ПЕТГ суровини

ПЕТГ суровини: характеристики и приложения на високоефективни съполиестерни материали

ПЕТГ (полиетилен терефталат циклохександиметанол естер) е некристален термопластичен полиестерен материал, модифициран чрез тройна съполимеризация на терефталова киселина (Родителско-учителска асоциация), етиленгликол (ЕГ) и циклохександиметанол (Хроничен диабет). Като важна модифицирана разновидност на ПЕТ, ПЕТГ е преодолял ограниченията на традиционния ПЕТ с отличната си прозрачност, гъвкавост, обработваемост и екологичност. Той е демонстрирал уникални предимства в опаковането, медицината, строителството, потребителската електроника и други области, превръщайки се в бързо развиващ се високопроизводителен материал с високо молекулно тегло през последните години.

1. Молекулярна структура и основни характеристики

Молекулярната структура на ПЕТГ е в основата на неговите предимства. В сравнение с кристалния ПЕТ, ПЕТГ въвежда мономер циклохександиметанол (Хроничен диабет) в молекулната верига, замествайки част от етиленгликола, нарушавайки редовното разположение на молекулните вериги на ПЕТ, значително намалявайки способността за кристализация и образувайки аморфни или нискокристални структури. Този молекулярен дизайн носи серия от отлични характеристики.

Прозрачността е едно от най-забележителните свойства на ПЕТГ, с пропускливост на светлина над 90%, мътност под 1%, висок гланц и сравнима с прозрачни материали като поликарбонат (компютър) и акрил (ПММА). Аморфната структура избягва разсейването на светлината, причинено от кристализацията на ПЕТ, и може да поддържа висока прозрачност дори в дебелостенни продукти, решавайки проблемите с лесното избелване и намалената прозрачност в обикновените дебелостенни ПЕТ продукти.

По отношение на механичните свойства, ПЕТГ има както добра жилавост, така и твърдост. Неговата ударна якост е 3-5 пъти по-голяма от тази на обикновения ПЕТ, а ударната му якост при назъбване може да достигне над 60kJ/m², което е много по-високо от крехкия обикновен ПЕТ; В същото време якостта на опън достига 30-50MPa, а модулът на огъване е 1500-2500MPa, което може да отговори на механичните изисквания на повечето структурни компоненти. ПЕТГ има отлична гъвкавост, с удължение при счупване до 200%-300%. Може да се обработва чрез студено огъване, сгъване и др. без да се счупи, което го прави подходящ за производство на продукти, които изискват определена степен на еластичност.

По отношение на термичните характеристики, температурата на встъкляване (Тг) на ПЕТГ е около 78-88 ℃. Въпреки че е по-ниска от точката на топене на ПЕТ при кристализация, температурата му на термична деформация е сравнително висока (65-75 ℃) и може да се използва стабилно при стайна температура за дълго време. Също така има изключителна устойчивост на ниски температури и поддържа добра жилавост при -40 ℃ без крехкост. В сравнение с компютър, ПЕТГ има по-ниска температура на обработка (обикновено 230-270 ℃), по-ниска консумация на енергия и е по-малко податлив на разграждане при висока температура.

По отношение на химическата стабилност, ПЕТГ има добра устойчивост на вода, киселини, основи и др., а устойчивостта му на химическа корозия е по-добра от тази на ПММА и компютър. Не се корозира лесно от ежедневни химикали като алкохол и детергенти, а повърхността му е устойчива на надраскване, с твърдост по Брег D78-85, която може да се подобри допълнително чрез покритие. В същото време, ПЕТГ е без мирис, нетоксичен и отговаря на стандартите за материали, предназначени за контакт с храни, като FDA и ЕС 10/2011. Той е сертифициран по медицински клас, като Уникална търговска марка (УТП) Клас VI, и безопасността му е широко призната.

Друго основно предимство на ПЕТГ е неговата технологичност. Като аморфен материал, ПЕТГ има добра течливост на стопилката, нисък процент на свиване при формоване (0,5% -1,5%), отлична размерна стабилност и е подходящ за прецизно формоване. Може да се обработва чрез различни процеси, като шприцване, екструдиране, формоване чрез раздуване и термоформоване, и има широк технологичен прозорец, който не е склонен към напукване от напрежение. Има добри свойства за последваща обработка (като печат, свързване и заваряване) и може да отговори на производствените нужди на сложни продукти.

2. Производствен процес и източници на суровини

Производственият процес на ПЕТГ се основава на технология за полиестерна полимеризация, като основната цел е прецизният контрол на съотношението и процеса на полимеризация на тройните мономери за постигане на регулиране на молекулярната структура. Основните суровини включват терефталова киселина (Родителско-учителска асоциация), етиленгликол (ЕГ) и циклохександиметанол (Хроничен диабет), като чистотата и съотношението на Хроничен диабет пряко влияят върху производителността на ПЕТГ.

По отношение на източниците на суровини, традиционните ПЕТГ Родителско-учителска асоциация и ЕГ идват главно от веригата на нефтохимическата промишленост и се произвеждат чрез процеси като крекинг на нафта; Хроничен диабет се произвежда чрез стъпки като окисление и хидрогениране на циклохексан и също така разчита на изкопаеми ресурси. През последните години бяха постигнати пробиви в научноизследователската и развойна дейност на биобазирани суровини и индустриализацията на биобазираната Родителско-учителска асоциация (произведена чрез ферментация на биомаса), биобазирания ЕГ и биобазирания Хроничен диабет постепенно напредна, предоставяйки възможност за зелено производство на ПЕТГ и значително намаляване на въглеродния отпечатък на продуктите.

Производственият процес на ПЕТГ включва главно три основни етапа: естерификация, съполимеризация и полимеризация и гранулиране. В етапа на естерификация, Родителско-учителска асоциация първо претърпява реакция на естерификация с етиленгликол (ЕГ) и Хроничен диабет (Хроничен диабет) при 180-220 ℃ и 0,2-0,5 МПа, за да се получат дихидроксиетил терефталат, циклохександиметанол терефталат и вода. Реакцията се ускорява от катализатор (като например катализатор на основата на титан) и водата се отстранява своевременно, за да се стимулира напредващата реакция. Степента на естерификация трябва да достигне над 95%.

Етапът на съполимеризация и кондензация се основава на естерификационния продукт, нагрят до 240-270 ℃ и проведен във вакуумна среда (налягане ≤ 100 Па) за реакция на кондензация, чрез отстраняване на продукти с малки молекули (главно ЕГ), за да се увеличи молекулната верига. На този етап е необходимо стриктно да се контролира делът на добавения Хроничен диабет (обикновено 30% -50% от общото количество диоли). Ако делът е твърде висок, това ще намали топлоустойчивостта на материала, а ако е твърде нисък, няма да увреди ефективно кристалността. Времето и температурата на реакцията на кондензация пряко влияят на вътрешния вискозитет (IV стойност) на ПЕТГ, който обикновено се контролира между 0,7-1,2 дл/g, за да се балансира обработваемостта и механичните свойства.

След завършване на полимеризацията, разтопеният ПЕТГ се отлива и нарязва на бели или прозрачни гранулирани резени, които трябва да бъдат строго изсушени (съдържание на влага ≤ 0,005%), за да се избегне загуба на молекулно тегло поради хидролиза по време на последващата обработка. В зависимост от изискванията на приложението, по време на етапа на гранулиране могат да се добавят антиоксиданти, лубриканти, Ултравиолетово абсорбатори и други добавки, за да се подобри термичната стабилност, обработваемостта и устойчивостта на продукта на атмосферни влияния. Изборът на добавки трябва да отговаря на стандартите за контакт с храни или медицински клас.

По време на производствения процес са необходими усъвършенствани технологии за онлайн мониторинг, като инфрачервена спектроскопия и вискозитемери, за да се следи напредъкът на реакцията и производителността на продукта в реално време, осигурявайки стабилност на партидата. В сравнение с ПЕТ, процесът на полимеризация на ПЕТГ изисква по-висока точност на оборудването и контрол на процеса, особено еднородността на измерването и дисперсията на Хроничен диабет, което пряко влияе върху прозрачността и консистентността на механичните характеристики на продукта.

3、 Разлики в класификацията и производителността

Според характерния вискозитет, съдържанието на Хроничен диабет и сценариите на приложение, ПЕТГ може да бъде разделен на множество категории, като различните видове ПЕТГ имат разлики в производителността, за да отговорят на различните нужди.

Класифициран по вътрешен вискозитет (IV стойност), ПЕТГ с ниска IV стойност (0.7-0.9dL/g) има добра течливост и е подходящ за шприцване на малки прецизни продукти (като капачки за козметични бутилки и електронни аксесоари); ПЕТГ със средна IV стойност (0.9-1.1dL/g) балансира течливостта и механичните свойства, подходящ за раздувно формоване (като бутилки), екструдирани листове и др.; ПЕТГ с висока IV стойност (1.1-1.2dL/g) има висока механична якост и е подходящ за изработка на структурни компоненти като дебелостенни плочи и тръби.

Класифициран по съдържание на Хроничен диабет, ПЕТГ с ниско съдържание на Хроничен диабет (30% -40%) запазва известна склонност към кристализация, има малко по-висока топлоустойчивост (Тг около 85-90 ℃), добра твърдост и е подходящ за опаковане на продукти, които изискват топлоустойчивост; ПЕТГ с високо съдържание на Хроничен диабет (40% -50%) има по-значителна некристалност, по-добра гъвкавост и прозрачност, но малко по-ниска топлоустойчивост (Тг около 75-80 ℃), което го прави подходящ за продукти като фолиа и маркучи, които изискват висока здравина.

Класифицирани по област на приложение, ПЕТГ за опаковки се фокусира върху прозрачност, химическа устойчивост и обработваемост, отговаряйки на хигиенните изисквания за опаковки за храни и козметика; ПЕТГ за медицински цели трябва да премине сертификат за биосъвместимост (като Уникална търговска марка (УТП) Клас VI), да бъде нетоксичен, устойчив на стерилизация (като гама-лъчева стерилизация) и подходящ за производство на медицински изделия; ПЕТГ за индустриални цели се фокусира върху механичните свойства и размерната стабилност и се използва за структурни компоненти в области като строителството и електрониката.

Разликите в производителността на различните видове ПЕТГ се отразяват главно в топлоустойчивостта, гъвкавостта и обработваемостта. Например, пропускливостта на ПЕТГ за опаковъчни цели обикновено е по-голяма от 92%, мътността е по-малка от 1%, якостта на опън е 35-45 МПа, а удължението при скъсване е 200% -300%; ПЕТГ за медицински цели не само отговаря на механичните свойства, но също така трябва да премине тестове за цитотоксичност и сенсибилизация; Температурата на термична деформация (0,45 МПа) на ПЕТГ за индустриални цели може да достигне 60-70 ℃, което е подходящо за изискванията за структурна поддръжка при стайна температура.

4. Разнообразни области на приложение

ПЕТГ, със своите всеобхватни предимства в производителността, замени традиционните материали в множество области и демонстрира широки перспективи за приложение, особено в сценарии с високи изисквания за прозрачност, здравина и екологичност.

Опаковъчният сектор е основният пазар на приложение на ПЕТГ, особено заемащ важна позиция във висок клас опаковки. В козметичните опаковки бутилките и маркучите, изработени от ПЕТГ, имат кристално прозрачна текстура, висок гланц, който може да подчертае качеството на продукта, и отлична химическа устойчивост. Те могат да съдържат продукти за грижа за кожата, парфюми и други продукти със сложни съставки. В същото време те имат силна удароустойчивост, не се чупят лесно и намаляват загубите при транспортиране.

В областта на опаковането на храни, ПЕТГ отговаря на стандартите за материали за контакт с храни (като FDA 21 Общият регламент (CFR) 177.1310), няма мирис и е устойчив на ниски температури (подходящ за охлаждане). Може да се използва за направата на консервни кутии за храна, чаши за напитки, кутии за свежест и др. Доброто му запечатване и химическа устойчивост могат да защитят вкуса на храната, а прозрачността му улеснява потребителите да наблюдават съдържанието. ПЕТГ фолиото може да се използва като композитно опаковъчно фолио и свиващо се фолио, с добри свойства на термозапечатване, подходящо за неправилни опаковки.

В областта на здравеопазването, медицинският ПЕТГ се е превърнал в идеален материал за медицински изделия, благодарение на добрата си биосъвместимост, устойчивост на стерилизация и лесна обработка. Може да се използва за направата на инфузионни комплекти, корпуси на спринцовки, медицински катетри, бутилки за опаковане на лекарства и др. Прозрачността му улеснява наблюдението на състоянието на потока на течности, а устойчивостта му на стерилизация с гама лъчи гарантира стерилността на медицинските консумативи. Освен това, ПЕТГ се използва и за направата на зъбни модели, протезни корпуси и др., като балансира комфорта и издръжливостта.

В областта на архитектурата и декорацията, ПЕТГ панелите се използват за направата на осветителни панели, защитни покрития, декоративни панели и др. поради високата си прозрачност, устойчивост на атмосферни влияния и удароустойчивост. В сравнение със стъклото, ПЕТГ листовете са по-леки (плътност 1,23-1,27 g/см³, около половината от стъклото), по-малко податливи на счупване и имат по-висока безопасност; в сравнение с акрила, ПЕТГ има по-добра химическа устойчивост, по-малко пожълтяване и стареене и има по-дълъг експлоатационен живот. ПЕТГ може да се използва и за производство на декоративни филми и мебелни фурнири, постигайки разнообразен външен вид чрез печат, покритие и други процеси.

В областта на потребителската електроника, ПЕТГ се използва за направата на корпуси за електронни устройства, защитни капаци, рамки за екрани и др. Неговата добра размерна стабилност и обработваемост могат да отговорят на производствените изисквания за прецизни компоненти, а неговата износоустойчивост и устойчивост на надраскване могат да бъдат подобрени чрез повърхностна обработка (като например закалени покрития). В 3C опаковки на продукти, вакуумно формованите кутии от ПЕТГ могат ясно да показват продуктите и да осигуряват добра защита.

В други области ПЕТГ фолиото може да се използва за печат, горещо щамповане, етикети против фалшифициране и др., с отлични показатели за последваща обработка; ПЕТГ тръбите се използват за транспортиране на промишлени течности и тръбопроводи за медицински изделия поради добрата си гъвкавост и устойчивост на химическа корозия; В областта на играчките прозрачните играчки, изработени от ПЕТГ, са безопасни, нетоксични и имат силна устойчивост на удар, което ги прави подходящи за употреба от деца.

5. Тенденции в опазването на околната среда и развитието

Екологичните характеристики на ПЕТГ му дават предимство в тенденцията за устойчиво развитие, докато индустрията непрекъснато насърчава технологичните иновации, разширявайки границите на производителност и сценариите на приложение.

По отношение на опазването на околната среда, ПЕТГ има добра рециклируемост, а отпадъчните ПЕТГ продукти могат да бъдат рециклирани чрез физическо или химическо рециклиране. Физическото рециклиране е процес на сортиране, почистване и раздробяване на отпадъчни материали преди разтопяването и преоформянето им. Рециклираният ПЕТГ може да се използва за производство на продукти, които не са в контакт с храни (като опаковъчни материали и промишлени компоненти); Химическото рециклиране разлага ПЕТГ на мономери чрез реакция на деполимеризация, които се използват повторно в полимеризационното производство за постигане на затворен цикъл на циркулация. В сравнение с хлорираните пластмаси като ПВЦ, ПЕТГ не произвежда токсични газове по време на горене и има по-ниски рискове за околната среда.

Изследванията и разработването на биобазирани ПЕТГ са важна насока за зелено развитие. Чрез приемането на биобазирани Родителско-учителска асоциация, биобазирани ЕГ и биобазирани Хроничен диабет, зависимостта от изкопаеми ресурси може да бъде значително намалена, а въглеродните емисии на продуктите по време на жизнения им цикъл могат да бъдат намалени с повече от 30% в сравнение с традиционните ПЕТГ. В момента множество компании са пуснали на пазара някои биобазирани ПЕТГ продукти. С намаляването на разходите за биобазирани суровини, индустриализацията на изцяло биобазирани ПЕТГ ще се ускори.

Тенденцията за развитие на ПЕТГ се отразява главно в три посоки: висока производителност, функционализация и разширяване на приложението. По отношение на високата производителност, чрез оптимизиране на съотношението Хроничен диабет чрез молекулярен дизайн, въвеждане на четвърти мономери (като дълговерижни диоли) или композити с наноматериали (като графен и нанокалциев карбонат), се подобряват топлоустойчивостта (като температура на термична деформация над 80 ℃), износоустойчивостта и механичната якост на ПЕТГ, разширявайки областта на инженерните структурни компоненти.

По отношение на функционализацията, разработете ПЕТГ разновидности със специални функции, като например антибактериален ПЕТГ (добавяне на антибактериални агенти като нано сребърни и цинкови йони) за медицински и хранителни опаковки, които могат да инхибират растежа на микробите; ПЕТГ, забавящ горенето, отговаря на изискванията за пожарна защита в областта на електрониката и строителството чрез добавяне на безхалогенни забавители на горенето; ПЕТГ с интелигентен отговор (като температурно чувствителна промяна на цвета и pH реакция), използван за висок клас опаковки и медицински мониторинг за постигане на динамично регулиране на функциите.

По отношение на разширяването на приложението, ПЕТГ има огромен потенциал в областта на новата енергия, като например производството на прозрачни задни плочи за фотоволтаични модули (с отлична устойчивост на атмосферни влияния и изолация); В областта на 3D печата, ПЕТГ телта се е превърнала в един от предпочитаните материали за FDM печат поради високата си точност на печат и устойчивост на деформация. Може да се използва за създаване на сложни модели и функционални компоненти; В областта на гъвкавата електроника, ПЕТГ фолиото може да се използва като субстрат и да се комбинира с проводими материали за изработка на гъвкави схеми и сензори.

По отношение на технологичните иновации, оптимизирането на процеса на непрекъсната полимеризация може да подобри ефективността на производството и стабилността на качеството на ПЕТГ, както и да намали производствените разходи; Разработването на нови катализатори (като екологични катализатори без антимон) може да намали остатъците от тежки метали и да подобри безопасността на продукта; Технологията за модифициране на смесване (като смесване на ПЕТГ с компютър и ПММА) може да интегрира предимствата на различни материали за разработване на композитни продукти с по-цялостна производителност.

Като високоефективен съполимерен полиестерен материал, развитието на ПЕТГ отразява напредъка на технологията за модифициране на полимерни материали. Чрез прецизно регулиране на молекулярната структура, ПЕТГ преодолява ограниченията в производителността на традиционните полиестери, поддържайки отлична прозрачност и обработваемост, като същевременно притежава гъвкавост, екологичност и безопасност. С напредъка на технологиите за зелено производство и разширяването на сценариите на приложение, ПЕТГ ще играе все по-важна роля във висок клас производството, устойчивите опаковки и медицинското здраве, превръщайки се в един от ключовите материали, движещи модернизацията на индустрията за полимерни материали.