پلی استرها از جمله پلیمرهای سنتزی با کاربرد گسترده هستند. پلی استرها از جمله پلیمرهایی هستند که تاثیر زیادی در صنعت الیاف، نساجی و پوشاک داشته اند. در واقع پلیمرهای بر پایه پلی استر در توسعه صنعت پوشاک نقش پر رنگی داشته است. پلی استرها به دو دسته اصلی پلی استر اشباع و غیر اشباع تقسیم بندی می‌شوند.

پلی استر اشباع

پلی استر اشباع در واقع از یک بخش اسید دو ظرفیتی و پلی ال بدون پیوند غیر اشباع تشکیل شده است که معمولا ایزوفتالیک اسید، فتالیک انیدرید، آدیپیک اسید و نئوپنتیل گلیکول، پروپیلن گلیکول، دی اتیلن گلیکول، گلیسیرین و ...می‌باشد. رزین پلی استر اشباع هم به صورت مایع و هم به صورت جامد موجود است.  پلی استر اشباع حلال پایه عمدتا در پوشش دهی فلزات و استفاده به عنوان رنگ خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی استر حلال پایه به عنوان پوشش ضد خوردگی همراه با پرایمر اپوکسی از جمله کاربردهای این نوع پلی استر اشباع است. دسته دیگر از پلی استرها به صورت جامد بوده که معروف ترین آن پلی اتیلن ترفتالات یا PET  و پلی بوتیلن ترفتالات یا PBT  می‌باشد. پلی کربنات را نیز می‌توان در دسته پلی استرهای اشباع قرار داد که به علت کاربردهای متفاوت در یک دسته بندی جدا بررسی شده است.

مهم ترین ویژگی پلی استر اشباع

مقاومت شیمیایی بالا

سختی و چقرمگی خوب

مقاومت در برابر لکه

حفظ رنگ عالی

 

پلی استر غیر اشباع

پلی استر غیر اشباع عموما از واکنش یک پلی ال (polyhydric alcohols) با اسید دو ظرفیتی (dibasic acids) تولید می‌شوند. اتیلن گلایکول، پروپیلن گلایکول و مالئیک انیدرید از جمله مواد اولیه متداول در تولید پلی استرهای غیر اشباع هستند. حضور گروه‌های غیر اشباع در ساختار پلی استر غیر اشباع امکان کراس لینک شده این پلیمر را فراهم کرده، در نتیجه پلی استرهای غیر اشباع اغلب به صورت پلیمر ترموست شناخته می‌شوند. ترموست‌ها برای تولید مخازن، استخرها، قایق و انواع قطعات تخصصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله متداول ترین پلی استرهای ترموست از واکنش مالئیک انیدرید و فتالیک انیدرید با پروپیلن گلیکول با نسبت 1 به 2 تا 2 به 1 تولید می‌شود. پلی استر غیر اشباع در کنار رزین فنولیک، رزین اپوکسی، رزین پایه پلی آمید  و رزین آکریلیک از مهم ترین رزین‌های موجود در بازار هستند.

امروزه پلی استرهای اصلاح شده از کاربرد

پلی استر اصلاح شده با آکریلیک انعطاف پذیری و خواص تیکسوتروپی خوبی دارد. استفاده از اسید دو ظرفیتی هالوژن دار سبب افزایش مقاومت در برابر شعله پلی استر می‌شود. همچنین استفاده از تری فنیل فسفات و آنتیموآن تری اکسید به عنوان افزودنی سبب افزایش مقاومت در برابر شعله پلی استر ترموست می‌شود. استفاده از کائولن، میکا و کلسیم کربنات در تولید پلی استر ترموست سبب افزایش مقاومت الکتریکی محصول نهایی می‌شود. همچین در پلی استر ترموست از استایرن به منظور ایجاد پیوند کراس-لینک و کاهش ویسکوزیته استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای پلی استر غیر اشباع تقویت شده، میز آشپزخانه، روشویی، توپ بولینگ، لوازم برقی خاص، کفپوش، قطعات خودرو  و...می‌باشد.  

 

ویژگی مهم پلی استر ترموست

مقاومت در برابر مواد شیمیایی

نسبت استحکام/وزن بالا

پرداخت سطح عالی

عایق الکتریکی خوب

امکان ایجاد کراس لینک با افزودن هاردنر

شرینکیج کم

وزن سبک

سختی قابل توجه

 

انواع گریدهای پلی استر ترموست

پلی استر ترموست اورتوفتالیک، پلی استر اورتو فتالیک دارای درصد 35 تا 45 درصد استایرن می‌باشد. که برای کاربردهایی که قیمت پایین دارند و نیاز به مقاومت حرارتی بالایی ندارد مناسب است. پلی استر ترموست اورتوفتالیک مقاومت خوردگی و مکانیکی بالایی دارد.

گرید ایزوفتالیک، پلی استر ترموست بر پایه ایزوفتالیک دارای 42 تا 50 درصد استایرن می‌باشد. این نوع پلی استر مقاومت حرارتی بالاتری داشته و دارای کارایی بالاتری می‌باشد.

 

کاربرد پلی استر در تولید الیاف و نساجی

پلی استرها یکی از پر مصرف ترین پلیمرها در تولید الیاف مصنوعی جهت کاربرد در نساجی هستند. پلی استر چه به صورت خالص  و چه به صورت ترکیبی با الیاف طبیعی نظیر کتان جهت تولید انواع پارچه و لباس مورد استفاده قرار می‌گیرد.پلی استرها مقاومت خوبی در برابر شرایط محیطی داشته و در برای تولید پوشاکی که در خارج از خانه استفاده می‌شوند، مناسب هستند. پلی استرهای پر پایه اتیلن و راس‌ آنها پلی اتیلن ترفتالات یا PET  از مهم ترین و پر کاربرد ترین پلی استرهای مورد استفاده در صنعت نساجی هستند.  امروزه پلی استرهای بر پایه منابع طبیعی نیز در برخی کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای تولید پلی استر طبیعی به جای استفاده از پلی ال تهیه  شده از منابع نفتی از منابع طبیعی استفاده می‌شود.

پلی استرها در صنعت نساجی برای تولید محصولات مختلف از جمله  انواع پوشاک، حوله بهداشتی، حوله آشپزخانه، فرش و موکت، پارچه مبل و ...مورد استفاده قرار می‌گیرند. پلی استر ترموپلاستیک در صنایع دیگر از جمله تولید بطری، تولید انواع فیلم و... نیز کاربرد دارند.

در حال حاضر کشور چین به عنوان بزرگترین تولید کننده الیاف پلی استر در نظر گرفته می‌شود. همچنین ژاپن، کره جنوبی، تایوان، اندونزی و...از تولیدکنندگان بزرگ الیاف پلی استر هستند. میانگین قیمت جهانی پلی استر در محدوده 2 دلار برای هر کیلوگرم در نظر گرفته می‌شود.  زمانی که پلی استر به الیاف تبدیل می‌شود قیمت آن برای هر کیلوگرم الیاف به 20 دلار افزایش می‌یابد. که نشان دهنده افزایش قابل توجهی ارزش افزوده پس از تبدیل مواد اولیه به الیاف می‌باشد.

 

پلاستیک PET چیست؟

پلی اتیلن ترفتالات یا PET  معروف ترین عضو خانواده پلی استرها می‌باشد. این پلاستیک مقاومت خوبی در برابر حلال‌ها داشته، مقاومت ضربه خوبی دارد و بازیافت پذیری بسیار خوبی دارد. مشهور ترین استفاده PET  در تولید بطری آب معدنی و نوشیدنی است با این حال پلی اتیلن ترفتالات به شکل گسترده ای برای تولید پوشاک مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلاستیک پت را می‌توان از واکنش اتیلن گلایکول و ترفتالیک اسید و برخی روش‌های دیگر تولید نمود.

پلاستیک پت دارای خواصی از جمله شفافیت خوب، مقاومت بالا، مقاومت دمایی بالا، سبک وزن بودن، مقاومت در برابر عبور گاز و رطوبت، مقاومت الکتریکی خوب، بهداشتی بودن و دارای تاییده FDA، مقاومت در برابر الکل، روغن، اسیدها و مواد شیمیایی می‌باشد. دمای ذوب پلاستیک پت در محدوده 240 تا 270 درجه سانتی گراد قرار دارد. تولید پلاستیک پت با فرآیندهای متنوعی از جمله تزریق پلاستیک، اکستروژن بادی، اکستروژن، چاپ سه بعدی و ... امکان پذیر است.

 

 

پلی اتیلن ترفتالات یک ترموپلاستیک پر مصرف از خانواده پلی استرها است. این پلاستیک نیمه کریستالی بوده و به طور گسترده ای به عنوان الیاف، ورق، قطعات تزریقی و... در صنایع بسته بندی، خودروسازی و الکترونیک کاربرد دارد. پلی اتیلن ترفتالات ( (PET  که به نام پلاستیک پت نیز شناخته می‌شود.

 

نحوه تولید PET

پلی اتیلن ترفتالات یک پلی استر آلیفاتیک است که از پلیمریزاسیون تراکمی ترفتالیک اسید و اتیلن گلایکول تولید می‌شود.

 

ویژگی و خواص مهم پلی اتیلن ترفتالات

پلی اتیلن ترفتالات یک پلاستیک با انعطاف پذیری بالا است. ساختار نیمه کریستالی در این پلاستیک سبب شده تا PET  دارای پایداری ابعادی خوب، مقاومت در برابر ضربه و مقاومت بالا در برابر رطوبت و حلال‌ها شود.

دمای انتقال شیشه ای پلاستیک PET  بسته به میزان بلورینگی در محدوده 80-65 درجه سانتی گراد قرار دارد.

دمای ذوب آن بسته به میزان بلورینگی در محدوده 240 تا 270 درجه سانتی گراد قرار دارد.

مقاومت خوب در برابر عبور گاز و رطوبت

خواص عایق الکتریکی خوب

قابلیت استفاده در دمای منفی 60 تا مثبت 130 درجه سانتی گراد

شفافیت خوب

به علت مقاومت دربرابر شکستی بالا در برخی کاربردها می‎‌تواند جایگزین شیشه شود.

قابلیت بازیافت بالا

 

معایب پلی اتیلن ترفتالات

افزایش بلورینگی این پلاستیک سبب کاهش استحکام ضربه می‌شود.

در دمای بالای 60 درجه سانتی گراد مقاومت کمی در برابر حلال‌هایی نظیر کتون، اسید و باز دارد.

 

ویژگی و خواص مهم پلی اتیلن ترفتالات

خواص مکانیکی پلی اتیلن ترفتالات

 

ازدیاد طول در نقطه شکستن، ٪ Elongation at Break, %	30-70
ازدیاد طول در نقطه تسلیم، % Elongation at Yield, %	3.8
مدول خمشی (سفتی)، Gpa Flexural Modulus (Stiffness), Gpa	2.8-3.5
سختی شاخص D Hardness Shore D	85-95
سختی Hardness Rockwell M	50-100
استحکام کششی در زمان شکست، MPa Tensile Strength at Break, MPa	45-70
استحکام کششی در تسلیم Tensile Strength at Yield, MPa	50-57
مدول یانگ Young's Modulus, GPa	2.8-3.5
چقرمگی Toughness, J/m	140

 

 

خواص فیزیکی پلی‌اتیلن ترفتالات

تراکم Density, g/c	1.3-1.4
مقاومت در برابر اشعه گاما Gamma Radiation Resistance	خوب
Glass Transition Temperature, °C دمای انتقال شیشه ای، درجه سانتی گراد	73-78
انقباض% Shrinkage, %	0.2-3
مقاومت در برابر ضدعفونی (تکرار شده) Sterilization Resistance (Repeated)	ضعیف
مقاومت در برابر نور UV UV Light Resistance	متعادل
جذب آب 24 ساعته، % Water Absorption24% hours	0.1-0.2

 

 

خواص تحمل حرارتی ترفتالات

دمای HDT  در 27PSI HDT @0.46 Mpa (67 psi), °C	75-115
دمای HDPE  در 264PSI HDT @1.8 Mpa (264 psi), °C	65-80
حداکثر دمای قابل تحمل Max Continuous Service Temperature, °C	80-140
کمترین دمای قابل تحمل Min Continuous Service Temperature, °C	40-
دمای شکل پذیری Ductile / Brittle Transition Temperature, °C	40-

 

مشخصات حرارتی ترفتالات

ضریب انبساط حرارتی Coefficient of Linear Thermal Expansion x 10-5, /°C	6-8
عایق حرارتی Thermal Insulation, W/m.K	0.29
مقاومت در برابر آتش Fire Resistance (LOI)	23-25
اشتعال پذیری Flammability, UL94	HB

 

 

مشخصات نوری ترفتالات

براقیت Gloss, %	105-200
شفافیت %Transparency	70-90

 

مشخصات الکتریکی ترفتالات

مقیاس قوس Arc Resistance, sec	75-125
ثابت دی الکتریک Dielectric Constant	3-4
مقاومت حجمی Volume Resistivity x 1015, Ohm.cm	16
قدرت دی الکتریک Dielectric Strength, kV/mm	60
ضریب اتلاف Dissipation Factor x 10-4	20-200

 

 

انواع پلیمرهای تجاری بر پایه ترفتالات

 

کوپلیمر اصلاح شده با گلایکول

PETG  یا Glycol modified polyethylene terephthalate یک کوپلیمر اصلاح شده از نوع پلی اتیلن ترفتالات است. این اصلاح سبب شده تا فرآیند پذیری این پلاستیک بهتر شده، دمای انتقال شیشه ای آن نسبت به PET  کمتر شود، میزان چقرمگی و مقاومت شیمیایی افزایش یابد

 

ویژگی مهم پلاستیک PETG

فرآیند پذیری بهتر و نرخ الانگیشن بیشتر

دمای انتقال شیشه ای پایین تر و دمای ذوب پایین تر

چقرمگی بهتر و مقاومت بالاتر در برابر مواد شیمیایی

 

 

آلیاژ پلی اتیلن ترفتالات با سایر پلیمرها

پلاستیک پت را می‌توان با طیف وسیعی از ترموپلاستیک‌ها و ترموست‌ها آلیاژ کرد و پلیمر جدید با خواص منحصر به فرد را ایجاد نمود. از جمله پلاستیک‌هایی چون پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پلی کربنات، پلاستیک ABS، اتیلن وینیل استات، همچنین ترموست‌هایی چون رزین اپوکسی، رزین فنولیک و لاستیک‌هایی چون لاستیک SBR  و لاستیک NBR  با پلاستیک پت قابل آلیاژ شدن هستند.

آلیاژ PET/PC

آلیاژ پلی اتیلن ترفتالات

 

 

مقایسه پلاستیک PET  با PBT

پلاستیک پت استحکام بالا، دمای خمش حرارتی بالاتر و سفتی بالاتری نسبت به پلاستیک PBT  دارد.

به دلیل تفاوت نرخ بلورینگی PBT  با PET  استحکام ضربه و قالبگیری با افزایش بلورینگی در PBT  نسبت به پلاستیک PET  کمتر کاهش می‌یابد.

 

 

افزودنی مورد استفاده در پلاستیک PET

علاوه بر استفاده PET  در تولید بطری نوشیدنی و انواع بسته بندی این پلاستیک را می‌توان با استفاده از چند افزودنی از جمله عوامل هسته زا، فیلر و تقویت کننده‌ها در کاربردهای گسترده دیگری نیز استفاده کرد.