Немного из истории полиэтилентерефталата

06.05.2014

материал также доступен в формате pdf

Полиэтилентерефталат (ПЭТ, РEТ) является одним из самых распространенных полимеров и находит широкое применение в самых различных областях. По объёму потребления он конкурирует с полипропиленом, уступая только полиэтилену.

В 2013 г. общий объем производства ПЭТ составил около 64 млн.т. (45 млн.т волокна и нити и около 19 млн.т бутылочный ПЭТ), а мощности по его выпуску превысили 70 млн. млн. т.

Полиэтилентерефталат относится к сложным полиэфирам. Природные полиэфиры: плёнки и лаки растительных масел, янтарь, шеллак и т.п. известны с древнейших времён, а первый синтез полиэфира был произведён Карозерсом, сотрудником лаборатории Дюпон (США) в 1930 году, с использованием в качестве исходных продуктов гексаметилендикарбоновой кислоты и триметиленгликоля. Карозерс, однако, в дальнейшем сконцентрировал свои усилия на исследовании синтеза полиамидов (ПА6 и ПА6.6), где и достиг замечательных результатов.

Считается, что впервые получение полиэтилентерефталата (причем волокнообразующего) было реализовано в 1939 году Джоном Уинфилдом и его учеником Джеймсом Диксоном, сотрудниками английской компании «Calico Printers».

В качестве мономеров использовались этиленгликоль и терефталевая кислота. Заявка на патент была подана в 1941 году. Патент был засекречен и впервые опубликован (краткое описание) лишь в 1947 году. Патент был выкуплен химическим концерном «Ай Си Ай», который в 1949 году создал пилотную установку (50т./год) в Хиллхаузе, а в 1953 году организовал промышленный выпуск полиэфирного волокна и полиэфирных нитей в Вилтоне под торговой маркой «терилен», придуманной Уинфилдом, по праву считающимся основоположником полиэфиров. Патент был в 1946 году приобретен фирмой Дюпон (США), которая получила в 1949году опытные партии полиэфирных нитей на своей пилотной установке в Seaford, переделанной из полиамидной установки.

Промышленный выпуск полиэфирных волокон под торговой маркой «дакрон» Дюпон организовал на своем заводе в Кингстоне в 1953 году.

В СССР работы по получению полиэтилентерефталата были начаты под руководством В.В. Коршака в Академии Наук в 1949 году и затем продолжены под руководством А.А. Конкина и Б.В. Петухова во всесоюзном научно-исследовательском институте искусственных волокон (ВНИИВ, г. Мытищи). На опытном заводе в Мытищах и было получено первое отечественное полиэфирное волокно, получившее торговую марку «лавсан». Позже профессор Борис Владимирович Петухов, автор классической монографии «Полиэфирные волокна», во многом не утратившей актуальности и в настоящее время, руководил исследованиями в области полиэфиров и координировал создание полиэфирных производств в Курске, Могилеве, Губене (ГДР), работая во Всесоюзном НИИ Синтетических волокон (ВНИИСВ, Тверь).

Со временем во ВНИИСВе сложилась очень сильная школа полиэфиров, из которой вышло много известных специалистов в этой области: Э.М.Айзенштейн В.А.Малых, и многие другие. Во ВНИИСВе, на основе Межправительственного соглашения СССР-ГДР, работала очень сильная группа немецких специалистов, оказавшая огромную помощь в реализации совместной технологии ПЭТ в Могилёве и Губене (ГДР).

Первое промышленное производство полиэфирного волокна в России было введено в эксплуатацию в 1960 г. в г. Курске. Затем было запущено производство в Могилеве в 1971 году по технологии «Ай-Си-Ай» (50 т.т/год полиэфирного штапельного волокна). Оба эти производства базировались на установках периодической поликонденсации ПЭТ.

Первая непрерывная линия получения ПЭТ с его прямым (безэкструдерным) формованием из расплава в нити и волокно по совместной технологии СССР-ГДР была запущена в Могилеве в 1975 году. Мощность единичной линии составляла 8 т.т./год, что для того времени (особенно для прямого формирования из расплава) было неплохим достижением.

Полиэфирные волокна развивались стремительными темпами, благодаря нескольким факторам. Прежде всего, это объясняется их великолепными потребительскими свойствами и огромным диапазоном областей применения, как в быту, так и в технике. Кроме того, развитие полиэфиров инициируется ограниченностью ресурсов натуральных волокон (хлопок, шерсть, лен и т.д.), не успевающих, несмотря на непрерывное совершенствование технологий, за ростом благосостояния и, соответственно потребления, населения в развитых странах.

В развивающихся странах (в первую очередь в Китае и Индии) бурное развитие полиэфиров отчасти объясняется высвобождением с/х площадей технических культур, и, в первую очередь хлопчатника (под рис и другие продовольственные культуры) в связи с правительственными программами по повышению благосостояния населения. Рост производства ПЭТ волокон и нитей отчасти компенсировали потери объема производства хлопка.

Росту производства ПЭТ в мире способствовало совершенствование технологии его получения, диверсификация областей применения (плёнки, нетканые материалы, инженерные пластики, шинный корд, полимер для пищевой упаковки, ПЭТ для бутылок и т. д.) и растущая доступность мономерной базы.

Существенный импульс развитие производств ПЭТ получило после создания технологий высокомолекулярного ПЭТ для производства бутылок. Впервые такая технология была реализована фирмой Дюпон в 1977 г. в США (пилотная установка).

Лёгкая, прочная и экономичная тара из ПЭТ начала стремительно вытеснять стеклянную.

Постоянный рост объемов потребления ПЭТ для производства тары по сравнению с конкурирующими материалами (стекло, алюминий, ламинированный картон, другие пластики и т.п.) объясняется целым набором его великолепных потребительских свойств: легкость, прочность, прозрачность, великолепная химическая стойкость, хорошие барьерные свойства, хорошая пластичность и т.д. К экономическим плюсам тары из ПЭТ относится относительно низкая себестоимость ее изготовления при невысоких удельных инвестициях.

Технологическими преимуществами при изготовлении тары из ПЭТ являются гибкость технологии обеспечивающей:

  • легкое варьирование дизайна пластиковой тары;
  • быстрый переход с прозрачной на окрашенную тару;
  • сохранение рентабельности при выпуске малых партий (быстрая переналадка);
  • лучшая технологичность при розливе (фасовке) и транспортировке в торговую сеть (по сравнению со стеклом отсутствует бой).

Бутылки из ПЭТ нашли широкое применение для розлива самых различных продуктов: газированных напитков, минеральной воды, пива, растительных масел, соков и соковых напитков, молочных продуктов, алкогольных напитков, соусов, продуктов бытовой химии, моторных масел, косметических средств, лекарств, БАДов, детского питания и т.д. При этом удельный объем и структура потребления ПЭТ такого назначения в разных странах существенно отличаются. Это объясняется как различием в уровне жизни, так и (в меньшей степени) национальными традициями, климатом и т.п. Постоянно ухудшающаяся экологическая обстановка, приводящая к загрязнению водных ресурсов и предубеждение к использованию водопроводной воды для приготовления пищи, способствуют созданию большого количества предприятий бутилируюших чистые, т.н. родниковые воды.

Опережающий рост потребления ПЭТ наблюдался ранее и в секторе упаковки пива. Растет его потребление для фасовки минеральной воды, растительных масел, молочных продуктов.

Следует отметить, что использование ПЭТ бутылок развивалось в различных странах по-разному. Если в США, начиная с конца 70-х годов прошлого столетия, наблюдался постоянный рост их производства, то в Германии, Франции, скандинавских странах, тяготеющих к использованию возвратной тары, наблюдались как бы колебания «моды» на тару из ПЭТ. До сих пор в Германии невелик объем розлива в ПЭТ тару пива, а во Франции вина. Тем не менее, и для этих продуктов ПЭТ имеет очень хорошие перспективы. Лучшее тому подтверждение - рост объемов расфасовки в ПЭТ бутылки: коньяков, различных сортов виски, джина, вин, пива и т.п.

В России первое производство ПЭТ преформ (бутылочных заготовок) впервые было освоено в 1996 г. компанией «Мастер Групп» (ныне входит в группу «Ретал»). На год позже их производство начали компании «Европласт» и «Ретал.

Потребности мировых рынков в ПЭТ таре были первоначально практически неограниченны, что подстегнуло инжиниринговые компании к созданию установок ПЭТ огромной единичной мощности (300, 400, 600, 900, в последние годы до 1400 т/сут.).

Многие из этих технологий, при соответствующей адаптации, оказались весьма эффективными и в производстве волокнообразующего ПЭТ. Таким образом, свежая «боковая» ветвь развития ПЭТ придала новый импульс и основному текстильному направлению.

Постоянное совершенствование технологий, развитие сырьевой базы снизило себестоимость производства ПЭТ, что позволило ему стать более конкурентоспособным в целом ряде областей по отношению к другим полимерам (поликарбонат, полиамиды, полистирол и т. д.)

По мере насыщения рынков появляются всё новые области применения ПЭТ и его «победное шествие» продолжается.

Из книги:

Керницкий В.И., Микитаев А.К.
Краткие основы получения и переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ). – М.: Издательство РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. – 209 с. – 500 экз. – ISBN 978-5-7237- 0991-1.

Литература о синтезе ПЭТ

1. Б.В. Петухов Полиэфирные волокна. M., Химия, 1976.

2. Heinz-Diter Schumann, Ulrich K.Tiele. Poliester Producing Plants. Verl. Moderne Industrie, 1996.

3. Корягина Л.П. Производство полиэфирных волокон. Минск, Вышейшая школа, 1993.

4. Дэвид Брукс, Джефф Джайлз под ред. О.Ю. Сабсая. Производство упаковки из ПЭТ. Изд. Профессия, 2010.

5. Polycondensation and SSP package. PETplanet insider. Vol. 6 № 11/05 www.petpla.net

6. Ludevig H. Polyester Fibres Chemistry and Technology. Wiley Intercience, New York, 1971.

7. В.И. Керницкий, А.А. Анфиногентов, В.И. Янков, В.А. Малых Химическое оборудование для производства полиэфирных волокон. М., НИИТЭХИМ, 1985, 48 с.

8. U.K. Thile. High Viscosity polyester – new solid and melt phase process approaches. Man- Made Fiber Year Book 2006, 13.

9. F. Fourne Syntetic fibers: machines and equipment, manufactory, properties. Munich: Hanser/ Gardner, 1998, s. 891.

10.J.A. Johnson Strategies for Maximizing PET Resin Plant Profibility. 9th Congress, 2004, Zurich.

11. K. Kirsten Polykondensation and SSP package. PETplanet Insider, vol. 6, 11/2005.

12. E. van Endert Melt-To-Resin: A New Method to Produce PET Resin Economically Without SSP, Fiberjournal, August 2006.

13. N. Hally An Alternative to Standart Polycondensation. Fiberjournal, June 2006.

14. B. Otto, G. Kriesche Envrommentally friendly, cost-efficient Technologies from Lurgi/ Zimmer, Fiberjournal, August 2006.

15. W. Stibal PET Resin Packaging: From Melt to perform. Fiberjournal, 2003.

16.Б. Отто Zimmer представил экономичную технологию производства преформ. Химический журнал, октябрь-ноябрь, 2004.

17. U. Berger Direct to Preform. Kunststoff Trends, 4/2004.

18.Керницкий В.И., Микитаев А.К.Краткие основы получения и переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ). – М.: Издательство РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. – 209 с. – 500 экз. – ISBN 978-5-7237-0991-1.