47 
О чем речь? Полиэтилентерефталат, многим известный под аббревиатурой ПЭТ, представляет собой наиболее распространенный материал из класса полиэфиров. Данный термопластик обладает многими замечательными свойствами, а потому используется в производстве самой разнообразной продукции.
Где востребован? Раньше полиэтилентерефталат применялся в основном для изготовления разного вида бутылок и контейнеров. Но потом сфера использования материала значительно расширилась. Сегодня из ПЭТ изготавливается множество полезных вещей, от элементов управления бытовой техникой до корпусов медицинских приборов.
История изобретения полиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталат (или ПЭТ) представляет собой современный пластик, входящий в группу полиэфиров, который производят из терефталевой кислоты и этиленгликоля.
Впервые этот материал получили в 1935 году в Англии. Тогда британские исследователи проводили опыты с синтезом полиэфира, в результате которых и появился данный полимер. Ученым очень понравились свойства этого пластика, потому на протяжении 6 лет они дорабатывали его формулу. Впоследствии был оформлен патент на изобретение.
В Советском Союзе ПЭТ стал известен несколько позднее, в 1949 году. Синтезировали его ученые из Лаборатории ацетатных волокон Сибирского отделения Академии наук на основе патента британских коллег. Созданный пластик назвали в честь своей лаборатории, из-за чего ПЭТ в нашей стране длительное время назывался по буквам полного наименования лаборатории — ЛАВСАН.
Поначалу полимер полиэтилентерефталат не подходил для термопластичного формования из-за хрупкости и кристаллизации после расплавления, поэтому использовался преимущественно для изготовления жидких лаков.
С течением времени все большее количество стран проводило опыты с этим пластиком. Часть ученых тестировали предельные нагрузки, другие искали замену существующим аналогам, третьи фокусировались на внедрении в бизнес.
Наиболее значимый прорыв случился в 1973 году, когда была создана первая ПЭТ-бутылка. Через четыре года выпуск такой тары приобрел мировой масштаб, закрепив за материалом статус главного сырья для изделий пищевой промышленности, каким он остается и в настоящее время.
Основные характеристики полиэтилентерефталата
ПЭТ обладает набором ключевых свойств, выделяющих его на фоне прочих полимерных материалов. Прежде всего отмечают его внешние параметры:
- способность пропускать свет (прозрачность или полупрозрачность), дающая возможность визуального контроля содержимого упаковки;
- наличие гладкой текстуры и характерного блеска, что существенно повышает внешнюю привлекательность пластика для покупателей;
- незначительный вес готовых изделий, способствующий уменьшению расходов на транспортировку и делающий эксплуатацию этих изделий более удобной.
Конкретные численные показатели свойств ПЭТ могут различаться в зависимости от разновидности. В целом, для данного класса полиэфиров характерны следующие свойства:
- Плотность от 1,3 г/см3.
- Теплостойкость при нагреве до 120 градусов Цельсия в кристаллическом состоянии и до 70 градусов в аморфной фазе.
- Температура плавления от 250 градусов Цельсия.
- Показатель удлинения до 55 %.
- Прочность 172 Мпа.
- Уровень влагопоглощения до 0,3 %.
Знание этих свойств является обязательным для перерабатывающих предприятий и производителей продукции.
Процесс производства полиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталат получают из бесцветных кристаллов терефталевой кислоты либо из ее диметилового эфира в сочетании с этиленгликолем.
Организация производства возможна по непрерывной или периодической технологии. Во втором случае процесс разделяется на две последовательные фазы:
- Этерификация кислоты этиленгликолем. Молярное соотношение веществ здесь варьируется от 1:1,2 до 1:1,5. Процесс протекает при температуре 240 – 250 градусов Цельсия и давлении до 0,2 МПа.
- Поликонденсация в последовательных агрегатах с мешалками. Температура в емкостях доходит до 300 градусов, тогда как давление снижается до 66 Па.
В результате этих действий получают вязкий расплав ПЭТ. При охлаждении материал затем гранулируется либо направляется на производство волокон.
Скорость остывания влияет на структуру. Быстрое охлаждение делает материал аморфным и прозрачным, медленное же формирует кристаллическую решетку.
Виды полиэтилентерефталата
Эксплуатационные показатели ПЭТ улучшают путем сополимеризации с различными химическими агентами: диоксидами, этиленгликолями и пр. На этапе синтеза допускается внедрение в сформированный расплав разнообразных наполнителей: талька, каолина, пигментов, стабилизаторов света и тепла, а также антипиренов.
Применение таких модифицирующих компонентов дает возможность выпускать разновидности полимеров с усовершенствованными техническими параметрами.
- ПЭТ-А (Полиэтилентерефталат аморфный)
Данная разновидность ПЭТ представляет собой материал с высокой степенью прозрачности, ударной вязкости, а также гибкости в холодном и горячем состоянии.
Полимер превосходно поддается механической обработке: сверлению, фрезеровке и полировке. Он совместим с сольвентной и ультрафиолетовой печатью. Если температура превышает 75 градусов, аморфный полимер кристаллизуется, приобретая белый оттенок и повышенную хрупкость.
- ПЭТ-Г (Полиэтилентерефталат гликоль)
Эта разновидность отличается более высокой ударной вязкостью. Также материал не подвержен кристаллизации в процессе нагрева, сохраняя прозрачность и форму во время термического формования продукции. Поверхность хорошо воспринимает металлизацию, окрашивание и нанесение печати.
- ПЭТ-ГАГ
Состав полиэтилентерефталата этого вида включает два внешних слоя из ПЭТ-Г и внутренний слой из ПЭТ-А. Сочетает в себе качества гликоль-модифицированного и аморфного пластика. Материал легко режется, поддается обработке и склеиванию.
Международные обозначения полиэтилентерефталата
Продукцию, созданную на базе ПЭТ, в мире принято обозначать аббревиатурой PET.
Мировой рынок насчитывает сотни зарегистрированных торговых наименований для данного полимера. Наиболее известные бренды распределены по странам-производителям следующим образом:
- РФ: Лавсан, РуПлак, Novattro;
- Германия: Ultradur, Тревира (Trevira), Текапэт (Tecapet), Текадур (Tecadur);
- Великобритания: Терилен;
- Франция: Тергал;
- Испания: NUDEC SA;
- США: Мелинекс, Дакрон, Майлар.
Маркировка полиэтилентерефталата
Базовые стандарты, определяющие требования к ПЭТ, его сортаменту и рекомендованным способам переработки, закреплены в техническом регламенте ГОСТ Р 51695-2000. В рамках данного норматива выделены следующие марки материала:
- ПЭТФ-Г-75;
- ПЭТФ-С-75;
- ПЭТФ-Г-80;
- ПЭТФ-С-80.
Расшифровка буквенно-цифрового кода:
- ПЭТФ — официальное наименование полиэтилентерефталата по ГОСТ 24888;
- литера «Г» указывает на гомополимерную структуру материала;
- литера «С» обозначает сополимерный вариант материала;
- 75, 80 — максимальное значение вязкости (мл/г).
Аббревиатура ПЭТ обычно применяется при описании готовых изделий из данного пластика, тогда как ПЭТФ служит названием самого полимерного вещества.
Методы производства готовых изделий из полиэтилентерефталата
Как готовый материал полиэтилентерефталат достаточно универсален. Возможны различные варианты его переработки в зависимости от целевого назначения конечной продукции. Выбор конкретной технологии основывается на учете физических свойств материала: температуры плавления, вязкости расплава и требований к прочности изделия.
Готовая продукция изготавливается различными методиками:
Литье под давлением
Технологический процесс предполагает нагрев гранулированного сырья до текучего состояния и последующее впрыскивание массы под высоким давлением в замкнутые пресс-формы. Такая технология позволяет выпускать высокоточные элементы со сложной геометрией. Методика широко востребована при создании технических узлов и разнообразной упаковочной тары.
Выдувное формование
Данной процедурой изготавливаются полые емкости. Расплавленные заготовки в виде трубок или прутков размещаются в матрице, после чего внутрь подается сжатый воздух, расширяющий пластик до контуров формы. Этот способ является основным при производстве бутылок, косметических флаконов и канистр.
Термоформовка
Листовой полуфабрикат размягчают путем нагрева, а затем под давлением прижимают к оснастке, придавая ей требуемый объем. Метод оптимален для выпуска пищевых лотков, контейнеров и блистерных упаковок.
Экструзия
Представляет собой непрерывный процесс продавливания расплавленных гранул через формующую головку (матрицу). Результатом становятся пленочные полотна, трубные профили или волокна. Способ эффективно применяется для создания упаковочных пленок и технических полуфабрикатов.
Сферы применения полиэтилентерефталата
Уже более пятидесяти лет у большинства потребителей сформировался устойчивый стереотип: если речь заходит о ПЭТ, то подразумевается исключительно производство бутылок. И в этом есть доля правды — львиная доля выпускаемого полимера действительно направляется на создание упаковки для пищевой продукции:
- пластиковые емкости для напитков;
- одноразовые и многоразовые контейнеры для еды;
- термокружки и специализированная тара для туризма.
Тем не менее, за последние три десятилетия возможности этого материала оценили не только представители пищепрома. Помимо пищевого полиэтилентерефталата, сегодня активно используется сырье для изготовления:
- составных частей детских игрушек;
- компонентов для автомобильной промышленности;
- медицинских приборов и стерильных контейнеров;
- электронных компонентов и элементов управления для бытовой и промышленной техники;
- рекламной продукции (защитные экраны, карманы для информационных стендов, лайтбоксы и пр.);
- стяжных и упаковочных лент;
- разнообразных полимерных резервуаров для хранения.
Отдельного упоминания заслуживает сфера 3D-печати. Энтузиасты и профессионалы используют данный пластик для создания самых разных объектов — от сувенирной продукции и мелких товаров для маркетплейсов до сложных инженерных узлов и архитектурных макетов.
Преимущества и недостатки полиэтилентерефталата
Использование ПЭТ предоставляет производителям и конечным пользователям ряд весомых достоинств:
- малый вес, являющийся ключевым фактором, упрощающим логистику и перевозку грузов;
- высокая прочность, гарантирующая длительный срок службы изделий;
- эластичность и способность деформироваться без разрушения структуры, что открывает возможности для формования объектов сложной конфигурации;
- сопротивляемость истиранию (материал сохраняет целостность даже при продолжительном механическом трении);
- химическая инертность по отношению к газам, обеспечивающая минимальную проницаемость для кислорода, углекислого газа и водяных паров;
- прозрачность, идеальная для упаковки пищевой продукции;
- стабильность формы при нагреве (температура плавления допускает применение ПЭТ в процессах выдувного формования);
- экологическая эффективность, выражающаяся в возможности многократной переработки пластика;
- вариативность технологий изготовления готовой продукции (литье, экструзия, выдув, плавление).
Имеются у полиэтилентерефталата и свойства, которые можно отнести к отрицательным. В частности, изделия из ПЭТ обладают недостаточно высокими барьерными качествами. Прозрачные стенки тары пропускают ультрафиолетовое излучение, что провоцирует окислительные процессы и сокращает период хранения содержимого.
Кроме того, полимер проявляет неустойчивость к воздействию кетонов, концентрированных щелочей и кислот. Однако главным минусом материала остается чрезвычайно долгий период его естественного распада, превышающий столетие.
Возможности переработки полиэтилентерефталата
ПЭТ относится к категории материалов, допускающих многократный цикл вторичного использования, что существенно повышает его экологическую привлекательность. Технологии плавления и повторной интеграции сырья в производственный процесс позволяют выпускать новую продукцию, сохраняя при этом базовые эксплуатационные свойства полимера.
Существует несколько основных направлений утилизации:
Механическая переработка
Наиболее массовый способ, охватывающий до 70 % всех операций по рециклингу. Он применим преимущественно к материалу с низкой или средней степенью загрязнения. Технологический процесс включает дробление отходов полиэтилентерефталата на мелкие фрагменты, их тщательную очистку при различных температурных режимах и последующее плавление для получения гранул.
Альтернативным вариантом является производство полимерных хлопьев (флекса). В этом случае измельченное сырье не подвергается плавлению, а проходит процедуры сушки и сепарации.
Химическая переработка
Метод, предполагающий деполимеризацию ПЭТ до исходных мономерных компонентов под воздействием метанола, этиленгликоля, кислотных или щелочных реагентов. Итогом процесса становится высокоочищенное сырье, которое можно задействовать в создании новых изделий из ПЭТ без какого-либо ухудшения их качественных характеристик.
Термодеструкция (сжигание)
Это процесс разложения полиэтилентерефталата при температуре, достаточной для образования газообразных соединений и жидких углеводородов. Полученные продукты могут служить и топливом, и химическим сырьем. Однако данный метод часто критикуется за потенциальную экологическую опасность, а его экономическая рентабельность остается предметом дискуссий.
Завершающим этапом любого из выбранных путей является формование новых изделий посредством литья, выдува или экструзии. Уникальные свойства ПЭТ обеспечивают возможность многократного цикла переработки с сохранением базовых параметров: прозрачности, механической прочности и устойчивости к химическому воздействию.
Безопасность полиэтилентерефталата
В 2014 году специалисты немецкого Института технологий и упаковки имени Фраунгофера провели комплексную экспертизу ПЭТ на предмет наличия опасных токсинов: фталатов, бисфенола, формальдегида, метанола и прочих вредных соединений.
Анализ образцов полимерной тары не выявил присутствия ни одного из перечисленных веществ. Безвредность изделий из данного материала для человеческого здоровья подтверждается также научными изысканиями, проведенными в США Международным институтом жизни (ILSI).
Полимер демонстрирует полную инертность при контакте с любыми видами пищевой продукции. Благодаря этому уровню безопасности емкости из ПЭТ могут содержать жидкие субстанции самого широкого спектра: от детской смеси, молока и питьевой воды до растительных масел, безалкогольных напитков и алкоголя.
Официальное разрешение распространяется и на фармацевтическую отрасль. Так, ПЭТ-тара допускается для хранения таблеток и иных лекарственных средств. Такая упаковка исключает химическое взаимодействие с внутренним содержимым, препятствует размножению бактериальной флоры и не выделяет токсичных элементов даже при температурных перепадах (нагреве или охлаждении).
В глобальном масштабе полиэтилентерефталат признан экологически чистым материалом, не несущим угрозы ни для здоровья людей, ни для окружающей среды. Он гарантирует полную сохранность качественных характеристик упакованной продукции.
Часто задаваемые вопросы о полиэтилентерефталате
Как молекулярная структура материала отражается на его свойствах?
Эксплуатационные качества ПЭТ находятся в прямой зависимости от его молекулярного строения. Высокий уровень кристалличности полимера гарантирует ему отличную механическую стойкость и способность сохранять форму даже при воздействии повышенных температур. Благодаря температуре плавления материал позволяет создавать сложные конструктивные элементы без риска нарушения их целостности в процессе производства.
Почему ПЭТ более распространен, чем стекло?
Доминирование этого пластика объясняется рядом факторов: он гигиеничен, не подвержен воздействию микроорганизмов и химически инертен по отношению к пище и напиткам. Ключевыми преимуществами перед стеклом являются малый вес и более низкая себестоимость. Кроме того, высокая ударопрочность материала исключает риск боя при транспортировке, что ведет к значительной экономии логистических расходов.
От чего прежде всего зависит стоимость ПЭТ?
Поскольку базовым сырьем для производства служат нефтепродукты, стоимость ПЭТ напрямую коррелирует с мировыми ценами на нефть.
На ценообразование также влияют сложность технологических циклов и специфические требования к характеристикам финального продукта (например, изготовление бутылок нуждается в более дорогостоящем оборудовании). Существенный вклад в итоговую цену вносит логистика: стоимость горючего, наличие транспортного сообщения и тарифная политика дорожных сборов при доставке от завода к потребителю.
Подводя итог, можно сказать, что ПЭТ представляет собой универсальный материал с уникальным набором свойств. Его легкость, прозрачность и высокая прочность обеспечивают стабильный спрос и широкое применение в производстве самых разнообразных товаров.
Источник изображения в шапке статьи: photogenia / freepik.com
