Kaip pagaminti poliesterio plastiką ir jo panaudojimą tekstilės gaminiuose
Poliesteris yra vienas iš plačiausiai pasaulyje gaminamų sintetinių plastikų, daugiausia tekstilės pramonei skirtų pluoštų pavidalu. Kasdieniame gyvenime poliesteris yra drabužių audinys, siuvimo siūlai, užuolaidos, paklodės ir netgi kaip maišymo medžiaga audinio stiprumui padidinti. Chemiškai poliesteris yra polimeras, sudarytas iš ilgų grandinių, susidarančių tam tikrų monomerų reakcijos polimerizacijos procese. Dažniausiai tekstilėje naudojamas tipas yra PET (polietileno tereftalatas) – medžiaga, dar žinoma kaip gėrimų butelių medžiaga. Šiame straipsnyje aptariama, kaip gaminti poliesterio plastiką (konkrečiai PET), jo panaudojimas tekstilės gaminiuose, taip pat jo privalumai ir trūkumai.
Kas yra poliesterio plastikas?
„Poliesteris“ – tai terminas, apibūdinantis polimerų grupę, kurios pagrindinėse grandinėse yra esterių grupių. Geriausiai žinomas yra PET, nes jį lengva masiškai gaminti, jis yra tvirtas, gana stabilus ir gali būti perdirbamas į smulkius audinių pluoštus. PET gaminamas iš dviejų pagrindinių komponentų:
1. Tereftalio rūgštis (TPA) arba jos darinys dimetiltereftalatas (DMT)
2. Etilenglikolis (EG)
Kai šios dvi medžiagos reaguoja, susidaro ilgos polimerų grandinės. Šios grandinės vadinamos poliesterio plastiku. Tačiau norint tapti tekstilės pluoštu, PET nėra tiesiog gaminamas; jis turi būti apdorojamas lydant, verpiant, tempiant ir reguliuojant kristališkumą, kad būtų pasiektos norimos mechaninės savybės.
Žaliavos ir reakcijos principai poliesterio formavimui
Paprastai PET gamyba vyksta dviem pagrindiniais reakcijos etapais:
1. Esterifikavimas arba transesterifikavimas
– Jei naudojamas TPA + EG: vyksta esterifikacija, kurios metu susidaro oligomerai ir vanduo kaip šalutiniai produktai.
– Jei naudojamas DMT + EG: vyksta transesterifikacija, kurios šalutiniai produktai yra oligomerai ir metanolis.
2. Polikondensacija
Oligomerai toliau reaguoja ir sudaro ilgesnes molekules (polimerus), tuo pačiu nuolat išskirdami mažesnes molekules (vandenį arba etilenglikolį). PET grandinės ilgis (molekulinė masė) reikšmingai lemia gauto pluošto stiprumą.
Pramoniniu mastu šis procesas atliekamas aukštoje temperatūroje ir vakuumo sąlygomis, kad šalutiniai produktai būtų greitai pašalinti ir reakcija į ilgų polimerų susidarymą būtų optimalesnė.
Kaip apskritai gaminti poliesterio plastiką (PET)
Toliau pateikiami poliesterio gamybos etapai pramoninio proceso požiūriu. Reikėtų pažymėti, kad tai yra konceptuali apžvalga; faktinei gamybai reikalinga chemijos gamykla su griežta saugos kontrole.
1. Žaliavų paruošimas
Žaliavos TPA/DMT ir etilenglikolis pirmiausia yra išgryninamos. Grynumas yra svarbus, nes priemaišos gali sukelti pageltimą, sumažinti stiprumą arba slopinti ilgų grandinių formavimąsi.
2. Pradinė reakcija: esterifikacija arba transesterifikacija
Žaliavos kaitinamos reaktoriuje. Šiame etape susidaro monomerų/oligomerų esteriai.
– Jei naudojamas sąvartynas, susidaro vanduo, kurį reikia pašalinti.
– Jei naudojamas DMT, susidaro ir išsiskiria metanolis.
Šis etapas lemia pradinę oligomerų kokybę ir vėlesnės reakcijos efektyvumą.
3. Polikondensacija polimerams susidaryti
Oligomerų mišinys kaitinamas aukštesnėje temperatūroje, dažniausiai naudojant katalizatorių. Reakcija vyksta, išskirdama šalutinius produktus (pvz., etilenglikolį), kurie pailgina polimerų grandines. Šiame etape dažnai naudojamas vakuumas, siekiant pagreitinti mažų molekulių išsiskyrimą, todėl polimerizacija tampa efektyvesnė.
Rezultatas – tirštas PET lydalas, panašus į labai tirštą medų, kuris yra paruoštas granuliuoti arba tiesiogiai verpti į pluoštus.
4. Drožlių / granulių formavimas ir džiovinimas
PET dažnai gaminamas drožlių (granulių) pavidalu. Suformavus polimerą, medžiaga atvėsinama ir supjaustoma į mažas granules. Šios granulės džiovinamos, nes drėgmė perlydymo metu gali sukelti skaidymąsi (grandinės nutrūkimą). Šis džiovinimas yra labai svarbus žingsnis prieš pluošto verpimo procesą.
5. Pluošto verpimas (lydymo verpimas)
Tekstilės pramonėje PET paprastai paverčiamas pluoštais naudojant lydymo verpimo metodą:
– PET granulės yra perlydomos.
– Lydalas stumiamas per verpimo įrenginį (tam tikrą formą su mažomis skylutėmis).
– Išeina kaip ploni siūleliai, kurie vėliau atvėsinami į pluoštus.
Pluošto storį galima reguliuoti pagal verpimo galvutės skylės dydį ir tempimo greitį.
6. Piešimas ir terminis fiksavimas
Naujai susiformavę pluoštai dar nėra labai stiprūs. Siekiant padidinti stiprumą ir ilgaamžiškumą, pluoštai yra apdorojami:
– Tempimas: Pluoštai tempiami, kad polimerų grandinės būtų išdėstytos tolygiau. Tai padidina tempiamąjį stiprumą ir stabilumą.
– Terminis fiksavimas: kontroliuojamas kaitinimas, skirtas struktūrai užfiksuoti ir kristališkumo laipsniui reguliuoti, taip įtakojant elastingumą, blizgesį ir matmenų stabilumą.
7. Pjaustymas arba tekstūravimas
Priklausomai nuo paskirties, poliesterio pluoštas gali būti:
– Kairė kaip ištisinė gija (ploniems audiniams arba tam tikriems siūlams).
– Supjaustoma į kuokštelinius pluoštus (trumpus pluoštus) ir tada verpiama kaip medvilnė.
– Tekstūruojanti procedūra suteikia plaukams garbanotumo / apimties efektą, todėl plaukai tampa pilnesni ir patogesni dėvėti.
Poliesterio panaudojimas tekstilės gaminiuose
Poliesteris tapo mėgstamu tekstilės pramonės pluoštu dėl savo savybių derinio: tvirtumo, ilgaamžiškumo, greito džiūvimo ir lengvo didelio masto gamybos. Štai pagrindiniai jo panaudojimo būdai:
1. Kasdieniai drabužiai ir mada
Poliesteris naudojamas marškinėliams, marškinėliams, striukėms, sijonams ir įvairiems madingiems gaminiams. Poliesteris dažnai maišomas su medvilne (polimedvilne), siekiant:
– Sumažina susivėlimus,
– Pagreitina džiūvimą,
– Padidina atsparumą plyšimui ir tarnavimo laiką.
2. Sportinė apranga ir lauko apranga
Sportui poliesteris puikiai tinka, nes:
– Nesugeria tiek vandens, kiek natūralūs pluoštai,
– Greitai džiūsta, tinka intensyviai veiklai,
– Lengvai apdirbamas į „drėgmę sugeriantį“ audinį (prakaitas nuo odos perkeliamas į audinio paviršių).
Vėjo neperpučiamos striukės, megztiniai, sportinės kelnės ir net žygio drabužiai dažnai gaminami iš poliesterio.
3. Namų tekstilė
Poliesteris plačiai naudojamas paklodėse, pagalvių užvalkaluose, antklodėse, užuolaidose ir apmušaluose, nes:
– Atsparus raukšlėms,
– Santykinai atsparus dėmėms,
– Stabili forma ir lengvai neišsitempia,
– Ekonomiškesnis nei kai kurie natūralūs pluoštai.
4. Neaustiniai ir pramoniniai gaminiai
Poliesteris taip pat tiekiamas neaustinės medžiagos pavidalu, skirtas:
– Įdėklas (vidinis drabužių sluoksnis),
– Paprastas filtras,
– Geotekstilė,
– Tam tikra šilumos izoliacija,
– Dangos arba armavimo medžiagos kompozitiniuose gaminiuose.
5. Siuvimo siūlai ir tekstilės priedai
Poliesterio siūlai yra populiarūs dėl šių priežasčių:
- Stiprus,
– Nesunku sulaužyti,
– Atsparus trinčiai,
– Tinka didelio greičio siuvimo mašinoms.
Be to, poliesteris naudojamas juostelėse, virvėse, tinkluose ir austuose.
Poliesterio privalumai ir trūkumai tekstilės gamyboje
Pagrindiniai privalumai:
– Stiprus ir patvarus
– Atsparus raukšlėms ir matmenų stabilumas
– Greitai džiūsta ir lengvai prižiūrima
– Lengva maišyti su kitais pluoštais
– Gamybos sąnaudos yra gana mažos
Keterbatasanas:
– Mažiau sugeria drėgmę nei medvilnė, todėl kai kuriems žmonėms atrodo „karšta“
– Gali generuoti statinę elektrą
– Gali išlikti kvapas, jei audinio apdaila nėra gera
– Aplinkosaugos problemos: susidaro dėl naftos chemijos produktų ir skalbimo metu gali susidaryti mikroplastikas.
Todėl šiuolaikinės tekstilės inovacijos dažniausiai yra orientuotos į didesnį komfortą (apdaila be kvapo, geresnis drėgmės sugėrimas), taip pat į aplinkosaugos sprendimus, tokius kaip perdirbtas poliesteris (rPET).
Uždarymas
Poliesterio plastikas, ypač PET, gaminamas cheminės reakcijos metu tarp tereftalio rūgšties (arba DMT) ir etilenglikolio, po kurios vyksta polikondensacija, kad susidarytų ilgos grandinės polimeras. Vėliau poliesteris perdirbamas į pluoštus lydalo verpimo, tempimo ir terminio fiksavimo būdu, siekiant užtikrinti stiprumą ir stabilumą. Poliesteris plačiai naudojamas tekstilės gaminiuose – nuo drabužių ir sportinės aprangos iki namų tekstilės ir pramonės – dėl savo stiprumo, greito džiūvimo ir ekonomiškumo. Nepaisant patogumo apribojimų ir aplinkosaugos problemų, poliesteris išlieka tekstilės pramonės stuburu, ypač tobulėjant apdailos ir perdirbimo technologijoms, siekiant spręsti šiandienos iššūkius.
Jei norite, galiu pritaikyti šį straipsnį į techninę versiją (su reaktyviosiomis schemomis) arba paprastesnę versiją mokyklinėms užduotims.
