Полиэстер - Polyester

SEM жоғары беткейдегі иілудің суреті полиэфир талшық жеті лобалды көлденең қимасы бар
Полиэфирден жасалған көйлек
Полиэфир матасын созу

Полиэстер категориясы болып табылады полимерлер бар күрделі эфир функционалдық топ олардың негізгі тізбегінде. Ерекшелік ретінде материал, бұл көбінесе деп аталатын түрге жатады полиэтилентерефталат (ПЭТ). Полиэфирлерге табиғи заттар кездеседі, мысалы кутин туралы өсімдік кутикуласы сияқты синтетика полибутират. Табиғи полиэфирлер және бірнеше синтетикалық биологиялық ыдырайтын, бірақ синтетикалық полиэфирлердің көпшілігі жоқ. Материал киімде кеңінен қолданылады.

Полиэфир талшықтарын кейде табиғи талшықтармен біріктіріп, аралас қасиеттері бар шүберек шығарады. Мақта -полиэфир қоспалары берік, әжімдерге және жыртылуға төзімді болуы мүмкін және кішірейтуді азайтады. Синтетикалық талшықтар өсімдіктерден алынған талшықтармен салыстырғанда полиэфирді пайдалану су, жел және қоршаған ортаға төзімділігі жоғары. Олар азырақ отқа төзімді жанған кезде балқуы мүмкін.[1]

Сұйық кристалды полиэфирлер өнеркәсіпте алғаш қолданылатындардың бірі болып табылады сұйық кристалды полимерлер. Олар механикалық қасиеттері мен ыстыққа төзімділігі үшін қолданылады. Бұл белгілер реактивті қозғалтқыштарда абразивті пломба ретінде қолданылуында да маңызды.[2]

Табиғи полиэфирлер маңызды рөл ойнауы мүмкін еді тіршіліктің бастаулары.[3] Ұзын гетерогенді полиэфирлі тізбектер мен мембранасыз құрылымдар қарапайым пребиотикалық жағдайларда катализаторсыз бір ыдыс реакциясында оңай түзілетіні белгілі.[4][5]

Түрлері

Полиэфир химиялық құрылымына байланысты а термопластикалық немесе термосет. Сондай-ақ бар полиэфирлі шайырлар қатайтқыштармен емделді; дегенмен, ең көп таралған полиэфирлер - термопластика.[6] Термосеталды полиэфирлердің мысалдарына Байердің Desmophen брендінің кейбіреулері жатады. OH тобы ан реакциясымен жүреді Изоцианат 2 компонентті жүйеде функционалды қосылыс, олар қалауы бойынша пигменттелуі мүмкін. Термопластика ретінде полиэфирлер жылу қолданғаннан кейін пішінін өзгерте алады. Жоғары температурада жанғыш болған кезде, полиэфирлер жалыннан алшақтайды және тұтану кезінде өздігінен сөнеді. Полиэфир талшықтары жоғары табандылық және Электрондық модуль сонымен қатар судың төмен сіңуі және минималды шөгу басқа өндірістік талшықтармен салыстырғанда.

Қанықпаған полиэфирлер (UPR) термореттеу болып табылады шайырлар. Олар сұйық күйінде қолданылады кастинг материалдар, жылы парақты қалыптауға арналған қосылыстар, сияқты шыны талшық ламинаттайтын шайырлар және металл емес авто-кузов толтырғыштарында. Олар сондай-ақ ретінде қолданылады термореактивті полимерлі матрица жылы алдын-ала дайындықтар. Шыны талшықпен арматураланған қанықтырылмаған полиэфирлер яхталардың денелерінде және автомобильдердің шанақ бөліктерінде кең қолданыста болады.

Олардың негізгі тізбегінің құрамына сәйкес полиэфирлер:

Негізгі тізбек
құрамы
ТүріМысалдары
ПолиэфирлерӨндіріс әдістері
АлифатикалықГомополимерПолигликолид немесе полигликоль қышқылы (PGA)Поликонденсация туралы гликоль қышқылы
Полилактикалық қышқыл (PLA)Сақинаны ашатын полимерлеу туралы лактид
Поликапролактон (PCL)Сақиналық полимерлеу капролактон
Полигидроксилканоат (PHA)
Полигидроксибутират (PHB)
КополимерПолиэтилен майы (PEA)
Полибутилен сукцинаты (PBS)Поликонденсациясы сукин қышқылы бірге 1,4-бутандиол
Поли (3-гидроксибутират-ко-3-гидроксивалерат) (PHBV)Кополимеризация туралы 3-гидроксибутан қышқылы және 3-гидроксипентан қышқылы,
бутиролактон, және валеролактон (олигомерлі алюмоксан катализатор ретінде)
Жартылай хош иістіКополимерПолиэтилентерефталат (ПЭТ)Поликонденсациясы терефтал қышқылы бірге этиленгликоль
Полибутилентерефталат (PBT)Терефтал қышқылының поликонденсациясы 1,4-бутандиол
Политриметилентерефталат (PTT)Терефтал қышқылының поликонденсациясы 1,3-пропандиол
Полиэтилен нафталаты (Қалам)Кем дегенде біреуінің поликонденсациясы нафталин дикарбон қышқылы этиленгликолмен
Хош иістіКополимерВектранПоликонденсациясы 4-гидроксибензой қышқылы және 6-гидроксинафталин-2-карбон қышқылы

Полиэфирлердің хош иісті бөліктерін көбейту олардың мөлшерін жоғарылатады шыныдан өту температурасы, балқу температурасы, жылу тұрақтылығы, химиялық тұрақтылық ...

Полиэфирлер де болуы мүмкін телехелик олигомерлер поликапролактон диолы (PCL) және полиэтилен адипат диолы (PEA) сияқты. Содан кейін олар ретінде қолданылады алдын-ала полимерлер.

Қолданулар мен қосымшалар

Маталар полиэфирден немесе жіптен тоқылған немесе тоқылған киімдер мен үй жиһаздарында көйлек пен шалбардан куртка мен шляпаларға, төсек жапқыштарға, көрпелерге, жұмсақ жиһаздарға және компьютерлік тышқан төсеніштеріне дейін кеңінен қолданылады. Өнеркәсіптік полиэфир талшықтары, иірілген жіптер мен арқандар автомобиль шиналарын арматуралауда, конвейер ленталарына арналған маталарда, қауіпсіздік белдіктерінде, қапталған маталарда және жоғары энергия сіңіргішті пластикалық арматураларда қолданылады. Полиэфир талшықтары жастықтарда, жапқыштарда және қаптамаларда төсемдерде жастық және оқшаулағыш материал ретінде қолданылады. Полиэфир маталары дақтарға төзімділігі жоғары - бұл бояғыштардың жалғыз класы мүмкін полиэстер матасының түсін өзгерту үшін қолданылады дисперсті бояғыштар.[7]

Полиэфирлерден бөтелкелер, пленкалар, брезент, желкендер (Дакрон), каноэ, сұйық кристалды дисплейлер, голограммалар, сүзгілер, диэлектрик арналған фильм конденсаторлар, пленканы оқшаулау үшін сым және оқшаулағыш таспалар. Полиэфирлер ағаштан жасалған жоғары сапалы бұйымдарда әрлеу ретінде кеңінен қолданылады гитара, пианино және көліктің / яхтаның интерьері. Тиксотропты бүріккішке қолданылатын полиэфирлердің қасиеттері оларды ашық дәнді ағаштарда қолдануға өте ыңғайлы етеді, өйткені олар ағаш дәндерін тез толтыра алады, қабаты қалың қабатты пленка. Емделген полиэфирлерді жылтыратуға және жылтыратуға болады, олар жылтырлығы жоғары және берік болады

Өнеркәсіп

Негіздері

Полиэфир - синтетикалық полимер тазартылған терефтал қышқылы (PTA) немесе оның диметил эфирі диметилтерефталат (DMT) және моноэтиленгликоль (MEG). Барлық өндірілген пластмассадан жасалған материалдардың нарықтағы үлесі 18% -дан кейін үшінші орынға ие полиэтилен (33.5%)[дәйексөз қажет ] және полипропилен (19.5%).

Негізгі шикізат келесідей сипатталады:

Тазартылған терефтал қышқылы (PTA) CAS-No: 100-21-0
Синонимі: 1,4 бензеникарбон қышқылы,
Қосынды формуласы: C6H4(COOH)2, моль салмағы: 166.13
Диметилтерефталат (DMT) CAS-No: 120-61-6
Синонимі: 1,4 бензеникарбон қышқылы диметил эфирі,
Қосынды формуласы: C6H4(COOCH3)2, моль салмағы: 194.19
Моно-этиленгликоль (MEG) CAS № .: 107-21-1
Синонимі: 1,2 этандиол,
Қосынды формуласы: C2H6O2 , моль салмағы: 62.07

Жоғары биіктіктегі полимер жасау үшін молекулалық массасы катализатор қажет. Ең көп таралған катализатор болып табылады үш сурьма сурьмасы (немесе сурьма три-ацетат):

Триоксид сурьма (ATO) CAS-No: 1309-64-4
моль салмағы: 291.51,
Қосынды формуласы: Sb2O3

2008 жылы шамамен 10 000 тонна Sb2O3 49 миллион тоннаға жуық полиэтилентерефталат өндіруге пайдаланылды.[дәйексөз қажет ]

Полиэфир келесідей сипатталады:

Полиэтилентерефталат CAS-No: 25038-59-9
Синонимдер / қысқартулар: полиэстер, PET, PES,
Қосынды формуласы: H- [C10H8O4] -n = 60–120 OH, моль. бірлік салмағы: 192.17

Полиэфирдің маңыздылығының бірнеше себептері бар:

  • PTA немесе DMT және MEG салыстырмалы түрде қол жетімді шикізат
  • Полиэфир синтезінің қарапайым химиялық процесі өте жақсы түсінілген және сипатталған
  • Полиэфирді өндіру және өңдеу кезінде барлық шикізат пен бүйірлік өнімдердің уыттылық деңгейі төмен
  • Қоршаған ортаға аз эмиссия кезінде жабық циклде ПЭТ өндіру мүмкіндігі
  • Полиэфирдің керемет механикалық және химиялық қасиеттері
  • Қайта өңделуге қабілеттілік
  • Полиэфирден жасалған аралық және соңғы өнімдердің алуан түрлілігі.

Келесі кестеде болжанған әлемдік полиэфир өндірісі көрсетілген. Негізгі қосымшалар тоқыма полиэфир, бөтелке полиэфирлі шайыр, пленка полиэстер негізінен орауыш және инженерлік пластиктерге арналған арнайы полиэфирлер. Осы кестеге сәйкес әлемдегі полиэстердің жалпы өндірісі 2010 жылға дейін жылына 50 миллион тоннадан асуы мүмкін.

Дүниежүзілік полиэфир өндірісі жылдан жылға
Өнім түрі2002 (жылына миллион тонна)2008 (жылына миллион тонна)
Textile-PET2039
Шайыр, бөтелке / A-PET916
ПЭТ1.21.5
Арнайы полиэфир12.5
Барлығы31.259

Шикізат өндіруші

PTA, DMT және MEG шикізаттарын негізінен ірі химиялық компаниялар шығарады, олар кейде шикі мұнайды қайта өңдеу зауытына біріктіріледі. б-Ксилол PTA өндіруге арналған негізгі материал болып табылады сұйытылған мұнай газы (LPG) - бұл MEG өндірісінің негізгі материалы.[дәйексөз қажет ]

Полиэфирді өңдеу

Балқыманың фазасында полимер өндірісінің бірінші кезеңінен кейін өнім ағыны екі түрлі қолдану аймағына бөлінеді, олар негізінен тоқыма және орауыш қосымшалары болып табылады. Келесі кестеде полиэфирден жасалған тоқыма мен қаптаманың негізгі қосымшалары келтірілген.

Тоқыма және орауыш полиэстерді қолдану тізімі (балқытылған немесе түйіршік)
ТоқымаҚаптама
Штапельді талшық (PSF)CSD-ге арналған бөтелкелер, су, сыра, шырын, жуғыш заттар және т.б.
POY, DTY, FDY филаменттеріA-PET фильмі
Техникалық жіп және шина сымыТермоформалау
Тоқыма емес және иірілгенбиаксиалды-бағытталған фильм (BO-PET)
Моно-жіпБау

Қысқартулар:

PSF
Полиэфир-штапельді талшық;
POY
Жартылай иірілген жіп;
DTY
Текстуралық иірілген жіп;
FDY
Толық жіп;
CSD
Газдалған алкогольсіз сусын;
ҮЙ ЖАНУАРЫ
Аморфты полиэфир пленкасы;
BO-PET
Биаксиалды-полиэфирлі пленка;

Полиэфирдің салыстырмалы түрде шағын сегменті (жылына 1 миллион тоннадан аз) инженерлік пластмассалар жасау үшін қолданылады шеберлік.

Полиэфирден жасалған балқыманы жоғары тиімділікпен өндіру үшін штапельді талшық (иіру желісіне тәулігіне 50-300 тонна) немесе POY / FDY (тәулігіне 600 тоннаға дейін 10 иіру машинасына бөлінген) сияқты өнімділігі жоғары өңдеу сатылары жасалады. бұл арада тігінен интеграцияланған тікелей процестер. Бұл дегеніміз, полимер балқымасы жалпы қадамсыз тікелей тоқыма талшықтарына немесе жіптерге айналады түйіршіктеу. Біз толық туралы айтып отырмыз тік интеграция бір жерде полиэфир өндірілген кезде шикі мұнайдан немесе айдау май құрамындағы өнімдер → бензол → PX → PTA → PET балқымасы → талшық / жіп немесе бөтелкедегі шайыр. Мұндай интеграцияланған процестер бір өндіріс орнында азды-көпті үзілген процестерде орнатылады. Eastman Chemicals компаниясы PX-тен PET шайырына дейінгі тізбекті өздерінің INTEGREX деп аталатын процесімен жабу идеясын бірінші болып ұсынды. Мұндай тігінен біріктірілген өндіріс алаңдарының қуаттылығы тәулігіне> 1000 тонна және тәулігіне 2500 тоннаға жетеді.

Штапельді талшықтар немесе иірілген жіптер шығаратын жоғарыда аталған ірі қайта өңдеу қондырғыларынан басқа, полиэстер бүкіл әлем бойынша 10 000-нан астам зауытта өңделіп, қайта өңделеді деп есептеуге болатын он мың ұсақ және өте аз өңдейтін зауыттар бар. Бұл жабдықтау саласына қатысатын барлық компанияларды есептемей-ақ, машина жасау және өңдеу машиналарынан бастап, арнайы қоспалармен, тұрақтандырғыштармен және түстермен аяқтайды. Бұл алып индустрия кешені және ол дүниежүзілік аймаққа байланысты жылына 4-8% өсіп отырады.

Синтез

Полиэфирлердің синтезі көбінесе поликонденсация реакциясы арқылы жүзеге асырылады. Қараңыз «конденсация реакциялары диолидтің диацидпен реакциясының жалпы теңдеуі:

(n + 1) R (OH)2 + n R´ (COOH)2 → HO [ROOCR´COO]nROH + 2n H2O

Азеотроптың этерификациясы

Бұл классикалық әдісте алкоголь және а карбон қышқылы реакциясы нәтижесінде пайда болған суды полимерді жинау үшін үнемі алып тастау керек. азеотроп айдау.

Алкогольді трансестерификация

Трансестерификация: Алкогольмен аяқталған олигомер мен эфирмен аяқталған олигомер конденсацияланып, эфир байланысын қалыптастырады, алкогольді жоғалтумен. R және R '- олигомердің екі тізбегі, R' - а метил тобы (метанол этерификация реакциясының жанама өнімі болып табылады).

Ацилдеу (HCl әдісі)

Қышқыл қышқыл хлоридтен басталады, демек поликонденсация эмиссиямен жүреді тұз қышқылы Судың орнына (HCl). Бұл әдісті ерітінді түрінде немесе эмаль.

Силил әдісі
HCl әдісінің бұл нұсқасында хлор карбон қышқылы алкоголь компонентінің триметил силил эфирімен конверттеледі және триметил силилхлорид өндірісі алынады

Ацетат әдісі (этерификация)

Силил ацетаты әдісі

Сақинаны ашатын полимерлеу

Алифатикалық полиэфирлерді жинауға болады лактондар өте жұмсақ жағдайда, катализденеді анионды түрде, катионды түрде немесе металлорганикалық.Эпоксидтерді циклді ангидридтермен сополимеризациялаудың бірқатар каталитикалық әдістері де қаныққан және қанықпаған функционалданған полиэфирлердің кең массивін ұсынатыны дәлелденді.

Тарих

1926 жылы Америка Құрама Штаттарына негізделген Е.И. du Pont de Nemours and Co. ірі молекулалар мен синтетикалық талшықтарға зерттеулер бастады. Бұл алғашқы зерттеу, В.Х. Болған нәрсеге негізделген қамқоршылар нейлон, бұл алғашқы синтетикалық талшықтардың бірі болды.[8] Каротерс ол кезде DuPont-та жұмыс істейтін. Каротердің зерттеулері аяқталмаған және этиленгликоль мен терефтал қышқылын араластырудан пайда болған полиэфирді зерттеуге дейін жетпеген. 1928 жылы полиэстерді International General Electric компаниясы Ұлыбританияда патенттеді.[9] Каротерс жобасын британдық ғалымдар қайта жанданды Уинфилд және патент алған Диксон полиэтилентерефталат (PET) немесе PETE 1941 ж. Полиэтилентерефталат синтетикалық талшықтарға негіз болады Дакрон, Терилен және полиэфир. 1946 жылы дюпон барлық заңды құқықтарды Imperial Chemical Industries (ICI) компаниясынан сатып алды.[10]

Био деградация

The футуро үй шыны талшықпен нығайтылған полиэстер пластмассасынан жасалған; полиэфир-полиуретанды және поли (метилметакрилат) біреуі Цианобактериялар және Архей.[11][12]

Айқасу

Қанықпаған полиэфирлер - термореактивті шайырлар. Олар негізінен бір немесе бірнеше полимерлеу арқылы дайындалған сополимерлер диол қаныққан және қанықпаған дикарбон қышқылдарымен (малеин қышқылы, фумар қышқылы...) немесе олардың ангидридтер. Қанықпаған полиэфирлердің қос байланысы а-мен әрекеттеседі винил мономер, әдетте стирол, нәтижесінде 3-өлшемді өзара байланысты құрылым пайда болады. Бұл құрылым термосетаның рөлін атқарады. The экзотермиялық өзара байланыстыру реакция а арқылы басталады катализатор, әдетте органикалық пероксид сияқты метилэтил кетон пероксиді немесе бензой пероксиді.

Экологиялық мәселелер

Тұщы су мен теңіз суының тіршілік ету орталарының ластануы

Ұлыбританиядағы Плимут Университетінің тобы 12 ай бойы үйдегі кір жуғыш машиналарда түрлі синтетикалық материалдарды әртүрлі температурада жуған кезде, микротолшықтардың мөлшерін анықтау үшін әртүрлі жуу құралдарын қолданған кезде болған жағдайды талдады. Олар орташа 6 кг жуу жүктемесі полиэстерлі-мақта мата қоспасынан шамамен 137 951 талшық, полиэфирден 496 030 талшық және акрилден 728 789 талшық шығара алатынын анықтады. Бұл талшықтар жалпыға қосады микропластика ластану.[13][14][15]

Жаңартылмайды

Полиэфир - синтетикалық мұнай негізіндегі талшық, сондықтан жаңартылмайтын көміртекті қажет ететін ресурс.[16] Дүние жүзі бойынша полиэстерді жасау үшін жыл сайын 70 миллион баррельге жуық мұнай қолданылады, бұл қазір киім жасауда ең көп қолданылатын талшық. Бірақ оны ыдырату үшін 200 жылдан астам уақыт қажет.[17]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Мендельсон С (17 мамыр 2005). Үйдегі жайлылық: үйді ұстау өнері мен ғылымы. Симон мен Шустер. ISBN  9780743272865.
  2. ^ «Термиялық спреймен тозуға болатын жабындар». www.gordonengland.co.uk. Алынған 12 желтоқсан 2018.
  3. ^ Chandru K, Mamajanov I, Cleves HJ, Jia TZ (қаңтар 2020). «Полиэфирлер биологиялық емес пребиотикалық химиядан алғашқы биологияны құрудың үлгі жүйесі ретінде». Өмір. 10 (1): 6. дои:10.3390 / life10010006. PMC  7175156. PMID  31963928.
  4. ^ Jia TZ, Chandru K, Hongo Y, Afrin R, Usui T, Myojo K, Cleves HJ (тамыз 2019). «Мембранасыз полиэфирлі микродроплеттер өмір бастауларындағы алғашқы бөліктер ретінде». Америка Құрама Штаттарының Ұлттық Ғылым Академиясының еңбектері. 116 (32): 15830–15835. дои:10.1073 / pnas.1902336116. PMC  6690027. PMID  31332006.
  5. ^ Chandru K, Guttenberg N, Giri C, Hongo Y, Butch C, Mamajanov I, Cleves HJ (31 мамыр 2018). «Әртүрлілігі жоғары динамикалық комбинациялық полиэфир кітапханаларының қарапайым пребиотикалық синтезі». Байланыс химиясы. 1 (1). дои:10.1038 / s42004-018-0031-1.
  6. ^ Rosato DV, Rosato DV, Rosato MV (2004). Пластмассадан жасалған бұйым және материал таңдау бойынша нұсқаулық. Elsevier. б. 85. ISBN  978-1-85617-431-2.
  7. ^ Schuler MJ (1981). «8 бөлім: Дисперсті бояғыштармен бояу». Бояу негізі. AATCC. б. 21. GGKEY: SK3T00EYAFR.
  8. ^ «Полиэстер қалай жасалады - материал, жасалуы, жасалуы, тарихы, қолданылуы, құрылымы, сатысы, өнімі, тарихы». www.madehow.com. Алынған 4 желтоқсан 2018.
  9. ^ Loasby G (1951). «Синтетикалық талшықтардың дамуы». Тоқыма институтының журналы. 42 (8): P411-P441. дои:10.1080/19447015108663852.
  10. ^ «Полиэстердің тарихы | Полиэстер дегеніміз не». www.whatispolyester.com. Алынған 4 желтоқсан 2018.
  11. ^ Cappitelli F, Principi P, Sorlini C (тамыз 2006). «Заманауи коллекциялардағы заманауи материалдардың биодетерографиясы: биотехнология көмектесе ала ма?». Биотехнологияның тенденциялары. 24 (8): 350–4. дои:10.1016 / j.tibtech.2006.06.001. PMID  16782219.
  12. ^ Риналди А (қараша 2006). «Нәзік мұраны сақтау. Биотехнология мен микробиология әлемдік мәдени мұраны сақтау және қалпына келтіру үшін көбірек қолданылуда». EMBO есептері. 7 (11): 1075–9. дои:10.1038 / sj.embor.7400844. PMC  1679785. PMID  17077862.
  13. ^ O'Connor MC (27 қазан 2014). «Сіз бұрын-соңды естімеген ең үлкен экологиялық проблемамен жалғыз күрестің ішінде». The Guardian.
  14. ^ Уильямс А. «Киімді жуу қоршаған ортаға мыңдаған микропластикалық бөлшектер шығарады». Плимут университеті. Алынған 9 қазан 2016.
  15. ^ Napper IE, Thompson RC (қараша 2016). «Отандық кір жуғыш машиналардан синтетикалық микропластикалық пластикалық талшықтардың шығуы: мата түрінің әсері және жуу шарттары». Теңіз ластануы туралы бюллетень. 112 (1–2): 39–45. дои:10.1016 / j.marpolbul.2016.09.025. hdl:10026.1/8163. PMID  27686821.
  16. ^ «Полиэфирдің қоршаған ортаға әсері». тасбақа және сұр ханым. 29 тамыз 2016. Алынған 12 желтоқсан 2018.
  17. ^ Конка Дж. «Климаттың өзгеруін сәнге айналдыру - тігін өнеркәсібі жаһандық жылынуды бастайды». Forbes. Алынған 12 желтоқсан 2018.

Әрі қарай оқу

  • Тоқыма, Сара Кадольф пен Анна Лэнгфорд. 8-ші басылым, 1998 ж.

Сыртқы сілтемелер