ПЭТ – что это такое, применение полиэтилентерефталата

Полимер востребован разными отраслями, но более всего – пищевой промышленностью. Производители видят в нем лучшую альтернативу материалам со схожими характеристиками – например, стеклу. В сравнении с последним термопластик имеет меньшую себестоимость, отличается легкостью и устойчивостью к механическим повреждениям. Его применение более целесообразно и выгодно как изготовителю продукции, так и конечному потребителю. При этом он подлежит вторичной переработке и утилизации.

Поэтому поговорим о ПЭТ подробнее: расскажем, что это такое, какой материал может выступать альтернативой пластику, почему он так часто используется для производства бутылок и за какие качества полиэфир недолюбливают экологи.

Обратите внимание: мировое потребление полиэфира данного вида постоянно растет. Сегодня объем рынка превышает $60 млрд. Ожидается, что уже к 2026 году он сможет прибавить не менее 15%. Упаковка остается одной из самых востребованных у потребителей.

По подсчетам аналитиков, каждую минуту в мире покупают примерно 1 млн бутылок из полиэтилентерефталата. Темпы их производства не отстают. Наибольшим спросом продукция пользуется на Североамериканском континенте. Ее популярность вызывает справедливое беспокойство у экологов. Однако вопросы переработки уже проработаны на законодательном уровне, равно как и применение вторичного материала.

Что это такое

Термопластик из класса полиэфиров, получаемый путем поликонденсации этиленгликоля совместно с терефталевой кислотой. Аморфно представляет собой твердое бесцветное вещество с повышенной прозрачностью, в кристаллической форме приобретает белый цвет.

Обладает достаточной вязкостью, характеризуется прочностью и стойкостью к износу. На рынке также позиционируется как ПЭТФ, ПЭТГ, майлар и лавсан. Последнему названию материал обязан Лаборатории ацетатных волокон Сибирского отделения Академии наук с соответствующей аббревиатурой. Именно здесь впервые на территории СССР был получен данный термопластик.

Говоря о том, что такое полиэтилентерефталат (ПЭТ), стоит отметить следующее: это полимер, с достаточной вязкостью, зависящей от длины его молекулы. Он выступает отличным диэлектриком, способен оставаться прозрачным после быстрой кристаллизации, хотя изначально имеет насыщенный белый цвет.

История появления

Первыми исследования процесса синтеза полиэфира и его базовых свойств начали британские химики Джон Уинфилд и Джеймс Диксон. На тот момент они работали в крупнейшей текстильной компании страны и обладали широкими ресурсами. Ученые провели важнейшие эксперименты в 1935 году и уже через 6 лет подали документы для получения патента.

В СССР синтезировали полиэтилентерефталат в 1949 году – уже после публикации исследований британцев. Впервые на территории страны это удалось сделать новосибирским химикам.

На протяжении долгого времени мировые технологии производства материала совершенствовались, а интерес к нему – возрастал. Однако первую в мире ПЭТ-бутылку ученым удалось запатентовать лишь в 1973 году. Она произвела настоящий фурор и стимулировала увеличение объема изготовления полиэтилентерефталата. Параллельно росло и количество пластиковых отходов. В конечном итоге это привело к быстрому запуску промышленной переработки соответствующей тары.

Состав полиэтилентерефталата

На протяжении всей истории выпуска он существенно не менялся. Добавлялись новые компоненты. В частности, оптимизирующие свойства кристаллического ПЭТ. Но основа оставалась той же. Поэтому поговорим о том, из чего состоит полиэтилентерефталат и что из него делают. С химической точки зрения пластик производится на основе смол. Последние получают из нефти и конденсата газа. В зависимости от требований к характеристикам материала и технологии при его изготовлении используются моноэтиленгликоль и терефталевая кислота из параксилола, либо ее диметиловый эфир.

С 70-х годов прошлого века широко распространена очистка компонентов методом каталитического гидрирования. Она применяется и сегодня. В качестве катализатора добавляют палладий, наносимый на активированный уголь. Наиболее популярной стала технология синтеза ПЭТ в одну стадию по непрерывной схеме.

Физические свойства полиэтилентерефталата

В аморфном состоянии материал прозрачный – иногда имеет сероватый или желтоватый оттенок. После кристаллизации он твердеет и становится белым. Данный полиэфир обладает сниженным коэффициентом трения. В частности, это касается марок со стекловолокном в составе. Может являться отличным диэлектриком, так как не способен распространять ток. Однако в качестве изоляции используется редко. По совокупности характеристик он более всего подходит для производства различной упаковки. Именно в таком виде полиэфир преимущественно поставляется на рынок.

Давайте опишем полиэтилентерефталат более подробно – расскажем, что это за материал и каковы его свойства:

1. Обладает повышенной термостойкостью.
2. Быстрее разрушается на открытом воздухе, чем в инертных средах.
3. Отличается жесткостью и прочностью при минимальном весе.
4. Нетоксичен, в твердом виде безопасен для здоровья человека.
5. Изделия из него могут использоваться от -70 С до 170 С.
6. Устойчив к ударам и прочим механическим повреждениям, выдерживает многократные изгибы.
7. Имеет сниженный коэффициент трения, не поглощает пар и влагу.

Свойства диэлектрика ПЭТ способен сохранять при температуре воздуха до 180 С. Их не может значительно изменить даже повышенная влажность. Изготовленные из данного материала листы и пленки часто выступают полноценными альтернативами акриловому стеклу. Ключевая причина – оптимальная светопропускная способность, находящаяся на уровне 90%. При этом изделия более стойкие к различным механическим воздействиям.

Обратите внимание: ультрафиолетовое излучение опасно для полиэтилентерефталата – оно провоцирует быстрое разложение полимера.

Типы сложных полиэфиров или аналогов ПЭТ

Эти материалы характеризуются схожими свойствами – прочностью, повышенной надежностью. Классификация производится по параметрам состояний, а также температур, при которых они плавятся или проходят стеклование. В соответствии с этими характеристиками выделяют следующие аналоги:

• полибутилентерефталат (ПБТ);
• поликарбонат (ПК);
• полиарилаты (ПАР);
• термопластичный эластомер (TPE-E);
• политриметилентерефталат (РТТ) и другие.

При этом сложные полиэфиры могут иметь специфические особенности. Так полибутилентерефталат обладает отличными антифрикционными свойствами. Однако материал теряет их в воде, нагретой до температуры более 60 С. Также наблюдаются различия по состояниям – может быть аморфными или кристаллическим, – и другим качествам.

Производство ПЭТ

В качестве готового сырья обычно используют диметиловый эфир, который преимущественно изготавливают непрерывно в два этапа. Температурный режим при этом может быть различным – до 2 700 С. Давление – в диапазоне от 0.1 Мпа до 0.2 МПа. Получаемая смесь проходит поликонденсацию. На этом этапе температура повышается до максимальной, а разряжение – снижается. Как только расплавление материала завершается, состав выдавливают из аппарата. Далее он проходит охлаждение и формование. Альтернативный вариант – гранулирование.

От того, как получают полиэтилентерефталат, зависит технология производства и применение ПЭТ. Напомним, что материал может подвергаться модификации:

• матирующими агентами на основе оксида титана;
• различными красителями;
• светостабилизаторами;
• инертными веществам;
• антипиренами и так далее.

Эти компоненты вводятся на этапе расплава или в процессе синтеза. Они помогают улучшить основные характеристики полиэфира – например, повысить его термическую устойчивость или снизить риски от воздействия ультрафиолета.

Многие качества зависят от скорости охлаждения полимера. Если оно проходит быстро, то полиэтилентерефталат будет аморфным, прозрачным. При остывании полиэфир становится кристаллическим, приобретает белый цвет. С учетом того, что ПЭТ – это преимущественно материал для производства тары и различной упаковки, первый способ остается наиболее распространенным и актуальным.

В процессе изготовления достигается оптимальная химическая стойкость полимера. Он также приобретает отличные барьерные свойства. В промышленности чаще всего используют гранулированный полиэтилентерефталат. Размер фракции обычно не превышает 4 мм. Для работы с ним применяется разное оборудование. Наиболее востребованным остается технологическое оснащение из Европы, Азии и Северной Америки. На территории России и стран постсоветского пространства соответствующие машины практически не производятся. Оборудование импортируют.

Характеристики ПЭТ

Во многом зависят от состояния полиэфира. В частности, по параметрам термической деструкции. Общие качества включают в себя устойчивость к механическому воздействию, истиранию и химической агрессии.

Материал не вступает в реакции со спиртами и другими веществами. Он также невосприимчив к некоторым кислотам и щелочам при условии их невысокой концентрации. Не разрушается при контакте с паром, не растворяется в холодной в воде. При этом полимер может деформироваться при воздействии кетонов. Влияние на качества полиэфира также способны оказывать вещества, входящие в его состав с целью модификации базовых свойств.

Основные характеристики ПЭТ как материала из класса полиэфиров:

1. Плотность – от 1.335 г/см3.
2. Плавление при температуре более 250 С.
3. Удлинение – до 55%.
4. Прочность – 172 МПа.
5. Поглощение влаги – 0.3%.

Стеклование происходит при температурном режиме 67 С для аморфного пластика и 81 С – для кристаллического. Полимер подвержен термической деструкции, которая наступает по всей цепи. Материал также имеет способность к окислению, что может усложнять его переработку. Чтобы избежать сложностей, в состав включают разнообразные антиоксиданты.

Применение ПЭТ

В ходе изготовления продукции возможно использование множества технологий. Наиболее популярные – формование, литье и производство методом экструзии. Тонкая пленка при этом требует охлаждения, а иногда и регулирования степени кристалличности. Это происходит посредством отжига при определенной температуре.

Технология литья под давлением позволяет изготавливать преформы для бутылок и некоторой другой тары. Обычно в процессе используется стандартный комплекс оборудования, состоящий из термопластавтомата, пресса и холодильников.

Возможность корректировать кристалличность материала значительно расширяет сферу его применения. Однако абсолютной доминантой остается выпуск бутылок для розлива напитков. В основном, газированных – ПЭТ характеризуют отличные барьерные качества. Также полимер востребован в ходе изготовления текстильных волокон и изоляторов. В последнее время его часто применяют для создания аксессуаров.

Примеры изделий

Отвечая на вопросы о том, что такое ПЭТ, мы приводим в пример тару – это может быть бутылка или другая емкость, произведенная из полиэфира.

Также материал используют для изготовления следующей продукции:

• детали и элементы кузова транспортных средств;
• ручки и переключатели на бытовых плитах;
• медицинские приборы;
• различные виды упаковки;
• преформы и так далее.

Вторичная переработка ПЭТ

Развитие технологий привлекло особое внимание к полимеру и сделало его экологически безопасной альтернативой многим веществам из той же группы. Отметим, что еще несколько лет назад получение сырья из пластиковых отходов данного типа было проблематичным. Процесс не приносил прибыли. В результате переработка преимущественно осуществлялась в принудительном порядке, либо компенсировалась из государственного бюджета.

Утилизация при этом была неразрывно связана с экологическими рисками. Поэтому изготовители были вынуждены искать более бюджетные и целесообразные способы вторичного использования. Исследования быстро дали необходимый результат: на данный момент в России и в мире работают десятки предприятий, ориентированные на получение сырья из отходов. Встречаются и комбинированные производства.

Однако избежать некоторых проблем до сих пор не удается. Большинство из них связаны с коммерческой составляющей выпуска пластиковой тары. Так на бутылки часто наносятся этикетки. При переработке клей, с помощью которого они фиксируются на поверхности, провоцирует обесцвечивание материала и делает его дальнейшее использование невозможным. Полимер также способен к старению, в результате которого он теряет основные физические качества.

Положительные аспекты

Расшифровка базовых свойств и характеристик ПЭТ значит, что это такое вещество, какое находит максимально широкую сферу применения. Универсальность – один из главных плюсов материала. Он отличается вязкостью, которая растет пропорционально увеличению длины молекулы. Упаковка из этого полиэфира также имеет минимальную теплопроводность, благодаря чему жидкость в бутылке может нагреваться гораздо медленнее, чем в таре из другого пластика.

Ключевые преимущества полимера:

• увеличенная прочность – даже при падении с полутораметровой высоты изделие может сохранить целостность;
• инертность к разбавленным кислотам и многим щелочам, стойкость к химической агрессии веществ;
• минимальное поглощение влаги, невосприимчивость к пару;
• прозрачность на уровне лучших видов пластика по этому показателю – минимум 89%;
• сохранение формы при температуре до 80С, а иногда и более;
• низкий вес – емкость дает значительного утяжеления продукта, не усложняет его транспортировку;
• устойчивость к истиранию, растяжению и так далее.

Недостатки тары из ПЭТ

Ультрафиолет губителен для нее. На солнце деградация материала значительно ускоряется. Чтобы предотвратить это, в полиэтилентерефталат добавляют специальные защитные компоненты. В результате повышается стойкость к воздействию УФ-лучей, увеличивается эксплуатационный ресурс изделия.

Иногда недостатками являются физические свойства ПЭТ. Помимо способности к старению, потребителя может не устраивать эластичность упаковки, ее недостаточная твердость. Существует также мнение о токсичности пластика этого вида. На самом деле при правильном использовании он не представляет никакой опасности для здоровья человека.

Объективным недостатком можно назвать сложность утилизации. Однако и в этой части производители заметно продвинулись вперед. Развитие технологии вторичной переработки материала позволяет не только снизить нагрузку на экологию, но и получить дополнительную прибыль. В результате не происходит избыточного загрязнения окружающей среды.

Подведем итоги

ПЭТ – это термопластик и одновременно один из самых популярных полиэфиров в мире. Прочный, устойчивый к разрыву, перепадам температур, химической агрессии. Достаточно вязкий и легкий. Удобный в транспортировке и перемещении.

Изделия из полиэтилентерефталата изготавливают методом литья под давлением, экструзии или формовки. В зависимости от технологии возможно создание продукции с различными потребительскими свойствами.

При разных состояниях материал может быть белым или прозрачным. Именно в последнем виде он применяется чаще всего. Основная сфера использования – выпуск пластиковых бутылок для всевозможных напитков. В частности, для газированных, ведь ПЭТ обладает хорошими барьерными качествами.

Помимо тары из полимера этого типа изготавливают детали для автомобилей, различные ручки и регуляторы для бытовой техники, медицинские приспособления, пищевую упаковку и текстильные волокна.