie w miejscach gdzie nie jest dopuszczalne szkło: stadion, basen itp.),
- łatwiej jest uformować je w niemal dowolny kształt (wysokie walory estetyczne opakowań),
- PET w temperaturze pow 70 °C traci swoje własności mechaniczne (butelki nie nadają się do pasteryzacji w wysokiej temperaturze bez stosowania dodatkowych technik uszlachetniających np. dodatek PEN);
- niska barierowość butelki (bez dodatkowych technologii zwiększających barierę (np. butelki wielowarstwowe) nie nadaje się do długoterminowego pakowania piwa, soków, mleka).
Podobne wady i zalety posiada wiele innych tworzyw sztucznych.
Przetwórstwem tworzyw sztucznych nazywa się proces formowania z nich wyrobów.
Do podstawowych technik stosowanych w przetwórstwie zalicza się:
1. wytłaczanie
2. wtryskiwanie
3. prasowanie
- tłoczenie
- przetłaczanie
- formowanie płyt
4. walcowanie i kalandrowanie
5. odlewanie