Главная
АИ #5 (135)
Статьи журнала АИ #5 (135)
Исследование свойств низковязкого высококристаллического полиэтилентерефталата п...

Исследование свойств низковязкого высококристаллического полиэтилентерефталата при производстве биаксиально ориентированных пленок

Рецензент

Дудкина Анна Александровна

Рубрика

Химия

Ключевые слова

ПЭТФ
кристалличность
подводное гранулирование
пленка

Аннотация статьи

В статье рассматриваются основные отличия процессов производства низковязкого низкокристалличного и низковязкого высококристалличного ПЭТФ, основы производства биаксиально ориентированных пленок. Также рассматривается сравнительный анализ данных разновидностей ПЭТФ.

Текст статьи

В последнее время, на рынке полимеров России увеличился спрос на сырье отечественного производства. Производители пленочной продукции, на основе полиэтилентерефталата, при переходе к импортозамещению столкнулись с нехваткой сырья. В ответ на поступающие вызовы была разработана технология производства гранулированного полиэтилентерефталата с уникальными характеристиками, предназначенного для производства биаксиально ориентированных пленок (БОПЭТ). Аналоги данной марки выпускаются многими мировыми производителями ПЭТФ. Отличительной особенностью исследуемого ПЭТФ является степень кристалличности продукции более 35%. Аналоги, выпускаемые в мире имеют кристалличность менее 5%.

При производстве БОПЭТ из низкокристалличного полимера, перед экструзией увеличивается степень кристаллизации, что связано с дополнительными затратами тепла и времени. Полимер с увеличенной степенью кристалличности исключает данный процесс, тем самым повышает энергоэффективность установки. Аналитический контроль полимера проводился в собственной лаборатории, а также в лаборатории Института живых систем на базе БФУ им. И.Канта г. Калининград.

БОПЭТ пленка – это биаксиально-ориентированная пленка, произведенная из пленочных сортов полиэтилентерефталата методом экструзии с литьём и последующим двухсторонним растяжением. По своему основному предназначению пленки БОПЭТ подразделяются на упаковочные, толщиной 6-50мкм, где наиболее востребованной толщиной для гибкой упаковки является 12 мкм, и промышленные, толщиной 23-350 мкм, с наиболее востребованными толщинами 23-125 мкм для электроизоляции и дисплеев. Популярность применения БОПЭТ пленок вызвана такими уникальными потребительскими свойствами, как: высокий показатель прочности на разрыв и прокол – более 1500 кгс/см2 при малой толщине пленки. Для сравнения - у полиэтилена низкой плотности (LDPE) этот показатель составляет всего 150 кг/см2. Отличная устойчивость к износу. Высокий процент удлинения при разрыве (130%), больший, чем у других биаксиально-ориентированных пленок. Отличная основа для печати (качество и восприятие печати на БОПЭТ с коронированным или химическим покрытием выше, чем на других материалах). Для качественного нанесения красок на поверхность пленок поверхностное натяжение материалов должна быть не менее 42-45 дин/см. Поверхностное натяжение БОПЭТ пленки с коронной или химической обработкой составляет не менее 54 дин/см. Высокая температурная стойкость. Максимальная усадка (150°С/30мин) составляет до 3%. Диапазон рабочих температур, обеспечивающий термическую стабильность размеров, находится пределах от -65 до +155°С. Абсолютная безопасность и высокая экологичность. Отсутствие запаха. Инертность по отношению ко многим жидким веществам: кислотам, щелочам, солям. Устойчивость к растворителям и другим химикатам. Высокая ударопрочность (90 кДж/м2) в широком диапазоне температур.

Основным видом необходимого сырья для производства БОПЭТ пленок являются гранулы полиэтилентерефталата (ПЭТ) пленочной марки. Полиэтилентерефталат - синтетический линейный термопластичный полимер, принадлежащий к классу полиэфиров. Продукт поликонденсации терефталевой кислоты и моноэтиленгликоля. Полиэтилентерефталат обладает способностью существовать в аморфном или кристаллическом состояниях, причем степень кристалличности определяется термической предысторией материала. При быстром охлаждении полиэтилентерефталат аморфен, при медленном - кристалличен. Аморфный полиэтилентерефталат - твердый прозрачный материал, кристаллический - твердый непрозрачный бесцветный. Товарный полиэтилентерефталат выпускается обычно в виде гранулята с размером гранул 2-4 миллиметра. В промышленном масштабе ПЭТ начал выпускаться, как волокнообразующий полимер, но вскоре занял одно из ведущих мест и в индустрии полимерной упаковки. По темпам роста потребления в настоящее время полиэтилентерефталат является наиболее быстрорастущим полимерным материалом. Главное отличие пленочного ПЭТ от бутылочного заключается в более низкой вязкости и более высокой температуре плавления. Пленочный ПЭТ характеризуется также большей влажностью и меньшим количеством карбоксильных групп. В последнее время для получения БОПЭТ пленок используют со-экструзионную технологию, позволяющую получать многослойные пленки с уникальными характеристиками.

Биаксиально-ориентированные ПЭТ пленки производят исключительно с помощью процесса ориентации, в котором аморфная поливная пленка обычно растягивается в продольном направлении при прохождении ее через нагретые валки, и затем направляется к ширильной раме для достижения деформации в поперечном направлении.

Полимер на проведение процесса ориентации может подаваться из экструдера или напрямую из непрерывного реактора синтеза. В экструзионных пленочных линиях подготовка полимера включает кристаллизацию и сушку. Сушка является необходимой для замкнутых (одношнековых) экструзионных систем, так как ПЭТ чувствителен к гидролизу, приводящему к снижению молекулярной массы. Перед стадией сушки полимер вначале кристаллизуется для предотвращения спекания гранул, а затем сушится в течение нескольких часов при 160–180 °С для уменьшения уровня влаги до 10–30 частей на миллион (ppm).

Полиэтилентерефталат, используемый для производства пленок, имеет конечную вязкость в диапазоне 0,62-0,67 дл/г, что является ограничением по способу гранулирования такого полимера. Для производства полимера используют два вида систем гранулирования: стренговые грануляторы, которые способны гранулировать полимер при низких температурах и невысокой вязкости, но гранулы имеют цилиндрическую форму с низкой температурой и высоким содержанием пыли и грануляторы подводного типа, позволяющие производить сферические гранулы с низким образованием пыли и более высокой температурой гранул.

Известные аналоги ПЭТФ, используемого для производства пленок, гранулируются на стренговых грануляторах при низких температурах и имеют низкую кристалличность (<5%) и повышенную влажность. При использовании таких гранул для производства пленок их необходимо просушить, а для предотвращения слипания при сушке, необходимо поднять степень кристалличности. Для осуществления данных процессов необходимо установить специализированное оборудование (кристаллизатор, осушитель), что влечет дополнительные энергетические затраты и увеличение производственных площадей.

Гранулы полимера низковязкого высококристалличного производятся в грануляторах подводного типа и имеют сферическую форму. Используемая технология не предполагает моментального охлаждения полимера, более того, произведенные гранулы проходят стадии кристаллизации и кондиционирования на заводе изготовителе, перед отправкой потребителям, тем самым исключая дополнительное оборудование из схемы производства пленок.

Таким образом, проведенное исследование не только выявило возможность получения в промышленных масштабах низковязкого высококристаллизованного полиэтилентерефталата, но и доказало успешное применение его в качестве сырья для производства пленок, которое экономически более оправдано, по сравнению с существующими аналогами за счет снижения энергетики процесса.

Список литературы

  1. Основы химии и технологии производства полиэтилентерефталата. Урманцев У.Р., Табаев Б.В., Грудников И.Б., Лакеев С.Н., Ишалина О.В. Санкт-петербург: Недра, 2016. - 156 с.
  2. Получение стабилизированного полиэтилентерефталата и исследование его свойств / Алакаева З.Т., Микитаев М.А., Хупова М.М., Козуб В.В., Цуров А.Х., Хаширова С.Ю., Борукаев Т.А. Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 3.
  3. Производство упаковки из ПЭТ / Д.Брукс, Дж. Джайлс (ред.); пер. с англ. Под ред. О.Ю. Сабсай – СПб: ЦОП «Профессия», 2010. – 368 стр., ил.
  4. Российский и мировой рынок пленки BOPET, 2013-2017 гг. Текст электронный. https://www.megaresearch.ru/work_examples/issledovaniya/1096

Поделиться

513

Бородин Г. А., Ермолаев М. А., Галабурда А. М., Солнцев А. А., Шипков А. С. Исследование свойств низковязкого высококристаллического полиэтилентерефталата при производстве биаксиально ориентированных пленок // Актуальные исследования. 2023. №5 (135). С. 16-18. URL: https://apni.ru/article/5560-issledovanie-svojstv-nizkovyazkogo-visokokris

Актуальные исследования

#30 (212)

Прием материалов

20 июля - 26 июля

осталось 4 дня

Размещение PDF-версии журнала

31 июля

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

13 августа