Исследования в области синтеза и переработки полиэтилентерефталата и нанокомпозитов на его основе

1. Общая характеристика полиэтилентерефталата

Мировое Производство пластмасс возрастает на 5-6 % ежегодно и, по прогнозам, к 2010 г. достигнет 250 млн тонн [1]. Причем, наиболее быстро развивающимся сегодня является рынок полиэтилентерефталата (ПЭТ).

За последние 10 лет число мировых производителей ПЭТ удвоилось. С начала 1990-х годов двадцатого века по настоящее время наблюдается интенсивное развитие мирового производства ПЭТ. С 1990 по 1995 гг. темпы мирового спроса на ПЭТ в среднем составляли 15 % в год, с 1995 по 2000 гг. рост в среднем составлял уже 20 % ежегодно [2]. Последние несколько лет рост мирового рынка ПЭТ составляет в среднем 10 % в год.

Материалы из ПЭТ были разработаны в начале 1940-х годов [3-5] и с тех пор показали универсальность их применения в легкой, пищевой промышленности, в станко- и приборостроении, в машиностроении [6, 7], в медицине и фармацевтике и т.д.

Полиэтилентерефталат прекрасно подходит для изготовления различных пленок, упаковок и емкостей. Довольно много косметических продуктов и чистящих средств уже сегодня фасуется в ПЭТ-емкости. Высокие потребительские свойства тары, изготовленной из ПЭТ, обеспечили этому материалу стремительный рост в производстве упаковки для напитков и пищевых продуктов (пищевое масло, майонез, соусы, мед, шоколадные конфеты, кофе). ПЭТ-тара в настоящее время активно вытесняет такие традиционные виды сырья для упаковки, как стекло и картон.

В легкой промышленности ПЭТ используется как сырье для получения искусственных волокон уже с 50-х годов XX века. На его основе производятся высокотехнологичные влагостойкие и в то же время газопроницаемые ткани для спортивной одежды. Полиэтилентерефталат применяют при изготовлении огнестойких тканей для жилых помещений, парашютов, ремней безопасности и износостойких ковров.

В пищевой промышленности из него получают дозаторы розлива пищевых продуктов, направляющие элементы и ролики в конвейерных линиях, зубчатые формы для нарезки пищевых продуктов и формовки кондитерских изделий, втулки и лезвия скрепера для производства мороженого, матрицы для получения изделий из теста.

В станко- и приборостроении ПЭТ применяют для изготовления защитных плит, гидравлических молотов, подушек, шестерен и звездочек для конвейерных линий, направляющих (накладки на салазки) на металлорежущем оборудовании.

В машиностроении из полиэтилентерефталата изготавливают: подшипники для шатунов (при возвратно-поступательном движении), шестерни непрессовой посадки, фланцы, втулки для валов в гидроцилиндрах, подшипники, работающие в условиях высокой влажности и ударных нагрузок, прокладки и втулки, эксплуатирующиеся в агрессивной среде, поршни для регулирования потока жидкости, регулировочные элементы, шкивы в ременных передачах, вакуумные мембраны в упаковочных машинах, вкладыши инжекторов.

В медицине из ПЭТ получают джиггеры для изготовления оптических линз, уплотнительные кольца и формы в оборудовании по производству таблеток. Чистота и механические свойства открыли для ПЭТ также области применения, в которых действуют самые строгие гигиенические и защитные требования. В медицине и фармацевтике ПЭТ играет важную роль как упаковочный материал для лекарств или переливания крови, он служит также для изготовления хирургических нитей и сосудов или мешочков для крови при опасных инфарктах сердца.

2. Синтез полиэтилентерефталата

Синтез полиэтилентерефталата проводили в лабораторном реакторе в расплаве в присутствии различных комплексных катализаторов реакции и 2-3 компонентных стабилизирующих систем.

Процесс синтеза включает две стадии: реакции переэтерификации и поликонденсации. Реакция переэтерификации диметилтерефталата с этиленгликолем осуществлялась при 140-220 °С в токе инертного газа, процесс сопровождается выделением метанола.

Поликонденсация осуществлялась при 220-280 °С и остаточном давлении < 1 мм рт.ст, процесс сопровождается выделением избытка этиленгликоля.

Схемы реакций можно представить следующим образом:

1. Переэтерификация диметилтерефталата с этиленгликолем: