Cum se face plasticul din poliester și utilizările sale în aplicațiile textile
Poliesterul este unul dintre cele mai produse materiale plastice sintetice din lume, în principal sub formă de fibre pentru industria textilă. În viața de zi cu zi, poliesterul este prezent ca țesătură pentru îmbrăcăminte, ață de cusut, perdele, cearșafuri de pat și chiar ca material de amestec pentru a crește rezistența țesăturilor. Din punct de vedere chimic, poliesterul este un polimer compus din lanțuri lungi rezultate din reacția anumitor monomeri printr-un proces de polimerizare. Cel mai comun tip utilizat pentru textile este PET (polietilen tereftalat), un material cunoscut și sub denumirea de material pentru sticle de băuturi. Acest articol prezintă o prezentare generală a modului de fabricare a plasticului poliesteric (în special PET) și utilizările sale în aplicațiile textile, împreună cu avantajele și limitările sale.
Ce este plasticul poliesteric?
„Poliester” este un termen pentru un grup de polimeri care conțin grupări esterice în lanțurile lor principale. Cel mai cunoscut este PET-ul, deoarece este ușor de produs în masă, este rezistent, relativ stabil și poate fi procesat în fibre fine pentru țesături. PET-ul este fabricat din două componente principale:
1. Acid tereftalic (TPA) sau derivatul său dimetil tereftalatul (DMT)
2. Etilen glicol (EG)
Când aceste două materiale reacționează, se formează lanțuri lungi de polimeri. Aceste lanțuri sunt ceea ce se numește plastic poliesteric. Cu toate acestea, pentru a deveni o fibră textilă, PET-ul nu este pur și simplu fabricat; trebuie procesat prin topire, filare, tragere și ajustarea cristalinității pentru a obține proprietățile mecanice dorite.
Materii prime și principii de reacție pentru formarea poliesterului
În general, fabricarea PET-ului se realizează prin două etape principale de reacție:
1. Esterificare sau transesterificare
– Dacă se utilizează TPA + EG: are loc esterificarea, producând oligomeri și apă ca produse secundare.
– Dacă se utilizează DMT + EG: are loc transesterificarea, producând oligomeri și metanol ca produse secundare.
2. Policondensare
Oligomerii reacționează apoi în continuare pentru a forma molecule mai lungi (polimeri), eliberând în același timp molecule mai mici (apă sau etilen glicol). Lungimea lanțului (greutatea moleculară) a PET-ului determină în mod semnificativ rezistența fibrei rezultate.
La scară industrială, acest proces se desfășoară la temperaturi ridicate și în condiții de vid, astfel încât produsele secundare sunt îndepărtate rapid și reacția de formare a polimerilor lungi este mai optimă.
Cum se face plasticul poliesteric (PET) în general
Următoarele prezintă etapele producției de poliester din perspectiva unui proces industrial. Trebuie menționat că aceasta este o prezentare generală conceptuală; producția reală necesită o instalație chimică cu controale de siguranță ridicate.
1. Pregătirea materiilor prime
Materiile prime TPA/DMT și etilen glicolul sunt mai întâi purificate. Puritatea este importantă deoarece impuritățile pot provoca îngălbenirea, pot reduce rezistența sau pot inhiba formarea lanțurilor lungi.
2. Reacția inițială: esterificare sau transesterificare
Materiile prime sunt încălzite în reactor. În această etapă, se formează esterii monomer/oligomer.
– Dacă se folosește o groapă de gunoi, se formează apă și trebuie eliminată.
– Dacă se utilizează DMT, se formează și se separă metanolul.
Această etapă determină calitatea inițială a oligomerilor, precum și eficiența reacției ulterioare.
3. Policondensarea pentru formarea de polimeri
Amestecul de oligomeri este încălzit la temperaturi mai ridicate, de obicei cu ajutorul unui catalizator. Reacția are loc, eliberând produse secundare (de exemplu, etilen glicol) pentru a lungi lanțurile polimerice. În această etapă, se folosește adesea vidul pentru a accelera eliberarea moleculelor mici, ceea ce face ca polimerizarea să fie mai eficientă.
Rezultatul este o topitură groasă de PET, similară mierii foarte groase, care este gata pentru a fi transformată în pelete sau direct filată în fibre.
4. Formarea și uscarea așchiilor/granulelor
PET-ul este adesea produs sub formă de așchii (granule). Odată ce polimerul este format, materialul este răcit și tăiat în granule mici. Aceste granule sunt apoi uscate deoarece umiditatea poate provoca degradarea (ruperea lanțului) în timpul retopirii. Această uscare este o etapă crucială înainte de procesul de filare a fibrei.
5. Filarea fibrelor (filarea prin topire)
În industria textilă, PET-ul este de obicei transformat în fibre folosind metoda de filare prin topire:
– Peletele de PET sunt retopite.
– Topitura este împinsă printr-o filieră (un fel de matriță cu găuri mici).
– Iese sub formă de filamente fine și apoi se răcește în fibre.
Grosimea fibrei poate fi ajustată în funcție de dimensiunea găurii filerei și de viteza de tragere.
6. Tragere și fixare la cald
Fibrele nou formate nu sunt încă foarte rezistente. Pentru a crește rezistența și durabilitatea, fibrele sunt supuse:
– Tragere: Fibrele sunt întinse pentru a alinia lanțurile polimerice mai uniform. Acest lucru crește rezistența la tracțiune și stabilitatea.
– Fixare prin căldură: încălzire controlată pentru blocarea structurii și reglarea gradului de cristalinitate, afectând elasticitatea, luciul și stabilitatea dimensională.
7. Tăierea sau texturarea
În funcție de scopul utilizării, fibra de poliester poate fi:
– Lăsat ca filament continuu (pentru țesături fine sau anumite fire).
– Tăiate în fibre discontinue (fibre scurte) și apoi torse ca bumbacul.
– Tratamentul de texturare este aplicat pentru a oferi un efect creț/voluminos, astfel încât părul se simte mai plin și mai confortabil la purtare.
Utilizări ale poliesterului în aplicații textile
Poliesterul a devenit un material favorit în industria textilă datorită combinației sale de proprietăți: rezistență, durabilitate, uscare rapidă și ușurință în producția la scară largă. Iată principalele sale utilizări:
1. Îmbrăcăminte și modă de zi cu zi
Poliesterul este utilizat pentru tricouri, cămăși, jachete, fuste și diverse articole de modă. Poliesterul este adesea amestecat cu bumbac (poli-bumbac) pentru a:
– Reduce încurcăturile,
– Accelerează uscarea,
– Crește rezistența la rupere și durata de viață.
2. Îmbrăcăminte sport și activități în aer liber
Pentru sport, poliesterul excelează deoarece:
– Nu absoarbe la fel de multă apă ca fibrele naturale,
– Uscare rapidă, potrivită pentru activități intense,
– Ușor de prelucrat într-un material care „absorb umezeala” (transferă transpirația de pe piele la suprafața materialului).
Jachetele impermeabile, tricourile, pantalonii de trening și chiar hainele de drumeție folosesc adesea poliester.
3. Textile pentru casă
Poliesterul este utilizat pe scară largă în lenjerie de pat, fețe de pernă, pături, perdele și tapițerie deoarece:
– Rezistent la rid,
– Relativ rezistent la pete,
– Formă stabilă și nu se întinde ușor,
– Mai economic decât unele fibre naturale.
4. Materiale nețesute și produse industriale
Poliesterul este disponibil și sub formă nețesută pentru:
– Căptușeală interioară (stratul interior al îmbrăcămintei),
– Filtru simplu,
– Geotextile,
– Anumite izolații termice,
– Material de acoperire sau de armare în produsele compozite.
5. Ață de cusut și accesorii textile
Firul de poliester este popular deoarece:
- Puternic,
– Nu se sparge ușor,
– Rezistent la frecare,
– Potrivit pentru mașini de cusut de mare viteză.
În plus, poliesterul este utilizat în panglici, frânghii, plase și chingi.
Avantajele și limitele poliesterului pentru textile
Ce este Kelebihan Utama:
– Puternic și durabil
– Rezistent la șifonare și stabil dimensional
– Uscare rapidă și îngrijire ușoară
– Ușor de amestecat cu alte fibre
– Costurile de producție sunt relativ mici
Keterbatasan:
– Mai puțin absorbant decât bumbacul, așa că unii oameni simt „fierbinte”
– Poate produce electricitate statică
– Potențial de reținere a mirosului dacă finisajul țesăturii nu este bun
– Probleme de mediu: provine din produsele petrochimice și poate produce microplastice în timpul spălării.
Prin urmare, inovațiile textile moderne sunt orientate în mare parte către un confort sporit (finisaj anti-mirosuri, absorbție mai bună a aerului), precum și către soluții de mediu, cum ar fi poliesterul reciclat (rPET).
Închidere
Plasticul poliesteric, în special PET-ul, se obține printr-o reacție chimică între acidul tereftalic (sau DMT) și etilen glicol, urmată de policondensare pentru a forma un polimer cu lanț lung. Ulterior, poliesterul este procesat în fibre prin filare la topire, tragere și fixare la căldură pentru a obține rezistență și stabilitate. Poliesterul este utilizat pe scară largă în aplicații textile - de la îmbrăcăminte și articole sportive la textile pentru casă și aplicații industriale - datorită rezistenței, uscării rapide și rentabilității sale. În ciuda limitărilor sale în ceea ce privește confortul și preocupările legate de mediu, poliesterul rămâne coloana vertebrală a industriei textile, în special pe măsură ce tehnologiile de finisare și reciclare se dezvoltă pentru a aborda provocările actuale.
Dacă doriți, pot adapta acest articol într-o versiune mai tehnică (cu scheme React) sau într-o versiune mai simplă pentru temele școlare.
