Полиэтилентерефталат
| Полиэтилентерефталат | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Хим. формула | (C10H8O4)n[1] |
| Физические свойства | |
| Плотность |
1,4 г/см³ (20 °C)[2] аморфный: 1,370 г/см³[1] кристаллический: 1,455 г/см³[1] |
| Термические свойства | |
| Т. плав. | > 250 °C[2] 260[1] |
| Уд. теплоёмк. | 1000[1] Дж/(кг·К) |
| Теплопроводность | 0,15 Вт/(м·K)[3] 0,24[1] Вт/(м·K) |
| Химические свойства | |
| Растворимость в воде | практически нерастворим[2] |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,57—1,58[3], 1,5750[1] |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 25038-59-9 |
| Рег. номер EINECS | 607-507-1 |
| ChEBI | 61452 |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Полиэтиле́нтерефтала́т (полиэтиленгликольтерефталат, ПЭТФ, ПЭТ, ПЭТГ, лавсан, майлар) — 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. Переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остаётся в нём при резком охлаждении и быстром проходе через т. н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров ПЭТ является характеристическая вязкость, определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик.
Содержание
История[править | править код]
Исследования по полиэтилентерефталату были начаты в 1935 г. в Великобритании Уинфилдом (англ. John Rex Whinfield) и Диксоном (англ. James Tennant Dickson), в фирме Calico Printers Association Ltd. Заявки на патенты по синтезу волокнообразующего полиэтилентерефталата были поданы и зарегистрированы 29 июля 1941 года и 23 августа 1943 года. Опубликованы в 1946 году.
В СССР был впервые получен в Лабораториях Института Высокомолекулярных Соединений Академии наук СССР (отсюда — лавсан) в 1949 году.
ПЭТ-бутылка была запатентована в 1973 году[4]. А в 1977 году началась промышленная переработка использованной ПЭТ-тары[5]. Распространению бутылок из ПЭТ способствовала их сравнительная дешевизна и практичность. Переработке ПЭТ-бутылок уделяют особое внимание, во многих регионах их собирают отдельно от других бытовых отходов.
Физические свойства[править | править код]
- 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.
Применение[править | править код]
В России полиэтилентерефталат используют главным образом для изготовления пластиковых ёмкостей различного вида и назначения (в первую очередь, пластиковых бутылок). В меньшей степени применяется для переработки в волокна (см. Полиэфирное волокно), плёнки, а также литьём в различные изделия. В мире ситуация обратная: большая часть ПЭТФ идет на производство нитей и волокон. Многообразно применение полиэтилентерефталата в машиностроении, химической промышленности, пищевом оборудовании, транспортных и конвейерных технологиях, медицинской промышленности, приборостроении и бытовой технике. Для обеспечения лучших механических, физических, электрических свойств ПЭТФ наполняется различными добавками (стекловолокно, дисульфид молибдена, фторопласт).
Полиэтилентерефталат относится к группе алифатически-ароматических полиэфиров, которые используются для производства волокон, пищевых плёнок и пластиков, представляющих одно из важнейших направлений в полимерной индустрии и смежных отраслях. Область применения полиэфиров:
- самое массовое из всех видов химических волокон для бытовых целей (одежда) и техники;
- ёмкости для жидких продуктов питания, особенно ёмкости (бутылки) для различных напитков;
- основной материал для армирования автомобильных шин, транспортерных лент, шлангов высокого давления и других резинотехнических изделий;
- в недавнем прошлом чрезвычайно важный материал для носителей информации — основа некоторых современных фото-, кино- и рентгеновских плёнок (в качестве подложки фото-киноматериалов большей частью используется триацетат целлюлозы); основа носителей информации в компьютерной технике (гибкие диски — дискеты), основа магнитных лент для аудио-, видео- и другой записывающей техники;
- материал для ответственных видов изделий в различных отраслях машиностроения, электро- и радиотехнике, например, применяется в качестве изолятора в электрических конденсаторах;
- листовой материал, прозрачный для солнечных лучей (в том числе и УФ) и устойчивый к воздействиям окружающей среды, используемый в сельском хозяйстве и строительстве;
- металлизированная плёнка широко используется в качестве декоративного, термоизоляционного, светоотражающего, архитектурно-строительного материала.[6]
- применяется в качестве материала для вкладышей подшипников и втулок скольжения.
- электроизоляционные материалы, в частности в композициях обмоточных изоляционных лент для электрических машин, литцендратов.
- в пищевой индустрии, скребки, направляющие.
По итогам 2015 года производство полиэтилентерефталата в первичных формах составило 388,8 тыс. тонн, что на 4,8 % больше, чем по итогам 2014 года (370,9 тыс. тонн)[7].
Полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ) — пластик[править | править код]
Это разновидность листового ПЭТа: высокоударопрочный листовой пластик из полиэтилентерефталата с добавлением гликоля (по международному обозначению PET-G).
ПЭТГ не кристаллизуется при нагреве, что обеспечивает изделиям из него прочность даже в сложных конструкциях. Хорошая отражающая способность, высокая прозрачность и блеск — свойства, которые обусловливают широкое применение этого пластика в упаковочной промышленности и рекламе. Методом вакуумного формования из ПЭТГ производят косметическую упаковку, листовой пластик используют для создания вывесок, витрин, офисных перегородок, медицинского оборудования.
ПЭТГ поддаётся окрашиванию, металлизации, на него может быть нанесена печать
Недостатки[править | править код]
Существенными недостатками тары из ПЭТФ являются её относительно низкие барьерные свойства. Она пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу — углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения продукта. Это связано с тем, что высокомолекулярная структура полиэтилентерефталата не является препятствием для газов, имеющих небольшие размеры молекул относительно цепочек полимера.
Названия[править | править код]
В СССР полиэтилентерефталат и получаемое из него волокно называли лавсаном, в честь места разработки — Лаборатории высокомолекулярных соединений Академии наук. Аналогичные волоконные материалы, изготавливаемые в других странах, получили другие названия: терилен (Великобритания), дакрон (США), тергал (Франция), тревира (ФРГ), теторон (Япония), полиэстер, мелинекс, милар (майлар), Tecapet («Текапэт») и Tecadur («Текадур») (Германия) и т. д.
Пластики на основе полиэтилентерефталата называются ПЭТФ (в российской традиции) либо PET (в англоязычных странах). В настоящее время в русском языке употребляются оба сокращения, однако когда речь идёт о полимере, чаще используется название ПЭТФ, а когда об изделиях из него — ПЭТ.
Получение[править | править код]
Вплоть до середины 1960-х годов ПЭТФ промышленно получали переэтерификацией диметилтерефталата этиленгликолем с получением дигликольтерефталата, и последующей поликонденсацией последнего. Несмотря на недостаток этой технологии, заключавшийся в её многостадийности, диметилтерефталат был единственным мономером для получения ПЭТФ, поскольку существовавшие в то время промышленные процессы не позволяли обеспечить необходимую степень чистоты терефталевой кислоты. Диметилтерефталат же, имея более низкую температуру кипения, легко подвергался очистке методом дистилляции и кристаллизации[8].
В 1965 году Аmoco Соrporation смогла усовершенствовать технологию, в результате чего широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты (PTA) по непрерывной схеме.[8]
Переработка и утилизация[править | править код]
Существующие способы переработки отходов полиэтилентерефталата можно разделить на две основные группы: механические и физико-химические.
Основным механическим способом переработки отходов ПЭТФ является измельчение, которому подвергаются некондиционная лента, литьевые отходы, частично вытянутые или невытянутые волокна. Такая переработка позволяет получить порошкообразные материалы и крошку для последующего литья под давлением. Характерно, что при измельчении физико-химические свойства полимера практически не изменяются.
При переработке механическим способом ПЭТ тары получают т. н. «флексы», качество которых определяется степенью загрязнения материала органическими частицами и содержанием в нём других полимеров (полипропилена, поливинилхлорида), бумаги от этикеток.
Физико-химические методы переработки отходов ПЭТФ могут быть классифицированы следующим образом:
- деструкция отходов с целью получения мономеров или олигомеров, пригодных для получения волокна и плёнки;
- повторное плавление отходов для получения гранулята, агломерата и изделий экструзией или литьём под давлением;
- переосаждение из растворов с получением порошков для нанесения покрытий; получение композиционных материалов;
- химическая модификация для производства материалов с новыми свойствами.
Утилизация ПЭТФ производится управляемым сжиганием при температуре не менее 850 °C.
Перспективы биологических методов переработки ПЭТФ[править | править код]
В 2016 году японские учёные открыли бактерию Ideonella sakaiensis (линия 201-F6), которая способна разлагать ПЭТФ до терефталевой кислоты и этиленгликоля примерно за шесть недель[9]. Это открытие показало, что существуют возможности биоремедиации ПЭТФ[10]. В 2018 году было показано, что с помощью генетической инженерии можно повысить эффективность фермента ПЭТФазы, ответственного за разложение ПЭТФ у Ideonella sakaiensis. Этого удалось достичь путём изменения двух аминокислотных остатков в активном центре фермента. Оказалось также, что модифицированный фермент ПЭТФаза способен к разложению другого пластика — полиэтиленфурандикарбоксилата, то есть модификация фермента привела к появлению нового субстрата для его действия[11].
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 A. K. van der Vegt & L. E. Govaert. Polymeren, van keten tot kunstof. — 2003. — P. 279. — ISBN 90-407-2388-5.
- ↑ 1 2 3 Rocket NXT
- ↑ 1 2 J. G. Speight, Norbert Adolph Lange. Lange's handbook of chemistry. — edition 16. — McGraw-Hill, 2005. — С. 2.807–2.758. — P. 1000. — ISBN 0071432205.
- ↑ Wyeth, Nathaniel C. «Biaxially Oriented Poly(ethylene terephthalate) Bottle» US patent 3733309, Issued May 1973
- ↑ История ПЭТ
- ↑ ПЭТ-ПЛЁНКИ: виды и свойства, АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОРТАЛ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
- ↑ Производство основных видов продукции в натуральном выражении с 2010 г.(в соответствии с ОКПД)
- ↑ 1 2 Полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Дата обращения 20 декабря 2010. Архивировано 14 февраля 2012 года.
- ↑ Mathiesen, Karl. Could a new plastic-eating bacteria help combat this pollution scourge? (англ.), The Guardian (10 марта 2016). Дата обращения 24 марта 2019.
- ↑ Японцы открыли разлагающие пластик бактерии. lenta.ru
- ↑ Peter Dockrill. Scientists Have Accidentally Created a Mutant Enzyme That Eats Plastic Waste (англ.). https://www.sciencealert.com/. ScienceAlert Pty Ltd (17 April 2018). Дата обращения 28 января 2019.
Ссылки[править | править код]
- Айзенштейн Э. М. Полиэтилентерефталат // Химическая энциклопедия: в 5 т / Гл. ред.: Кнунянц И. Л. (Т. 1—3), Зефиров Н. С. (Т. 4—5). — М.: Советская энциклопедия (Т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (Т. 3—5), 1988—1998. — ISBN 5-85270-008-8.
- Айзенштейн Э. М. Полиэфирные волокна // Химическая энциклопедия: в 5 т / Гл. ред.: Кнунянц И. Л. (Т. 1—3), Зефиров Н. С. (Т. 4—5). — М.: Советская энциклопедия (Т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (Т. 3—5), 1988—1998. — ISBN 5-85270-008-8.
