Химическая структура полиэстера: C10H8O4, сложноэфирные связи и почему они важны

Одна повторяющаяся единица полиэфира, используемого в текстиле, содержит десять атомов углерода, восемь атомов водорода и четыре атома кислорода: C10H8O4, около 192 г/моль. Около 46 процентов этой массы находится внутри двух сложноэфирных групп, звеньев -COO-, которые удерживают цепь вместе. Этот единственный факт объясняет, почему ПЭТ плавится при температуре около 255°С, почему он впитывает лишь около 0,4% влаги, почему его необходимо красить при температуре 130°С под давлением и почему горячая каустическая сода растворяет его.

Одна и та же основа проходит через пряжу 75D/72F DTY на кругловязальной машине, через бутылочную крошку с характеристической вязкостью 0,80 дл/г и переработанную нить, полученную в результате гликолиза. Если читать от повторяющегося блока вверх, химия остается простой. Коммерческих последствий нет.

Какова на самом деле химическая структура полиэстера

Полиэстер — это любой полимер, повторяющиеся звенья которого соединены сложноэфирными связями, а полиэстер, стоящий почти за каждой текстильной этикеткой, — это поли(этилентерефталат), сокращенно ПЭТ.

Два мономера создают ПЭТ. Терефталевая кислота поставляет две группы -СООН в паразамещенном бензольном кольце, а этиленгликоль - две группы -ОН. Кислота встречается со спиртом, уходит одна молекула воды, образуется одна сложноэфирная связь, и последовательность повторяется в обоих направлениях.

Повторяющаяся единица -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- представляет собой сэндвич из двух этиленовых сегментов, одного ароматического кольца и двух карбонильных атомов углерода с их сложноэфирными атомами кислорода. Пара-расположение кольца имеет большее значение, чем его размер: оно сохраняет цепь прямой, поэтому ПЭТФ упаковывается в кристаллиты и плавится при температуре около 255°С. Замените его на гибкую алифатическую цепь, как в поли(этилендипате), и температура плавления упадет примерно до 50-60°С.

Как устроена эфирная связь: конденсационная полимеризация в четыре стадии

ПЭТ производится путем конденсационной полимеризации, и каждая образовавшаяся в процессе сложноэфирная связь высвобождает одну небольшую молекулу, обычно воду или метанол.

Затем производители волокна выбирают между обычными чипами марок SD, FD, CD и TBR, поскольку яркость и характеристики окрашивания уже фиксируются на этапе производства чипов.

Обычные чипы (SD/FD/CD/TBR) Производители Высокостабильные обычные полиэфирные чипы SD/FD/CD/TBR для производства текстильного волокна Обычные чипы (SD/FD/CD/TBR) Посмотреть продукт →

От структуры к характеристикам: кристалличность, характеристическая вязкость и температура плавления

Два числа предсказывают большую часть того, что будет делать полиэфирная пряжа: характеристическая вязкость, которая измеряет длину цепочки, и кристалличность, которая измеряет, насколько плотно укладываются эти цепочки.

Характеристическая вязкость является практическим показателем молекулярной массы. Разрыв в 0,02 дл/г между двумя чипсами составляет примерно 8–10 процентов средневесовой молекулярной массы и проявляется в результате прочности, удлинения, поглощения красителя и разрыва нити во время текстурирования.

Почему позвоночник решает, как полиэстер будет краситься

Стандартный ПЭТ не содержит боковых ионных групп, поэтому его нельзя красить так, как хлопок. Дисперсные красители должны растворяться в аморфных участках волокна, а это происходит только при температуре около 130°С и давлении от 2 до 3 бар.

Карбонилы сложного эфира слабополярны, но не являются красящими центрами. Ниже температуры стеклования около 70-80°С аморфные цепи замерзают, и молекулы красителя не могут протиснуться между ними. При температуре выше 130°С структура раскрывается, краситель диффундирует внутрь и остается в ловушке, пока волокно остывает.

Катионная полиэфирная пряжа SD CD DTY для глубокого крашения Катионный полиэстер DTY, сочетающий в себе преимущества SD и CD, обеспечивает яркое, равномерное глубокое крашение, меньшее загрязнение и экономичное производство текстильной пряжи. Посмотреть продукт →

Где структура ломается: гидролиз, переработка и длина цепи

Эфирная связь является слабым местом полиэстера, и каждый коммерческий маршрут переработки намеренно атакует ее.

Механическая переработка сохраняет основу, но укорачивает ее. Тепло, влага и сдвиг во время повторного плавления разрезают цепи, поэтому вязкость 100-процентно переработанной нити может быть на 0,05–0,10 дл/г ниже исходной. Без удлинителей цепи или первичной смеси прочность и однородность окраски ухудшаются.

• Гликолиз: этиленгликоль при 180–240°C разрывает цепи обратно до бис(2-гидроксиэтил)терефталата, который можно реполимеризовать в новый ПЭТ.
• Метанолиз: метанол при 180-280°С и давлении 20-40 бар возвращает диметилтерефталат и гликоль.
• Гидролиз: пар или вода при высокой температуре и давлении возвращают терефталевую кислоту и гликоль.

SD DTY Высокопрочная пряжа из переработанного полиэстера Полуматовая текстурированная пряжа из переработанного полиэстера с высокой прочностью на разрыв, сертификация Oeko-Tex и GRS, для спортивной одежды, уличного текстиля, домашнего текстиля и промышленных тканей. Посмотреть продукт →

Чтение спецификации полиэстера: о чем говорит структура

Спецификация полиэстера представляет собой замаскированный структурный отчет, и четыре значения несут большую часть информации, необходимой покупателю.

• Характеристическая вязкость: 0,62-0,68 дл/г соответствует нормальному сорту волокна. Более низкие значения вращаются холоднее, но чаще ломаются во время текстурирования, тогда как более высокие значения требуют больше тепла для вытяжки.
• Денье и количество нитей: 75D/72F дает мягкую, драпирующуюся поверхность, а 150D/48F придает объем и укрывает. Количество нитей также меняет способ отражения света, что приводит к изменению видимого оттенка.
• Содержание сомономера: изофталевая кислота, диэтиленгликоль или 5-сульфоизофталат натрия понижают кристалличность и перемещают температуру плавления. При содержании выше примерно 3 мол.% ПЭТ уже не подходит для бутылок.
• Влажность и отделка: ПЭТ восстанавливает около 0,4 процента влаги, поэтому он быстро высыхает, но накапливает статический заряд, а обработка отжима определяет, как он будет работать на вязальной машине.

Покупатели, которым нужны стандартные, катионные, высокоэластичные и переработанные версии одной и той же пряжи в одной программе, обычно сокращают этап проб и ошибок, работая с дифференциальный поставщик пряжи который запускает все четыре строки.

Структура полиэстера: часто задаваемые вопросы

Какова химическая формула полиэстера?

Для текстильного ПЭТ повторяющаяся единица — C10H8O4, а полимер — (C10H8O4)n. Коммерческая смола не имеет единой молекулярной формулы, поскольку каждая партия представляет собой распределение длин цепей, а не одну молекулу. Сами обозначения распакованы в этом объяснении полиэфирный ПЭТ формула C10H8O4 .

Является ли текстильный полиэстер химически таким же, как полиэстер для бутылок?

Да, оба ПЭТ. Разница заключается в длине цепи и добавках: характеристическая вязкость волокнистого сорта составляет 0,62–0,68 дл/г, бутылочного сорта — 0,75–0,85 дл/г, а сорта волокна часто содержат диоксид титана для придания матовости или сомономеры для окрашивания.

Сохраняет ли переработанный полиэстер ту же структуру?

Основа идентична, но распределение длины цепи шире. Механически переработанный ПЭТ обычно имеет более высокое содержание олигомеров и более низкую характеристическую вязкость на 0,05-0,10 дл/г, поэтому многие заводы смешивают его с первичной смолой или добавляют удлинители цепи.

Почему полиэстер нуждается в высокотемпературном окрашивании?

Поскольку волокно не имеет участков ионного красителя, а его аморфные области замерзают ниже температуры стеклования около 70-80 C. Для диффузии дисперсного красителя требуется примерно 130 C и 2-3 бара. Катионные окрашиваемые сорта добавляют в цепь сульфонатные группы, поэтому тот же оттенок может быть получен примерно при 100 C.