Polietilene tereftalato (PET), con formula chimica (C10H8O4)n, si ottiene tramite scambio di esteri del dimetil tereftalato con glicole etilenico o esterificazione dell'acido tereftalico con glicole etilenico per sintetizzare diidrossietil tereftalato, seguito da policondensazione. È un poliestere saturo cristallino, un polimero bianco latte o giallo chiaro, altamente cristallino con una superficie liscia e lucida. È una resina comune nella vita e può essere suddivisa in APET, RPET e PETG.
Ha eccellenti proprietà fisiche e meccaniche in un ampio intervallo di temperature, la temperatura operativa può raggiungere i 120°C e ha un eccellente isolamento elettrico. Anche ad alta temperatura e alta frequenza, le sue proprietà elettriche sono ancora buone, ma la sua resistenza all'effetto corona è scarsa e la sua resistenza allo scorrimento viscoso, alla fatica, alla resistenza all'attrito e alla stabilità dimensionale sono tutte molto buone.
Introduzione
| Nome | polietilene tereftalato (PET in breve) |
|---|---|
| Alias | Polietilene tereftalato |
| Numero CAS | 25038-59-9 |
| Punto di fusione | 250-255 ° C |
Il polietilene tereftalato è il tipo più importante di poliestere termoplastico, comunemente noto come resina poliestere. È prodotto tramite scambio di esteri di dimetil tereftalato ed etilenglicole o esterificazione di acido tereftalico ed etilenglicole per sintetizzare diidrossietil tereftalato, e quindi reazione di policondensazione. Insieme a PBT, è collettivamente chiamato poliestere termoplastico o poliestere saturo.
Nel 1946, il Regno Unito pubblicò il primo brevetto per la preparazione del PET. Nel 1949, la British ICI Company completò il test pilota. Tuttavia, dopo che la US DuPont Company acquistò il brevetto, fondò un impianto di produzione nel 1953 e fu la prima al mondo a raggiungere la produzione industriale. Nei primi tempi, il PET era quasi sempre utilizzato per le fibre sintetiche (comunemente note come poliestere e Dacron in Cina). Dagli anni '1980, il PET ha fatto sviluppi rivoluzionari come plastica ingegneristica e sono stati sviluppati uno dopo l'altro agenti nucleanti e acceleratori di cristallizzazione. Attualmente, il PET e il PBT sono poliesteri termoplastici e sono diventati uno dei cinque principali ingegneria delle materie plastiche.
Il PET è suddiviso in trucioli di poliestere di grado fibra e trucioli di poliestere non di grado fibra. ① Il poliestere per fibra viene utilizzato per produrre fibre di poliestere in fiocco e filamenti di poliestere ed è la materia prima utilizzata dalle aziende produttrici di fibre di poliestere per la lavorazione di fibre e prodotti correlati. Il poliestere è la più grande varietà di fibra chimica. ② Il poliestere non fibroso viene utilizzato anche in bottiglie, pellicole, ecc. ed è ampiamente utilizzato nell'industria dell'imballaggio, nell'elettronica, nell'assistenza medica, nell'edilizia, nelle automobili e in altri campi. Tra questi, quello dell’imballaggio è il più grande mercato applicativo non fibroso per il poliestere, ed è anche il settore in più rapida crescita per il PET.
È ampiamente utilizzata come fibra e la resina plastica tecnica può essere divisa in due categorie: plastica non tecnica e plastica tecnica. La plastica non tecnica viene utilizzata principalmente per bottiglie, pellicole, fogli, contenitori per alimenti resistenti alla cottura, ecc.
Il PET è un polimero altamente cristallino bianco latte o giallo chiaro con una superficie liscia e lucida. Ha eccellenti proprietà fisiche e meccaniche in un ampio intervallo di temperature e la sua temperatura di esercizio può raggiungere i 120 °C. Ha un eccellente isolamento elettrico. Anche ad alta temperatura e alta frequenza, le sue proprietà elettriche sono ancora buone, ma la sua resistenza alla corona è scarsa e la sua resistenza allo scorrimento, alla fatica, all'attrito e alla stabilità dimensionale sono tutte molto buone. Il PET ha legami estere, che si decompongono sotto l'azione di acidi forti, alcali forti e vapore acqueo. È resistente ai solventi organici e ha una buona resistenza alle intemperie. Gli svantaggi sono la lenta velocità di cristallizzazione, la difficile formatura, l'elevata temperatura di formatura, il lungo ciclo di produzione e la scarsa resistenza all'impatto. In genere, la sua lavorabilità e le sue proprietà fisiche sono migliorate dal rinforzo, dal riempimento, mescolanza e altri metodi. L'effetto del rinforzo in fibra di vetro è ovvio e la rigidità, la resistenza al calore, la resistenza chimica, le proprietà elettriche e la resistenza alle intemperie della resina sono migliorate. Tuttavia, lo svantaggio della lenta velocità di cristallizzazione deve ancora essere migliorato e possono essere aggiunti agenti nucleanti e promotori di cristallizzazione. L'aggiunta di ritardanti di fiamma e agenti gocciolanti ritardanti di fiamma può migliorare la ritardanza di fiamma e le proprietà autoestinguenti del PET.
Vantaggi
- Ha buone proprietà meccaniche, la resistenza agli urti è da 3 a 5 volte quella di altri film e ha una buona resistenza alla piegatura.
- Resistente a oli, grassi, acidi diluiti, alcali diluiti e alla maggior parte dei solventi.
- Può essere utilizzato a lungo nell'intervallo di temperature di 55-60 ℃ e può resistere a temperature elevate di 65 ℃ e basse temperature di -70 ℃ per un uso a breve termine e le sue proprietà meccaniche sono leggermente influenzate da alti e bassi temperature.
- La permeabilità al gas e al vapore acqueo è bassa e ha un'eccellente resistenza a gas, acqua, olio e odori.
- Elevata trasparenza, può bloccare i raggi ultravioletti e ha una buona brillantezza.
- Atossico, inodore, igienico e sicuro, può essere utilizzato direttamente per l'imballaggio alimentare.
Cookie di prestazione
Il PET è un polimero altamente cristallino bianco latte o giallo chiaro con una superficie liscia e lucida. Ha una buona resistenza allo scorrimento, alla fatica, all'abrasione e stabilità dimensionale, bassa usura ed elevata durezza, e ha la più grande tenacità tra termoplastici: buone prestazioni di isolamento elettrico, scarsa influenza della temperatura, ma scarsa resistenza alla corona. È atossico, resistente alle intemperie, resistente agli agenti chimici, basso assorbimento d'acqua, resistente agli acidi deboli e ai solventi organici, ma non resistente all'immersione in acqua calda e agli alcali.
La resina PET ha un'elevata temperatura di transizione vetrosa, una velocità di cristallizzazione lenta, un ciclo di stampaggio lungo, un ciclo di stampaggio lungo, un elevato ritiro dallo stampaggio, una scarsa stabilità dimensionale, uno stampaggio cristallizzato fragile e una bassa resistenza al calore.
Attraverso il miglioramento dell'agente nucleante, dell'agente cristallizzante e del rinforzo in fibra di vetro, il PET ha le seguenti caratteristiche oltre alle proprietà del PBT.
- La temperatura di deformazione termica e la temperatura di utilizzo a lungo termine sono le più alte tra le materie plastiche termoplastiche generali.
- Grazie alla sua elevata resistenza al calore, il PET rinforzato viene immerso in un bagno di saldatura a 250°C per 10 secondi quasi senza deformazioni o scolorimenti, rendendolo particolarmente adatto per la preparazione di parti elettroniche ed elettriche per la saldatura.
- La resistenza alla flessione è di 200 MPa, il modulo elastico è di 4000 MPa, anche la resistenza allo scorrimento viscoso e alla fatica sono molto buone, la durezza superficiale è elevata e le proprietà meccaniche sono simili a quelle di plastiche termoindurenti.
- Poiché il prezzo del glicole etilenico utilizzato per produrre il PET è quasi la metà di quello del butandiolo utilizzato per produrre PBT, la resina PET e il PET rinforzato sono i più economici tra i tecnopolimeri e presentano un elevato rapporto costo-efficacia.
Per migliorare le prestazioni del PET, il PET può essere legato con PC, elastomeri, PBT, PS, ABSe PA.
Il PET (PET migliorato) viene lavorato principalmente mediante stampaggio a iniezione, ma altri metodi includono l'estrusione, lo stampaggio a soffiaggio, il rivestimento e metodi di lavorazione secondaria come saldatura, sigillatura, lavorazione meccanica, rivestimento sotto vuoto, ecc. Deve essere completamente essiccato prima dello stampaggio.
Il polietilene tereftalato si ottiene mediante scambio estere di dimetil tereftalato con glicole etilenico o mediante esterificazione dell'acido tereftalico con glicole etilenico per sintetizzare il diidrossietil tereftalato e quindi reazione di policondensazione. È un poliestere saturo cristallino con un peso molecolare medio di (2-3)×10 4 e un rapporto tra peso molecolare medio ponderale e medio numerico di 1.5-1.8. Temperatura di transizione vetrosa 80℃, resistenza al calore Martin 80℃, temperatura di deformazione termica 98℃ (1.82MPa), temperatura di decomposizione 353℃. Ha eccellenti proprietà meccaniche, elevata rigidità, elevata durezza, basso assorbimento d'acqua e buona stabilità dimensionale. Ha una buona tenacità, resistenza agli urti, resistenza all'attrito e resistenza al creep. Ha una buona resistenza chimica, solubile in cresolo, acido solforico concentrato, nitrobenzene, acido tricloroacetico, clorofenolo e insolubile in metanolo, etanolo, acetone e alcani. La temperatura operativa è -100~120℃ e la resistenza alla flessione è 148-310MPa.
| Assorbimento dell'acqua | 0.06%-0.129% |
|---|---|
| Forza d'impatto | 64.1-128J / m |
| Durezza Rockwell | M 90-95 |
| Allungamento | 1.8%-2.7% |
Applicazioni
Nella classificazione delle materie plastiche, il PET è il numero 1 e ha un ampio ventaglio di utilizzi:
Le principali applicazioni sono nel campo elettronico ed elettrico: prese elettriche, connettori elettronici, maniglie per cuociriso, staffe TV, morsettiere, custodie per interruttori, interruttori, sedi per ventole motori, parti meccaniche di strumenti, parti contabanconote, ferri da stiro e accessori per piani cottura e forni a induzione; valvole di controllo del flusso, coperchi di carburatori, alzacristalli, trasmissioni a pedale e coperchi di quadri elettrici nell'industria automobilistica; ingranaggi, lame, pulegge, parti di pompe nell'industria meccanica, nonché carrozzerie e ruote di sedie a rotelle, alloggiamenti di paralumi, alloggiamenti di illuminazione, giunti di tubi di scarico, cerniere, parti di orologi e parti di spruzzatori.
Inoltre:
- Può essere filato in fibra di poliestere, vale a dire poliestere.
- Può essere trasformato in pellicole sottili da utilizzare come substrati per la registrazione, la registrazione video, pellicole cinematografiche, pellicole isolanti, imballaggio di prodotti, ecc.
- Essendo plastica, può essere soffiata in varie bottiglie, come bottiglie di cola, bottiglie di acqua minerale, ecc.
- Può essere utilizzato come parti elettriche, cuscinetti, ingranaggi, ecc.
Metodi di elaborazione
Il poliestere è ottenuto dalla policondensazione di acido tereftalico e glicole etilenico, seguendo la legge generale della policondensazione lineare. Per produrre poliestere sono state sviluppate due tecnologie sintetiche: transesterificazione ed esterificazione diretta.
(1) Metodo di scambio degli esteri o metodo di esterificazione indiretta
Si tratta di un metodo di produzione tradizionale, che consiste in tre fasi: esterificazione del metile, scambio di esteri e policondensazione finale. Lo scopo dell'esterificazione del metile è facilitare la raffinazione e la purificazione del dimetiltereftalato.
① Metilazione: l'acido tereftalico reagisce con una quantità leggermente in eccesso di metanolo per esterificare prima in dimetil tereftalato. Dopo aver fatto evaporare l'acqua, il metanolo in eccesso, il metil benzoato e altre sostanze bassobollenti, per distillazione si ottiene il dimetil tereftalato puro.
② Transesterificazione: a 190~200℃, l'acetato di cadmio e il triossido di antimonio vengono utilizzati come catalizzatori per fare in modo che il dimetil tereftalato e il glicole etilenico (rapporto molare di circa 1:2.4) subiscano la transesterificazione per formare oligomeri di poliestere. Il metanolo viene distillato per garantire che la transesterificazione sia completa.
③ Policondensazione finale: a una temperatura superiore al punto di fusione del poliestere, come 283°C, il triossido di antimonio viene utilizzato come catalizzatore per provocare l'autocondensazione o lo scambio di esteri dell'etilene tereftalato. Mediante pressione ridotta e temperatura elevata, il glicole etilenico sottoprodotto viene continuamente distillato per aumentare gradualmente il grado di polimerizzazione.
Nelle fasi di metil esterificazione e transesterificazione il rapporto tra i due gruppi non viene considerato. Nella fase finale di policondensazione, a seconda della quantità di distillazione del glicole etilenico, il rapporto tra i due gruppi viene regolato naturalmente, avvicinandosi gradualmente alla quantità di sostanze uguali, sovradosando leggermente il glicole etilenico, bloccando entrambe le estremità della molecola e raggiungendo il grado predeterminato di polimerizzazione.
(2) Metodo di esterificazione diretta
Una volta risolta la tecnologia di purificazione dell'acido tereftalico, questo è il metodo economico preferito. L'acido tereftalico e il glicole etilenico in eccesso vengono prima esterificati a 200°C per formare polietilene tereftalato a basso grado di polimerizzazione (come X=1~4), quindi infine policondensati a 280°C per formare un prodotto finale in poliestere ad alto grado di polimerizzazione ( n =100~200). Questo passaggio è lo stesso del metodo di esterificazione indiretta.
All’aumentare del grado di policondensazione aumenta la viscosità del sistema. In ingegneria è più vantaggioso realizzare la policondensazione in due reattori. Il primo stadio di pre-policondensazione: 270℃, 2000~3300Pa. La seconda fase della policondensazione finale: 280~285℃, 60~130Pa.
Formatura
Il PET può essere lavorato mediante stampaggio a iniezione, estrusione, soffiaggio, rivestimento, incollaggio, lavorazione meccanica, galvanica, metallizzazione sotto vuoto e stampa. Di seguito vengono introdotti principalmente due tipi.
1. Stampaggio ad iniezione:
Impostazione della temperatura: Ugello: 280~295℃, sezione anteriore 270~275℃, forgiatura centrale 265~275℃, sezione posteriore 250-270℃; velocità della vite 50~100 giri/min, temperatura dello stampo 30~85℃, stampo non cristallino inferiore a 70℃, contropressione 5-15 kg.
Provare a utilizzare un essiccatore deumidificatore, temperatura del tubo del materiale 240~280℃, temperatura dello stampaggio a iniezione 260~280℃, temperatura di asciugatura 120~140℃, tempo richiesto 2~5 ore.
2. Qualità della pellicola:
Innanzitutto, preasciugare le fette di resina PET per prevenire l'idrolisi, quindi estrudere fette spesse amorfe attraverso una matrice a T a 280°C in un estrusore e raffreddarle attraverso un tamburo di raffreddamento o un refrigerante per mantenerle in uno stato amorfo per l'allungamento e orientamento. Le fette spesse vengono poi stirate biassialmente da una ramosa per formare un film di PET. Lo stiramento longitudinale consiste nel preriscaldare la fetta spessa a 86~87°C e allungarla circa 3 volte lungo la direzione di estensione del piano della fetta spessa a questa temperatura, in modo che possa essere orientata per aumentare la cristallinità a una temperatura più elevata: trasversale temperatura di preriscaldamento di stiramento 98~100°C, temperatura di stiramento 100~120°C rapporto di stiramento 2.5~4.0, temperatura di termofissaggio 230~240°C. Anche il film dopo lo stiramento longitudinale e trasversale deve essere termofissato per eliminare la deformazione del film causata dallo stiramento e creare un film con buona stabilità termica.
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