Полиэтилентерефталат

Полиэтилентерефталат
Общие
Хим. формула	(C10H8O4)n
Физические свойства
Плотность	1,4 г/см³ (20 °C) аморфный: 1,370 г/см³ кристаллический: 1,455 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	> 250 °C 260
Уд. теплоёмк.	1000 Дж/(кг·К)
Теплопроводность	0,15 Вт/(м·K) 0,24 Вт/(м·K)
Химические свойства
Растворимость в воде	практически нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления	1,57—1,58, 1,5750
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.

История

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. А в 1977 году началась промышленная переработка использованной ПЭТ-тары. 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

• 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

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 всех современных фото-, кино- и рентгеновских плёнок; 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.
• применяется в качестве материала для вкладышей подшипников и втулок скольжения.
• электроизоляционные материалы, в частности в композициях обмоточных изоляционных лент для электрических машин.
• 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).

Полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ) — пластик

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

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

Международный знак ПЭТ

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

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.

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.

Производителем ПЭТФ в Республике Беларусь является ОАО "Могилевхимволокно".

Переработка и утилизация

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

В 2016 году японские учёные открыли бактерию Ideonella sakaiensis (линия 201-F6), которая способна разлагать ПЭТФ до терефталевой кислоты и этиленгликоля. Это открытие показало, что существуют возможности биоремедиации ПЭТФ. 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.

Ссылки

• Айзенштейн Э. М. Полиэтилентерефталат // Химическая энциклопедия: в 5 т / Гл. ред.: Кнунянц И. Л. (тт. 1—3), Зефиров Н. С. (тт. 4—5). — М.: Советская энциклопедия (тт. 1—2); Большая Российская энциклопедия (тт. 3—5), 1988—1998. — ISBN 5-85270-008-8.
• Айзенштейн Э. М. Полиэфирные волокна // Химическая энциклопедия: в 5 т / Гл. ред.: Кнунянц И. Л. (тт. 1—3), Зефиров Н. С. (тт. 4—5). — М.: Советская энциклопедия (тт. 1—2); Большая Российская энциклопедия (тт. 3—5), 1988—1998. — ISBN 5-85270-008-8.