Полиетилен терефталат (РЕТ)

март 4, 2013, 14:17  

Полиетилен терефталат (Р Е Т )*

pet1* Полиетилен терефталат (понякога изписван като “поли-етилен терефталат),със съкратено записване  ”РЕТ”,  ”РЕТЕ” и понякога с остарялото   “РЕТР”  или “РЕ-Р”)  е термопластична полимерна смола от групата на полиестерите и намира приложение при производство на синтетични влакна,бутилки за безалкохолни напитки,храни и др. течности , при термоформоване, за конструкционни пластмаси,често в комбинация със стъкловлакна.  По номенклатурата  на Международния съюз за чиста и приложна химия наименованието му е “poly(ethylene  thereftalate)”.Идентификационния му номер по номенклатурата на Службата за чиста химия(поделение на Амириканското химическо общество) е  25038-59-9.                                                                                        Някои от свойствата му:                                                                                                                                                                                                    1)Молекулна формула: (С 10 Н 8 О4) n.                                                                                                                                                                           2)Плътност при  20 град. Целзии – 1,370 гр./куб.см. за амарфен  и 1,455 гр./куб.см. за кристален.  Почти винаги се работи със средна плътност  1,4 гр./куб.см. за практически цели.                                                                                                   3)Точка на топене – 250 град. Целзии според едни източници,а според други -260 град. Целзии(в зависимост от възприетата методика).                                                                                                                                                                                                                4)Разтворимост във вода – практически неразтворим.                                                                                                                                         5)Коефициент на пречупване – 1,57 – 1,58.                                                                                                                                                                    6)Модул на Юнг – 2800 – 3100  MPa.                                                                                                                                                                                 7)Якост на опън – 55 – 57 МРа.                                                                                                                                                                                             8)Граница на относително удължение – 50 – 150 %.                                                                                                                                               9)Издръжливост на удар с надрез – 3,6 килоджаула / кв.м.                                                                                                                              10)Температура на встъкляване – 75 град. Целзии.                                                                                                                                                 11)Точка на омекване по Викат – 170 град. Целзии.                                                                                                                                                 12)Коефициент на линейно разширение – 7 Х 10 на степен минус 5/за градус Келвин.                                                                     13)Абсорбция на вода (ASTM) – 0,16.                                                                                                                                                                           В зависимост от преработката и термичната му история РЕТ може да съществува като аморфен(прозрачен) и като полукристален материал.Полукристалния материал може да бъде прозрачен(при размер на частиците под 500 нанометра) или непрозрачен и бял( при размер на частиците до няколко микрона) в зависимост от кристалната му структура и размера на частиците.Мономера,от който се произвежда(бис-бета-хидрокситерефталат) може да бъде синтезиран чрез естерификация на терефталова киселина с етиленгликол и вода като страничен продукт,а също и  при преестерификация на  етиленгликол  и  диметилтерефталат с метанол като страничен продукт.Полимеризацията се извършва чрез реакция на поликондензация на мономерите.                                По-голямата част от произведения РЕТ се използва за производство на синтетични влакна(над 60%),за производство на бутилки(оценявано на около 30% от световното производство).Когато се отнася за производство на влакна,материала е известен просто като “полиестер”,докато  ”РЕТ”  се употребява по-често във връзка с производството на опаковки.Производството на полиестер заема около  18% от произведените в света полимери и е на трето място след полиетилена(РЕ)  и полипропилена(РР).                                                                                                                                   РЕТ се състои от полимеризирани звена на мономера етилен  терефталат с повтарящи се звена  С10 H 8  О 4.Той обикновено се рециклира и има символ за рециклиране номер  ”1″ .                                                                                                             Приложения: РЕТ може да бъде от полутвърд до твърд в зависимост от дебелината и е много лек.Той има добри бариерни свойства спрямо газове и задоволителни спрямо вода,а сэщо и към алкохол(изисква допълнителна  ”бариерна” обработка)  и разтворители.Той е здрав и устойчив на удар.Безцветен е и с висока прозрачност.                                                                                                                                                                                                                                               РЕТ бутилките са с превъзходни бариерни качества и широко се използват за напитки.За някои видове бутилки РЕТ се покриват с допълнителен слой от поливинил алкохол,за да се намали допълнително пропускливостта на кислород.Когато се преработи до тънък филм(биаксиално,т.е.в две посоки,ориентиран филм),често познат с търговското име  ”Milar”,върху РЕТ може да се нанесе алуминиево  покритие чрез изпаряване на тънък метален филм на повърхността,за да се намали пропускливостта му,както и повърхността му да отразява светлината и да бъде непрозрачен.(МРЕТ – метализиран РЕТ).Тези свойства са полезни при много приложения ,включително при гъвкави опаковки за храни и термоизолация,както нпр. “космически одеала”.Поради високата му механична здравина филм от РЕТ често намира приложение във вид на ленти нпр. като носител за магнитни ленти или носител за чувствителни на налягане лепилни ленти.                                                                 Неориентирани листове от РЕТ  могат да се термоформоват за изработване нпр. на подноси,блистери(нпр. за фармацевтичната индустрия).Ако се използва кристализиращ РЕТ,подносите могат да се използват за замразени храни,тъй като са устойчиви както на замразяване така и на високи температури(при печене).                                                           Когато е напълнен със стъклени частици  или стъкловлакна,РЕТ става значително по-здрав и устойчив.Тази стъклонапълнена пластмаса в полукристално състояние се продава под търговското име  Rinite ,Arnite,Hostadur  и  Crastin.                                                                                                                                                                                                                                                      Докато повечето термопластични пластмаси могат по принцип да се рециклират,то рециклирането на РЕТ бутилките е по-практично от рециклирането на много  изделия от  други пластмаси.Първото съображение е,че бутилките за вода са изработени почти изключително от РЕТ,което ги прави по-лесни за идентифициране в потока пластмаси (подлежащ  на сортиране преди рециклиране).РЕТ има идентификационен код  ”1″.Едно от приложенията на рециклираните РЕТ бутилки е производството на  ” полярна  вълна”(изолационен материал).Рециклирания РЕТ може да се преработи и до влакна.(Б.пр. Относно рециклиране на РЕТ бутилки виж и др. материали в този блог).                                                                                                                                                                                                                Поради това,че може да се рециклира както РЕТ,така и свързаното с него изобилие от промишлен и битов отпадък,той  бързо печели дял на пазара като влакна за килими.Смята се,че влакната за килими ползват над 25% от промишления и битов отпадък  от изделия от РЕТ.РЕТ,както е и при много др. пластмаси е превъзходен кандидат за термично оползотворяване(изгаряне),тъй като се състои от въглерод,водород и кислород и само следи от катализатори(но не сяра).РЕТ има енергия на изгаряне като висококалорични въглища.                                                       РЕТ е патентован пред 1941 год. от Calico Printers  Association  - Манчестер.РЕТ бутилките бяха патентовани през 1973 год.  от Nathaniel   Wyeth.                                                                                                                                                                                                  Вътрешен вискозитет: Вътрешния вискозитет е една от най-важните характеристики на РЕТ.  Измерва се в децилитри за грам ( dl/g ). Той зависи от дължината на полимерните вериги.Колкото по-дълги са полимерните вериги,толкова са по-заплетени помежду си,поради което и вискозитета е по-висок.Средната дължина на  веригата на дадена партида може да бъде контролирана по време на поликондензацията.                                               Подходящите стойности на вътрешния вискозитет за различни приложения са както следва:                                                    1)За влакна: 1.1. За текстил – 0,40 – 0,70. 1.2.  За корд за автомобилни гуми – 0,72 – 0,98. 2) За филми: 2.1.За биаксиално ориентиран филм – 0,60 – 0,70. 2.2.За листове за термоформоване – 0,70 – 1,00. 3) За бутилки: 3.1.За бутилки за вода(т.е без налягане в бутилката) – 0,70 – 0,78. 3.2.За газирани напитки – 0,78 – 0,85. 4)За моновлакна(корди): 1,00 – 2,00.                                                                                                                                                                                                              Сушене: РЕТ е хигроскопичен,в смисъл че  по природа абсорбира вода от заобикалящата го среда.Когато такъв “мокър”   РЕТ  се нагрее,то водата хидролизира полимера,влошаваики качеството му(якост,гъвкавост,еластичност,устойчивост на удар и др.).Това означава,че преди да се преработва,трябва да се отстрани колкото се може повече влага от него.Това се постига чрез използване на десиканти(вещества,поглъщащи влагата) преди пластмасата да се подаде към преработващите машини.                                                                 В сушилната инсталация горещия сух въздух  се нагнетява в дъното на силоз,съдържащ пластмасата, и преминава през  гранулите,отстранявайки(поемайки)  влагата от тях.Горещия влажен въздух напуска силоза от горната му част и най-напред се прекарва през охладител,тъй като е по-лесно да се отстрани влагата от студен въздух,отколкото от топъл.Получения студен влажен въздух преминава след това през легла,съдържащи десикант(вешество,абсорбиращо водата).Накрая студения сух въздух напуска леглата с десикант и се нагрява от ново с(ел.)нагреватели и се връща обратно в същия процес в затворен кръг.Обикновено нивото на остатъчната влага в смолата трябва да е под  5 милионни(тегловни) части преди да се подаде в машините за преработка.Престоя в сушилния силоз трябва да е не по-малко от 4 часа.Това е необходимо,тъй като за да се изсуши материала за по-малко от 4 часа ще е необходима температура от около 160 град. Целзии,при което ще започне хидролиза в гранулите преди да са се изсушили.                                                                                                                                                  РЕТ също може да се суши в инсталации със сгъстен въздух.Инсталациите за сушене със сгъстен въздух не рециклират въздуха.Сухия,нагрят сгъстен въздух  преминава през гранулите на РЕТ  както и при сушилните с десикант,след което се изхвърля в атмосферата.                                                                                                                                                                  Кополимери(полимери,получени при съвместна полимеризация на няколко мономера): Освен чист РЕТ (хомополимер) съществува и РЕТ,модифициран чрез кополимеризация(съвместна полимеризация на два или повече мономера,при което се получава полимер с изменени качества), В някои случаи модифицираните свойства на кополимера са по-желателни за определени приложения.Например в основната верига може да се въведе циклохексан диметанол(CHDM) на мястото на етилен гликол.При това положение основния градивен блок е по-голям( 6  допълнителни въглеродни атома),отколкото етилен гликола,който той замества и няма добре да си пасва със съседните вериги както етилен гликола.Това влияе на кристализацията и понижава точката на топене на полимера.Този вид РЕТ е познат като  PETG(единствените производители са Eastman Chemical  и SK Chemicals). PETG  е прозрачен аморфен термопластичен полимер,който може да се преработва чрез леене под налягане ири екструдира  до листове.При преработката може да се оцветява.                                        Друг често срещан модификатор е изофталовата киселина,която замества някои от  1,4-(пара) – свързаните терефталатни звена. 1,2-(орто-)  или  1,3-(мета-) – свързвания водят до ъгъл  на връзките във във веригата,който също пречи на кристализацията.                                                                                                                                                                                                                    Подобни кополимери са новост за някои приложения(изделия) при леене под налягане,както и термоформоването,което обикновено се прилага нпр. за изработка на подноси или блистерни опаковки(нпр.  за опаковка  на  таблетки във фармацевтичната индустрия) от PETG филм или лист от същия материал.                                                                  От друга страна кристализацията е важна при други приложения,където са важни механичната здравина и устойчивостта на размерите,като нпр. обезопасителните колани за автомобилни седалки.За РЕТ бутилки,употребата на малки количества  CHDM(циклохексан диметанол) или др. комонамери(мономери,които се полимеризират съвместно с основния мономер) може да бъде полезно –  ако се използват малки количества комономери,кристализацията се забавя,но не се предотвратява изцяло.В резултат бутилките могат да бъдат произведени чрез раздувно формоване,придружено с разтягане( на англ. – stretch blow molding – SBM),като са по-прозрачни и с достатъчно съдържание на кристална фаза в материала,за да са подходяща бариера за миризми и даже за газове  като въглеродния диоксид при газираните напитки.                                                                                                                          Кристали: Кристализация се появява когато полимерните вериги се нагъват една спрямо друга в повтарящи се систематични образци.Дългите полимерни вериги имат склонност да се нагъват,което пречи на пълната кристализация .РЕТ не е изключение от правилото – 60%  кристализация е горната граница при търговските продукти с изключение на полиестерните влакна.                                                                                                                                      В естественото си състояние РЕТ е кристална смола.Прозрачни продукти могат да се произведат при бързо охлаждане на стопен полимер като се формира аморфно твърдо тяло.Както и стъклото аморфния РЕТ се образува когато на молекулите му не е дадено достатъчно време да се подредят преди охлаждане на стопилката.При стайна температура молекулите са замръзнали (неподвижни),но ако в тях постъпи достатъчно енергия,те започват да се движат отново,което позволява да се зараждат и да нарастват кристали.Процеса е известен като кристализация в твърдо състояние.Както повечето материали,РЕТ има тенденция да образува много малки кристалити,когато кристализира от аморфна маса,която е  в твърдо състояние,вместо да образува единичен  голям кристал.Светлината се разсейва,когато преминава през граници между кристалити и аморфни области между тях.Това разсейване означава,че кристалинния РЕТ е непрозрачен и бял в повечето случаи.Изтеглянето на влакна е между малкото промишлени процеси,при които се получава продукт от почти единичен кристал.                                                                                                                                                                                                                                    Деструкция(разрушаване):По време на преработка  РЕТ претърпява различни видове деструкция.Най-главните от тях са: хидролитична деструкция,термична деструкция и може би най-важната – термоокислителната деструкция.При деструкцията на РЕТ протичат няколко процеса: обезцветяване(потъмняване),накъсване на веригите,водещо до намалено молекулно тегло,отделяне на ацеталдехид и образуване на напречни връзки между макромолекулните вериги(образуване на “гел”  или “риби очи”).Причината за потъмняването е образуването на различни хромофорни(цветообразуващи) системи(молекулни групи със специфични хим. връзки и структура,които разлагат светлината на съставните й цветове).Това става при продължителна термична обработка при високи температури.Това е сериозен проблем,когато изискванията към оптичните качества са много високи,както например при опаковките.В нормални условия ацеталдехида е безцветно летливо вещество с плодова миризма.Той се образува по естествен път в плодовете,но може да причини влошаване на вкуса на бутилираната вода.Ацеталдехида се образува в РЕТ при “малтретиране” на материала.Високи температури(РЕТ започва да се разгражда над 300 град. Целзии),високи налягания,високи скорости на въртене на шнека на екструдера(високите усилия на срязване в потока увеличават температурата) и дълъг престой в цилиндъра – всички те допринасят за образуването на ацеталдехид.Част от образувания ацеталдехид остава разтворен в стените на изделието и после дифундира в опаковония продукт,като променя вкуса и миризмата.За нехранителните продукти това не е значителен проблем(като нпр. шампоани),за плодови сокове(които вече съдържат ацеталдехид) или за напитки със силен вкус(като безалкохолните).За бутилираната вода ниското съдържание на ацеталдехид е много важно,защото ако нищо не маскира аромата,даже изключително ниски концентрации на ацеталдехид  във водата(10 – 20 милиардни части) могат да доведат до влошаване на вкуса.Термичната и термоокислителната деструкция влошават преработваемостта и качеството на материала.Един начин да се облекчи този проблем е да се използва кополимер.Комономери като CHDM(циклохексан димитанол)  или изофталова киселина понижават температурата на топене и намаляват степента на кристализация на РЕТ(особено важно,когато материала се използва за производство на бутилки).По този начин смолата може да се оформя пластично при по-ниски температури и/или  при по-малки усилия.Това помага да се избегне деструкцията,намалява съдържанието на ацеталдехид в крайния продукт до приемливо ниво(което значи да е незабележим).Относно кополимери вижте по-горе.                                                                                                                                                   Други начини да се подобри стабилността на полимера е чрез използване на стабилизатори,главно антиоксиданти,като нпр. фосфити.От скоро се обсъжда молекулната стабилизация на материала чрез нано -  структурирани материали.                                                                                                                                                                                                                 Антимон: Елемента антимон(хим. знак  Sb)  е катализатор,който се използва често под формата на антимонов триоксид  или антимонов триацетат при производството на РЕТ.След обработка на повърхността на изделията могат да се намерят откриваеми количества антимон – този остатък може да се отстрани чрез измиване.Антимон остава и в самия материал, от където може да мигрира в опакованите храни и напитки – подлагането на РЕТ на варене или на микровълново облъчване(нпр. в микровълнова печка) може да увеличи значително нивата на антимона,може би над допустимите нива.Допустимото ниво за наличие на антимон във водата за пиене в САЩ  е шест милиардни части(тегловни).Въпреки че антимоновия триоксид е нискотоксичен когато се приема през устата,присъствието му е от значение.Швейцарската федерална служба за общиствено здраве изследва количеството на мигриралия антимон,сравнявайки вада,варена в РЕТ и в стъкло: концентрацията на антимон във вода,варена в РЕТ  бутилки е била по-висока,но все пак задоволително под позволените максимални концентрации.Службата стига до заключението,че малки количества антимон мигрират от РЕТ в бутилираната вода,но риска за здравето при получените ниски концентрации е пренебрежимо малък( 1% от допустимия дневен прием,определен от Световната здравна организация).По-късни(2006г.),но по-широко публикувани изследвания намират подобни количества антимон във вода от РЕТ бутилки.Световната здравна организация публикува изследвания върху риска от антимона в питейната вода.(Guidelines for drinking – water quality).                                                                                                                                                                                                                                                              Възможна токсичност на РЕТ:Коментарите,публикувани в Environmental  Health  Perspectives  през  април 2010г.  са,че РЕТ би могъл да предизвика ендокринни(на работата на жлезите с вътрешна секреция) нарушения при обичайната употреба  и се препоръчват изследвания по този въпрос.Предлаганите механизми включват извличане на фталати,а също и на антимон.Други автори публикуваха доказателства,че е твърде малко вероятно РЕТ да предизвиква ендокринни нарушения(cat.inist.fr – на френски).                                                                                                                                                                                                Оборудване за производство на бутилки: Има два основни метода за производство на бутилки от РЕТ – едностепенен и двустепенен.При двустепенното производство се използват две различни машини.Първата машина отлива под налягане(шприцва) преформите,които приличат на епруветки и имат готова(отлята) резба на гърлото на бутилката.Тялото на епруветката е значително по-дебелостенно(в сравнение с бъдещата бутилка),тъй като то се раздува до крайната форма пред втория етап(степен) на производството по метода на раздуване,придружено с разтягане(на англииски – stretch  blow  molding).При този процес преформите се нагряват бързо  и после се раздуват в матрица,състояща се от две половини(полуформи) до крайната форма на бутилката.                  При едностепенните машини целия процес от суровината до крайната бутилка се провежда в една машина,което прави метода особено подходящ за производство на нестандартни форми, в това число буркани,плоски овални форми,плоски бутилки(манерки) и т.н. Главното предимство на този метод е намаляването на пространството,заемано от оборудването,а също намаляването на обработките(операциите) и разхода на енергия.Тук може да се постигне по-добър външен вид в сравнение с двустепенния метод. (Бел.пр.:За да е икономически оправдан,метода изисква големи производствени серии от съответното изделие – съответно внимателна технико-икономическа обосновка).

Оставете коментар

Изкажете мнението си...
Ако желаете снимка, вземете си от Граватар!