Полиэтилентерефталат

Благодаря целому ряду положительных  свойств лавсан широко применяется  для изготовления изделий народного  потребления, а также для технических  целей.

Штапельное волокно лавсан используют в чистом виде, в смеси  с шерстью, хлопком, льном, в смеси  с разными химическими волокнами. Из пряжи с лавсаном изготавливают  разнообразные ткани (плательные, костюмные, пальтовые), нетканые материалы, трикотаж, искусственный мех.

Лавсановый шелк используют в основном для тканей технического назначения, швейных ниток и изготовления текстурированной нити мэлан.

Основные сферы применения технических волокон и нитей: Армирование шлангов; Армирование приводных ремней; Производство упаковочной ленты; Производство автомобильных подушек безопасности; Производство напольных покрытий; Армирование тентовых тканей; Производство баннерных тканей и армирование баннерных ПВХ покрытий; Производство кордных тканей; Производство геотканей.

Производство ПЭТ бутылок - одно из самых значительных направлений использования полиэтилентерефталата в России. Развитие технологии выдувки из преформ, стойкость к ударным нагрузкам, свобода в выборе дизайна и относительно низкая стоимость сделали ПЭТ упаковку самой популярной на рынке газированных напитков и минеральных вод, растительных масел. Кроме того ПЭТ тара получила широкое 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 предназначены  для электроизоляции кабелей  и изготовления пленочных кондиционеров.  РЕТ пленки обладали для этого  оптимальными свойствами – наибольшее  сопротивление проколу при наименьшей  толщине. Массовое же производство  связано с производством фотопленок, аудио-, видеолент, которое стремительно  отмирает вследствие перехода  к цифровым технологиям воспроизведения.

2) БОПЭТ пленку - двуосноориентированная  пленка. Она несравнимо тоньше (до 4 мкм), гораздо сильнее уровень  сопротивления к проколу. Они  предназначенная для изготовления  гибкой упаковки под майонез,  кетчуп, снеки из рыбы и морепродуктов,  сыпучие товары бытовой химии,  кофе, молоко, специи, кондитерские  изделия, пельмени и др.

К настоящему времени БОПЭТ  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 и упаковки

4) А-ПЭТ пленку – аморфная пленка, предназначенная для термоформованной упаковки. Преимуществами АПЭТ пленок являются высокий уровень ударопрочности и высокая морозостойкость. Первый фактор предопределил использование АПЭТ для изготовления коррексов для конфет. Второй фактор - широкое применение для упаковки мороженого, замороженных овощей и фруктов, полуфабрикатов и т. п.

 

Также полиэтилентерефталат применяется в:

- пищевой и фармацевтической промышленности: 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  шариковых подшипников, роликовые  подшипники, втулки упорных подшипников  скольжения, несущие, уплотнительные  прокладки;

- общем машиностроении  и электротехнике: фрикционные диски, части выключателей, резцедержатели, корпуса, валы, подшипники скольжения, опорные кольца, ролики, шестерни, клеммные колодки, распорные планки, направляющие, уплотнительные прокладки, изоляторы, зажимы и т.п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

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.[4]

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.

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.

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.

Я приведу и рассмотрю  способ производства ПЭТФ, который осуществляется по периодической схеме (рис. 1) и состоит из следующих стадий: подготовки сырья, переэтерификации, поликонденсации, охлаждения и измельчения полимера.

В аппарат 1 для растворения катализатора загружают этиленгликоль, нагревают  до 125°С и при перемешивании добавляют  катализатор переэтерификации —  ацетат цинка. После этого в реактор  переэтерификации 3 загружают нагретый до 140°С диметилтерефталат и раствор  катализатора в следующем соотношении (мас. ч.) : диметилтерефталат — 80; этиленгликоль  — 100; ацетат цинка — 0,01. 
Процесс переэтерификации проводят в токе инертного газа при 230°С в течение 4—6 ч. Реактор 3 снабжен насадочной колонной 4, которая служит для разделения паров гликоля и метанола, образующегося при переэтерификации.

По  мере переэтерификации из реактора отгоняют пары метанола, которые , пройдя насадочную колонну и отделившись от паров  гликоля, конденсируются в холодильнике 5 и стекают в приемник 6. Вместе с парами спиртов в насадочную колонну попадает возгоняющийся  диметилтерефталат. Он смывается с  колец Рашига потоком сконденсировавшегося гликоля и возвращается в реактор. 
После отгонки метанола температуру в реакторе поднимают до 280°С и отгоняют избыточный этиленгликоль. Расплавленный мономер (дигликольтерефталат), находящийся в реакторе 3, передавливают азотом через металлический сетчатый фильтр 2 в реактор поликонденсации 12, заполненный азотом. Одновременно в линию передачи мономера вводятся наполняющие добавки в виде 20%-ной суспензии диоксида титана или каолина в этиленгликоле. После окончания загрузки в реактор 12 добавляют катализатор поликонденсации — оксид (III) сурьмы, включают обогрев и вакуум. 
Процесс поликонденсации протекает при интенсивном перемешивании реакционной массы, повышении температуры до 285°С и возрастающем вакууме. Выделяющийся при поликонденсации этиленгликоль отгоняется и после конденсатора 7 собирается в вакуум-сборнике 8 до тех пор, пока вакуум не достигнет 1330 Па. После этого вакуум-сборник 8 отключают с целью создания более глубокого вакуума в системе. Поликонденсация проводится в течение 3—5 ч и заканчивается при 295°С и вакууме 133 Па. Перед выгрузкой полиэфира из реактора 12 вакуум отключают и снижают температуру до 280 С. Расплавленный полимер под давлением азота 0,3 МПа выгружается через щелевое отверстие в виде ленты на барабан 11, помещенный в ванну, охлаждаемую водой. Твердая лента попадает на рубильный станок 10, откуда в виде крошки направляется на подсушку и упаковку.[5]

 

1 - аппарат для растворения катализатора, 2 - сетчатый фильтр, 3 - реактор переэтирификации, 4 - насадочная колонна,

5, 7 - холодильники, 6 - приемник, 8 вакуум-сборник, 9 - тянущие валки, 10 - рубильный станок, 11 - охлаждающий барабан,

12 - реактор поликонденсации

Рисунок. Технологическая схема процесса производства полиэтилентерефталата

 

Анализ  полимера

Полиэтилентерефталат  ПЭТФ-С-80 в соответствии с ГОСТ Р 51695-2000 применяется для производства тары, посуды, а также различных  изделий технического и бытового назначения.

Марки полиэтилентерефталата, их назначение и рекомендуемые методы переработки  приведены в таблице 1.

Марка	Назначение	Состав
ПЭТФ-Г-75	Для изготовления  изделий методом  литья под давлением	Гомополимер полиэтилентерефталата
ПЭТФ-С-75		Сополимер полиэтилентерефталата
ПЭТФ-Г-80	Для изготовления  изделий методом  литья под давлением и  экструзии	Гомополимер полиэтилентерефталата
ПЭТФ-С-80		Сополимер полиэтилентерефталата

 

 

Список  использованных источников:

1. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. - М.;Л.: Химия, 1966. - 768 с.
2. Сайт о химии.[Электронный ресурс] // Химическая энциклопедия URL=http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3613.html (дата обращения 01.12.2012).
3. Краткий курс химической технологии волокнистых материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.- с.98
4. Яшкпрова М.Г. Полимерные комплексы: получение, свойства, применение. - Семипалатинск,2003.-с.54
5. Технология пластических масс. Под ред. В.В.Коршака. - М. :Химия, 1985. - 560 с.
6. ГОСТ Р 51695-2000. Полиэтилентерефталат. Общие технические условия. Введ. 2002-01-01.  М.: Изд-во стандартов. 10 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(справочное)

Дополнительные показатели полиэтилентерефталата

Таблица А.1

Наименование  показателя	Значение показателя
1 Массовая доля влаги. %	0.1 - 0.5
2 Плотность, г/см'	1,38 - 1,42
3 Насыпная плотность,  кг/м*	800 - 900
4 Температура плавления, 'С	250 ±2
5 Температура стеклования, *С	78 ±2