JeanPS
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Polyethylenterephtalat ist ein thermoplastischer Polyester. Allgemein bekannt ist es vor allem in Form von PET-Flaschen. In den USA wurde PET um 1940 als Kunstseide zur Herstellung von Textilien eingesetzt. Noch heute bestehen 2/3
aller Kunstfasern aus Polyestern wie PET. Seit den 1960er Jahren werden Polyesterfolien produziert, seit den 1970er Jahren werden thermoplastische
Copolyester und PET-Behälter, insbesondere Flaschen, hergestellt. Polyethylenterephtalat ist der wichtigste thermoplastische Polyester.
Polyester allgemein
Polyester sind hoch molekulare Makromoleküle, deren Grundstruktur durch die Estergruppe [-CO-O-] verknüpft ist. Polyester entstehen überwiegend durch
Polykondensation mehrbasiger Carbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen. Theoretisch ist auch eine Polykondensation von Hydroxy-Carbonsäuren
möglich. Erstmals wurden Polyester von W. Carothers um 1932 dargestellt.
Die 4 Gruppen der Polyester
? Niedermolekulare Polyester ? lineare bis schwach verzweigte Reaktionsprodukte aus Dicarbonsäuren und zwei- / dreiwertigen Alkoholen. Ihre
relative Molekülmasse beträgt weniger als 10'000.
? Ungesättigte Polyester - Reaktionsprodukte mehrbasiger, ungesättigter Carbonsäuren und mehrwertiger Alkohole; Ausgangsprodukte für Duroplaste
? Alkydharze ? Polyester aus mehrbasigen, aromatischen Carbonsäuren und Fettsäuren mit mehrwertigen Alkoholen; relative Molekülmasse über 10'000;
ohne Fettsäuren entstehen gesättigte Polyesterharze; Alkydharze sind Bindemittel in Lacken; werden zu Duroplasten weiter verarbeitet
? Thermoplastische Polyester ? lineare Strukturen aus Dicarbonsäuren mit zweiwertigen Alkoholen; die relative Molekülmasse beträgt über 10'000; thermoplastische Polyester lassen sich zu Formmassen verarbeiten und sind
die wirtschaftlich wichtigsten Polyester.
Eigenschaften thermoplastischer Polyester
Thermoplastische Polyester sind teilkristalline, harte, steife und verschleißfeste Substanzen. Wenn man sie auf 70-100°C erhitzt, werden die vorher ausgerichteten Molekülketten desorientiert, was den Verlust der Transparenz
bewirkt. Thermoplastische Polyester sind kaum brennbar, da der erhitzte Polyester abtropft. Die Formtemperatur von thermoplastischen Polyestern liegt bei 140°C. Die Eigenschaften können durch Zusätze wie Farben, Flammschutzmittel oder Glasfasern je nach Anspruch variiert werden.
Allgemeine Eigenschaften von PET
PET-Folien sind gut transparent und besitzen herausragende thermische Eigenschaften, da selbst bei längerem Gebrauch Temperaturschwankungen
zwischen ?70 bis 150°C die Kälte- und Wärmefestigkeit erhalten bleibt. Sie sind wenig durchlässig für Gase, Wasserdampf und Aromastoffe, ihre Barrierefähigkeit reicht jedoch für oft nicht aus für den Einsatz als alleinige
Sperrschichtfolie. Daher wird es oft im Verbund mit anderen Kunststoffen wie Polyethylen eingesetzt. PET besitzt weder einen Eigengeschmack noch einen Eigengeruch. PET-Folien lassen sich sehr gut bedrucken und metallisieren.
Chemische Eigenschaften von PET
Polyethylenterephtalat ist beständig gegen organische Chemikalien und Lösungsmittel, sowie gegen Fette und Öle. Zudem ist es praktisch unlöslich in Wasser und nimmt kaum Wasser in die Struktur auf.
Physikalische Eigenschaften von PET
Die physikalischen Eigenschaften hängen stark von der Molekülmasse ab. Aufgrund der hohen Polarität bilden die einzelnen, unvernetzten Polyester-Stränge starke zwischenmolekulare Kräfte aus. Dies sind Vorraussetzungen für teilkristalline Bereiche und Fasern. PET ist bruchfest und bis 80°C formfest (Glasübergangstemperatur) und besitzt ein gutes Verschleißverhalten, besitzt jedoch nur eine geringe Schlagzähigkeit.
Es gibt zwei Sorten PET:
? A-PET: amorphe Sorte mit niedriger Kristallinität und niedrigem Schmelzpunkt; kann auch in weitem Temperaturbereich ohne Gefahr eines Abrisses bei Verformung unter Wärme verarbeitet werden; Verwendung für transparente, tiefgezogene Schalen, Behälter oder Flaschen für Lebensmittel, Kosmetika und chemisch-technische Produkte.
? C-PET: hohe Kristallinität und Schmelzpunkt (280°C); geeignet zum Warmformen von Behältern, Schalen oder Trays (Tablett / Ablagekorb), die in Umluft- und Mikrowellenöfen eingesetzt werden.
Herstellung von PET
Als Ausgangsstoffe für die Edukte von PET, Terephtalsäure (oft auch Terephtalsäuredimethylester) und Ethylenglykol, dienen die Petrochemikalien
Ethen und p-Dimethylbezol. Für die Herstellung von PET gibt es zwei Verfahren: Die Polykondensation von Terephtalsäure mit Glykol unter Abspaltung von Wasser, und die am häufigsten eingesetzte Umesterung von
Dimethyltrephtalat mit Glykol unter Abspaltung von Methanol.
Stufe 1: Bei der Umesterung von Dimethylterephtalat [DMT] (oder Veresterung von Terephtalsäure) mit Glykol entsteht ein Polyestervorkondensat mit einer
relativen Molmasse von 100-2000. Dimethylterephtalat wird katalytisch mit Ethandiol bei 150-200°C und 10-70bar Druck unter Rühren in Autoklaven umgesetzt. Das bei der Umesterung freigesetzte Methanol wird abgetrennt.
Stufe 2: Bei der eigentlichen Polykondensation unter Abspaltung von Methanol oder Wasser entsteht ein Polyester mit einer relativen Molekülmasse von über 10'000. Das geschmolzene Umesterungsprodukt wird in evakuierten
Rührkesseln bei 150-280°Ckatalytisch polykondensiert.
Man bricht die Polykondensation ab, wenn eine vorgegebene Schmelzviskosität erreicht wurde. Die Polyesterschmelze wird entweder sofort versponnen oder mit kaltem Wasser abgeschreckt, granuliert und getrennt versponnen.
In einem weiteren Schritt werden verbliebene kleine Wasseranteile auf Restwerte unter 0,01% verringert. Damit wird zum Einen eine Rückreaktion verhindert, zum Anderen verbessern sich die mechanischen Eigenschaften
deutlich durch die in diesem Stadium weiter ablaufende Polykondensation.
Die Weltproduktion an Polyestern liegt bei 10 Millionen t / Jahr. Ein Großteil wird zur Erzeugung von Polyester-Fasern verwendet, etwa 700?000t zur Herstellung von Polyester-Folien.
PET-Folie aus Granulat
Hergestellt wird PET-Folie aus einem Rohstoffgranulat, das zuerst getrocknet wird oder direkt aus der Schmelze. Falls der frische Kunststoff mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit in Kontakt käme, würde dieser schlimmstenfalls per Hydrolyse
zurück reagieren. Durch Aufschmelzen mittels Extrusion und anschließende Filtration über eine Breitschlitzdüse wird eine Folie hergestellt. Der flüssige Schmelzefilm wird auf eine Gießwalze gepresst und unter den Glaspunkt von
PET (65-80°C) gekühlt. Es entsteht die sogenannte Vorfolie.
Die endgültige Folie entsteht im zweiten Schritt durch Breitstreckung. Dabei wird die Folie erst in Längsrichtung, danach in Querrichtung gestreckt. Dafür
muss die Folie wieder über die Glastemperatur geheizt werden. Dazu wird die Vorfolie über geheizte Walzen geführt und in einem Streckspalt mit IR-Strahler bis auf die 4-fache Länge gedehnt. Die Walzen nach dem Streckspalt drehen
sich mit entsprechend höherer Geschwindigkeit. Bei der Breitstreckung werden die Seitenränder der Folie mit Halteklammern an die Führungsketten des
Breitstreckrahmens befestigt und die Folie vorgeheizt. Die Ketten werden so an einer Schiene geführt, dass sich der Abstand, und somit auch die Breite der Folie, bis um das 4-fache verbreitert. Anschließend wird die noch eingespannte Folie auf Temperaturen zwischen 200 und 230°C erhitzt, um Spannungen in der Folie abzubauen.
Toxikologie von Polyethylenterephtalat
Da PET inert ist, d.h. es nicht mit anderen Substanzen reagiert, dürfen Folien aus PET für die Verpackung von Lebensmitteln und medizinischer Verpackung verwendet werden. PET-Folien enthalten keine Weichmacher und sind daher physiologisch unbedenklich.
Verwendung von PET
In erster Linie dient PET zur Herstellung von Polyester-Fasern. Der Anteil von PET an der Produktion von synthetischen Fasern liegt bei über 50%. Zudem steigt der Anteil an hochwertigen, temperaturbeständigen Folien und Gasdichten Kunststoffflaschen. PET ist gut belastbar und daher geeignet für Präzisionsprodukte. Wichtige Einsatzgebiete für PET-Folien oder Verbunde mit Polyethylen oder Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer sind die Verwendung als Menüschalen, Lebensmittel-Beutel, Backfolien oder medizinische Verpackungen. PET wird oft auch als Trägerfolie für Fotofile, magnetische Datenträger oder als elektrischer Isolator eingesetzt. Natürlich wird auch ein großer teil zu Flascjen verarbeitet.
Zukunfts-Vision
Es gibt in der Natur Bakterien, die, wenn sie Stress ausgesetzt werden, in ihrem Inneren reine Polyester als Nahrungsreserve aufbauen. Es wird versucht, durch Genverpflanzung diese Eigenschaft auf Pflanzen zu übertragen. Das Ziel ist es, auf Plantagen gewachsene Polyester anzubauen.
aller Kunstfasern aus Polyestern wie PET. Seit den 1960er Jahren werden Polyesterfolien produziert, seit den 1970er Jahren werden thermoplastische
Copolyester und PET-Behälter, insbesondere Flaschen, hergestellt. Polyethylenterephtalat ist der wichtigste thermoplastische Polyester.
Polyester allgemein
Polyester sind hoch molekulare Makromoleküle, deren Grundstruktur durch die Estergruppe [-CO-O-] verknüpft ist. Polyester entstehen überwiegend durch
Polykondensation mehrbasiger Carbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen. Theoretisch ist auch eine Polykondensation von Hydroxy-Carbonsäuren
möglich. Erstmals wurden Polyester von W. Carothers um 1932 dargestellt.
Die 4 Gruppen der Polyester
? Niedermolekulare Polyester ? lineare bis schwach verzweigte Reaktionsprodukte aus Dicarbonsäuren und zwei- / dreiwertigen Alkoholen. Ihre
relative Molekülmasse beträgt weniger als 10'000.
? Ungesättigte Polyester - Reaktionsprodukte mehrbasiger, ungesättigter Carbonsäuren und mehrwertiger Alkohole; Ausgangsprodukte für Duroplaste
? Alkydharze ? Polyester aus mehrbasigen, aromatischen Carbonsäuren und Fettsäuren mit mehrwertigen Alkoholen; relative Molekülmasse über 10'000;
ohne Fettsäuren entstehen gesättigte Polyesterharze; Alkydharze sind Bindemittel in Lacken; werden zu Duroplasten weiter verarbeitet
? Thermoplastische Polyester ? lineare Strukturen aus Dicarbonsäuren mit zweiwertigen Alkoholen; die relative Molekülmasse beträgt über 10'000; thermoplastische Polyester lassen sich zu Formmassen verarbeiten und sind
die wirtschaftlich wichtigsten Polyester.
Eigenschaften thermoplastischer Polyester
Thermoplastische Polyester sind teilkristalline, harte, steife und verschleißfeste Substanzen. Wenn man sie auf 70-100°C erhitzt, werden die vorher ausgerichteten Molekülketten desorientiert, was den Verlust der Transparenz
bewirkt. Thermoplastische Polyester sind kaum brennbar, da der erhitzte Polyester abtropft. Die Formtemperatur von thermoplastischen Polyestern liegt bei 140°C. Die Eigenschaften können durch Zusätze wie Farben, Flammschutzmittel oder Glasfasern je nach Anspruch variiert werden.
Allgemeine Eigenschaften von PET
PET-Folien sind gut transparent und besitzen herausragende thermische Eigenschaften, da selbst bei längerem Gebrauch Temperaturschwankungen
zwischen ?70 bis 150°C die Kälte- und Wärmefestigkeit erhalten bleibt. Sie sind wenig durchlässig für Gase, Wasserdampf und Aromastoffe, ihre Barrierefähigkeit reicht jedoch für oft nicht aus für den Einsatz als alleinige
Sperrschichtfolie. Daher wird es oft im Verbund mit anderen Kunststoffen wie Polyethylen eingesetzt. PET besitzt weder einen Eigengeschmack noch einen Eigengeruch. PET-Folien lassen sich sehr gut bedrucken und metallisieren.
Chemische Eigenschaften von PET
Polyethylenterephtalat ist beständig gegen organische Chemikalien und Lösungsmittel, sowie gegen Fette und Öle. Zudem ist es praktisch unlöslich in Wasser und nimmt kaum Wasser in die Struktur auf.
Physikalische Eigenschaften von PET
Die physikalischen Eigenschaften hängen stark von der Molekülmasse ab. Aufgrund der hohen Polarität bilden die einzelnen, unvernetzten Polyester-Stränge starke zwischenmolekulare Kräfte aus. Dies sind Vorraussetzungen für teilkristalline Bereiche und Fasern. PET ist bruchfest und bis 80°C formfest (Glasübergangstemperatur) und besitzt ein gutes Verschleißverhalten, besitzt jedoch nur eine geringe Schlagzähigkeit.
Es gibt zwei Sorten PET:
? A-PET: amorphe Sorte mit niedriger Kristallinität und niedrigem Schmelzpunkt; kann auch in weitem Temperaturbereich ohne Gefahr eines Abrisses bei Verformung unter Wärme verarbeitet werden; Verwendung für transparente, tiefgezogene Schalen, Behälter oder Flaschen für Lebensmittel, Kosmetika und chemisch-technische Produkte.
? C-PET: hohe Kristallinität und Schmelzpunkt (280°C); geeignet zum Warmformen von Behältern, Schalen oder Trays (Tablett / Ablagekorb), die in Umluft- und Mikrowellenöfen eingesetzt werden.
Herstellung von PET
Als Ausgangsstoffe für die Edukte von PET, Terephtalsäure (oft auch Terephtalsäuredimethylester) und Ethylenglykol, dienen die Petrochemikalien
Ethen und p-Dimethylbezol. Für die Herstellung von PET gibt es zwei Verfahren: Die Polykondensation von Terephtalsäure mit Glykol unter Abspaltung von Wasser, und die am häufigsten eingesetzte Umesterung von
Dimethyltrephtalat mit Glykol unter Abspaltung von Methanol.
Stufe 1: Bei der Umesterung von Dimethylterephtalat [DMT] (oder Veresterung von Terephtalsäure) mit Glykol entsteht ein Polyestervorkondensat mit einer
relativen Molmasse von 100-2000. Dimethylterephtalat wird katalytisch mit Ethandiol bei 150-200°C und 10-70bar Druck unter Rühren in Autoklaven umgesetzt. Das bei der Umesterung freigesetzte Methanol wird abgetrennt.
Stufe 2: Bei der eigentlichen Polykondensation unter Abspaltung von Methanol oder Wasser entsteht ein Polyester mit einer relativen Molekülmasse von über 10'000. Das geschmolzene Umesterungsprodukt wird in evakuierten
Rührkesseln bei 150-280°Ckatalytisch polykondensiert.
Man bricht die Polykondensation ab, wenn eine vorgegebene Schmelzviskosität erreicht wurde. Die Polyesterschmelze wird entweder sofort versponnen oder mit kaltem Wasser abgeschreckt, granuliert und getrennt versponnen.
In einem weiteren Schritt werden verbliebene kleine Wasseranteile auf Restwerte unter 0,01% verringert. Damit wird zum Einen eine Rückreaktion verhindert, zum Anderen verbessern sich die mechanischen Eigenschaften
deutlich durch die in diesem Stadium weiter ablaufende Polykondensation.
Die Weltproduktion an Polyestern liegt bei 10 Millionen t / Jahr. Ein Großteil wird zur Erzeugung von Polyester-Fasern verwendet, etwa 700?000t zur Herstellung von Polyester-Folien.
PET-Folie aus Granulat
Hergestellt wird PET-Folie aus einem Rohstoffgranulat, das zuerst getrocknet wird oder direkt aus der Schmelze. Falls der frische Kunststoff mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit in Kontakt käme, würde dieser schlimmstenfalls per Hydrolyse
zurück reagieren. Durch Aufschmelzen mittels Extrusion und anschließende Filtration über eine Breitschlitzdüse wird eine Folie hergestellt. Der flüssige Schmelzefilm wird auf eine Gießwalze gepresst und unter den Glaspunkt von
PET (65-80°C) gekühlt. Es entsteht die sogenannte Vorfolie.
Die endgültige Folie entsteht im zweiten Schritt durch Breitstreckung. Dabei wird die Folie erst in Längsrichtung, danach in Querrichtung gestreckt. Dafür
muss die Folie wieder über die Glastemperatur geheizt werden. Dazu wird die Vorfolie über geheizte Walzen geführt und in einem Streckspalt mit IR-Strahler bis auf die 4-fache Länge gedehnt. Die Walzen nach dem Streckspalt drehen
sich mit entsprechend höherer Geschwindigkeit. Bei der Breitstreckung werden die Seitenränder der Folie mit Halteklammern an die Führungsketten des
Breitstreckrahmens befestigt und die Folie vorgeheizt. Die Ketten werden so an einer Schiene geführt, dass sich der Abstand, und somit auch die Breite der Folie, bis um das 4-fache verbreitert. Anschließend wird die noch eingespannte Folie auf Temperaturen zwischen 200 und 230°C erhitzt, um Spannungen in der Folie abzubauen.
Toxikologie von Polyethylenterephtalat
Da PET inert ist, d.h. es nicht mit anderen Substanzen reagiert, dürfen Folien aus PET für die Verpackung von Lebensmitteln und medizinischer Verpackung verwendet werden. PET-Folien enthalten keine Weichmacher und sind daher physiologisch unbedenklich.
Verwendung von PET
In erster Linie dient PET zur Herstellung von Polyester-Fasern. Der Anteil von PET an der Produktion von synthetischen Fasern liegt bei über 50%. Zudem steigt der Anteil an hochwertigen, temperaturbeständigen Folien und Gasdichten Kunststoffflaschen. PET ist gut belastbar und daher geeignet für Präzisionsprodukte. Wichtige Einsatzgebiete für PET-Folien oder Verbunde mit Polyethylen oder Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer sind die Verwendung als Menüschalen, Lebensmittel-Beutel, Backfolien oder medizinische Verpackungen. PET wird oft auch als Trägerfolie für Fotofile, magnetische Datenträger oder als elektrischer Isolator eingesetzt. Natürlich wird auch ein großer teil zu Flascjen verarbeitet.
Zukunfts-Vision
Es gibt in der Natur Bakterien, die, wenn sie Stress ausgesetzt werden, in ihrem Inneren reine Polyester als Nahrungsreserve aufbauen. Es wird versucht, durch Genverpflanzung diese Eigenschaft auf Pflanzen zu übertragen. Das Ziel ist es, auf Plantagen gewachsene Polyester anzubauen.
