Реферат: Химические свойства и область применения полиэтилентерефталата

2. Строение полиэтилентерефталата

Полиэтилентерефталат является продуктом поликонденсации терефталевой кислоты (OH)-(CO)-C6H4-(CO)-(OH) и моноэтиленгликоля (OH)-C2H4-(OH). В процессе поликонденсации образуется линейная молекула полиэтилентерефталата [-O-(CH2)2-O-(CO)-C6H4-(CO)-] n и вода. Молекулярная масса полиэтилентерефталата 20-40 тыс.

ФениленоваягруппаC6H4 в основной цепи придает жесткость скелету молекулы полиэтилентерефталата и повышает температуру стеклования и температуру плавления полимерного материала. Регулярность строения полимерной цепи повышает способность к кристаллизации полиэтилентерефталата, которая в значительной степени определяет механические свойства и которой можно управлять, поскольку степень кристалличности полиэтилентерефталата зависит от способа его получения и обработки.

Возможность управления кристалличностью полиэтилентерефталата существенно расширяет спектр его применения. Так, например, подвергая аморфный ПЭТ двухосному растяжению при температуре выше температуры стеклования для создания кристалличности, получают материал с замечательными барьерными свойствами для изготовления бутылок для газированных напитков.

Максимальная степень кристалличности неориентированного полиэтилентерефталата - 40-45%, ориентированного - 60-65%.[2]

Структура полиэтилентерефталата обусловливает его особенности, а именно: прочность относительно механического воздействия (в том числе ударопрочность), устойчивость к агрессивной химической среде, великолепная эластичность, как холодном, так и в нагретом состоянии. [3]

3. Разновидности полиэтилентерефталата

Кроме самого полиэтилентерефталата также существует Полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ) - высокоударопрочный листовой пластик из полиэтилентерефталата с добавлением гликоля (по международному обозначению PET-G). Благодаря модифицированию, ПЭТГ при нагреве не кристаллизуется, что делает возможным более глубокую вытяжку при термоформовании. При этом ПЭТГ не теряет свои основные свойства: ударопрочность и прозрачность. К основным свойствам относятся: ударопрочность, высокая химическая и УФ-устойчивость, отличные оптические свойства, повышенная влагоустойчивость, пожаробезопасность, возможность обработки всеми известными способами механически и вручную. Может подвергаться склеиванию, изгибанию и изменению формы посредством термовакуумформования.

Применяется в качестве: витрин, торгового оборудования, сувенирной и печатной продукции, защитных стекол, производства упаковок, системы уличного освещения, оформления бензо/ газоправочных станций, медицинского оборудования. [4]

4. Получение полиэтилентерефталата

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) является полимером пара-(тере)фталевой кислоты и этиленгликоля. Он может быть получен тремя способами: 1) из хлорангидрида терефталевой кислоты и гликоля в среде инертного растворителя, в присутствии щелочного катализатора; 2) при полиэтери-фикации терефталевой кислоты и гликоля, взятого в избытке, в присутствии катализаторов этерификации; 3) переэтерификацией диметилтерефталата этиленгликолем с последующей поликонденсацией образовавшегося дигликольтерефталата.

Первые два 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.

В промышленности наибольшее распространение получил последний способ. [14]

Полиэтилентерефталат получают поликонденсацией кристаллической терефталевой кислоты или ее диметилового эфира с жидким этиленгликолем по периодической или непрерывной схеме в две стадии : этерификации терефталевой и изофталевой кислот этиленгликолем и поликонденсации в присутствии катализатора — триоксида сурьмы.

По технико-экономическим показателям преимущество имеет непрерывный процесс получения полиэтилентерефталата из кислоты и этиленгликоля. Этерификацию кислоты 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 смесь бис-(2-гидроксиэтил)терефталата с его олигомерами подвергают поликонденсации в нескольких последовательно расположенных аппаратах, снабженных мешалками, при постепенном повышении температуры от 270 до 300 °С и снижении давления от 6600 до 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 производства полиэтилентерефталата является этерификация, представляющая собой процесс, характеризующийся получением сложных эфиров из различных спиртов и кислот.

Два таких смежных процесса, как предполиконденсация и непосредственно поликонденсация объединяются на одном этапе. Здесь осуществляется синтез полимеров, который сопровождается выделением побочных продуктов реакции (низкомолекулярные соединения). Заключительным моментом первой стадии производства полиэтилентерефталата является процесс гранулирования. Из аморфного полимера, обладающего низкой степенью вязкости получают бесцветные гранулы.

Вторая стадия получения ПЭТ, характерная для классической технологии производства этого материала, является твердофазной дополиконденсацией. Процесс представляет собой последовательное охлаждение и нагревание полученных гранул. Они нагреваются до высоких температур, что способствует повышению молекулярной массы продукта и, как следствие, увеличение степени вязкости полимера.[6]

Также существует технология получения полиэтилентерефталата из диметилтерефталата.

После завершения процесса, 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 размером гранул 2-4 миллиметра) или направляется на формование волокна. Матирующие агенты (TiO2), красители, инертные наполнители (каолин, тальк), антипирены, термо-, светостабилизаторы и другие добавки вводят во время синтеза или в полученный расплав полиэтилентерефталата. [5]

В последнее время в мире широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты (TFK) по непрерывной схеме. И именно данный способ признается весьма перспективным.

[7].

5 . Физические свойства

Аморфный полиэтилентерефталат – твердый прозрачный с серовато-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 в инертной среде. Полиэтилентерефталат прочный, жёсткий и лёгкий материал. Пластик не ядовит. [3]

Полиэтилентерефталат обладает высокой механической прочностью и ударостойкостью, устойчивостью к истиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе и сохраняет свои высокие ударостойкие и прочностные характеристики в рабочем диапазоне температур от –40. °С до +60 °С. [8]

ПЭТ отличается низким коэффициентом трения и низкой гигроскопичностью. Разлагается под действием УФ-излучения. Общий диапазон рабочих температур изделий из полиэтилентерефталата от -60 до 170 °C.

По внешнему виду и по светопропусканию (90%) листы из ПЭТ аналогичны прозрачному оргстеклу (акрилу) и поликарбонату. Однако по сравнению с оргстеклом у полиэтилентерефталата ударная прочность в 10 раз больше.

ПЭТ – хороший диэлектрик, электрические свойства полиэтилентерефталата при температурах до 180.°С даже в присутствии влаги изменяются незначительно.