Materiál PET

Polyetyléntereftalát (skratky PET, PTE, PETE, PETP resp. PET-P) je termoplast zo skupiny polyesterov, ktorý sa používa často ako obalový materiál na potraviny, nápoje a iné kvapaliny. Pre svoju pevnosť sa používa aj na výrobu syntetických vlákien (napr. Dacron) — je to jeden z najlepších materiálov na ich výrobu.



Hustota (g/cm³) 1,38
Youngov modul (MPa) 2800–3100
Predĺženie pri sE (%) 50–150
Vrypová skúška (kJ/m²) 3,6
Sklovitý prechod (°C) 75
Teplota topenia (°C) 260
Tepelná vodivosť (W/(m.K)) 0,24
Teplotná rozťažnosť (1/K) 2–8 · 10−5
Špec. tep. kapacita (kJ/kg.K) 1,2–1,35
Absorpcia vody (%) max. 0,7
Tvrdosť (Rockwell) M94–M101



V závislosti na procese výroby a chladnutia možno pripraviť amorfný PET (priehľadný) a polokryštalický PET (mliečne zakalený). Pripravuje sa polykondenzačnou reakciou (esterifikáciou) etylénglykolu (etán-1,2-diol) s kyselinou tereftalovou prípadne izoftalovou.

Obchodnými názvami PET sú Arnite, Impet, Rynite, Ertalyte, Hostaphan, Melinex, Mylar (filmy), Dacron, Terylene a Trevira (vlákna).







Hlavnou devízou PET ako materiálu je, že ho možno úplne recyklovať. Na rozdiel od ostatných plastov ho možno pre jeho stabilitu po recyklácii používať na mnohé účely (odhadovaná životnosť PET je viac ako 1000 rokov). PET má pridelené medzinárodné identifikačné číslo pre plasty 1.



PET môže byť polotuhý (pružný) alebo tuhý, v závislosti na jeho hrúbke. Neprepúšťa plyny ani pary, po úprave je tiež dobre odolný voči alkoholom a iným rozpúšťadlám. PET je veľmi pevný a odolný voči nárazu.



Keď sa vyrába v podobe tenkých filmov (častejšie známy pod obchodný názvom Mylar), poťahuje sa obvykle hliníkovou fóliou pre zníženie priepustnosti a zvýšenie jeho ochrany voči slnečnému žiareniu.



PET fľaše poskytujú výbornú ochranu, a preto sa používajú na plnenie rôznych nápojov. Nádoby na špeciálne použitie sa vyrábajú z vrstveného PET s polyvinylalkoholmi, čím sa ešte zníži priepustnosť kyslíka.



Ak sa ako plnivo použijú sklené vlákna, stane sa PET značne pevnejším a trvácnejším. Takto upravený plast má polokryštalickú štruktúru a predáva pod obchodným názvom Rynite. PET patentovala v roku 1941 spoločnosť Calico Printer's v Manchestery, samotná PET fľaša bola patentovaná až v roku 1973.



Vnútorná viskozita

Dôležitou vlastnosťou polyméru PET je tvz. vnútorná viskozita (angl. intristic viscosity — IV). Vnútorná viskozita materiálu sa uvádza v dl/g a je závislá na dĺžke polymérnych reťazcov. Dlhšie reťazce zvyšujú pevnosť polyméru a tým aj jeho vnútornú vikozitu. Dĺžku (resp. narastanie) polymérnych reťazcov PET možno kontrolovať podmienkami pri polymerizácii, čím možno pripraviť materiál rôznych vlastností vhodný na rozdielne použite:



IV = 0,60 dl/g — výroba vlákien

IV = 0,65 dl/g — tenké filmy

IV = 0,76–0,84 dl/g — fľaše

IV = 0,85 dl/g — pásy pneumatík



Sušenie

PET je hygroskopický v tom zmysle, že absorbuje vodu resp. vodnú paru zo svojho okolia, čo vedie ku zmene jeho vlastností. Ak je takýto navlhnutý PET vystavený zvýšenej teplote, podliehajú polyesterové molekuly hydrolýze (štiepeniu), čím sa znižuje molová hmotnosť a následne aj vnútorná viskozita a iné fyzikálne vlastnosti. Preto musí byť plast pred tým, než sa začne spracúvať, čo najlepšie zbavený vlhkosti v sušiarňach.



V sušiarni prúdi horúci vzduch z dolnej časti cez pelety PET, čím so sebou odvádza uvoľnenú vlhkosť. Vlhký horúci vzduch sa najprv chladí a následne prechádza cez vrstvu adsorbentu, kde sa regeneruje. Vysušený vzduch sa opäť zohrieva a vedie do sušiarne. Obyčajne je potrebné pred spracovaním dosiahnuť v materiáli obsah vody nižší než 40 ppm. Pobyt materiálu v sušiarni musí byť minimálne štyri hodiny, pretože teplota pri sušení nesmie byť viac ako 160 °C (nad 160 °C nastáva hydrolýza polyméru).



Kopolyméry

Nahradením kyseliny tereftalovej (a) kyselinou izoftalovou (b) sa vytvorí polymér s nižším stupňom kryštalizácie a teplotou topenia.







Okrem čistého polyméru PET (tvz. homopolymér) sa vyrábajú aj jeho rôzne kopolyméry. Väčšinou sú modifikované vlastnosti kopolyméru žiaduce pre určitú aplikáciu. Klasický PET sa vyrába polykondenzáciou kyseliny tereftalovej s etylénglykolom (etán-1,2-diol):



Napríklad ak sa namiesto niektorých molekúl etylénglykolu naviaže do hlavného reťazca 1,4-bis(hydroxymetyl)cyklohexán, vzniknú väčšie monoméry (o 6 atómov uhlíka viac). Takto upravený PET má nižšiu teplotu topenia.







Ďalšou modifikáciou je použitie kyseliny izoftalovej (benzén-1,3-dikarboxylová) namiesto kyseliny tereftalovej (benzén-1,4-dikarboxylová). Takýto polymér nevytvára už lineárne reťazce, čo znižuje stupeň kryštalizácie.





V iných prípadoch je vysoký stupeň kryštalizácie požadovaný, pretože sa tým zvyšuje mechanická pevnosť a tvarová stabilita materiálu, napríklad pri výrobe bezpečnostných pásov. Na výrobu PET fliaš sa používa malé množstvo 1,4-bis(hydroxymetyl)cyklohexánu, ktorý čiastočne potláča kryštalizáciu a robí ich priehľadnými.



Kryštály

Kryštalizácia polymérov je nežiaduci jav a nastáva vtedy, keď sa molekuly navzájom usporiadajú do opakujúcich sa symetrických tvarov. Dlhé polymérne reťazce majú často tendenciu sa „zamotať”, a teda kontrolovanými podmienkami možno kryštalizáciu polyméru značne obmedziť. S výnimkou polyesterových vlákien je limit stupňa kryštalizácie PET 60 %.



PET je svojou povahou prirodzene kryštalický plast, a teda je nepriehľadný. Číry (t.j. amorfný) PET možno vyrobiť rýchlym ochladením roztavenej hmoty. Pri rýchlom ochladení nastáva fázová premena tak rýchlo, že jednotlivé molekuly nemajú čas sa usporiadať do kryštalickej mriežky a vznikne amorfná štruktúra podobná kvapaline. Ak sa však dodá dostatočné množstvo energie začnú sa molekuly uvoľňovať a nukleovať. Ako väčšina plastov aj PET vytvára veľké množstvo malých kryštálov a nie veľké monokryštály.



Degradácia PET

Pri degradácii PET nastáva viacero procesov, predovšetkým tvorba acetaldehydu (etanál) a vznik priečnych väzieb (tvorba gélu). Pri normálnych podmienkach je acetaldehyd plyn so sladkastým zápachom a môže spôsobiť znehodnotenie obsahu PET fliaš — vo vode je rozpoznateľná už koncentrácia 10–20 ppb. K uvoľňovaniu acetaldehydu prispievajú aj vysoké teploty (PET sa rozkladá pri teplote 300 °C) a vysoký tlak. Jednou z možností ako eliminovať vznik acetaldehydu je použitie kopolyméru s 1,4-bis(hydroxymetyl)cyklohexánom resp. kyselinou izoftalovou (pozri PET kopolyméry). Tým sa pripraví plast s nižšou teplotou topenia a pri jeho tepelnom spracovaní vzniká podstatne menšie množstvo acetaldehydu.



Antimón

Oxid antimonitý (Sb2O3) sa používa pri výrobe PET ako katalyzátor. Jeho malé množstvá zostávajú v materiáli a môže dochádzať ku kontaminácii potravín. Švajčiarsky úrad verejného zdravotníctva porovnal koncentrácie antimónu v nápojoch v PET a sklených fľašiach. Skutočne bola zistená vyššia koncentrácia u PET fliaš, ale stále hlboko pod maximálnym povoleným limitom (približne 1 % max. povolenej koncentrácie definovanej WHO).

Značenie



Variácie identifikačného kódu, recyklačného kódu pre značenie výrobkov z PET.