Макросъемка полимеров
Что общего между пластиковыми бутылками, искусственной зеленью и яркими футболками? Дело в том, что в составе этих предметов с большой долей вероятности присутствует полиэстер, или полиэстер (полимерное соединение, состоящее из органических «кирпичиков»), эфир. Человечество столкнулось с этими соединениями почти столетие назад, и с тех пор полиэстер является нашим верным спутником и надежным помощником.
Кто такие полиэстеры и как их получают
В природе существуют вещества, по составу схожие с полиэстером. Например, пчела Колле покрывает свое подземное гнездо полиэфирным составом, похожим на целлофан, за что получила прозвище «полиэфирная пчела». Однако ни один другой вид не производит столько полиэстера, сколько человек. В 2019 году только полиэтилентерефталата (ПЭТ) в мире было произведено около 30 миллионов тонн.
ПЭТ ((C10H8O4)n) сегодня является одним из самых популярных полиэфиров. Это продукт поликонденсации двух сложных органических веществ: этиленгликоля (двухатомный спирт с формулой C2H6O2) и терефталевой кислоты (C8H6O4). Этиленгликоль производят в промышленных масштабах из этилена, получаемого из природного газа или жидких углеводородов. Этилен окисляется до его оксида, к которому затем добавляют кипящую воду в присутствии сильной неорганической кислоты (например, серной кислоты) с получением этиленгликоля.
Терефталевую кислоту производят в промышленности из пара-ксилола — продукта каталитического риформинга нефти или коксования угля. Для получения терефталевой кислоты достаточно окислить пара-ксилол в присутствии катализатора, содержащего кобальт, марганец и бром. Реакция протекает при высоких температуре и давлении и сопровождается выделением большого количества тепла.
Когда у вас есть оба мономерных «строительных блока», все, что вам нужно сделать, это соединить их вместе. До середины 1960-х годов этот процесс проходил в два этапа. Промышленные процессы в то время не могли очистить терефталевую кислоту до необходимой степени, поэтому бизнесменам сначала пришлось преобразовать ее в сложный эфир диметилтерефталата. Однако в 1965 году США смогли упростить технологию и начали синтезировать ПЭТ за один этап.
Терилен, дакрон, лавсан, ПЭТ
История производства и коммерческого признания полиэстера тесно переплетена с историей другого полимерного материала — нейлона. Нейлон был впервые получен в США в 1935 году группой химиков под руководством Уоллеса Карозерса. Полиэстер был синтезирован раньше нейлона, но как только выяснилось, что удивительные свойства последнего, а именно исключительная прочность и высокая температура плавления, сделали его «материалом номер один» в производстве текстильных волокон нового поколения были разработаны менее прочные и долговечные. На полке лежал термостойкий полиэстер.
В Великобритании возобновился интерес к полиэстеру. Поэтому химики решили улучшить свойства полиэстера, изменив входящие в его состав мономеры, в частности, заменив органические кислоты на кислоты, содержащие бензольные кольца.
Обратите внимание: Фильм с минимальным бюджетом и безграничным временем на размышление нашей цели.
Кольцо плоское и жесткое, что улучшает термические и механические свойства полимера. В 1941 году было запатентовано первое полиэфирное волокно — терилен. Терилен сегодня известен как ПЭТ.В разных странах соединениям, подобным терилену, дали свои названия. В 1946 году Соединенные Штаты выкупили права на производство ПЭТ у Великобритании и назвали волокно Дакрон. Подобное волокно было создано в 1949 году и названо Рафсан.
Полиэстер первым завоевал текстильный рынок благодаря дешевизне и простоте использования. Однако по мере изменения модных тенденций укоренился негативный имидж их как «устаревших» и «неудобных», и в начале 1970-х годов продажи резко упали. Это заставило производителей обратить внимание на другие свойства полиэстера и возможные области его применения, и в 1973 году в США запатентовали технологию выдувного формования пластиковых бутылок. Эту технологию сегодня можно увидеть в любом магазине по всему миру. Ежегодно производится более 5 миллиардов штук!
Другие полиэфиры, такие как полибутилентерефталат (ПБТ), также исследуются. Впервые он появился на рынке в 1969-1970 годах. Этот термопластичный материал, в отличие от ПЭТ, пригоден для литья под давлением. В настоящее время он в основном используется в автомобильной, электротехнической, электронной и бытовой технике для производства компонентов, содержащих композитные материалы.
В автомобиле и промышленном цеху
Сегодня полиэфирные волокна используются для изготовления одежды и предметов домашнего обихода: от шапок и рубашек до простыней, одеял и ковриков для мыши. Полиэстер используется для изготовления деликатных микроволокон и мягкого флиса, которые можно перерабатывать из использованных пластиковых бутылок. Чучело животного изготовлено из искусственного меха из полиэстера.
Полиэфирные волокна легко найти внутри вашего автомобиля. Его добавляют в ткань ремней безопасности и используют для усиления шин и пластиковых деталей. Детали и основной корпус изготовлены из ПЭТ. Полиэстер также незаменим для путешественников. Полиэстер используется в тканях брезента и парусах яхт.
В промышленности полиэстер используется в тканях конвейерных лент. ПЭТ часто используется при производстве медицинских изделий и упаковочных материалов, при отделке изделий из дерева и, конечно же, при производстве всех видов пластиковой тары.
Почему полиэстер становится таким разным?Благодаря стеклянным волокнам и другим добавкам его свойства можно менять в нужном направлении, а необычные способы обработки пластика (например, путем разрушения ПЭТ) (с использованием бактерий, выделяющих ферменты, вырабатывающие полиэстер) помогают сделать полиэфирные материалы максимально экологически чистыми.
Оригинал статьи и другие материалы можно найти на сайте журнала «Энергия+:
https://e-plus.media/vse-publikatsii/
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Испытание временем: как возникли полиэстеры и что из них производят.