✖


Jump to content

Полиэстер

Чтобы узнать о фильме 1981 года, см. Полиэстер (фильм) .
Эфирная группа (синяя), обозначающая полиэфиры. На этой диаграмме показана только одна сложноэфирная связь на каждую повторяющуюся единицу.

Полиэстер — это категория полимеров , которые содержат одну или две эфирные связи в каждой повторяющейся единице основной цепи. [1] В качестве конкретного материала чаще всего он относится к типу, называемому полиэтилентерефталат (ПЭТ). Полиэфиры включают в себя химические вещества природного происхождения, например, содержащиеся в растениях и насекомых , а также синтетические вещества, такие как полибутират . Натуральные полиэфиры и некоторые синтетические полиэфиры биоразлагаемы , но большинство синтетических полиэфиров — нет. Синтетические полиэфиры широко используются в одежде.

Полиэфирные волокна иногда прядут вместе с натуральными волокнами для получения ткани со смешанными свойствами. Смеси хлопка и полиэстера могут быть прочными, устойчивыми к морщинам и разрывам, а также уменьшать усадку. Синтетические волокна из полиэстера обладают высокой устойчивостью к воде, ветру и окружающей среде по сравнению с волокнами растительного происхождения. Они менее огнестойки и могут расплавиться при возгорании. [2]

Жидкокристаллические полиэфиры являются одними из первых жидкокристаллических полимеров, используемых в промышленности . Их используют из-за их механических свойств и термостойкости. Эти свойства также важны при их применении в качестве истираемого уплотнения в реактивных двигателях. [3]

Типы

[ редактировать ]
Рубашка из полиэстера
Рубашка из полиэстера крупным планом
СЭМ- изображение изгиба полиэфирного волокна с большой площадью поверхности и семилепестковым поперечным сечением.
Капля воды на водостойком полиэстере.

Полиэфиры могут содержать одну сложноэфирную связь на повторяющуюся единицу полимера, как в полигидроксиалканоатах , таких как полимолочная кислота , или они могут иметь две сложноэфирные связи на повторяющуюся единицу, как в полиэтилентерефталате (ПЭТ).

Полиэфиры являются одним из наиболее экономически важных классов полимеров, особенно благодаря ПЭТ, который причисляется к товарным пластикам; в 2019 году во всем мире было произведено около 30,5 миллионов тонн. [4] В семействе полиэфиров существует большое разнообразие структур и свойств, основанное на различной природе группы R (см. первый рисунок с синей сложноэфирной группой). [1]

Естественный

[ редактировать ]

Полиэфиры, встречающиеся в природе, включают кутиновый компонент кутикулы растений , который состоит из омега-гидроксикислот и их производных, связанных между собой сложноэфирными связями, образующих полиэфирные полимеры неопределенного размера. Полиэфиры также производятся пчелами рода Colletes , которые выделяют полиэфирную подкладку, похожую на целлофан, для своих подземных ячеек расплода. [5] за что им дали прозвище «пчелы из полиэстера». [6]

Синтетический

[ редактировать ]

Семейство синтетических полиэфиров включает [1]

  • Линейные алифатические высокомолекулярные полиэфиры ( M n >10 000) представляют собой легкоплавкие (т.пл. 40–80 °С) полукристаллические полимеры и обладают относительно плохими механическими свойствами. Присущая им способность к разложению, обусловленная их гидролитической нестабильностью, делает их пригодными для применений, где возможное воздействие на окружающую среду является проблемой, например, упаковка, одноразовые предметы или пленки для сельскохозяйственной мульчи. [7] ⁠ или в биомедицинских и фармацевтических приложениях. [8]
  • Алифатические линейные низкомолярные ( M n < 10 000) полиэфиры с концевыми гидроксильными группами используются в качестве макромономеров для производства полиуретанов.
  • сверхразветвленные полиэфиры используются в качестве модификаторов реологии в термопластах или в качестве сшивающих агентов в покрытиях. [9] благодаря особенно низкой вязкости, хорошей растворимости и высокой функциональности [10]
  • Алифатико-ароматические полиэфиры, в том числе поли(этилентерефталат) (ПЭТ) и поли(бутилентерефталат) (ПБТ), поли(гексаметилентерефталат) (ПГТ), поли(пропилентерефталат) (ПТТ, Сорона) и др. являются тугоплавкими. полукристаллические материалы (т.пл. 160–280 °C), которые получили пользу от технических термопластов, волокон и пленок.
  • Полностью ароматические линейные сополиэфиры обладают превосходными механическими свойствами и термостойкостью и используются в ряде высокопроизводительных приложений.
  • Ненасыщенные полиэфиры производятся из многофункциональных спиртов и ненасыщенных двухосновных кислот и затем сшиваются; они используются в качестве матриц в композиционных материалах. Алкидные смолы производятся из полифункциональных спиртов и жирных кислот и широко используются в индустрии покрытий и композитов, поскольку они могут сшиваться в присутствии кислорода. Также существуют каучукоподобные полиэфиры, называемые термопластичными полиэфирными эластомерами (эфирные ТПЭ). Ненасыщенные полиэфиры (UPR) представляют собой термореактивные смолы . В жидком состоянии они используются в качестве литейных материалов, в составах для формования листов , в качестве смол для ламинирования стекловолокна и в неметаллических наполнителях кузовов автомобилей. Они также используются в качестве термореактивной полимерной матрицы в препрегах . Ненасыщенные полиэфиры, армированные стекловолокном, находят широкое применение в кузовах яхт и в качестве деталей кузовов автомобилей.

В зависимости от химической структуры полиэстер может быть термопластом или термореактивным . Существуют также полиэфирные смолы , отверждаемые отвердителями; однако наиболее распространенными полиэфирами являются термопласты. [11] Группа ОН реагирует с изоцианатным функциональным соединением в двухкомпонентной системе, образуя покрытия, которые необязательно могут быть пигментированы. Полиэфиры как термопласты могут менять форму под воздействием тепла. Хотя полиэфиры горючи при высоких температурах, они имеют тенденцию сжиматься от огня и самозатухать при возгорании. Полиэфирные волокна обладают высокой прочностью и модулем упругости, а также низким водопоглощением и минимальной усадкой по сравнению с другими промышленными волокнами.

Увеличение количества ароматических частей полиэфиров увеличивает их температуру стеклования , температуру плавления, термостабильность , химическую стабильность и стойкость к растворителям.

Полиэфиры также могут представлять собой телехелатные олигомеры , такие как поликапролактондиол (PCL) и полиэтиленадипатдиол (PEA). Затем они используются в качестве преполимеров .

Алифатические и ароматические полимеры

[ редактировать ]

Термически стабильные полимеры, которые обычно имеют высокую долю ароматических структур , также называются высокоэффективными пластиками . Эта ориентированная на применение классификация сравнивает такие полимеры с конструкционными и товарными пластиками . Температура непрерывной эксплуатации высокопроизводительных пластмасс обычно превышает 150 °C. [12] тогда как конструкционные пластики (такие как полиамид или поликарбонат) часто определяются как термопласты, сохраняющие свои свойства при температуре выше 100 °C. [13] ⁠ Товарные пластмассы (такие как полиэтилен или полипропилен) имеют в этом отношении еще большие ограничения, но они производятся в больших количествах и имеют низкую себестоимость.

Полиэфиримиды содержат ароматическую имидную группу в повторяющемся звене, полимеры на основе имидов имеют высокую долю ароматических структур в основной цепи и относятся к классу термостойких полимеров. Такие полимеры содержат структуры, которые придают высокие температуры плавления, устойчивость к окислительной деструкции и устойчивость к радиации и химическим реагентам. К термостойким полимерам, имеющим коммерческое значение, относятся полиимиды , полисульфоны , полиэфиркетоны и полибензимидазолы . Из них наибольшее распространение получили полиимиды. [14] Структуры полимеров также приводят к плохим технологическим характеристикам, в частности к высокой температуре плавления и низкой растворимости. Названные свойства основаны, в частности, на высоком процентном содержании ароматических углеродов в основной цепи полимера, что обеспечивает определенную жесткость. [15] ⁠ Подходы к улучшению технологичности включают включение гибких прокладок в основу, прикрепление стабильных подвесных групп или введение несимметричных структур. [14] ⁠ Гибкие прокладки включают, например, эфирные или гексафторизопропилиденовые, карбонильные или алифатические группы, такие как изопропилиден; эти группы допускают вращение связей между ароматическими кольцами. Менее симметричные структуры, например, на основе мета- или орто -связанных мономеров, вносят структурный беспорядок и тем самым уменьшают кристалличность. [4]

В целом плохая технологичность ароматических полимеров (например, высокая температура плавления и низкая растворимость) также ограничивает доступные варианты синтеза и может потребовать для анализа сильных электронодонорных сорастворителей, таких как HFIP или TFA (например, 1 H-ЯМР-спектроскопия ), которые сами по себе могут ввести дополнительные практические ограничения.

Использование и применение

[ редактировать ]

Ткани , сотканные или связанные из полиэфирной нити или пряжи, широко используются в одежде и предметах домашнего обихода: от рубашек и брюк до курток и шапок, простыней, одеял, мягкой мебели и ковриков для компьютерной мыши. Промышленные полиэфирные волокна, нити и канаты используются в армировании автомобильных шин, тканях для конвейерных лент, ремнях безопасности, тканях с покрытием и пластиковой арматуре с высоким поглощением энергии. Полиэфирное волокно используется в качестве амортизирующего и изоляционного материала в подушках, одеялах, мягких игрушках и персонажах, а также в обивке обивки. Ткани из полиэстера обладают высокой устойчивостью к пятнам, поскольку полиэстер является гидрофобным материалом, что затрудняет впитывание жидкостей. Единственный класс красителей, которые можно использовать для изменения цвета полиэфирной ткани, — это так называемые дисперсные красители . [16]

Полиэфиры также используются для изготовления бутылок, пленок, брезента , парусов ( дакрон ), каноэ, жидкокристаллических дисплеев , голограмм , фильтров , диэлектрической пленки для конденсаторов , пленочной изоляции для проводов и изоляционных лент . Полиэфиры широко используются в качестве отделки высококачественных изделий из дерева, таких как гитары , пианино и интерьеры автомобилей/яхт. Тиксотропные свойства полиэфиров, наносимых распылением, делают их идеальными для использования на древесине с открытыми волокнами, поскольку они могут быстро заполнять структуру древесины, образуя толстослойную пленку на один слой. Его можно использовать для модных платьев, но больше всего он восхищает своей способностью не мяться и не давать усадку при стирке изделия. Его прочность делает его частым выбором для детской одежды. Полиэстер часто смешивают с другими волокнами, например с хлопком, чтобы получить желаемые свойства обоих материалов.Отвержденные полиэфиры можно шлифовать и полировать до глянцевого и прочного покрытия.

Производство

[ редактировать ]

Основы

[ редактировать ]

Полиэтилентерефталат , полиэфир с наибольшей долей рынка, представляет собой синтетический полимер, изготовленный из очищенной терефталевой кислоты (ПТА) или ее диметилового эфира диметилтерефталата (ДМТ) и моноэтиленгликоля (МЭГ). С долей рынка всех производимых пластиков 18%, он занимает третье место после полиэтилена (33,5%) и полипропилена (19,5%) и считается товарным пластиком .

Существует несколько причин важности полиэтилентерефталата:

  • Относительно легкодоступное сырье ПТА или ДМТ и МЭГ.
  • Очень хорошо понятный и описанный простой химический процесс его синтеза.
  • Низкий уровень токсичности всего сырья и побочных продуктов при производстве и переработке.
  • Возможность производства ПЭТ в замкнутом цикле с низкими выбросами в окружающую среду.
  • Выдающиеся механические и химические свойства
  • Возможность вторичной переработки
  • Широкий выбор промежуточной и конечной продукции.

В следующей таблице показано предполагаемое мировое производство полиэстера. Основными областями применения являются текстильный полиэстер, полиэфирная смола для бутылок, пленочный полиэстер, главным образом для упаковки , и специальные полиэфиры для инженерных пластмасс.

Мировое производство полиэстера по годам
Тип продукта 2002 г. (млн тонн/год) 2008 г. (млн тонн/год)
Текстиль-ПЭТ 20 39
Смола, бутылка/A-PET 9 16
Фильм ПЭТ 1.2 1.5
Специальный полиэстер 1 2.5
Общий 31.2 59

Переработка полиэстера

[ редактировать ]

После первой стадии производства полимера в фазе расплава поток продукции делится на две разные области применения: в основном это текстильное производство и упаковочное производство. В следующей таблице перечислены основные области применения текстиля и упаковки из полиэстера.

Список применений полиэстера в текстильной и упаковочной промышленности (расплав или гранулы)
Текстиль Упаковка
Штапельное волокно (ПСФ) Бутылки для газировки, воды, пива, соков, моющих средств и т.д.
Нити POY, DTY, FDY А-ПЭТ пленка
Техническая пряжа и шинный корд Термоформование
Флизелин и спанбонд двуосноориентированная пленка (БО-ПЭТ)
Монофиламент Обвязка

Сокращения:

ПСФ
Полиэфирно-штапельное волокно
ПОЯ
Частично ориентированная пряжа
DTY
Рисованная фактурная пряжа
FDY
Полностью вытянутая пряжа
ЦДЦД
Газированный безалкогольный напиток
А-ПЭТ
Аморфная полиэтилентерефталатная пленка
БО-ПЭТ
Двуосноориентированная полиэтилентерефталатная пленка

Сопоставимый небольшой сегмент рынка (менее 1 миллиона тонн в год) полиэстера используется для производства конструкционных пластиков и маточной смеси .

Для производства расплава полиэфира с высокой эффективностью используются высокопроизводительные этапы обработки, такие как штапельное волокно (50–300 тонн/день на прядильную линию) или POY/FDY (до 600 тонн/день, разделенные примерно на 10 прядильных машин). в то же время все больше и больше вертикально интегрированных прямых процессов. Это означает, что расплав полимера напрямую преобразуется в текстильные волокна или нити без обычного этапа гранулирования . Речь идет о полной вертикальной интеграции , когда полиэфир производится на одном предприятии, начиная с сырой нефти или продуктов перегонки по цепочке масло → бензол → ПК → ПТА → расплав ПЭТ → волокно/волокно или смола бутылочного качества. Такие интегрированные процессы при этом складываются в более или менее прерывистые процессы на одном производстве. Компания Eastman Chemicals была первой, кто представил идею замыкания цепочки от PX до ПЭТ-смолы с помощью так называемого процесса INTEGREX. Производительность таких вертикально интегрированных производств составляет >1000 тонн/день и легко может достигать 2500 тонн/день.

Помимо вышеупомянутых крупных перерабатывающих предприятий по производству штапельного волокна или пряжи, существуют десятки тысяч мелких и очень мелких перерабатывающих предприятий, так что можно подсчитать, что полиэстер перерабатывается и перерабатывается более чем на 10 000 заводах по всему миру. Это не считая всех компаний, задействованных в сфере поставок, начиная с машиностроения и обработки машин и заканчивая специальными добавками, стабилизаторами и красителями. Это гигантский промышленный комплекс, который до сих пор растет на 4–8% в год в зависимости от региона мира.

Синтез

[ редактировать ]

Синтез сложных полиэфиров обычно осуществляется реакцией поликонденсации. Общее уравнение реакции диола с двухосновной кислотой:

(n+1) R(OH) 2 + n R'(COOH) 2 → HO[ROOCR'COO] n ROH + 2n H 2 O.

Полиэфиры могут быть получены путем широкого круга реакций, из которых наиболее важными являются реакция кислот и спиртов, алкоголиз и/или ацидолиз низкомолекулярных эфиров или алкоголиз ацилхлоридов. На следующем рисунке представлен обзор типичных реакций поликонденсации при производстве полиэфиров. Кроме того, полиэфиры доступны посредством полимеризации с раскрытием цикла.

Азеотропная этерификация — классический метод конденсации. Воду, образующуюся в результате реакции спирта и карбоновой кислоты, постоянно удаляют азеотропной перегонкой . Когда температуры плавления мономеров достаточно низки, полиэфир можно получить путем прямой этерификации при удалении реакционной воды в вакууме.

Прямая полиэтерификация в массе при высоких температурах (150–290 °С) хорошо подходит и используется в промышленном масштабе для производства алифатических, ненасыщенных и ароматико-алифатических полиэфиров. Мономеры, содержащие фенольные или третичные гидроксильные группы, обладают низкой реакционной способностью по отношению к карбоновым кислотам и не могут быть полимеризованы путем прямой кислотной полиэтерификации на основе спирта. [4] ⁠ Однако в случае производства ПЭТ прямой процесс имеет ряд преимуществ, в частности, более высокую скорость реакции, более высокую достижимую молекулярную массу, выделение воды вместо метанола и более низкие затраты на хранение кислоты по сравнению с эфиром. к меньшему весу. [1]

Алкогольная переэтерификация

[ редактировать ]
Основная статья: Трансэтерификация

Переэтерификация : олигомер со спиртовым концевым и олигомер с сложноэфирным окончанием конденсируются с образованием сложноэфирной связи с потерей спирта. R и R' представляют собой две цепи олигомера, R'' представляет собой жертвенную единицу, такую ​​как метильная группа ( метанол является побочным продуктом реакции этерификации).

Термин « переэтерификация » обычно используется для описания реакций гидрокси-эфирного, карбокси-эфирного и сложноэфирного обмена. Реакция гидроксиэфирного обмена обладает наибольшей скоростью реакции и используется для получения многочисленных ароматико-алифатических и полностью ароматических полиэфиров. [4] Синтез, основанный на переэтерификации, особенно полезен при использовании тугоплавких и плохо растворимых дикарбоновых кислот. Кроме того, спирты как продукт конденсации более летучи и поэтому их легче удалить, чем воду. [17]

Синтез диацетатов бисфенолов и ароматических дикарбоновых кислот в высокотемпературном расплаве или обратный синтез бисфенолов и дифениловых эфиров ароматических дикарбоновых кислот (проводимый при 220–320 °C с выделением уксусной кислоты) является, помимо синтеза на основе ацилхлорида, предпочтительный путь к полностью ароматическим полиэфирам. [4]

Ацилирование

[ редактировать ]

При ацилировании кислота начинается как ацилхлорид , поэтому поликонденсация протекает с выделением соляной кислоты (HCl) вместо воды.

Реакция между диацилхлоридами и спиртами или фенольными соединениями широко применялась в синтезе полиэфиров и была предметом многочисленных обзоров и глав книг. [4] ⁠ [18] [19] [20] Реакцию проводят при более низких температурах, чем равновесные методы; возможными типами являются высокотемпературная конденсация раствора, катализируемые амином и межфазные реакции. Кроме того, использование активаторов относят к неравновесным методам. Константы равновесия для конденсации на основе ацилхлорида с образованием арилатов и полиарилатов действительно очень высоки и, как сообщается, составляют 4,3 × 10 3 и 4,7 × 10 3 , соответственно. Поэтому эту реакцию часто называют «неравновесной» полиэтерификацией. Хотя синтез на основе ацилхлорида также описан в патентной литературе, маловероятно, что эта реакция будет использоваться в промышленных масштабах. [21] Ограничением метода является высокая стоимость дихлоридов кислот, их чувствительность к гидролизу и возникновение побочных реакций. [22]

В результате высокотемпературной реакции (от 100 до > 300 °C) диацилхлорида с диспиртом образуется полиэфир и хлористый водород. При таких относительно высоких температурах реакция протекает быстро без катализатора: [20]

За конверсией реакции можно следить титрованием выделившегося хлористого водорода. Описано большое разнообразие растворителей, включая хлорированные бензолы (например, дихлорбензол), хлорированные нафталины или дифенилы, а также нехлорированные ароматические соединения, такие как терфенилы, бензофеноны или дибензилбензолы. Реакция также была успешно применена для получения высококристаллических и плохо растворимых полимеров, для поддержания которых в растворе требуется высокая температура (по крайней мере, до тех пор, пока не будет достигнута достаточно высокая молекулярная масса). [22]

В межфазной реакции на основе ацилхлорида спирт (обычно фенол) растворяется в форме алкоксида в водном растворе гидроксида натрия , ацилхлорид - в органическом растворителе, несмешивающемся с водой, таком как дихлорметан , хлорбензол или гексан. , реакция происходит на границе раздела при высокоскоростном перемешивании при температуре около комнатной. [20]

Этот метод используется для производства полиарилатов (полиэфиров на основе бисфенолов), полиамидов , поликарбонатов , поли(тиокарбонатов) и других. Поскольку молекулярная масса продукта, полученного высокотемпературным синтезом, может быть серьезно ограничена побочными реакциями, эту проблему можно решить за счет мягких температур межфазной поликонденсации. Эта процедура применяется к коммерческому производству полиарилатов на основе бисфенола-А, таких как U-полимер Unitika. [4] В некоторых случаях воду можно заменить несмешивающимся органическим растворителем (например, в системе адипонитрил / четыреххлористый углерод ). [20] Метод малопригоден при получении полиэфиров на основе алифатических диолов, которые имеют более высокие рКа , значения чем фенолы, и поэтому не образуют алкоголят-ионы в водных растворах. [4] Катализируемую основанием реакцию ацилхлорида со спиртом также можно проводить в одну фазу с использованием третичных аминов (например, триэтиламина , Et 3 N) или пиридина в качестве акцепторов кислоты:

Хотя полиэтерификация на основе ацилхлорида протекает очень медленно при комнатной температуре без катализатора, амин ускоряет реакцию несколькими возможными способами, хотя механизм до конца не изучен. [20] Однако известно, что третичные амины могут вызывать побочные реакции , такие как образование кетенов и димеров кетенов.⁠ [23]

Силильный метод
В этом варианте метода HCl хлорангидрид карбоновой кислоты преобразуют триметилсилиловым эфиром спиртового компонента и получают триметилсилилхлорид.

Ацетатный метод (этерификация)

[ редактировать ]

Силилацетатный метод

Полимеризация с раскрытием кольца

[ редактировать ]

Алифатические полиэфиры можно собирать из лактонов в очень мягких условиях, катализируя анионно , катионно , металлорганически или на основе ферментов. [24] [25] Недавно было показано, что ряд каталитических методов сополимеризации эпоксидов с циклическими ангидридами позволяет получить широкий спектр функционализированных полиэфиров, как насыщенных, так и ненасыщенных. Полимеризация лактонов и лактидов с раскрытием цикла применяется также в промышленных масштабах. [26] [27]

Другие методы

[ редактировать ]

Сообщалось о многочисленных других реакциях синтеза отдельных полиэфиров, но они ограничены синтезами в лабораторном масштабе с использованием определенных условий, например, с использованием солей дикарбоновых кислот и диалкилгалогенидов или реакций между бискетенами и диолами. [4]

Вместо ацилхлоридов можно использовать так называемые активирующие агенты, такие как 1,1'-карбонилдиимидазол , дициклогексилкарбодиимид или трифторуксусный ангидрид . Поликонденсация протекает посредством in situ превращения карбоновой кислоты в более реакционноспособное промежуточное соединение при расходовании активирующих агентов. Реакция протекает, например, через промежуточный N -ацилимидазол, который реагирует с каталитически действующим алкоксидом натрия: [4]

Использование активаторов для производства тугоплавких ароматических полиэфиров и полиамидов в мягких условиях является предметом интенсивных академических исследований с 1980-х годов, но реакции не получили коммерческого признания, поскольку аналогичные результаты могут быть достигнуты с использованием более дешевых реагентов. [4]

Термодинамика реакций поликонденсации

[ редактировать ]

Полиэтерификации сгруппированы некоторыми авторами [4] [18] на две основные категории: а) равновесные полиэтерификации (в основном спирто-кислотные реакции, реакции спирт-эфирного и кислотно-эфирного обмена, проводимые в массе при высоких температурах) и б) неравновесные полиэтерификации с использованием высокореакционноспособных мономеров (например, хлорангидридами или активированными карбоновыми кислотами, чаще всего проводимыми при более низких температурах в растворе).

Полиэтерификация на основе кислоты и спирта является одним из примеров равновесной реакции. Соотношение полимеробразующей сложноэфирной группы (-C(O)O-) и воды продукта конденсации (H 2 O) по отношению к кислотным (-C(O)OH) и спиртовым (-OH) мономерам. описывается константой равновесия K C .

Константа равновесия полиэтерификации на основе кислоты и спирта обычно составляет K C ≤ 10, что недостаточно для получения высокомолекулярных полимеров ( DP n среднечисловую степень полимеризации ( DP n ≥ 100), поскольку можно рассчитать ). от константы равновесия K C . [19]

Поэтому в равновесных реакциях необходимо непрерывно и эффективно удалять продукт конденсации из реакционной среды, чтобы сместить равновесие в сторону полимера. [19] Поэтому продукт конденсации удаляют при пониженном давлении и высоких температурах (150–320 °C, в зависимости от мономеров), чтобы предотвратить обратную реакцию. [8] По ходу реакции концентрация активных концов цепи уменьшается, а вязкость расплава или раствора увеличивается. Для увеличения скорости реакции реакцию проводят при высокой концентрации концевых групп (предпочтительно в объеме), чему способствуют повышенные температуры.

Константы равновесия величины K C ≥ 10 4 достигаются при использовании реактивных реагентов ( хлоридов кислот или ангидридов кислот ) или активирующих агентов, таких как 1,1'-карбонилдиимидазол . Используя эти реагенты, можно достичь молекулярных масс, необходимых для технических применений, даже без активного удаления продукта конденсации.

История

[ редактировать ]

В 1926 году американская компания DuPont начала исследования больших молекул и синтетических волокон. Это раннее исследование, возглавляемое Уоллесом Каротерсом , было сосредоточено на том, что впоследствии стало нейлоном , который был одним из первых синтетических волокон. [28] Карозерс в то время работал в DuPont. Исследование Карозерса было неполным и не дошло до исследования полиэфира, образовавшегося в результате смешивания этиленгликоля и терефталевой кислоты. В 1928 году полиэстер был запатентован в Великобритании компанией International General Electric. [29] Проект Карозерса был возрожден британскими учеными Уинфилдом и Диксоном, которые запатентовали полиэтилентерефталат (ПЭТ) или ПЭТ в 1941 году. Полиэтилентерефталат составляет основу синтетических волокон, таких как дакрон , терилен и полиэстер. В 1946 году DuPont выкупила все законные права у Imperial Chemical Industries (ICI). [1]

Биодеградация и экологические проблемы

[ редактировать ]
Основная статья: Биодеградация

Дома Futuro были изготовлены из стекловолокном полиэстера, армированного ; полиэфир - полиуретан и поли(метилметакрилат) . Было обнаружено, что один дом разрушается цианобактериями и археями . [30] [31]

Сшивка

[ редактировать ]

Ненасыщенные полиэфиры представляют собой термореактивные полимеры . Обычно они представляют собой сополимеры , полученные полимеризацией одного или нескольких диолов с насыщенными и ненасыщенными дикарбоновыми кислотами ( малеиновой кислотой , фумаровой кислотой и др.) или их ангидридами . Двойная связь ненасыщенных полиэфиров реагирует с виниловым мономером , обычно стиролом , в результате чего образуется трехмерная сшитая структура. Эта структура действует как термореактивный материал. Экзотермическая такого реакция поперечной сшивки инициируется с помощью катализатора , обычно органического пероксида, как пероксид метилэтилкетона или пероксид бензоила .

Загрязнение пресноводных и морских местообитаний

[ редактировать ]

Команда Плимутского университета в Великобритании потратила 12 месяцев на анализ того, что произошло, когда несколько синтетических материалов стирались при разных температурах в бытовых стиральных машинах с использованием разных комбинаций моющих средств, чтобы количественно оценить выпадение микроволокон. Они обнаружили, что при средней загрузке в 6 кг можно высвободить примерно 137 951 волокно из ткани из смеси полиэстера и хлопка, 496 030 волокон из полиэстера и 728 789 волокон из акрила. Эти волокна усугубляют общее микропластиком загрязнение окружающей среды . [32] [33] [34]

Безопасность

[ редактировать ]

Фертильность

[ редактировать ]

Ахмед Шафик был сексологом, получившим Шнобелевскую премию за исследование того, как полиэстер может повлиять на фертильность крыс. [35] собаки, [36] и мужчины. [37]

Бисфенол А , который является химическим веществом, нарушающим эндокринную систему, может быть использован в синтезе полиэфира. [38]

Переработка

[ редактировать ]

Переработка полимеров стала очень важной, поскольку производство и использование пластика постоянно растет. Если так будет продолжаться, мировое количество пластиковых отходов может почти утроиться к 2060 году. [39] Пластмассы могут быть переработаны различными способами, такими как механическая переработка, химическая переработка и т. д. Среди перерабатываемых полимеров полиэфирный ПЭТ является одним из наиболее перерабатываемых пластиков. [40] [41] Эфирная связь, присутствующая в полиэфирах, подвержена гидролизу (кислотной или основной среде), метанолизу и гликолизу, что делает этот класс полимеров пригодным для химической переработки. [42] Ферментативная/биологическая переработка ПЭТ может осуществляться с использованием различных ферментов, таких как ПЭТаза , кутиназа , эстераза , липаза и т. д. [43] Сообщалось также, что ПЭТаза ферментативно разлагает другие синтетические полиэфиры (ПБТ, РНТ, Akestra™ и т. д.), которые содержат такие же ароматические сложноэфирные связи, как и ПЭТ. [44]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Кепник Х., Шмидт М., Брюггинг В., Рютер Дж., Каминский В. (июнь 2000 г.). «Полиэфиры». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
  2. ^ Мендельсон С. (17 мая 2005 г.). Домашний комфорт: искусство и наука ведения дома . Саймон и Шустер. ISBN  9780743272865 .
  3. ^ «Термическое напыление истираемых покрытий» . www.gordonengland.co.uk . Проверено 12 декабря 2018 г.
  4. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л Роджерс М.Э., Лонг Т.Э. (2003). Синтетические методы в полимерах ступенчатого роста . Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, Inc.
  5. ^ Хефец, Авраам; Фалес, Генри М.; Батра, Сюзанна В.Т. (1979). «Натуральные полиэфиры: макроциклические лактоны железы Дюфура образуют ламинэфиры клеток расплода у пчел Colletes» . Наука . 204 (4391): 415–417. Бибкод : 1979Sci...204..415H . дои : 10.1126/science.204.4391.415 . ПМИД   17758016 . S2CID   41342994 .
  6. ^ Эвелет, Р. и Д. Чакра. Могут ли пчелы изготавливать посуду? Scientific American , 19 декабря 2011 г.
  7. ^ Конг X, Ци Х, Кертис Дж. М. (август 2014 г.). «Синтез и характеристика высокомолекулярных алифатических полиэфиров из мономеров, полученных из возобновляемых ресурсов». Журнал прикладной науки о полимерах . 131 (15): 40579–40586. дои : 10.1002/app.40579 .
  8. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пак Х.С., Со Дж.А., Ли ХАЙ, Ким Х.В., Уолл И.Б., Гонг М.С., Ноулз Дж.К. (август 2012 г.). «Синтез эластичных биоразлагаемых полиэфиров этиленгликоля и бутиленгликоля из себациновой кислоты». Акта Биоматериалы . 8 (8): 2911–8. doi : 10.1016/j.actbio.2012.04.026 . ПМИД   22522011 .
  9. ^ Гурунатан Т., Моханти С., Наяк С.К. (январь 2016 г.). «Сверхразветвленные полимеры для нанесения покрытий: обзор». Технология и машиностроение полимерных пластмасс . 55 (1): 92–117. дои : 10.1080/03602559.2015.1021482 . S2CID   100936296 .
  10. ^ Тестуд Б, Пинтори Д, Грау Э, Татон Д, Крамэйл Х (2017). «Сверхразветвленные полиэфиры путем поликонденсации мономеров AB n-типа на основе жирных кислот». Зеленая химия . 19 (1): 259–69. arXiv : 1911.07737 . дои : 10.1039/C6GC02294D . S2CID   102450135 .
  11. ^ Розато Д.В., Розато Д.В., Розато М.В. (2004). Справочник по выбору материалов и процессов изготовления пластиковых изделий . Эльзевир. п. 85. ИСБН  978-1-85617-431-2 .
  12. ^ Паркер, Дэвид; Бюссинк, Ян; ван де Грампель, Хендрик Т.; Уитли, Гэри В.; Дорф, Эрнст-Ульрих; Остлиннинг, Эдгар; Рейнкинг, Клаус; Шуберт, Франк; Юнгер, Оливер (15 апреля 2012 г.), «Полимеры, высокотемпературные» , в Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (редактор), Энциклопедия промышленной химии Ульмана , Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, стр. a21_449.pub3, doi : 10.1002/14356007.a21_449.pub4 , ISBN  978-3-527-30673-2 , получено 13 декабря 2020 г.
  13. ^ Х.-Г. Элиас и Р. Мюльхаупт, в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Вайнхайм, Германия, 2015, стр. 1–70.
  14. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б П.Э. Кэссиди, Т.М. Аминабхави и В.С. Редди, в Энциклопедии химической технологии Кирка-Отмера, John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, США, 2000.
  15. ^ Т. Уилан, Словарь полимерных технологий, Springer Нидерланды, Дордрехт, 1994.
  16. ^ Шулер М.Ю. (1981). «Часть 8: Крашение дисперсионными красителями» . Красящая грунтовка . ААТСС. п. 21. GGKEY:SK3T00EYAFR.
  17. ^ Равве А (2012). Основы химии полимеров . Нью-Йорк, Нью-Йорк, Нью-Йорк: Спрингер.
  18. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Виноградова С.В. (январь 1977 г.). «Основные принципы неравновесной поликонденсации». Полимерная наука СССР . 19 (4): 769–808. дои : 10.1016/0032-3950(77)90232-5 .
  19. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Дуда А, Пенчек С (2005). «Механизмы образования алифатических полиэфиров». В Doi Y, Steinbüchel A (ред.). Биополимеры онлайн . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. стр. 371–383. дои : 10.1002/3527600035.bpol3b12 .
  20. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Пилати Ф (1989). «Полиэфиры». Комплексная наука о полимерах и добавках . Том. 5. Эльзевир. стр. 275–315.
  21. ^ Линерт К.В. (1999). «Поли(эфир-имиды) промышленного назначения». В Крихельдорфе HR (ред.). Прогресс в химии полиимидов II . Достижения в области полимерной науки. Том. 141. Берлин, Гейдельберг: Шпрингер. стр. 45–82. дои : 10.1007/3-540-49814-1_2 . ISBN  978-3-540-64963-2 .
  22. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Сокольский-Папков М., Лангер Р., Домб А.Дж. (апрель 2011 г.). «Синтез алифатических полиэфиров путем поликонденсации с использованием неорганической кислоты в качестве катализатора» . Полимеры для передовых технологий . 22 (5): 502–511. дои : 10.1002/пат.1541 . ПМЦ   4249767 . ПМИД   25473252 .
  23. ^ Крихельдорф Х.Р., Найкен О., Свифт Г. (2004). Справочник по синтезу полимеров (2-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN  0-367-57822-0 . OCLC   1156408945 .
  24. ^ Варма И.К., Альбертссон А.С., Райхова Р., Шривастава Р.К. (октябрь 2005 г.). «Ферментативно-катализируемый синтез полиэфиров». Прогресс в науке о полимерах . 30 (10): 949–81. doi : 10.1016/j.progpolymsci.2005.06.010 .
  25. ^ Нуйкен О, Паск С.Д. (апрель 2013 г.). «Полимеризация с раскрытием кольца — вводный обзор» . Полимеры . 5 (2): 361–403. дои : 10.3390/polym5020361 . ISSN   2073-4360 .
  26. ^ Жером С., Леконт П. (июнь 2008 г.). «Последние достижения в синтезе алифатических полиэфиров путем полимеризации с раскрытием цикла» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 60 (9): 1056–76. дои : 10.1016/j.addr.2008.02.008 . hdl : 2268/3723 . ПМИД   18403043 .
  27. ^ Деши-Кабаре О, Мартен-Вака Б, Буриссу Д (декабрь 2004 г.). «Контролируемая полимеризация лактида и гликолида с раскрытием цикла». Химические обзоры . 104 (12): 6147–76. дои : 10.1021/cr040002s . ПМИД   15584698 .
  28. ^ «Как изготавливается полиэстер - материал, производство, изготовление, история, использование, структура, этапы, продукт, история» . www.madehow.com . Проверено 4 декабря 2018 г.
  29. ^ Лоасби Дж. (1951). «Развитие синтетических волокон». Журнал Трудов Текстильного института . 42 (8): П411–П441. дои : 10.1080/19447015108663852 .
  30. ^ Каппителли Ф, Принципи П, Сорлини С (август 2006 г.). «Биопорча современных материалов в современных коллекциях: может ли биотехнология помочь?». Тенденции в биотехнологии . 24 (8): 350–4. дои : 10.1016/j.tibtech.2006.06.001 . ПМИД   16782219 .
  31. ^ Ринальди А. (ноябрь 2006 г.). «Спасение хрупкого наследия. Биотехнологии и микробиология все чаще используются для сохранения и восстановления мирового культурного наследия» . Отчеты ЭМБО . 7 (11): 1075–9. дои : 10.1038/sj.embor.7400844 . ПМЦ   1679785 . ПМИД   17077862 .
  32. ^ О'Коннор MC (27 октября 2014 г.). «Внутри одинокой борьбы с самой большой экологической проблемой, о которой вы никогда не слышали» . Хранитель .
  33. ^ Уильямс А (27 сентября 2016 г.). «Исследование показывает, что при стирке одежды в окружающую среду попадают тысячи частиц микропластика» . Плимутский университет . Проверено 9 октября 2016 г.
  34. ^ Нэппер И.Э., Томпсон RC (ноябрь 2016 г.). «Высвобождение синтетических микропластических пластиковых волокон из бытовых стиральных машин: влияние типа ткани и условий стирки». Бюллетень о загрязнении морской среды . 112 (1–2): 39–45. Бибкод : 2016МарПБ.112...39Н . doi : 10.1016/j.marpolbul.2016.09.025 . hdl : 10026.1/8163 . ПМИД   27686821 .
  35. ^ Шафик, Ахмед (1993). «Влияние различных типов текстиля на сексуальную активность». Европейская урология . 24 (3). Эльзевир Б.В.: 375–380. дои : 10.1159/000474332 . ISSN   0302-2838 . ПМИД   8262106 .
  36. ^ Шафик, Ахмед (1993). «Влияние различных типов текстильных тканей на сперматогенез: экспериментальное исследование». Урологические исследования . 21 (5). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 367–370. дои : 10.1007/bf00296839 . ISSN   0300-5623 . ПМИД   8279095 . S2CID   22096865 .
  37. ^ Шафик, Ахмед (1992). «Контрацептивная эффективность азооспермии, вызванной полиэфиром, у нормальных мужчин». Контрацепция . 45 (5). Эльзевир Б.В.: 439–451. дои : 10.1016/0010-7824(92)90157-о . ISSN   0010-7824 . ПМИД   1623716 .
  38. ^ Д'Анджело, Стефания; Меккариелло, Розария (1 марта 2021 г.). «Микропластик: угроза мужской фертильности» . Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 18 (5). MDPI AG: 2392. doi : 10.3390/ijerph18052392 . ISSN   1660-4601 . ПМЦ   7967748 . ПМИД   33804513 .
  39. ^ «К 2060 году мировое количество пластиковых отходов увеличится почти в три раза, - говорит ОЭСР» . www.oecd.org . Проверено 15 октября 2022 г.
  40. ^ «Как сохранить устойчивую индустрию переработки ПЭТ в Европе — EPBP — Европейская платформа для бутылок из ПЭТ» . www.epbp.org . Проверено 15 октября 2022 г.
  41. ^ «Какой пластик можно переработать?» . Пластмассы для перемен . 20 мая 2021 г. Проверено 15 октября 2022 г.
  42. ^ Госал, Кришану; Наяк, Чинмая (21 февраля 2022 г.). «Последние достижения в химической переработке отходов полиэтилентерефталата в продукты с добавленной стоимостью для экологически чистых покрытий – надежда против ажиотажа» . Достижения в области материалов . 3 (4): 1974–1992. дои : 10.1039/D1MA01112J . ISSN   2633-5409 . S2CID   245886607 .
  43. ^ Госал, Кришану; Наяк, Чинмая (2022). «Последние достижения в химической переработке отходов полиэтилентерефталата в продукты с добавленной стоимостью для экологически чистых покрытий – надежда против ажиотажа» . Достижения в области материалов . 3 (4): 1974–1992. дои : 10.1039/D1MA01112J . ISSN   2633-5409 . S2CID   245886607 .
  44. ^ Вагнер-Эгеа, Паула; Тоси, Вирджиния; Ван, Пин; Грей, Карл; Чжан, Баочжун; Линарес-Пастен, Хавьер А. (январь 2021 г.). «Оценка деполимеризации ароматических полиэфиров терефталата с помощью IsPETase и влияния домена слияния тиоредоксина» . Прикладные науки . 11 (18): 8315. doi : 10.3390/app11188315 . ISSN   2076-3417 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Polyester&oldid=1235212776"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1fc3496bbe81f231360bb1f1ffe7b122__1721282040
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1f/22/1fc3496bbe81f231360bb1f1ffe7b122.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Polyester - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)