Як зрабіць поліэфірны пластык і яго выкарыстанне ў тэкстыльнай прамысловасці
Паліэстэр — адзін з найбольш шырока вырабляемых сінтэтычных пластмас у свеце, галоўным чынам у выглядзе валокнаў для тэкстыльнай прамысловасці. У паўсядзённым жыцці поліэстэр выкарыстоўваецца ў якасці тканіны для адзення, швейных нітак, штор, прасцін і нават у якасці змешвальнага матэрыялу для павышэння трываласці тканіны. Хімічна поліэстэр — гэта палімер, які складаецца з доўгіх ланцугоў, якія ўтвараюцца ў выніку рэакцыі пэўных манамераў праз працэс палімерызацыі. Найбольш распаўсюджаным тыпам, які выкарыстоўваецца для тэкстылю, з'яўляецца ПЭТ (поліэтылентэрэфталат), матэрыял, таксама вядомы як матэрыял для напойных бутэлек. У гэтым артыкуле абмяркоўваецца агляд таго, як вырабляць поліэфірны пластык (у прыватнасці, ПЭТ) і яго выкарыстанне ў тэкстыльнай прамысловасці, а таксама яго перавагі і абмежаванні.
Што такое поліэфірны пластык?
«Поліэстэр» — гэта тэрмін для групы палімераў, якія змяшчаюць эфірныя групы ў сваіх асноўных ланцугах. Найбольш вядомым з'яўляецца ПЭТ, бо яго лёгка вырабляць масава, ён трывалы, адносна стабільны і можа перапрацоўвацца ў тонкія валокны для тканіны. ПЭТ вырабляецца з двух асноўных кампанентаў:
1. Тэрэфталевая кіслата (ТПК) або яе вытворнае дыметылтэрэфталат (ДМТ)
2. Этыленгліколь (ЭГ)
Калі гэтыя два матэрыялы рэагуюць, утвараюцца доўгія палімерныя ланцугі. Гэтыя ланцугі называюцца поліэфірным пластыкам. Аднак, каб стаць тэкстыльным валакном, ПЭТ не проста вырабляецца; яго трэба апрацаваць шляхам плаўлення, прадзення, выцягвання і карэкціроўкі крышталічнасці для дасягнення патрэбных механічных уласцівасцей.
Сыравіна і прынцыпы рэакцый для ўтварэння поліэстэру
У цэлым, вытворчасць ПЭТ ажыццяўляецца праз два асноўныя этапы рэакцыі:
1. Эстэрыфікацыя або трансэтэрыфікацыя
– Пры выкарыстанні TPA + EG: адбываецца этэрыфікацыя з утварэннем алігамераў і вады ў якасці пабочных прадуктаў.
– Пры выкарыстанні ДМТ + ЭГ: адбываецца пераэстэрыфікацыя, з утварэннем алігамераў і метанолу ў якасці пабочных прадуктаў.
2. Полікандэнсацыя
Затым алігамеры рэагуюць далей, утвараючы больш доўгія малекулы (палімеры), пры гэтым бесперапынна вызваляючы меншыя малекулы (ваду або этыленгліколь). Даўжыня ланцуга (малекулярная маса) ПЭТ істотна вызначае трываласць атрыманага валакна.
У прамысловых маштабах гэты працэс праводзіцца пры высокіх тэмпературах і вакуумных умовах, каб пабочныя прадукты хутка выдаляліся і рэакцыя ў бок утварэння доўгіх палімераў была больш аптымальнай.
Як зрабіць поліэфірны пластык (ПЭТ) у цэлым
Ніжэй апісаны этапы вытворчасці поліэстэру з пункту гледжання прамысловага працэсу. Варта адзначыць, што гэта канцэптуальны агляд; для рэальнай вытворчасці патрабуецца хімічны завод з высокім кантролем бяспекі.
1. Падрыхтоўка сыравіны
Сыравіна TPA/DMT і этыленгліколь спачатку ачышчаецца. Чысціня важная, бо прымешкі могуць выклікаць пажаўценне, знізіць трываласць або перашкаджаць утварэнню доўгіх ланцугоў.
2. Пачатковая рэакцыя: этэрыфікацыя або трансэтэрыфікацыя
Сыравіна награваецца ў рэактары. На гэтым этапе ўтвараюцца эфіры манамераў/алігамераў.
– Пры выкарыстанні сметніка ўтвараецца вада, якую неабходна выдаліць.
– Пры выкарыстанні ДМТ утвараецца і аддзяляецца метанол.
Гэты этап вызначае пачатковую якасць алігамераў, а таксама эфектыўнасць наступнай рэакцыі.
3. Полікандэнсацыя з утварэннем палімераў
Сумесь алігамераў награваецца пры больш высокіх тэмпературах, звычайна з дапамогай каталізатара. Рэакцыя працягваецца, вызваляючы пабочныя прадукты (напрыклад, этыленгліколь), якія падаўжаюць палімерныя ланцугі. На гэтым этапе часта выкарыстоўваецца вакуум для паскарэння вызвалення малых малекул, што робіць палімерызацыю больш эфектыўнай.
У выніку атрымліваецца густы расплав ПЭТ, падобны на вельмі густы мёд, які гатовы да вырабу гранул або непасрэднага прадзення ў валокны.
4. Утварэнне і сушка стружкі/гранул
ПЭТ часта вырабляецца ў выглядзе чыпсаў (гранул). Пасля ўтварэння палімера матэрыял астуджаюць і наразаюць на дробныя гранулы. Затым гэтыя гранулы сушаць, бо вільгаць можа выклікаць дэградацыю (разрыў ланцуга) падчас пераплаўлення. Гэтая сушка з'яўляецца найважнейшым этапам перад працэсам прадзення валакна.
5. Валакнопрадзенне (прадзенне з расплаву)
У тэкстыльнай прамысловасці ПЭТ звычайна пераўтвараецца ў валокны з дапамогай метаду расплаву:
– ПЭТ-гранулы пераплаўляюцца.
– Расплаў праштурхоўваецца праз фільярду (від формы з дробнымі адтулінамі).
– Выходзіць у выглядзе тонкіх нітак, а затым астуджаецца ў валокны.
Таўшчыню валакна можна рэгуляваць памерам адтуліны фільеры і хуткасцю выцягвання.
6. Маляванне і тэрмічная фіксацыя
Новаўтвораныя валокны яшчэ не вельмі трывалыя. Для павышэння трываласці і даўгавечнасці валокны падвяргаюцца:
– Выцяжка: валокны расцягваюцца для больш роўнага выраўноўвання палімерных ланцугоў. Гэта павялічвае трываласць на разрыў і стабільнасць.
– Тэрмафіксацыя: кантраляваны нагрэў для фіксацыі структуры і рэгулявання ступені крышталічнасці, што ўплывае на эластычнасць, бляск і стабільнасць памераў.
7. Рэзка або тэкстураванне
У залежнасці ад прызначэння, поліэфірнае валакно можа быць:
– Пакінуты ў выглядзе бесперапыннай ніткі (для тонкіх тканін або некаторых відаў пражы).
– Наразаюць на штапельныя валокны (кароткія валокны), а затым прадуць, як бавоўну.
– Тэкстуруючы эфект надае вуснам аб'ём і пышнасць, таму яны адчуваюцца больш поўнымі і зручнымі ў нашэнні.
Выкарыстанне поліэстэру ў тэкстыльнай прамысловасці
Паліэстэр стаў фаварытам у тэкстыльнай прамысловасці дзякуючы свайму спалучэнню ўласцівасцей: трываласці, даўгавечнасці, хуткаму высыханню і лёгкасці масавай вытворчасці. Вось яго асноўныя сферы прымянення:
1. Паўсядзённае адзенне і мода
Паліэстэр выкарыстоўваецца для футболак, кашуль, куртак, спадніц і розных модных рэчаў. Паліэстэр часта змешваюць з бавоўнай (полібавоўна) для:
– Памяншае зблытванне,
– Паскарае высыханне,
– Павялічвае трываласць на разрыў і тэрмін службы.
2. Спартыўная і турыстычная вопратка
Для спорту поліэстэр выдатна падыходзіць, таму што:
– Не ўбірае столькі вады, колькі натуральныя валокны,
– Хутка сохне, падыходзіць для інтэнсіўнай актыўнасці,
– Лёгка перапрацоўваецца ў тканіну, якая «адводзіць вільгаць» (пераносіць пот са скуры на паверхню тканіны).
Поліэстэр часта выкарыстоўваюць у вырабах ветраахоўных куртак, трыкатажных штаноў, трэніровачных штаноў і нават турыстычнага адзення.
3. Хатні тэкстыль
Паліэстэр шырока выкарыстоўваецца ў пашыве прасцін, навалачак, коўдраў, штор і абіўкі мэблі, таму што:
– Устойлівы да маршчын,
– Адносна ўстойлівы да плям,
– Мае стабільную форму і не расцягваецца лёгка,
– Больш эканамічныя, чым некаторыя натуральныя валокны.
4. Нетканыя і прамысловыя вырабы
Паліэстэр таксама выпускаецца ў нетканым выглядзе для:
– Інтэлінер (унутраны пласт адзення),
– Просты фільтр,
– Геатэкстыль,
– Пэўная цеплаізаляцыя,
– Пакрыццёвы або армавальны матэрыял у кампазітных вырабах.
5. Швейныя ніткі і тэкстыльныя аксэсуары
Паліэстэравая пража папулярная, таму што:
- Моцны,
— Зламаць нялёгка,
– Устойлівы да трэння,
– Падыходзіць для хуткасных швейных машын.
Акрамя таго, поліэстэр выкарыстоўваецца ў стужках, вяроўках, сетках і павуцінні.
Перавагі і недахопы поліэстэру для тэкстылю
Асноўныя перавагі:
– Моцны і даўгавечны
– Устойлівы да маршчын і стабільны ў памерах
- Хутка сохне і лёгка даглядае
– Лёгка змешваецца з іншымі валокнамі
– Выдаткі на вытворчасць адносна нізкія
Кетэрбатасан:
– Менш убірае ваду, чым бавоўна, таму некаторым людзям «гарача»
- Можа выпрацоўваць статычную электрычнасць
– Магчымасць захавання паху, калі тканіна дрэнна апрацавана
– Экалагічныя праблемы: паходзіць ад нафтахімічных рэчываў і можа ўтвараць мікрапластык падчас мыцця.
Такім чынам, сучасныя тэкстыльныя інавацыі ў асноўным накіраваны на павышэнне камфорту (апрацоўка супраць паху, лепшае ўбіранне вільгаці), а таксама на экалагічныя рашэнні, такія як перапрацаваны поліэстэр (rPET).
Закрыццё
Паліэстэравы пластык, асабліва ПЭТ, вырабляецца шляхам хімічнай рэакцыі паміж тэрэфталевай кіслатой (або ДМТ) і этыленгліколем, а затым полікандэнсацыяй з утварэннем доўгаланцуговага палімера. Пасля гэтага поліэстэр перапрацоўваецца ў валокны шляхам прадзення з расплаву, выцягвання і тэрмічнай фіксацыі для дасягнення трываласці і стабільнасці. Паліэстэр шырока выкарыстоўваецца ў тэкстыльнай прамысловасці — ад адзення і спартыўнай вопраткі да хатняга тэкстылю і прамысловага прымянення — дзякуючы сваёй трываласці, хуткаму высыханню і эканамічнай эфектыўнасці. Нягледзячы на абмежаванні ў камфорце і экалагічных праблемах, поліэстэр застаецца асновай тэкстыльнай прамысловасці, асабліва па меры развіцця тэхналогій аздаблення і перапрацоўкі для вырашэння сучасных праблем.
Калі хочаце, я магу адаптаваць гэты артыкул у больш тэхнічную версію (са схемамі React) або ў больш простую версію для школьных заданняў.
