PET dan PBT: Kristalisasi Membuat Perbedaan

Struktur kimia dari PET PET PET PET dan PBT adalah Pada dasarnya sangat mirip. Polyester disintesis dari asam organik (di sini, asam terephthalic) dan alkohol. Untuk PBT, monomer alkoholnya menjadi butanediol, sedangkan PET adalah etilena glikol. Polimer-polimer yang diperoleh dengan demikian dikenal baik - PBT dan PET.


Cara terbaik untuk memahami perbedaan antara PBT dan PET adalah dengan memeriksa struktur kimia dari unit berulang yang membentuk rantai molekul polimer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar (1). Fitur dasar yang membedakan PBT dan PET dari bahan lainnya adalah kelompok tereftalat, dari mana nama kelas bahan ini berasal. Polimer lainnya, seperti PTT adalah PTT PCT dan PCT, juga merupakan anggota keluarga kimia ini, hanya menunjukkan sedikit perbedaan dalam struktur mereka.



Fitur kimia kunci lain dari kelas bahan ini adalah keberadaan cincin enam anggota pada interval reguler pada tulang belakang polimer. Unit struktural yang disebut cincin benzena, juga dikenal sebagai cincin aromatik, memberikan kekakuan pada rantai polimer. Hal ini akan mempengaruhi beberapa sifat penting, termasuk suhu transisi kaca, di atas mana polimer kehilangan sebagian besar sifat pembawa muatan.

Perspektif 2D dari struktur kimia tidak sangat jelas, tetapi perspektif 3D menunjukkan bahwa cincin aromatik terletak di dalam bidang terang, terlepas dari apakah banyak kelompok kimia pada rantai polimer dapat atau tidak diproyeksikan ke bidang kertas. Oleh karena itu, cincin aromatik membatasi sifat intrinsik dari rotasi dan getaran dari kelompok lain pada rantai molekul. Ini adalah bagian dari efek pengerasan dari struktur cincin aromatik. Mobilitas berkurang dari cincin benzena dan sifatnya yang besar juga akan mempengaruhi kemampuan polimer untuk mengkristal pada pendinginan. PBT memiliki jarak yang lebih besar dari cincin benzena aromatik, dan kristalisasi lebih efisien daripada PET. Namun, PET, jika dikristal lebih efisien, akan memberikan sifat mekanik yang lebih baik, termasuk kekuatan, kekakuan dan kinerja pada suhu tinggi.

Banyak konsumen yang akrab dengan bahan PET untuk wadah untuk air kemasan dan minuman ringan. Tipe PET ini bersifat amorf dan direkayasa untuk mencegahnya dari mengkristal. Jika kelas PET untuk botol mengkristal, itu menjadi berawan dan buram, dan yang lebih penting, kehilangan ketahanan benturan. Jadi, sementara mungkin ada banyak bagian di bawah kap yang dibentuk dari PET kristal, ada suhu tinggi dan lingkungan kimia yang keras; dan sebagian besar PET di dunia dikonsumsi dalam kemasan, di mana itu amorf, non-kristalin diperkuat, tidak dapat mengatasi lingkungan yang keras di atas.

Jenis PET yang akan kita bahas di bagian kedua dari artikel ini bersifat amorf dan selalu mengandung proporsi serat kaca dan / atau pengisi mineral yang tinggi. Namun, poliester PBT disediakan dalam bentuk kristal, baik diisi atau tidak diisi. Faktanya, karena PBT mengkristal lebih cepat daripada PET, tidak mungkin untuk menghasilkan bagian PBT amorf dalam kondisi pengolahan normal. Jika polimer dikristal cukup efisien, mereka semua dapat mencapai tingkat organisasi tertentu dalam struktur mereka. Kekakuan dari kelompok poliester dan cincin aromatik seimbang dengan fleksibilitas dan mobilitas dari kelompok butil. Namun, dalam PET, kelompok vinil yang lebih pendek memungkinkan untuk selektivitas dalam kristalisasi. Jika kita mendinginkan PET dengan cepat, kita mendapatkan PET amorf; jika tidak, kita mendinginkan perlahan-lahan, dan kita mendapatkan PET semi-kristal.

Banyak botol PET yang dimulai sebagai preforms dengan injection molding. Preform ini transparan dengan dinding yang lebih tebal untuk mencegah efek penipisan yang dialami saat preform berikutnya dipanaskan kembali dan diregangkan ke dalam botol. Jika Anda pernah bekerja di pabrik botol, Anda tahu bahwa selama tahap pemanasan awal, jika preform terlalu panas, mereka akan menjadi berawan dan buram - tanda kristalisasi. (In Faktanya, jika Anda mendekati gerbang preform, Anda akan melihat sejumlah kecil kabut di daerah ini, yang disebabkan oleh bagian yang terlalu panas di bagian ini). Jika Anda mencoba untuk meniup cetakan botol dengan preform yang sebagian mengkristal buram ini, itu akan mengurangi kinerja dampak. Jika cukup kristal terbentuk, preform bahkan dapat pecah selama proses blow molding. Jadi, triknya adalah untuk menjaga bahan di atas suhu transisi kaca dan di bawah suhu kristalisasi. Jendela suhu ini mungkin tidak terlalu lebar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar (2).



Grafik ini menunjukkan perilaku poliester PET amorf, bahan bening yang tidak diisi yang digunakan untuk membuat bagian yang membutuhkan ketangguhan dan kejelasan tetapi tidak kinerja suhu tinggi. Ketika bahan dipanaskan dari suhu kamar, fenomena pertama yang menonjol adalah transisi kaca. Ini tampaknya menjadi langkah dalam perubahan entalpi dari bahan di mana proses dilakukan pada 75 ° C (167F). Pada titik ini, bahan kehilangan kekakuan pada suhu kamar dan menjadi lembut dan patuh. Ketika suhu meningkat, viskositas polimer yang melunak mulai menurun sampai mendekati 110 ° C (230F). Ini adalah suhu di mana baseline pemindaian mulai meningkat dengan cepat, dan celah antara 75 ° C dan 110 ° C mewakili jendela kesempatan untuk blow molding botol PET.

Banyak pabrik pembotolan yang saya kunjungi menggunakan suhu pemanasan awal mendekati 100C (212F). Setelah proses kristalisasi dimulai, bahan tersebut mulai menjadi blur. Bahan tersebut kemudian akan mulai mendapatkan kembali beberapa kekakuan yang hilang saat melewati suhu transisi kaca. Jika proses ini berlanjut, polimer akan mengkristal pada suhu 140 ° C (473F). Oleh karena itu, PET dapat ada dalam dua bentuk - amorf atau semi-kristal - tergantung pada bagaimana ditangani.

Namun, dalam kondisi komersial normal, PBT selalu semi-kristalin. Jadi, untuk benar memahami perbedaan kinerja antara PET dan PBT, kita perlu membandingkan pembentukan kristal dari masing-masing polimer terhadap standar yang wajar. Karena PET mengkristal sangat lambat, penggunaan bahan dengan struktur semi-kristal ini untuk membuat bagian membutuhkan bantuan bahan kimia tertentu, seperti agen nukleasi, dan beberapa partikel padat, seperti pengisi dan agen penguat. Oleh karena itu, PET semi-kristal komersial selalu padat diisi atau diperkuat. Untuk membuat perbandingan yang adil dari kinerja PET dan PBT, oleh karena itu kita perlu membandingkan bahan dari jenis pengisi yang sama dengan rasio pengisian yang sama.