Poli(tereftalan etylenu)
| |||||||||||||||||||
 model 3D łańcucha polimeru  Symbol recyklingu PET | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||||||||
| Monomery | |||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Struktura meru |
-[-C(O)-C6H4-C(O)O-(CH2)2-O-]- | ||||||||||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||||||||||
| Numer CAS | |||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | |||||||||||||||||||
Poli(tereftalan etylenu), PET (C10H8O4)n – termoplastyczny polimer z grupy poliestrów stosowany na dużą skalę do produkcji włókien syntetycznych i butelek do napojów bezalkoholowych[1].
Otrzymywanie
Metoda 1: z tereftalanu dimetylu (proces DMT)
Pierwszą podstawową metodą przemysłową produkcji PET była polikondensacja tereftalanu dimetylu (DMT, z ang. dimethyl terephthalate) i glikolu etylenowego. Proces ten prowadzi się dwuetapowo[2]:
1. Transestryfikacja DMT glikolem w temp. 150–200 °C do tereftalanu bis(2-hydroksyetylu) w obecności katalizatorów (najczęściej jest to cynk, wapń lub octan manganu):
- C6H4(CO2CH3)2 + 2HOCH2CH2OH → C6H4(CO2CH2CH2OH)2 + 2CH3OH
2. Polikondensacja otrzymanego diestru w temp. ok. 285 °C pod zmniejszonym ciśnieniem, także w obecności katalizatora (Sb2O3 lub inne podobne tlenki amfoteryczne):
- nC6H4(CO2CH2CH2OH)2 → [C(O)-C6H4-C(O)O-(CH2)2-O]n + nHOCH2CH2OH
Metoda 2: z kwasu tereftalowego (proces TA)
Na początku lat 70. XX w. rozpoczęto konkurencyjną cenowo produkcję kwasu tereftalowego (TA, z ang. terephthalic acid) o czystości odpowiedniej do syntezy PET (proces Amoco), co umożliwiło syntezę PET z wolnego kwasu, a nie jego estru dimetylowego[2]:
Proces jest także dwuetapowy, przy czym pierwszy etap – otrzymywanie tereftalanu bis(glikolowego) – prowadzi się bez katalizatora w temp. ok. 260 °C pod ciśnieniem 2,7–5,5 barów. Drugi etap jest taki sam jak w metodzie pierwszej[2][3]. Metoda ta jest zazwyczaj preferowana przy budowie nowych instalacji. PET produkowany współcześnie w procesie TA ma jakość porównywalną do produktu uzyskiwanego metodą DMT, a o jego wyborze decydują przede wszystkim względy ekonomiczne: wyższa wydajność, niższe koszty składowania TA niż DMT (z powodu niższej masy cząsteczkowej), brak katalizatora w pierwszym etapie oraz wyższe masy cząsteczkowe uzyskiwanego produktu (a co za tym idzie – PET o lepszej jakości)[3].
Stopiony poli(tereftalan etylenu), po szybkim ochłodzeniu, krzepnie w postaci szklistej, bezpostaciowej masy. W masie tej dość prędko, szczególnie w podwyższonej temperaturze (100–245 °C), zachodzi proces krystalizacji i przekształca się ona w ciało mikrokrystaliczne o budowie niezorientowanej. Włókna lub folie z tego tworzywa rozciągane w temperaturze powyżej temperatury zeszklenia ulegają trwałej deformacji, połączonej z orientacją zarówno makrocząsteczek, jak i krystalitów, zgodnie z kierunkiem działania siły rozciągającej.
Własności fizyczne
Wybrane własności fizyczne PET[1]:
- średnia masa cząsteczkowa: 30–80 tysięcy Da
- temperatura zeszklenia: 70–115 °C
- temperatura mięknienia: 265 °C
- gęstość: ok. 1,4 g/cm³
Zastosowanie
PET jest wykorzystywany do produkcji włókien, naczyń, butelek (butelkę z PET opatentował w 1973 roku Nathaniel Wyeth), opakowań, niewielkich kształtek (na przykład przezroczystych klawiszy) i obudowań urządzeń elektronicznych.
Z włókien wytworzonych z PET produkuje się dzianiny i tkaniny, między innymi polar, dakron i tergal (np. do produkcji płócien żaglowych), liny i tym podobne.
Bezpieczeństwo
Komentarz opublikowany w Environmental Health Perspectives w kwietniu 2010 roku sugeruje, że PET wytwarza ksenoestrogeny, nawet przy zwykłym użytkowaniu, i zaleca[4] dalsze badania nad tą kwestią. Mechanizmy, w których mogą powstawać ksenoestrogeny, to wymywanie ftalanów oraz antymonu w związkach chemicznych lub postaci wolnej.
Biodegradacja
Trwają poszukiwania organizmów zdolnych do biodegradacji PET. W 2016 ogłoszono znalezienie mogącej go metabolizować bakterii Ideonella sakaiensis[5]. Wcześniej znanymi organizmami posiadającymi takie możliwości były między innymi grzyby Fusarium solani[6], Aspergillus oryzae, Thermomyces insolens, Thermomyces lanuginosus i bakterie Pseudomonas mendocina i Thermobifida fusca. Znaleziono u nich rozkładające PET kutynazy, lipazy, esterazy[7].
Badania porównawcze wykazały, że enzym PETase wytwarzany przez Ideonella sakaiensis hydrolizuje PET szybciej niż enzym pochodzący z F. solani, a także niż enzymy znalezione u termofilnych promieniowców i w metagenomie uzyskanym z kompostu z liści i gałęzi[5].
Przypisy
- ↑ a b c Jude O. Iroh: Poly(ethylene terephthalate). W: James E. Mark: Polymer Data Handbook. Oxford University Press, 1999, s. 558–560.
- ↑ a b c Helmut Sattler; Michael Schweitzer: Fibers, 5. Polyester Fibers. W: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley, 2011. DOI: 10.1002/14356007.o10_o01.
- ↑ a b Horst Köpnick; Manfred Schmidt; Wilhelm Brügging; Jörn Rüter; Walter Kaminsky: Polyesters. W: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley, 2012. DOI: 10.1002/14356007.a21_227.
- ↑ Leonard Sax. Polyethylene Terephthalate May Yield Endocrine Disruptors. „Environmental Health Perspectives”. 118 (4), s. 445–448, 2010. DOI: 10.1289/ehp.0901253. PMID: 20368129.
- ↑ a b Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji, Yasuhito Maeda, Kiyotsuna Toyohara, Kenji Miyamoto, Yosiharu Kimura & Kohei Oda. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). „Science”. 351, s. 1196–1199, 2016. DOI: 10.1126/science.aad6359. (ang.).
- ↑ Thidarat Nimchua, Douglas E. Eveleigh, Usa Sangwatanaroj & Hunsa Punnapaya. Screening of tropical fungi producing polyethylene terephthalate-hydrolyzing enzyme for fabric modification. „Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology”. 35, s. 843–850, 2008. DOI: 10.1007/s10295-008-0356-3. (ang.).
- ↑ Wolfgang Zimmermann, Susan Billig: Enzymes for the Biofunctionalization of Poly(Ethylene Terephthalate). W: Biofunctionalization of Polymers and their Applications. Gibson Stephen Nyanhongo, Walter Steiner, Georg Gübitz (red.). Berlin Heidelberg: Springer, 2010, s. 97–120, seria: Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology. DOI: 10.1007/10_2010_87. ISBN 978-3-642-21949-8.