Poli(tereftalan etylenu)

Poli(tereftalan etylenu), PET (C₁₀H₈O₄)_n – termoplastyczny polimer z grupy poliestrów stosowany na dużą skalę do produkcji włókien syntetycznych i butelek do napojów bezalkoholowych^[1]. PET powstał w latach czterdziestych XX wieku w Wielkiej Brytanii^[2].

Ten artykuł dotyczy polimeru. Zobacz też: inne znaczenia skrótowca „PET”.

Poli(tereftalan etylenu)

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) poli(tereftalan etylenu) Inne nazwy i oznaczenia PET, PETE, PETP, PET-P
Ogólne informacje
Monomery	kwas tereftalowy i glikol etylenowy
Struktura meru	-[-C(O)-C6H4-C(O)O-(CH2)2-O-]-
Identyfikacja
Numer CAS	25038-59-9
Właściwości Rozpuszczalność tetrachloroetylen Temperatura mięknienia 265 °C[1] Biodegradowalność patrz sekcja „Biodegradacja” Biokompatybilność wysoka Właściwości mechaniczne sztywny termoplast
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Otrzymywanie

Metoda 1: z tereftalanu dimetylu (proces DMT)

Pierwszą podstawową metodą przemysłową produkcji PET była polikondensacja tereftalanu dimetylu (DMT, z ang. dimethyl terephthalate) i glikolu etylenowego. Proces ten prowadzi się dwuetapowo^[3]:

1. Transestryfikacja DMT glikolem w temp. 150–200 °C do tereftalanu bis(2-hydroksyetylu) w obecności katalizatorów (najczęściej jest to cynk, wapń lub octan manganu):

C₆H₄(CO₂CH₃)₂ + 2HOCH₂CH₂OH → C₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ + 2CH₃OH

2. Polikondensacja otrzymanego diestru w temp. ok. 285 °C pod zmniejszonym ciśnieniem, także w obecności katalizatora (Sb₂O₃ lub inne podobne tlenki amfoteryczne):

nC₆H₄(CO₂CH₂CH₂OH)₂ → [C(O)-C₆H₄-C(O)O-(CH₂)₂-O]_n + nHOCH₂CH₂OH

Metoda 2: z kwasu tereftalowego (proces TA)

Na początku lat 70. XX wieku rozpoczęto konkurencyjną cenowo produkcję kwasu tereftalowego (TA, z ang. terephthalic acid) o czystości odpowiedniej do syntezy PET (proces Amoco), co umożliwiło syntezę PET z wolnego kwasu, a nie jego estru dimetylowego^[3]:

Zapis sumaryczny syntezy poli(tereftalanu etylenu) z kwasu tereftalowego i glikolu etylenowego

Proces jest także dwuetapowy, przy czym pierwszy etap – otrzymywanie tereftalanu bis(glikolowego) – prowadzi się bez katalizatora w temperaturze około 260 °C pod ciśnieniem 2,7–5,5 barów. Drugi etap jest taki sam jak w metodzie pierwszej^[3][4]. Metoda ta jest zazwyczaj preferowana przy budowie nowych instalacji. PET produkowany współcześnie w procesie TA ma jakość porównywalną do produktu uzyskiwanego metodą DMT, a o jego wyborze decydują przede wszystkim względy ekonomiczne: wyższa wydajność, niższe koszty składowania TA niż DMT (z powodu niższej masy cząsteczkowej), brak katalizatora w pierwszym etapie oraz wyższe masy cząsteczkowe uzyskiwanego produktu (co przekłada się na PET o lepszej jakości)^[4].

Stopiony poli(tereftalan etylenu), po gwałtownym ochłodzeniu, krzepnie w postaci szklistej, bezpostaciowej masy. Zachodzi w niej dość szybko, szczególnie w podwyższonej temperaturze (100–245 °C), proces krystalizacji i masa ta przekształca się w ciało mikrokrystaliczne o budowie niezorientowanej. Włókna lub folie z tego tworzywa rozciągane w temperaturze powyżej temperatury zeszklenia ulegają trwałej deformacji, połączonej z orientacją zarówno makrocząsteczek, jak i krystalitów, zgodnie z kierunkiem działania siły rozciągającej.

Własności fizyczne

Wybrane własności fizyczne PET^[1]:

• średnia masa cząsteczkowa: 30–80 tysięcy Da
• temperatura zeszklenia: 70–115 °C
• temperatura mięknienia: 265 °C
• gęstość: około 1,4 g/cm³

Zastosowanie

Butelka plastikowa z tworzywa PET

PET jest wykorzystywany do produkcji opakowań, w tym butelek (butelkę z PET opatentował w 1973 Nathaniel Wyeth^[2]), włókien, naczyń, niewielkich kształtek (na przykład przezroczystych klawiszy) i obudów urządzeń elektronicznych.

Z włókien wytworzonych z PET produkuje się dzianiny i tkaniny, między innymi polar, dakron i tergal (np. do produkcji żagli), liny i tym podobne.

Bezpieczeństwo

Komentarz opublikowany w „Environmental Health Perspectives” w kwietniu 2010 sugeruje, że PET wytwarza ksenoestrogeny, nawet przy zwykłym użytkowaniu, i zaleca^[5] dalsze badania nad tą kwestią. Mechanizmy, w których mogą powstawać ksenoestrogeny, to wymywanie ftalanów oraz antymonu w związkach chemicznych lub postaci wolnej.

Biodegradacja

Trwają poszukiwania organizmów zdolnych do biodegradacji PET. W 2016 ogłoszono znalezienie mogącej go metabolizować bakterii Ideonella sakaiensis^[6][7]. Wcześniej znanymi organizmami posiadającymi takie możliwości były między innymi grzyby Fusarium solani^[8], Aspergillus oryzae, Thermomyces insolens, Thermomyces lanuginosus i bakterie Pseudomonas mendocina i Thermobifida fusca. Znaleziono u nich rozkładające PET kutynazy, lipazy i esterazy^[9].

Badania porównawcze wykazały, że enzym PET-aza, wytwarzany przez Ideonella sakaiensis, hydrolizuje PET szybciej niż enzym pochodzący z Fusarium solani, a także niż enzymy znalezione u termofilnych promieniowców i w metagenomie uzyskanym z kompostu z liści i gałęzi^[10].