Полиэтилентерефталат

Производство и свойства полиэтилентерефталата (ПЭТ)

Полиэтилентерефталат (ПЭТ, полиэстер, лавсан) является одним из наиболее распространённых синтетических термопластичных полимеров, получаемых из продуктов нефтехимического синтеза. Его широкое применение объясняется сочетанием высокой прочности, химической стойкости, прозрачности и технологичности переработки.

Основными мономерами для получения полиэтилентерефталата служат терефталевая кислота (ТФК) или её диметиловый эфир (диметилтерефталат, ДМТ) и этиленгликоль (ЭГ). Оба соединения являются продуктами глубокой переработки углеводородов нефти и газа.

Этиленгликоль получают гидратацией оксида этилена, синтезируемого из этилена, а терефталевая кислота производится путем каталитического окисления пара-ксилола в присутствии кобальтовых и марганцевых катализаторов.

Схема синтеза

Процесс получения полиэтилентерефталата может осуществляться двумя промышленными методами:

Через диметилтерефталат (классическая схема):
- Этерификация: диметилтерефталат взаимодействует с этиленгликолем при 150–200 °C с образованием мономера — бис(2-гидроксиэтил)терефталата и метанола как побочного продукта.
- Поликонденсация: мономер при 270–280 °C в вакууме подвергается ступенчатой поликонденсации с отщеплением этиленгликоля, образуя длинноцепочечный полиэфир.
Через терефталевую кислоту (современная схема, экономичнее и экологичнее):
- Этерификация ТФК этиленгликолем при 240–260 °C в присутствии катализаторов (например, триоксида сурьмы или соединений титана).
- Поликонденсация аналогична первой схеме и проводится при тех же условиях.

Для достижения требуемой молекулярной массы применяется твердофазная поликонденсация: гранулы предварительно полученного ПЭТ нагреваются до 200–220 °C в токе инертного газа, что увеличивает степень полимеризации и улучшает физико-механические свойства.

Структура и физико-химические свойства

ПЭТ является частично кристаллическим полимером. В зависимости от условий охлаждения расплава он может существовать в аморфной или кристаллической форме.

Аморфный ПЭТ — прозрачный, имеет стеклование при 70–80 °C и размягчается при 100–120 °C.
Кристаллический ПЭТ — белый и непрозрачный, плавится при 255–260 °C, отличается высокой термостойкостью и прочностью.

Ключевые характеристики:

Плотность: 1,37–1,40 г/см³
Прочность на разрыв: до 200 МПа
Удлинение при разрыве: 30–70 %
Температура стеклования: ~80 °C
Температура плавления: ~256 °C
Устойчивость к влаге, маслам, спиртам и слабым кислотам

Высокая химическая стойкость обусловлена наличием ароматических колец в основной цепи, придающих жёсткость и устойчивость к растворителям.

Технологические особенности переработки

ПЭТ относится к термопластам, легко перерабатываемым методами:

литья под давлением (для изготовления технических деталей, тары, корпусов приборов);
экструзии и каландрирования (для получения плёнок и листов);
выдувного формования (основной способ изготовления бутылок и упаковки для напитков).

Перед переработкой материал подвергается тщательной сушке (до остаточной влажности менее 0,005 %), так как присутствие воды вызывает гидролитическое разложение и уменьшение молекулярной массы.

Применение

Полиэтилентерефталат занимает одно из ведущих мест среди полимерных материалов в промышленности.

Волокна и нити (лавсан, терилен, дакрон): применяются в текстильной промышленности, производстве кордных тканей, ремней, технических тканей.
Плёнки (Милар, Лавсан-плёнка): используются для электрической изоляции, упаковки, магнитных лент и фотографических носителей.
Тара и упаковка: бутылки для напитков, масла, уксуса; контейнеры для пищевой продукции.
Инженерные пластики: корпуса электроприборов, автомобильные детали, элементы бытовой техники.

Модификации и сополимеры

Для улучшения свойств ПЭТ применяются различные модификаторы и сополимеризация.

Введение изофталевой или нафталиндикарбоновой кислот уменьшает степень кристаллизации, повышая прозрачность.
Добавки стекловолокна увеличивают прочность и термостойкость.
Комбинация с полиэтиленнафталатом или полиэтиленизофталатом даёт материалы с улучшенной барьерностью и оптическими характеристиками.

Переработка отходов и экологические аспекты

ПЭТ — один из наиболее рециклируемых полимеров. Вторичная переработка осуществляется механическим, химическим или комбинированным методами.

Механическая переработка: включает сортировку, мойку, измельчение и плавление отходов с последующим гранулированием.
Химическая переработка: гидролиз, метанолиз или гликолиз, возвращающие исходные мономеры (ТФК и ЭГ), пригодные для повторного синтеза.

Благодаря замкнутому циклу переработки ПЭТ является относительно экологичным материалом в нефтехимической индустрии. Использование вторичного полиэтилентерефталата (rPET) снижает потребление нефти и уменьшает углеродный след производства.

Значение в нефтехимической промышленности

Полиэтилентерефталат представляет собой пример высокоэффективного полимера, полностью основанного на продуктах нефтехимии. Он связывает в единую технологическую цепочку производство ароматических углеводородов, синтез промежуточных мономеров и полимеризацию.

Благодаря сочетанию прочности, стабильности и доступности сырья ПЭТ стал стратегически важным материалом для упаковочной, текстильной и машиностроительной отраслей, а также символом успешного внедрения нефтехимических процессов в повседневную жизнь.