bahan mentah PET

Bahan mentah PET: bahan poliester berprestasi tinggi dan pelbagai aplikasinya

Polietilena tereftalat (PET) ialah poliester aromatik linear yang dihasilkan oleh tindak balas pemeluwapan asid tereftalat dan etilena glikol. Sebagai salah satu daripada lima plastik kejuruteraan am, PET telah menjadi bahan polimer yang sangat diperlukan dalam industri moden sejak pengeluaran perindustriannya pada tahun 1940-an kerana prestasi komprehensif yang sangat baik, pelbagai sumber bahan mentah, dan proses pengeluaran matang. Daripada botol air mineral harian kepada pakaian poliester, daripada filem pembungkusan makanan kepada komponen automotif, PET telah menembusi pelbagai bidang pengeluaran dan kehidupan dengan kelebihan uniknya, mempromosikan pembangunan mampan industri bahan.

1、 Struktur Molekul dan Ciri Teras PET

Struktur molekul PET adalah faktor asas yang menentukan prestasinya. Unit berulangnya ialah - OC-C ₆ H ₄ - COO-CH ₂ CH ₂ -, dan rantai molekul mengandungi gelang benzena tegar dan segmen metilena fleksibel. Struktur ini memberikan PET dengan kedua-dua ketegaran dan tahap keliatan tertentu.

Dari segi sifat mekanikal, PET mempunyai kekuatan tegangan dan modulus elastik yang tinggi, pemanjangan yang sederhana semasa putus, dan rintangan hentaman yang lebih baik daripada plastik rapuh seperti polistirena. PET yang tidak dirawat mempunyai ketegaran yang baik, dan selepas rawatan regangan dwipaksi, kekuatannya boleh dipertingkatkan dengan banyak. Sebagai contoh, kekuatan tegangan filem PET regangan dwipaksi boleh mencapai 150-200MPa, iaitu hampir 1/10 keluli. Ciri kekuatan tinggi ini menjadikannya cemerlang dalam pembungkusan dan bahan struktur.

Dari segi prestasi terma, suhu peralihan kaca PET adalah kira-kira 70-80 ℃, dengan takat lebur antara 240-260 ℃. Suhu penggunaan jangka pendek boleh mencapai 120 ℃, dan suhu penggunaan jangka panjang ialah 80-100 ℃, yang boleh memenuhi keperluan suhu kebanyakan senario harian dan industri. Walau bagaimanapun, suhu ubah bentuk haba PET adalah agak rendah, dan ia terdedah kepada ubah bentuk pada suhu tinggi di bawah tekanan. Oleh itu, PET tulen kebanyakannya digunakan dalam senario suhu tinggi tanpa beban atau beban rendah. Untuk meningkatkan rintangan haba, adalah perlu untuk mencapainya melalui pengubahsuaian yang dipertingkatkan.

Prestasi penghalang adalah salah satu kelebihan teras PET, yang mempunyai kesan penghalang yang baik pada oksigen, karbon dioksida, wap air, dan lain-lain, dan berkesan boleh melambatkan kemerosotan pengoksidaan dan kehilangan lembapan kandungan. Terutama untuk PET gred botol, selepas proses regangan dwipaksi, susunan rantai molekul lebih teratur, dan sifat penghalang dipertingkatkan lagi, menjadikannya bahan pilihan untuk pembungkusan minuman, makanan, kosmetik, dll. Contohnya, botol minuman berkarbonat perlu menahan tekanan dalaman tertentu, dan sifat penghalang PET dapat mencegah kebocoran karbon dioksida dengan berkesan.

Dari segi rintangan kimia, PET mempunyai toleransi yang baik terhadap kebanyakan pelarut organik, asid, dan bes, dan tidak mudah terhakis pada suhu bilik. Walau bagaimanapun, tindak balas hidrolisis mungkin berlaku dalam keadaan alkali yang kuat atau suhu tinggi. Ciri ini menjadikannya sesuai untuk menyimpan minuman berasid (seperti jus), air neutral, dsb., tetapi bukan untuk penyimpanan jangka panjang cecair beralkali kuat.

Di samping itu, PET mempunyai ketelusan dan kekilatan yang baik, dengan transmisi cahaya melebihi 90% selepas pemprosesan, yang boleh memaparkan kandungan dengan jelas dan meningkatkan daya tarikan visual produk; Pada masa yang sama, PET mudah diproses dan boleh dijadikan pelbagai bentuk produk seperti botol, filem, kepingan, gentian, dan lain-lain melalui pengacuan suntikan, pengacuan tiupan, penyemperitan dan proses lain.

2、 Proses pengeluaran dan sumber bahan mentah PET

Pengeluaran industri PET terutamanya menggunakan asid tereftalat (PTA) dan etilena glikol (EG) sebagai bahan mentah, yang dihasilkan melalui tindak balas pemeluwapan. Proses pengeluarannya telah membentuk sistem teknikal yang matang dan stabil, dan terasnya adalah untuk mengawal dengan tepat proses tindak balas pempolimeran untuk mendapatkan produk dengan sifat tertentu.

Dari segi sumber bahan mentah, asid tereftalat (PTA) dihasilkan terutamanya melalui pengoksidaan xilena (PX), yang berasal daripada pengekstrakan hidrokarbon aromatik dalam penapisan petroleum; Etilena glikol (EG) terutamanya dihasilkan oleh pengoksidaan etilena untuk menghasilkan epoksietana, yang kemudiannya terhidrat. Etilena juga berasal dari keretakan petroleum atau gas asli. Dengan peningkatan permintaan untuk perlindungan alam sekitar dan pembangunan mampan, kemajuan telah dicapai dalam penyelidikan dan pembangunan bahan mentah berasaskan bio. Etilena glikol berasaskan bio boleh dihasilkan melalui penapaian biojisim, dan kemudian dipolimerkan dengan PTA untuk menghasilkan beberapa PET berasaskan bio, mengurangkan pergantungan kepada sumber fosil.

Proses pengeluaran PET terutamanya merangkumi dua peringkat teras: pengesteran dan pemeluwapan. Mengikut skala pengeluaran dan permintaan produk, ia boleh dibahagikan kepada dua proses: pempolimeran kelompok dan pempolimeran berterusan.

Peringkat pengesteran melibatkan tindak balas pengesteran antara PTA dan EG di bawah suhu dan tekanan tinggi, mengakibatkan pembentukan dihydroxyethyl terephthalate (BHET) dan air. Suhu tindak balas biasanya dikawal pada 220-260 ℃ dan tekanan ialah 0.2-0.5MPa, dan tindak balas dipercepatkan oleh pemangkin seperti pemangkin antimoni dan titanium. Tindak balas pengesteran adalah tindak balas boleh balik, dan air yang dihasilkan perlu dikeluarkan tepat pada masanya untuk menggalakkan tindak balas ke hadapan dan memastikan kadar pengesteran mencapai lebih 95%.

Peringkat pemeluwapan ialah apabila BHET mengalami tindak balas pemeluwapan di bawah suhu dan keadaan vakum yang lebih tinggi, mengeluarkan etilena glikol dan membentuk rantai polimer PET. Suhu tindak balas dinaikkan kepada 270-290 ℃, dan tekanan dikurangkan kepada di bawah 100Pa. Produk molekul kecil (etilena glikol) dikeluarkan melalui persekitaran vakum untuk menggalakkan pertumbuhan rantai molekul. Parameter masa dan proses tindak balas pemeluwapan secara langsung mempengaruhi berat molekul dan taburan berat molekul PET, dengan itu menentukan prestasi produk. Proses pempolimeran berterusan mencapai pengeluaran berterusan melalui pelbagai reaktor siri, yang mempunyai kelebihan kecekapan pengeluaran yang tinggi dan kualiti produk yang stabil, dan sesuai untuk pengeluaran perindustrian berskala besar; Pempolimeran berselang-seli mempunyai fleksibiliti yang kuat dan sesuai untuk pengeluaran berskala kecil dan pelbagai.

Selepas tindak balas pempolimeran selesai, PET cair dibuang dan dipotong menjadi kepingan PET, yang merupakan bahan mentah PET pepejal. Kepingan perlu dikeringkan untuk menghilangkan lembapan (kandungan lembapan hendaklah di bawah 0.005%), untuk mengelakkan penurunan berat molekul akibat hidrolisis semasa pemprosesan berikutnya. Mengikut keperluan aplikasi yang berbeza, kelikatan intrinsik (nilai IV) kepingan PET boleh dikawal dengan melaraskan parameter proses. Nilai IV hirisan PET gred botol biasanya 0.7-0.8dL/g, gred membran ialah 0.6-0.7dL/g, dan gred gentian ialah 0.6-0.9dL/g.

Pengubahsuaian pempolimeran ko ialah cara penting untuk mengembangkan julat prestasi PET. Dengan memperkenalkan monomer ketiga (seperti sikloheksanedimethanol dan asid isophthalic) semasa proses pempolimeran, struktur rantai molekul boleh diubah untuk mendapatkan produk PET yang diubah suai. Sebagai contoh, PET dikopolimerkan dengan sikloheksanedimethanol untuk menghasilkan PETG, yang meningkatkan fleksibiliti, rintangan hentaman dan kebolehprosesannya dengan ketara, menjadikannya sesuai untuk pembungkusan ketelusan tinggi dan peranti perubatan; Menambah asid isophthalic boleh mengurangkan kehabluran PET, meningkatkan prestasi pemprosesan dan rintangan kimia.

3、 Klasifikasi dan perbezaan prestasi PET

Mengikut bidang aplikasi dan keperluan prestasi, PET boleh dibahagikan kepada empat kategori: PET gred botol, PET gred filem, PET gred gentian dan PET gred kejuruteraan. Jenis PET yang berbeza mempunyai perbezaan yang ketara dalam berat molekul, kehabluran, prestasi pemprosesan, dll., untuk memenuhi keperluan senario yang berbeza.

PET gred botol adalah jenis PET yang paling banyak dihasilkan, terutamanya digunakan untuk pengeluaran pelbagai botol plastik. Ia mempunyai kelikatan intrinsik yang tinggi (0.7-0.8dL/g), ketelusan yang sangat baik, kekuatan mekanikal dan sifat penghalang, serta impak dan rintangan tekanan dalaman yang luar biasa. Untuk memenuhi keperluan pengacuan tamparan, cip PET gred botol perlu mempunyai kebolehlilir cair dan kestabilan pemprosesan yang baik. Selepas pengacuan suntikan ke dalam prabentuk, ia kemudiannya dibuat menjadi botol melalui teknologi pengacuan pukulan regangan dwipaksi. Proses regangan mengorientasikan rantai molekul, meningkatkan lagi kekuatan dan sifat penghalang. PET gred botol boleh dibahagikan kepada gred botol air, gred botol minuman berkarbonat, gred botol isi panas, dan lain-lain. Menurut aplikasi mereka, gred botol botol panas PET boleh meningkatkan rintangan habanya melalui pengubahsuaian kopolimerisasi dan boleh menahan proses pengisian panas pada 85-95 ℃.

PET gred filem digunakan terutamanya untuk pengeluaran pelbagai produk filem nipis, dengan kelikatan intrinsik yang lebih rendah sedikit daripada gred botol (0.6-0.7dL/g), dan mempunyai sifat mekanikal yang baik, rintangan haba dan penebat. Filem PET dibuat melalui pemutus penyemperitan atau proses regangan berorientasikan dwi paksi. Selepas regangan membujur dan melintang, kekuatan, ketelusan, dan sifat penghalang filem PET (BOPET) berorientasikan dwipaksi telah bertambah baik. Ia digunakan secara meluas dalam filem pembungkusan makanan (seperti beg pengukus), filem penebat (seperti filem kapasitor), filem perlindungan kad, filem lembaran belakang fotovoltaik, dll. PET gred filem boleh meningkatkan prestasi filem dengan menambah pelincir, agen anti lekatan, dan lain-lain, seperti mengurangkan pekali geseran untuk penggulungan dan pemprosesan yang lebih mudah.

PET gred gentian adalah bahan mentah teras dalam bidang tekstil, iaitu bahan mentah poliester (gentian poliester), dengan pelbagai kelikatan intrinsik (0.6-0.9dL/g), dan parameter diselaraskan mengikut kepelbagaian gentian (filamen, ruji). PET gred gentian dibuat menjadi gentian poliester melalui proses pemintalan cair, yang mempunyai kelebihan kekuatan tinggi, rintangan haus, rintangan kedutan, dan pencucian yang mudah. Ia digunakan secara meluas dalam pakaian, tekstil rumah, dan tekstil perindustrian (seperti geotekstil dan kain penapis). Dengan melaraskan proses berputar, gentian poliester dengan sifat yang berbeza boleh dihasilkan, seperti gentian berkekuatan tinggi dan pemanjangan rendah untuk kegunaan industri, dan gentian ultrahalus untuk fabrik mewah.

PET gred kejuruteraan ialah PET berprestasi tinggi yang diperoleh melalui rawatan pengukuhan, peneguhan dan pengubahsuaian lain, terutamanya digunakan untuk menggantikan logam atau plastik kejuruteraan lain dalam pengeluaran komponen struktur. Dengan menambahkan bahan pengukuhan seperti gentian kaca dan gentian karbon, kekuatan, ketegaran dan rintangan haba PET boleh dipertingkatkan dengan ketara. Kekuatan tegangan PET bertetulang gentian kaca boleh mencapai lebih 150MPa, dan suhu ubah bentuk terma boleh melebihi 200 ℃. Ia sesuai untuk bahagian automotif (seperti pemegang pintu, panel instrumen), selongsong elektronik dan elektrik, bahagian mekanikal, dll. PET gred kejuruteraan juga boleh meningkatkan prestasi impaknya dengan menambahkan agen pengeras (seperti elastomer), atau dengan menambah kalis api untuk memenuhi keperluan perlindungan kebakaran.

4、 Kawasan aplikasi PET yang pelbagai

PET, dengan prestasi komprehensif yang cemerlang dan kaedah pemprosesan yang pelbagai, telah digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang seperti pembungkusan, tekstil, elektronik, kereta, dan pembinaan, menjadi bahan yang sangat diperlukan dalam industri moden dan kehidupan seharian.

Bidang pembungkusan adalah salah satu kawasan yang paling banyak digunakan untuk PET, dengan PET gred botol mendominasi. Dalam pembungkusan minuman, botol PET telah menjadi bekas pembungkusan pilihan untuk air mineral, minuman berkarbonat, jus buah-buahan, minuman teh, dll. kerana ketelusan, ringan, rintangan hentaman dan sifat penghalang yang baik. Lebih daripada 500 bilion botol PET dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun. Botol PET secara berterusan mengurangkan penggunaan bahan melalui reka bentuk yang ringan, di samping mempunyai kebolehkitar semula yang baik, menggalakkan pembangunan ekonomi bulat. Dalam pembungkusan makanan, filem BOPET digunakan untuk membuat beg memasak dan filem pembungkus vakum, yang boleh menahan pensterilan suhu tinggi pada 121 ℃ dan memanjangkan jangka hayat makanan; Helaian PET diformulasikan ke dalam kotak vakum untuk pembungkusan daging, buah-buahan, pastri, dsb., yang mempunyai ketelusan dan perlindungan.

Dalam industri tekstil, gentian poliester yang diperbuat daripada gentian gred PET adalah gentian sintetik yang paling banyak dihasilkan, menyumbang lebih 60% daripada pengeluaran gentian global. Filamen poliester digunakan untuk membuat fabrik pakaian seperti baju, pakaian, dan pakaian sukan, dan mempunyai ciri-ciri kaku dan mudah diselenggara; Menggabungkan gentian ruji poliester dengan gentian semula jadi seperti kapas dan bulu untuk meningkatkan rintangan haus dan pengekalan bentuk fabrik; Gentian poliester industri digunakan untuk membuat geotekstil (untuk mengukuhkan tanah), bahan penapis (seperti penapis udara), tali pinggang keledar, khemah, dll. Kekuatan tinggi dan rintangan cuaca memenuhi keperluan industri.

Dalam bidang peralatan elektronik, filem PET memainkan peranan penting. Filem BOPET digunakan untuk membuat filem kapasitor, filem penebat motor, substrat papan litar fleksibel, dan lain-lain kerana prestasi penebat yang sangat baik dan rintangan haba; Helaian PET dicetak dan dicop ke dalam panel hiasan, papan nama dan peranti elektronik lain. Selepas pengubahsuaian, PET gred kejuruteraan digunakan untuk membuat komponen seperti penyambung, perumah suis, kurungan paparan, dll., dengan kedua-dua penebat dan kekuatan mekanikal.

Dalam industri automotif, PET gred kejuruteraan diperkukuh dan diubah suai untuk pengeluaran bahagian dalaman automotif (seperti panel instrumen dan panel pintu), bahagian luar (seperti perumah cermin spion), dan komponen berfungsi (seperti jeriji radiator). Ciri-ciri ringannya boleh mengurangkan penggunaan bahan api, dan rintangan kimia dan cuaca memenuhi keperluan jangka panjang penggunaan automotif. PET juga digunakan untuk penebat abah-abah pendawaian automotif, fabrik tempat duduk (fabrik poliester), dsb., mengembangkan lagi aplikasinya dalam bidang automotif.

Dalam bidang seni bina, bahan PET digunakan untuk menghasilkan bahan penebat haba (seperti kapas penebat PET), membran kalis air, filem hiasan, dll. Kapas penebat PET mempunyai ciri-ciri ringan, kalis api, dan kesan penebat yang baik, dan sesuai untuk membina penebat dinding luar; Membran kalis air PET tahan terhadap penuaan dan tusukan, digunakan untuk projek kalis air bumbung dan bawah tanah; Filem hiasan PET digunakan pada permukaan papan untuk meningkatkan estetika dan rintangan hausnya.

Di samping itu, PET digunakan dalam bidang perubatan untuk membuat botol infusi, sarung picagari, dll. Kestabilan kimia dan kebersihannya memenuhi piawaian perubatan; Dalam bidang percetakan 3D, wayar PET digunakan untuk teknologi percetakan FDM untuk menghasilkan model dan alat ganti berkekuatan tinggi.

5、 Perlindungan Alam Sekitar dan Trend Pembangunan PET

Dengan peningkatan kesedaran global tentang perlindungan alam sekitar, keramahan alam sekitar dan pembangunan mampan PET telah menjadi kebimbangan utama industri. Teknologi kitar semula dan pengeluaran hijaunya terus menembusi, mempromosikan transformasi industri PET ke arah ekonomi bulat.

Kelebihan alam sekitar PET terletak pada kebolehkitar semula yang baik dan nilai kitar semula yang tinggi. Produk sisa PET (seperti botol PET, filem, gentian) boleh dikitar semula melalui dua kaedah: kitar semula fizikal dan kitar semula kimia. Kitar semula fizikal ialah proses pengasingan, pembersihan, penghancuran, dan peleburan sisa PET ke dalam kepingan PET kitar semula. PET kitar semula boleh digunakan untuk menghasilkan gred botol, gred filem, gred gentian dan produk lain. Contohnya, botol PET kitar semula digunakan untuk pembungkusan bukan makanan, dan gentian kitar semula digunakan untuk membuat permaidani dan fabrik pakaian (seperti fabrik poliester kitar semula). Kitar semula bahan kimia menguraikan PET kepada monomer PTA dan EG melalui hidrolisis, alkoholisis dan teknologi lain, dan menggunakannya sebagai bahan mentah untuk menghasilkan PET baharu, mencapai peredaran gelung tertutup. Kitar semula kimia boleh merawat sisa PET yang kompleks dan tercemar, dan prestasi bahan mentah kitar semula adalah hampir dengan bahan mentah, yang boleh digunakan dalam bidang sentuhan makanan.

Pada masa ini, cabaran utama yang dihadapi kitar semula PET ialah sistem kitar semula yang tidak sempurna. Kadar kitar semula botol PET global adalah kira-kira 50%, dan sesetengah wilayah mempunyai kadar kitar semula yang rendah disebabkan kesedaran yang tidak mencukupi tentang kitar semula terperingkat dan kos kitar semula yang tinggi; Sementara itu, kestabilan prestasi dan kebersihan PET kitar semula perlu dikawal ketat untuk mengelakkan kekotoran menjejaskan kualiti produk.

Pada masa hadapan, pembangunan PET akan bergerak ke arah "berprestasi tinggi, hijau dan berfungsi". Dari segi prestasi tinggi, reka bentuk molekul dan teknologi pengubahsuaian digunakan untuk meningkatkan rintangan haba, rintangan hentaman dan sifat penghalang PET, seperti membangunkan PET tahan suhu tinggi untuk pengisian panas dan medan kejuruteraan, dan PET halangan tinggi untuk pembungkusan produk bernilai tambah tinggi.

Dari segi penghijauan, penyelidikan dan pembangunan PET berasaskan bio semakin pantas, dengan matlamat untuk mencapai 100% pengeluaran bahan mentah berasaskan bio dan mengurangkan jejak karbon; Pada masa yang sama, mengoptimumkan teknologi kitar semula, meningkatkan ketulenan dan kecekapan kitar semula fizikal, mengembangkan skala industri kitar semula kimia, dan membina sistem kitaran lengkap "penggunaan pengeluaran penjanaan semula kitar semula".

Dari segi kefungsian, bangunkan bahan PET dengan fungsi khas, seperti PET antibakteria untuk pembungkusan makanan, PET kalis api untuk bidang elektronik dan pembinaan, dan PET responsif pintar (seperti perubahan warna sensitif suhu dan degradasi yang boleh dikawal) untuk pembungkusan mewah dan bidang perubatan. Di samping itu, teknologi komposit PET dengan bahan lain (seperti komposit PET/graphene) akan memperluaskan lagi sempadan prestasinya dan memenuhi keperluan bidang yang baru muncul.

PET, sebagai bahan polimer berprestasi tinggi, mencerminkan integrasi rapat sains bahan dan permintaan industri dalam proses pembangunannya. Daripada pembungkusan harian kepada aplikasi industri mewah, PET menyokong operasi masyarakat moden dengan kelebihan uniknya. Dengan kemajuan teknologi perlindungan alam sekitar dan promosi ekonomi bulat, PET akan mencapai pembangunan mampan sambil mengekalkan praktikal, menyumbang kepada masyarakat hijau dan rendah karbon.