Polyetyleenitereftalaatti

Polyetyleenitereftalaatti
Tunnisteet
IUPAC-nimi	poly(eteenitereftalaatti)
Muut nimet	PET, PETE, PETP, PET-P
Muut nimet	Teryleeni; Dacron
CAS-numero	25038-59-9
Ominaisuudet
Moolimassa	10–50 kg/mol, vaihteleva
Sulamispiste	250°C (482 °F; 523 K)
Kiehumispiste	350°C (662 °F; 623 K)
Tiheys	1,370 g/cm3 amorfinen 1,455 g/cm3 kiteytynyt 1,38 g/cm3 20 °C
Liukoisuus veteen	käytännössä liukenematon
Infobox OK

Kimmokerroin, E	2800–3100 MPa
Vetolujuus, σt	55–75 MPa
Myöntöraja	50–150%
Charpy-iskutesti	3.6 kJ/m2
Lasisiirtymälämpötila, Tg	67–81 °C
Vicat-pehmenemispiste B	82 °C
Lämpölaajenemisen lineaarinen kerroin, α	7·10-5K-1
Veden imeytyminen (ASTM)	0.16
Lähteet

Polyetyleenitereftalaatti tai polyeteenitereftalaatti eli PET on muovi, jota käytetään erityisesti pakkausteollisuudessa. Muiden muassa virvoitusjuomapullot ja uuninkestävät muovivuoat on usein tehty PET:sta.

Polyetyleenitereftalaatin moolimassa on yleensä suurempi kuin 10 000 g/mol.

Historia

Britannialaiset kemistit John Rex Whinfield ja James Tennant Dickson patentoivat polyetetyleenitereftalaatin (PET) vuonna 1941. He loivat yhdessä keksijöiden WK Birtwhistle ja CG Ritchietheyn kanssa ensimmäisen polyesterikuidun, jota kutsuttiin nimellä Terylene. Edellä mainitut keksijät olivat alun perin Imperial Chemical Industries:ssa (ICI) työskenteleviä keksijöitä, jotka kehittivät Terylenen. Yhdysvaltalainen kemianteollisuuden yritys DuPont kehitti oman polyesterikuitunsa nimeltä Dacron vuonna 1950.

DuPont ja Imperial Chemical Industires kilpailivat polyesterin kehityksestä. He sopivat vuonna 1929 jakavansa tietoja patenttien ja tutkimustöiden kehityksestä. Kuitenkin Dupont päätti keskittyä lupaavampaan nailontutkimukseen. Vuonna 1945 DuPont osti Yhdysvaltojen oikeudet polyesterin jatkotutkimuksiinsa ICI:ltä Terylene-polyesteristä. Dupont valmisti vuonna 1950 Dacron (polyesteriä) kuitua Delawaressa

Ominaisuudet

PET:iä on olemassa moninaisina modifikaatioina. Esimerkiksi käytöstä poistunut tekninen PETP, on osakiteinen materiaali, mikä tarjoaa vahvuutta, jäykkyyttä, lämpömuovattavuutta, mittatarkkuutta ja kestävyyttä kulutusta vastaan. Materiaalista on myös helppo valmistaa esimerkiksi tarkkojen mittojen mukaan koneen osia esim. venttiilirunkoja ja mäntiä.

Kirkas ja helposti muovattava PET on suosittu materiaali mainosteollisuudessa. Laatuvaihtoehtoja tähän tarkoitukseen ovat APET sekä PETG. Amorfinen polyetyleenitereftalaatti on termoplastinen muovi, jota käytetään monenlaisissa sovelluksissa, kuten elintarvikepakkauksissa. Polyetyylitereftalaattiglykoli puolestaan on monikäyttöinen ja kestävä muovimateriaali. Sitä käytetään laajalti erilaisissa sovelluksissa, kuten elintarvikepakkauksissa, lääkepakkauksissa, kosmetiikkapakkauksissa ja 3D-tulostuksessa. Molempia APET ja PETG on saatavana läpinäkyvänä, mattapintaisena ja UV-suojattuna.

Käyttö

Polyeteenitereftalaatti on sopiva materiaali osiin, jotka ovat alttiina suurelle kuormitukselle ja kulumiselle. Sen erinomaisten mekaanisten, lämpö- ja sähköisten ominaisuuksien ansiosta PET-materiaalia käytetään laajalti erilaisissa sovelluksissa, joissa tarvitaan tarkkuutta, vähäistä kitkaa sekä kestävyyttä kulutusta ja kuormitusta vastaan.

Materiaalia käytetään laajalti myös tekstiiliteollisuudessa. Esimerkiksi muotivaatteissa sekoitettuna puuvillan kanssa, lämmöneristyskerroksina lämpövaatteissa, urheilu- ja työvaatteissa sekä autojen verhoilussa.

Suuntaamattomia PET-levyjä voidaan lämpömuovata erilaisiksi pakkauksiksi, kuten tarjottimiksi ja lääkeliuskoiksi (blisterpakkaus). PET siis esiintyy kahdessa erilaisessa muodossa: amorfinen PET, jota voidaan muokata lämmön avulla, ja kiteytynyt PET, joka kestää sekä pakastus- (n.-18) ,että uunilämpötiloja (n. 250-300).

PET:iä voidaan yhdistää esimerkiksi lasikuitujen kanssa termoplastisten hartsien valmistamiseksi. Näitä voidaan ruiskuvalaa osiin, kuten koteloihin, kansiin ja sähkölaitteiden komponentteihin ja sytytysjärjestelmän elementteihin.

Lääke-blisterpakkaus

PET pullo

Muita käyttökohteita:

• Vedeneristysmateriaali merenalaisissa kaapeleissa
•  Kuituna, jaettu kelloköyden yläosaan estämään köysien kulumista niiden kulkiessa katon läpi
• 3D-tulostusmuovi PETG
• Yhtenä kolmesta kerroksesta glitterin valmistuksessa; toimii muoviytimenä, joka on päällystetty alumiinilla ja pinnoitettu muovilla valoa heijastavan pinnan luomiseksi
•  Kalvo teippisovelluksiin kuten magneettinauhan pidikkeeksi tai paineherkkien teippien taustaksi
• Vedenkestävä paperi

Valmistus

Polyetyleenitereftalaatti syntyy polykondensaatioreaktion kautta, kun etyleeniglykoli ${\ce {C_2H_6O_2}}$ ja tereftaalihappo ${\ce {C_8H_6O_4}}$ tai sen kemiallinen muunnelma dimetyylitereftalaatti ${\ce {C_10H_10O_4}}$, reagoivat keskenään muodostaen pitkäketjuista polymeeriä. Polykondensaatio on kemiallinen reaktio, jossa monomeerit yhdistyvät toisiinsa askel askeleelta. Kunkin askeleen aikana muodostuu kovalenttinen sidos monomeerien välille, ja samalla prosessissa irtoaa sivutuotteena pienimolekyylinen yhdiste, usein vesi ${\ce {(H_2O)}}$. Polyeteenitereftalaatti valmistetaan kahdessa vaiheessa, joissa dimetyylitereftalaatti (DMT) ja monoetyleeniglykoli (MEG) reagoivat keskenään.

PET:in valmistuksen ensimmäisessä vaiheessa DMT ja MEG transesterifioituvat tuottaen bis(2-hydroksietyyli)tereftalaattia.

Tämä reaktio voidaan kuvata seuraavalla reaktioyhtälöllä:

${\ce {C_6H_4(CO_2CH_3)_2 + 2HOCH_2CH_2OH->C_6H_4(CO_2CH_2OH)_2 + 2CH_3OH}}$

Toisessa vaiheessa syntyy PET-polymeeri ja vapautuu etyleeniglykolia. Tämä tapahtuu, kun bis(2-hydroksietoksi) tereftalaatti polymeroituu muodostaen polyeteenitereftalaattia:

${\ce {nC_6H_4(CO_2CH_2CH_2OH)_2-> [(CO)C_6H_4(CO_2CH_2CH_2O)]_n + nHOCH_2CH_2OH}}$

Tässä vaiheessa reaktiossa syntynyt vesi tislataan pois tehden reaktiosta tehokkaamman.

Kokonaisreaktioyhtälö polymeroinnille on:

${\ce {nC_6H_4(CO_2H)_2 + nHOCH_2CH_2OH -> [(CO)C_6H_4(CO_2CH_2CH_2O)]_n + (2n-1)H_2O}}$

PET:n polykondensaatioreaktio

Kierrätys

PET muovin kierrätysmerkki

Polyeteenitereftalaattia tai PET:tä voidaan yleisesti kierrättää useilla eri tavoilla:

1. Mekaaninen PET-kierrätys: Vaiheittainen prosessi raaka-aineeksi

PET voidaan kierrättää kierrätyslaitoksissa, joissa PET-materiaalit erotellaan muunlaisesta jätteestä ja epäpuhtauksista. Kierrätyksessä on neljä vaihetta:

• Ensin PET-tuotteet hienonnetaan.
• Hienonnettu materiaali pestään epäpuhtauksien poistamiseksi.
• Pesun jälkeen hienonnettu materiaali kuivataan.
• Kuivauksen jälkeen PET-materiaalin riippuen kuumennetaan 300 celsiusasteeseen. Pyritään saavuttamaan PET-muovin sulamispiste, jotta se voidaan käyttää uudelleen valmistuksessa.

2. Kemiallinen PET-kierrätys: Hajoamisesta uudelleensynteesiin

Kemiallisessa kierrätyksessä PET hajotetaan sen monomeereiksi tai muiksi käyttökelpoisiksi kemikaaleiksi, jotka voidaan uudelleen polymeroida uudeksi PET:ksi. Suurin osa kierrätetystä PET-muovista hyödynnetään uusissa pulloissa, kun taas loput käytetään kuituina, kalvoina ja lämpömuovattuina pakkauksina. PET-muovi on haluttua polttomateriaalia lämpölaitoksissa, koska se koostuu hiilestä, vedystä ja hapesta. PET:n polttamisen etuna on, että siinä käytetään vain pieniä määriä katalyytteja, eikä palamisessa synny rikkiyhdisteitä. Rikin puuttuminen tekee PET-muovin polttamisesta ympäristöystävällisempää, koska se vähentää rikkipäästöjen syntymistä.

Aiheesta muualla

• Valuatlas: Termoplastiset polyesterit: Polyeteenitereftelaatti (PET) ja polybuteenitereftelaatti (PBT), Sanna Nykänen, Tampereen teknillinen yliopisto (Arkistoitu – Internet Archive) (pdf)
• Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Polyethylene terephthalate (englanniksi)
• KenPlas.com: What is PET (PolyEthylene Terephthalate) (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)