Struktura chemiczna poliestru: C10H8O4, wiązania estrowe i dlaczego mają one znaczenie

Jedna powtarzalna jednostka poliestru stosowanego w tekstyliach zawiera dziesięć atomów węgla, osiem atomów wodoru i cztery atomy tlenu: C10H8O4, około 192 g/mol. Prawie 46 procent tej masy znajduje się w dwóch grupach estrowych, ogniwach -COO- utrzymujących łańcuch razem. Ten pojedynczy fakt wyjaśnia, dlaczego PET topi się w pobliżu 255°C, dlaczego wchłania tylko około 0,4% wilgoci, dlaczego należy go barwić w temperaturze 130°C pod ciśnieniem i dlaczego rozpuści go gorąca soda kaustyczna.

Ten sam szkielet przebiega przez przędzę 75D/72F DTY na okrągłej maszynie dziewiarskiej, chip butelkowy o lepkości granicznej 0,80 dl/g oraz włókno pochodzące z recyklingu odbudowane z glikolizy. Czytaj od powtarzającej się jednostki w górę, chemia pozostaje prosta. Konsekwencje handlowe nie.

Jaka właściwie jest struktura chemiczna poliestru

Poliester to dowolny polimer, którego powtarzające się jednostki są połączone wiązaniami estrowymi, a poliester znajdujący się za prawie każdą etykietą tekstylną to poli(tereftalan etylenu), w skrócie PET.

Dwa monomery budują PET. Kwas tereftalowy dostarcza dwie grupy -COOH na para-podstawionym pierścieniu benzenowym, a glikol etylenowy dostarcza dwie grupy -OH. Kwas spotyka alkohol, jedna cząsteczka wody opuszcza, tworzy się jedno wiązanie estrowe i sekwencja powtarza się w obu kierunkach.

Powtarzająca się jednostka -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- jest kanapką złożoną z dwóch segmentów etylenowych, jednego pierścienia aromatycznego i dwóch węgli karbonylowych z ich estrowymi tlenami. Umiejscowienie pierścienia ma większe znaczenie niż jego rozmiar: utrzymuje łańcuch prosto, więc PET pakuje się w krystality i topi się w pobliżu 255 C. Zamień go na elastyczny łańcuch alifatyczny, jak w przypadku poli(adypinianu etylenu), a temperatura topnienia spada do około 50-60 C.

Jak zbudowane jest wiązanie estrowe: polimeryzacja kondensacyjna w czterech etapach

PET wytwarzany jest w procesie polimeryzacji kondensacyjnej, a każde wiązanie estrowe utworzone po drodze uwalnia jedną małą cząsteczkę, zwykle wodę lub metanol.

Producenci włókien wybierają następnie normalne wióry w klasach SD, FD, CD i TBR, ponieważ jasność i zachowanie barwienia są już ustalone na etapie chipa.

Producenci normalnych chipów (SD/FD/CD/TBR). Normalne wióry poliestrowe o wysokiej stabilności SD/FD/CD/TBR do produkcji włókien tekstylnych Normalne wióry (SD/FD/CD/TBR) Zobacz produkt →

Od struktury do wydajności: krystaliczność, lepkość istotna i temperatura topnienia

Dwie liczby pozwalają przewidzieć większość właściwości przędzy poliestrowej: lepkość graniczna, która mierzy długość łańcucha i krystaliczność, która mierzy, jak ciasno upakowane są te łańcuchy.

Lepkość istotna jest praktycznym przybliżeniem masy cząsteczkowej. Odstęp 0,02 dl/g między dwoma chipami wynosi w przybliżeniu 8 do 10 procent wagowo średniej masy cząsteczkowej i ujawnia się jako wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie, wchłanianie barwnika i pękanie włókien podczas teksturowania.

Dlaczego kręgosłup decyduje o tym, jak poliester przyjmuje barwnik

Standardowy PET nie zawiera jonowych grup bocznych, więc nie można go farbować tak jak bawełnę. Barwniki dyspersyjne muszą rozpuścić się w amorficznych obszarach włókna, a dzieje się to tylko w temperaturze około 130°C i pod ciśnieniem od 2 do 3 barów.

Karbonylki estrowe są słabo polarne, ale nie są miejscami barwnika. Poniżej temperatury zeszklenia bliskiej 70-80°C łańcuchy amorficzne zamarzają i cząsteczki barwnika nie mogą się między nimi przecisnąć. Powyżej 130°C struktura otwiera się, barwnik wnika do wnętrza i pozostaje uwięziony podczas ochładzania się włókna.

Kationowa przędza poliestrowa SD CD DTY do głębokiego farbowania Kationowy poliester DTY łączący zalety SD i CD, zapewniający jasne, jednolite, głębokie barwienie, mniejsze zanieczyszczenie i opłacalną produkcję przędzy tekstylnej. Zobacz produkt →

Gdzie struktura pęka: hydroliza, recykling i długość łańcucha

Wiązanie estrowe jest słabym punktem poliestru i każda komercyjna metoda recyklingu celowo je atakuje.

Recykling mechaniczny utrzymuje szkielet, ale go skraca. Ciepło, wilgoć i ścinanie podczas ponownego topienia ciętych łańcuchów, dzięki czemu włókno w 100% pochodzące z recyklingu może osiągnąć lepkość o 0,05–0,10 dl/g mniejszą od pierwotnej. Bez przedłużaczy łańcucha lub dziewiczej mieszanki, zarówno wytrzymałość, jak i jednorodność barwnika ulegają zmianie.

• Glikoliza: glikol etylenowy w temperaturze 180–240°C rozbija łańcuchy z powrotem do tereftalanu bis(2-hydroksyetylu), który można ponownie polimeryzować w nowy PET.
• Metanoliza: metanol w temperaturze 180–280°C i 20–40 barów daje tereftalan dimetylu i glikol.
• Hydroliza: para lub woda w wysokiej temperaturze i ciśnieniu zwraca kwas tereftalowy i glikol.

SD DTY Wytrzymała przędza poliestrowa z recyklingu Półmatowa, teksturowana przędza poliestrowa z recyklingu o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, posiadająca certyfikaty Oeko-Tex i GRS, do odzieży sportowej, outdoorowej, tekstyliów domowych i tkanin przemysłowych. Zobacz produkt →

Czytanie specyfikacji poliestru: co mówi struktura

Arkusz danych poliestru to ukryty raport strukturalny, a cztery wartości zawierają większość informacji potrzebnych kupującemu.

• Lepkość istotna: 0,62-0,68 dl/g to normalny gatunek włókna. Niższe wartości obracają się chłodniej, ale częściej pękają podczas teksturowania, podczas gdy wyższe wartości wymagają więcej ciepła do pobrania.
• Denier i liczba włókien: 75D/72F zapewnia miękką, układającą się dłoń, podczas gdy 150D/48F zapewnia objętość i osłonę. Liczba włókien zmienia również sposób odbijania światła, co zmienia pozorny odcień.
• Zawartość komonomerów: kwas izoftalowy, glikol dietylenowy lub 5-sulfoizoftalan sodu obniżają krystaliczność i podnoszą temperaturę topnienia. Powyżej około 3% molowych PET nie jest już materiałem butelkowym.
• Wilgotność i wykończenie: PET odzyskuje około 0,4 procent wilgoci, więc szybko schnie, ale elektryzuje się, a wykończenie wirowania decyduje o tym, jak będzie działać na maszynie dziewiarskiej.

Kupujący, którzy potrzebują standardowych, kationowych, wysokoelastycznych i pochodzących z recyklingu wersji tej samej przędzy w jednym programie, zwykle skracają etap prób i błędów, współpracując z dostawca przędzy różnicowej który obsługuje wszystkie cztery linie.

Struktura poliestru: często zadawane pytania

Jaki jest wzór chemiczny poliestru?

W przypadku tekstylnego PET powtarzalną jednostką jest C10H8O4, a polimer zapisano (C10H8O4)n. Żywica dostępna w handlu nie ma jednego wzoru cząsteczkowego, ponieważ każda partia to rozkład długości łańcuchów, a nie jedna cząsteczka. Sama notacja jest rozpakowana w tym wyjaśnieniu poliester PET formuła C10H8O4 .

Czy poliester tekstylny jest chemicznie taki sam jak poliester butelkowy?

Tak, oba są PET. Różnica polega na długości łańcucha i dodatkach: gatunki włókien mają lepkość graniczną 0,62–0,68 dl/g, gatunki butelkowe 0,75–0,85 dl/g, a gatunki włókien często zawierają dwutlenek tytanu do matowienia lub komonomery do barwienia.

Czy poliester z recyklingu zachowuje tę samą strukturę?

Szkielet jest identyczny, ale rozkład długości łańcucha jest szerszy. PET poddany recyklingowi mechanicznemu zwykle wykazuje wyższą zawartość oligomerów i niższą lepkość graniczną o 0,05-0,10 dl/g, dlatego wiele hut miesza go z żywicą pierwotną lub dodaje przedłużacze łańcucha.

Dlaczego poliester wymaga barwienia w wysokiej temperaturze?

Ponieważ włókno nie zawiera miejsc barwnika jonowego, a jego amorficzne obszary są zamrożone poniżej temperatury zeszklenia bliskiej 70-80°C. Barwnik dyspersyjny potrzebuje około 130°C i 2-3 barów, aby się w nim dyfundował. Odmiany nadające się do barwienia kationowego dodają grupy sulfonianowe do łańcucha, więc ten sam odcień można uzyskać w temperaturze około 100°C.