Макросъемка полимерных структур
Пластиковые бутылки, искусственные растения и яркая одежда — что их объединяет? Вероятнее всего, в их составе присутствует полиэстер, синтетический полимер на основе сложных эфиров. Этот материал стал неотъемлемой частью нашей жизни почти столетие назад, и сегодня он продолжает служить человечеству в самых разных сферах.
Что такое полиэстеры и как их создают
Интересно, что аналоги полиэстера встречаются и в природе. Например, так называемая «полиэфирная пчела» использует похожий материал для строительства гнезд. Однако масштабы производства, достигнутые человеком, не идут ни в какое сравнение. Только полиэтилентерефталата (ПЭТ) в 2019 году было произведено около 30 миллионов тонн.
ПЭТ — один из самых распространенных полиэфиров. Его получают в результате реакции поликонденсации двух веществ: этиленгликоля и терефталевой кислоты. Этиленгликоль производят из этилена, который, в свою очередь, получают из природного газа или нефти. Терефталевая кислота синтезируется из пара-ксилола — продукта переработки нефти или угля. Процесс её получения требует высоких температур, давления и использования катализаторов.
Соединение этих «строительных блоков» в единый полимер — ключевой этап. До середины 1960-х годов технология была двухстадийной из-за сложностей с очисткой терефталевой кислоты. Однако усовершенствование процесса позволило перейти к одноэтапному синтезу, что значительно упростило и удешевило производство.
Эволюция названий и признание материала
История коммерческого успеха полиэстера тесно связана с развитием других синтетических материалов, таких как нейлон. Хотя полиэстер был синтезирован раньше, изначально больший интерес вызвал нейлон благодаря своей выдающейся прочности. Это заставило исследователей искать пути улучшения свойств полиэстера.
Прорыв произошел, когда в состав полимера были введены жесткие бензольные кольца, что значительно повысило его термическую стабильность и механические характеристики. В 1941 году было запатентовано первое полиэфирное волокно — терилен, известное сегодня как ПЭТ. В разных странах материал получал свои названия: в США — дакрон, в СССР — лавсан.
Изначально полиэстер завоевал текстильный рынок благодаря доступности и практичности. Однако в 1970-е годы его популярность как материала для одежды снизилась, что подтолкнуло производителей к поиску новых областей применения. Важным изобретением стала технология выдувного формования пластиковых бутылок из ПЭТ, запатентованная в 1973 году. Сегодня это одна из самых массовых технологий упаковки в мире.
Параллельно развивались и другие виды полиэфиров. Например, полибутилентерефталат (ПБТ), появившийся в конце 1960-х, лучше подходит для литья под давлением и нашел применение в автомобилестроении, электронике и производстве бытовой техники.
Широкий спектр применения: от быта до высоких технологий
Сегодня полиэфирные материалы окружают нас повсюду. В быту это не только одежда (от футболок до флисовых курток), но и домашний текстиль: постельное белье, одеяла, ковры и даже искусственный мех для игрушек. Современные технологии позволяют создавать из полиэстера тончайшие микроволокна и производить флис из переработанных пластиковых бутылок.
В автомобилестроении полиэстер играет crucial роль. Его волокна укрепляют шины, используются в ремнях безопасности и в качестве армирующего компонента в пластиковых деталях. Материал также незаменим в производстве парусов, брезента и туристического снаряжения благодаря своей прочности и устойчивости к воздействиям окружающей среды.
Промышленность активно использует полиэстер в конвейерных лентах, упаковочных материалах, медицинских изделиях и отделочных работах. Ключ к такой универсальности — возможность модифицировать свойства материала. Добавление стекловолокна или других наполнителей, а также новые методы переработки (включая биологическое разложение с помощью специальных бактерий) позволяют создавать полиэфиры с заданными характеристиками и снижать их экологический след.
Оригинал статьи и другие материалы можно найти на сайте журнала «Энергия+»:
https://e-plus.media/vse-publikatsii/
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Испытание временем: как возникли полиэстеры и что из них производят.