Содержание
Введение
1. История получения полиэтилентерефталата
2. Строение полиэтилентерефталата
3. Разновидности полиэтилентерефталата
4. Получение полиэтилентерефталата
5. Физические свойства
6. Химические свойства
7. Применение
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Полиэтилентерефталат(ПЭТФ, ПЭТ)- термопластик, наиболее распространённыйпредставитель класса полиэфиров, известен под разными фирменными названиями:полиэфир, лавсан или полиэстер.
Пластики на основеполиэтилентерефталата называются ПЭТФ (в российской традиции) либо PET/ПЭТ (ванглоязычных странах). В настоящее время в русском языке употребляются обасокращения, однако когда речь идет о полимере, чаще используется название ПЭТФ,а когда об изделиях из него — ПЭТ.
/>
/>
Международный знак ПЭТ.
Я считаю, что выбраннаямной тема является актуальной постольку, поскольку в настоящее времяполиэтилентерефталат нашел широкое применение в производстве волокон, пищевыхплёнок и пластиков, представляющих одно из важнейших направлений в полимернойиндустрии и смежных отраслях. Область применения полиэфиров:
· самоемассовое из всех видов химических волокон для бытовых целей (одежда) и техники;
· ёмкостидля жидких продуктов питания, особенно ёмкости (бутылки) для различныхнапитков;
· основнойматериал для армирования автомобильных шин, транспортерных лент, шлангов высокодавления и других резинотехнических изделий;
· чрезвычайноважный современный материал для носителей информации — основа всехсовременных фото-, кино- и рентгеновских плёнок; основа носителей информации вкомпьютерной технике (гибкие диски — дискеты, или «флоппи-диски»), основамагнитных лент для аудио-, видео — и другой записывающей техники;
· пластикдля ответственных видов изделий в различных отраслях машиностроения, электро- ирадиотехнике;
· листовойматериал, прозрачный для солнечных лучей (в том числе и УФ) и устойчивый квоздействиям окружающей среды, используемый в сельском хозяйстве истроительстве.
1. История полученияполиэтилентерефталата
Исследования пополиэтилентерефталату и полиэфирным волокнам были начаты в Великобритании Уинфилдом(J. R. Whinfield) и Диксоном (G. T. Dickson), работавшими в этовремя в фирме Calico Printers Association Ltd, в период, начиная с 1935 г.Заявки на основополагающие патенты по синтезу волокнообразующегополиэтилентерефталата были поданы и зарегистрированы 29 июля 1941 г. и 23августа 1943 г., но только в 1946 г. эти патенты были опубликованы.
В дальнейшем, приобретяэти патенты, фирмы Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI) и E. I. Du Pont deNemours & Co на их основе разработали усовершенствованные технологическиепроцессы получения полиэтилентерефталата и волокон из него. Производствополиэфирных волокон было начато в Англии (волокно терилен — 1947—1951 гг. вбольшом опытном масштабе и в 1953—1955 гг. в промышленном масштабе) и США(волокно дакрон — 1953—1955 гг. в промышленном масштабе).
В СССР (в России)научные исследования в области синтеза полиэтилентерефталата были начаты подруководством акад. В. В. Коршака в 1949 г. в Лабораториивысокомолекулярных соединений Академии наук СССР.
В СССРполиэтилентерефталат и получаемое из него волокно называли лавсаном, в честьместа разработки — ЛАборатории Высокомолекулярных Соединений АкадемииНаук. Аналогичные волоконные материалы, изготавливаемые в других странах,получили другие названия: терилен (Великобритания), дакрон (США), тергал(Франция), тревира (ФРГ), теторон (Япония), полиэстер, мелинекс, милар Tecapet(«Текапэт») и Tecadur («Текадур» (Германия) и т. д.
Разработка промышленнойтехнологии синтеза полиэтилентерефталата и получения волокон были развернуты воВНИИ искусственных волокон (г. Мытищи, под Москвой) под руководством проф. Б.В. Петухова и проф. Э. М. Айзенштейна (при большом содействии проф. А. А.Конкина — зам. директора по НИР, а затем директора ВНИИВа), а в 1956 г.здесь же был начат опытный выпуск волокон лавсан. .[1]
2. Строение полиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталатявляется продуктом поликонденсации терефталевой кислоты(OH)-(CO)-C6H4-(CO)-(OH) и моноэтиленгликоля (OH)-C2H4-(OH). В процессеполиконденсации образуется линейная молекула полиэтилентерефталата[-O-(CH2)2-O-(CO)-C6H4-(CO)-] n и вода. Молекулярная масса полиэтилентерефталата20-40 тыс.
ФениленоваягруппаC6H4 восновной цепи придает жесткость скелету молекулы полиэтилентерефталата иповышает температуру стеклования и температуру плавления полимерного материала.Регулярность строения полимерной цепи повышает способность к кристаллизацииполиэтилентерефталата, которая в значительной степени определяет механическиесвойства и которой можно управлять, поскольку степень кристалличностиполиэтилентерефталата зависит от способа его получения и обработки.
Возможность управлениякристалличностью полиэтилентерефталата существенно расширяет спектр егоприменения. Так, например, подвергая аморфный ПЭТ двухосному растяжению притемпературе выше температуры стеклования для создания кристалличности, получаютматериал с замечательными барьерными свойствами для изготовления бутылок длягазированных напитков.
Максимальная степенькристалличности неориентированного полиэтилентерефталата — 40-45%,ориентированного — 60-65%.[2]
Структураполиэтилентерефталата обусловливает его особенности, а именно: прочностьотносительно механического воздействия (в том числе ударопрочность),устойчивость к агрессивной химической среде, великолепная эластичность, какхолодном, так и в нагретом состоянии. [3]
3. Разновидностиполиэтилентерефталата
Кроме самогополиэтилентерефталата также существует Полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ) — высокоударопрочный листовой пластик из полиэтилентерефталата с добавлениемгликоля (по международному обозначению PET-G). Благодаря модифицированию, ПЭТГпри нагреве не кристаллизуется, что делает возможным более глубокую вытяжку притермоформовании. При этом ПЭТГ не теряет свои основные свойства: ударопрочностьи прозрачность. К основным свойствам относятся: ударопрочность, высокаяхимическая и УФ-устойчивость, отличные оптические свойства, повышеннаявлагоустойчивость, пожаробезопасность, возможность обработки всеми известнымиспособами механически и вручную. Может подвергаться склеиванию, изгибанию и изменениюформы посредством термовакуумформования.
Применяется в качестве:витрин, торгового оборудования, сувенирной и печатной продукции, защитныхстекол, производства упаковок, системы уличного освещения, оформления бензо/газоправочных станций, медицинского оборудования. [4]
4. Получениеполиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталат(ПЭТФ) является полимером пара-(тере)фталевой кислоты и этиленгликоля. Он можетбыть получен тремя способами: 1) из хлорангидрида терефталевой кислоты игликоля в среде инертного растворителя, в присутствии щелочного катализатора; 2)при полиэтери-фикации терефталевой кислоты и гликоля, взятого в избытке, вприсутствии катализаторов этерификации; 3) переэтерификациейдиметилтерефталата этиленгликолем с последующей поликонденсацией образовавшегосядигликольтерефталата.
Первыедва способа не нашли широкого применения из-за ограниченности сырьевых ресурсов(хлорангидрида терефталевой кислоты) и трудности проведения процесса,осложняющегося тем, что терефталевая кислота не плавится (возгоняется при 300°С) и не растворяется в этиленгликоле.
Впромышленности наибольшее распространение получил последний способ. [14]
Полиэтилентерефталатполучают поликонденсацией кристаллической терефталевой кислоты или еедиметилового эфира с жидким этиленгликолем по периодической или непрерывнойсхеме в две стадии: этерификации терефталевой и изофталевойкислот этиленгликолем и поликонденсации в присутствиикатализатора — триоксида сурьмы.
Потехнико-экономическим показателям преимущество имеет непрерывный процессполучения полиэтилентерефталата из кислоты и этиленгликоля. Этерификациюкислоты этиленгликолем (молярное соотношение компонентов от 1:1,2 до 1:1,5)проводят при 240-270 °С и давлении 0,1-0,2 МПа.
Полученную смесьбис-(2-гидроксиэтил)терефталата с его олигомерами подвергают поликонденсации внескольких последовательно расположенных аппаратах, снабженных мешалками, припостепенном повышении температуры от 270 до 300 °С и снижении давления от 6600до 66 Па.[5]
Первая стадия,поликонденсация, включает в себя несколько последовательных процессов.Во-первых, это смешение всех компонентов: основного сырья, различных добавок,необходимых катализаторов и др. Во-вторых, следующим этапом производстваполиэтилентерефталата является этерификация, представляющая собой процесс,характеризующийся получением сложных эфиров из различных спиртов и кислот.
Два таких смежныхпроцесса, как предполиконденсация и непосредственно поликонденсацияобъединяются на одном этапе. Здесь осуществляется синтез полимеров, который сопровождаетсявыделением побочных продуктов реакции (низкомолекулярные соединения).Заключительным моментом первой стадии производства полиэтилентерефталатаявляется процесс гранулирования. Из аморфного полимера, обладающего низкойстепенью вязкости получают бесцветные гранулы.
Вторая стадия полученияПЭТ, характерная для классической технологии производства этого материала,является твердофазной дополиконденсацией. Процесс представляет собойпоследовательное охлаждение и нагревание полученных гранул. Они нагреваются довысоких температур, что способствует повышению молекулярной массы продукта и,как следствие, увеличение степени вязкости полимера.[6]
Также существуеттехнология получения полиэтилентерефталата из диметилтерефталата.
После завершенияпроцесса, расплав полиэтилентерефталата выдавливается из аппарата, охлаждается(при быстром охлаждении получают аморфный ПЭТ, при медленном – кристаллический)и гранулируется (товарный ПЭТ выпускается обычно в виде гранулята с размеромгранул 2-4 миллиметра) или направляется на формование волокна. Матирующиеагенты (TiO2), красители, инертные наполнители (каолин, тальк), антипирены,термо-, светостабилизаторы и другие добавки вводят во время синтеза или вполученный расплав полиэтилентерефталата. [5]
В последнее время вмире широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоляи терефталевой кислоты (TFK) по непрерывной схеме. И именно данный способпризнается весьма перспективным.
/>[7].
5.Физические свойства
Аморфныйполиэтилентерефталат – твердый прозрачный ссеровато-желтоватым оттенком; кристаллический – твердый, непрозрачный,бесцветный. Отличается низким коэффициентом трения (в том числе и для марок,содержащих стекловолокно). Характеризуется высокой термостойкостью расплава(2900С); деструкция на воздухе начинается при температуре на 500С ниже, чем винертной среде. Полиэтилентерефталат прочный, жёсткий и лёгкий материал.Пластик не ядовит. [3]
Полиэтилентерефталатобладает высокой механической прочностью и ударостойкостью, устойчивостью кистиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе и сохраняет своивысокие ударостойкие и прочностные характеристики в рабочем диапазонетемператур от –40. °С до +60 °С. [8]
ПЭТ отличается низкимкоэффициентом трения и низкой гигроскопичностью. Разлагается под действиемУФ-излучения. Общий диапазон рабочих температур изделий изполиэтилентерефталата от -60 до 170 °C.
По внешнему виду и посветопропусканию (90%) листы из ПЭТ аналогичны прозрачному оргстеклу (акрилу) иполикарбонату. Однако по сравнению с оргстеклом у полиэтилентерефталата ударнаяпрочность в 10 раз больше.
ПЭТ – хорошийдиэлектрик, электрические свойства полиэтилентерефталата при температурах до180.°С даже в присутствии влаги изменяются незначительно.
Основные характеристикиполиэтилентерефталата:
ü Плотностьаморфного полиэтилентерефталата: 1,33 г/см3.
ü Плотностькристаллического полиэтилентерефталата: 1,45 г/см3.
ü Плотностьаморфно-кристаллического полиэтилентерефталата: 1,38-1,40 г/см3.
ü Коэффициенттеплового расширения (расплав): 6,55·10-4.
ü Теплопроводность:0,14 Вт/(м·К).
ü Сжимаемость(расплав): 99·106 Мпа.
ü Диэлектрическаяпостоянная при 23 °С и 1 кГц: 3,25.
ü Тангенсугла диэлектрических потерь при 1 Мгц: 0,013-0,015.
ü Относительноеудлинение при разрыве:12-55%.
ü Температурастеклования аморфного полиэтилентерефталата: 67 °С.
ü Температурастеклования кристаллического полиэтилентерефталата: 81 °С.
ü Температураплавления: 250-265 °С.
ü Температураразложения: 350 °С.
ü Показательпреломления (линия Na) аморфного полиэтилентерефталата: 1,576.
ü Показательпреломления (линия Na) кристаллического полиэтилентерефталата: 1,640.
ü Пределпрочности при растяжении: 172 МПа.
ü Модульупругости при растяжении: 1,41·104 МПа.
ü Влагопоглощение:0,3%.
ü Допустимаяостаточная влага: 0,02%.
ü Морозостойкость:до –60 °С. [3]
Лавсанценится больше всего за свои уникальные свойства – износостойкость, упругость,кроме того, лавсан прекрасно чувствует себя в кислотных и слабощелочных средах,а также имеет хорошую совместимость с большим количеством тканей и биологическииндифферентен.
У лавсанаесть еще одно незаменимое свойство – способность выдерживать большиетемпературы и не деформироваться. Плавится лавсан при температуре свыше двухсотшестидесяти градусов, что гораздо выше, чем у веществ, теряющих свою форму ужепри ста градусах… [9]
6. Химические свойства
Полиэтилентерефталатимеет высокую химическую стойкость к бензину, маслам, жирам, спиртам, эфиру,разбавленным кислотам и щелочам. Полиэтилентерефталат не растворим в воде и многихорганических растворителях, растворим лишь при 40-1500С в фенолах и их алкил- ихлорзамещенных, анилине бензиловом спирте, хлороформе, пиридине, дихлоруксуснойи хлорсульфоновой кислотах, метиленхлориде, метилэтилкетоне, этилацетате,четыреххлористом углероде и др… Неустойчив к кетонам, сильным кислотам ищелочам. [10]
Материал не обладаетхимической стойкостью к воздействию ацетона, хлорбензола, хлороформа,метиленхлорида, хлорэтилена, трихлорэтилена, тетрагидрофурана, горячей воды(выше +600С), концентрированной уксусной кислоты, 40% плавиковой кислоты, 10%водного раствора щелочи калия, 50% водного щелочного раствора углекислогонатрия, водного раствора карболовой кислоты, 36% раствора соляной кислоты, 2%водного раствора серной кислоты.
Имеет повышеннуюустойчивость к действию водяного пара. [5]
Для оценки молекулярноймассы методом вискозиметрии используют растворы полиэтилентерефталата втехнической смеси крезолов, о-хлорфеноле, смеси фенолтетрахлорэтана (1:1) и др.Обладает низкой гигроскопичностью (водопоглощение обычно 0,4-0,5%), котораязависит от фазового состояния полимера и относительной влажности воздуха
Из химических свойствполиэтилентерефталата стоит особо отметить его физиологическую инертность,позволяющую материалу напрямую контактировать с пищевыми и фармакологическимипродуктами, отличную сопротивляемостью окрашиванию, устойчивость к действиюмногочисленных моющих средств, высокую устойчивость к воздействию кислот ивместе с тем легкую склеиваемость. [11]
7.Применение
Благодаря широкомуспектру свойств, а также возможности управлять его кристалличностью,полиэтилентерефталат находит разнообразное применение и занимает пятое место вмире – 6,5% от объема потребления всех полимерных материалов.
Широкое применение ПЭТФначалось в 60-е годы первоначально в производстве текстиля. С тех порспрос неуклонно растет в первую очередь в развитых странах. На рынке ПЭТФ вбольшинстве регионов отмечается чрезвычайно быстрый рост спроса со стороныпродуцентов полиэфирных волокон и нитей. В свою очередь из полиэфирных волокони нитей изготавливают полиэфирные (ПЭФ) ткани. Рост спроса на ПЭФ был вызван, впервую очередь, более низкой себестоимостью по сравнению с другими видамихимических волокон и нитей. Вторым фактором популярности полиэфира стал широкийспектр применения в связи с прекрасными свойствами материала. По прочности иудлинению полиэфир не уступает полиамиду, а по светоустойчивости превосходитего, по формоустойчивости превосходит самое формоустойчивое из всех природныхволокон — шерсть, имеет низкую гигроскопичность и высокую термостойкость, чтоявляется достоинством при производстве технических тканей. Различают:Текстильные волокна (торговое название «полиэстер») и нити.
Полиэфирные текстильныеволокна — производство пряжи полиэфирной и смесовой, широкоприменяется в производстве хлопковых, льняных, шерстяных тканей.
Полиэфирные текстильныенити — используются в производстве широкого ассортимента различных типов материалов:подкладочные, костюмные ткани и др. Нити из лавсана нашли свое применения вхирургии, поскольку ткани организма хорошо с ними взаимодействуют, не отторгая,как инородное тело, но и не растворяясь внутри тканей. Таким образом, послеоперации внешний вид швов не видоизменится, они не деформируются, что частопроисходит с обычными хирургическими нитями.
По сравнению сполиамидными волокнами это волокно обладает наименьшей гигроскопичностью, наибольшейустойчивостью к действию воды и высокими теплостойкостью, светостойкостью ихемостойкостью.
По теплопроводности инесминаемости лавсан похож на шерсть. Изделия из этого волокна имеютшерстеподобный вид.
Волокно лавсан неподвержено повреждению молью, плесенью и гнилостными микроорганизмами. [12]
По внешнему видулавсановое волокно не отличается от других химических волокон. Внесенное впламя, оно горит слабожелтоватым пламенем с выделением черной копоти. Послезатухания на конце волокна застывает твердый шарик черного цвета. Себестоимостьволокна лавсан ниже себестоимости полиамидных волокон.
Благодаря целому рядуположительных свойств лавсан широко применяется для изготовления изделийнародного потребления, а также для технических целей.
Штапельное волокнолавсан используют в чистом виде, в смеси с шерстью, хлопком, льном, в смеси сразными химическими волокнами. Из пряжи с лавсаном изготавливают разнообразныеткани (плательные, костюмные, пальтовые), нетканые материалы, трикотаж,искусственный мех.
Лавсановый шелкиспользуют в основном для тканей технического назначения, швейных ниток иизготовления текстурированной нити мэлан. [9]
Основные сферыприменения технических волокон и нитей: Армирование шлангов; Армированиеприводных ремней; Производство упаковочной ленты; Производство автомобильныхподушек безопасности; Производство напольных покрытий; Армирование тентовыхтканей; Производство баннерных тканей и армирование баннерных ПВХ покрытий;Производство кордных тканей; Производство геотканей.
Производство ПЭТбутылок — одно из самых значительных направленийиспользования полиэтилентерефталата в России. Развитие технологии выдувки изпреформ, стойкость к ударным нагрузкам, свобода в выборе дизайна и относительнонизкая стоимость сделали ПЭТ упаковку самой популярной на рынке газированныхнапитков и минеральных вод, растительных масел. Кроме того ПЭТ тара получилаширокое распространение в упаковке пива, майонеза, косметики, бытовой химии,технических жидкостей и др. пищевых и непищевых продуктов.
Полиэстровые пленки( торговое название «лавсан»)делятся на:
1) ОПЭТ пленку –тонкие пленки, ориентированные в одном направлении. Такие пленки предназначеныдля электроизоляции кабелей и изготовления пленочных кондиционеров. РЕТ пленкиобладали для этого оптимальными свойствами – наибольшее сопротивление проколупри наименьшей толщине. Массовое же производство связано с производствомфотопленок, аудио-, видеолент, которое стремительно отмирает вследствиеперехода к цифровым технологиям воспроизведения.
2)БОПЭТ пленку — двуосноориентированная пленка. Она несравнимо тоньше (до 4 мкм), гораздосильнее уровень сопротивления к проколу. Они предназначенная для изготовлениягибкой упаковки под майонез, кетчуп, снеки из рыбы и морепродуктов, сыпучиетовары бытовой химии, кофе, молоко, специи, кондитерские изделия, пельмени идр.
К настоящему времениБОПЭТ пленка практически полностью вытеснила ОРЕТ пленку
3)ПЭТ-G пленку– пленка, предназначенная для изготовления термоусадочной этикетки. Кроме того,эти пленки применяются в полиграфии – для изготовления окошечек для конвертов иупаковки
4) А-ПЭТ пленку– аморфная пленка, предназначенная для термоформованной упаковки.Преимуществами АПЭТ пленок являются высокий уровень ударопрочности и высокаяморозостойкость. Первый фактор предопределил использование АПЭТ дляизготовления коррексов для конфет. Второй фактор — широкое применение дляупаковки мороженого, замороженных овощей и фруктов, полуфабрикатов и т. п. [12]
Такжеполиэтилентерефталат применяется в:
— пищевой и фармацевтическойпромышленности: фильеры, матрицы, подшипники, ролики, валы, шестерни,смесители, элементы дозирующих автоматов, направляющие, буферные планки;
— конвейерных,упаковочных и фасовочных системах: шестерни, цепные и ременные приводы,панели-вкладыши машин для вакуумной упаковки, проступные валы, обоймы шариковыхподшипников, роликовые подшипники, втулки упорных подшипников скольжения,несущие, уплотнительные прокладки;
— общеммашиностроении и электротехнике: фрикционные диски, части выключателей,резцедержатели, корпуса, валы, подшипники скольжения, опорные кольца, ролики,шестерни, клеммные колодки, распорные планки, направляющие, уплотнительныепрокладки, изоляторы, зажимы и т.п. [13]
Заключение
В промышленном масштабеПЭТ начал выпускаться как волокнообразующий полимер, но вскоре занял одно изведущих мест и в индустрии полимерной упаковки. По темпам роста потребления внастоящее время полиэтилентерефталат является наиболее быстрорастущимполимерным материалом.
В настоящее времямировое производство полиэтилентерефталата достигает около 34,5 млн. тонн ипродолжает неуклонно расти.
У полиэтилентерефталатаесть как достоинства, так и недостатки. К преимуществам можно отнести:
• высокая прочность ижесткость
• высокое сопротивлениеползучести
• высокая поверхностнаятвердость
• хорошо полируется
• высокая прозрачность — до 80%, что позволяет изготавливать изделия, имитирующие стеклянные
• высокая устойчивостьк деформации
• хорошее свойствотрения скольжения и износостойкость
• хорошие электрическиеизолирующие свойства
• высокая стойкость кхимикатам. Основным недостатком является: средние диэлектрические свойства.
Список использованнойлитературы
1) Наукаи человечество// Международный ежегодник.- М.: Знание,1976.-с.16-18
2) http://www.polymerbranch.com
3) ГульВ.Е. Структура и механические свойства полимеров.- М.: Высшая школа,1966.-с.28
4) http://www.helvetica-t.ru
5) ЯшкпроваМ.Г. Полимерные комплексы: получение, свойства, применение. — Семипалатинск,2003.-с.54
6) ГригорьевГ.П. Полимерные материалы.- М.: Химия, 1972.-с.41-43
7) НесмеяновА.Н. Начала органической химии.- Москва,1970- 2 том. — с.179
8) ВоюцкийС.С. Курс коллоидной химии.- М.: Химия, 1975.- с.420
9) Краткийкурс химической технологии волокнистых материалов. — М.: Легкая и пищеваяпромышленность, 1984.- с.98
10) ЗахарченкоВ.Н. Коллоидная химия. — М.: Высшая школа,1989.-с.201
11) НифантьевЭ.Е. Основы прикладной химии. — М.: Владос,2002.-с.18
12) http://www.polymery.ru/material.
13) http://aizol.com.ua/materials/konstplast/tecapet.html
14) РусаковП.В. Производство полимеров.- М.: высшая школа,1988.- с.218