Polyester kemisk struktur: C10H8O4, esterbindinger og hvorfor de betyder noget

En gentagelsesenhed af polyesteren, der anvendes i tekstiler, indeholder ti kulstofatomer, otte brintatomer og fire oxygenatomer: C10H8O4, omkring 192 g/mol. Tæt på 46 procent af den masse sidder inde i to estergrupper, -COO-leddene, der holder kæden sammen. Det eneste faktum forklarer, hvorfor PET smelter nær 255 C, hvorfor det kun optager omkring 0,4 procent fugt, hvorfor det skal farves ved 130 C under tryk, og hvorfor varm kaustisk soda vil opløse det.

Den samme rygrad løber gennem et 75D/72F DTY-garn på en cirkulær strikkemaskine, en spån af flaskekvalitet ved 0,80 dl/g indre viskositet og en genbrugsfilament genopbygget fra glykolyse. Læses fra gentagelsesenheden opad, forbliver kemien enkel. Det gør de kommercielle konsekvenser ikke.

Hvad den kemiske struktur af polyester faktisk er

En polyester er enhver polymer, hvis gentagelsesenheder er forbundet med esterbindinger, og polyesteren bag næsten alle tekstiletiketter er poly(ethylenterephthalat), forkortet PET.

To monomerer bygger PET. Terephthalsyre forsyner to -COOH-grupper på en para-substitueret benzenring, og ethylenglycol forsyner to -OH-grupper. Syre møder alkohol, et vandmolekyle forlader, en esterbinding dannes, og sekvensen gentages i begge retninger.

Gentagelsesenheden -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- er en sandwich af to ethylensegmenter, en aromatisk ring og to carbonylcarboner med deres esteroxygen. Ringens paraplacering betyder mere end dens størrelse: den holder kæden lige, så PET pakker sig til krystallitter og smelter nær 255 C. Byt den ud med en fleksibel alifatisk kæde, som i poly(ethylenadipat), og smeltepunktet falder til omkring 50-60 C.

Hvordan esterforbindelsen er bygget: Kondensationspolymerisation i fire trin

PET fremstilles ved kondensationspolymerisation, og hver esterbinding, der dannes undervejs, frigiver et lille molekyle, normalt vand eller methanol.

Fiberproducenter vælger så mellem normale spåner i SD-, FD-, CD- og TBR-kvaliteter, fordi lysstyrke og farvningsadfærd allerede er fastlagt på spånstadiet.

Normale chips (SD/FD/CD/TBR) Producenter Højstabile normale polyesterchips SD/FD/CD/TBR til tekstilfiberproduktion Normale chips (SD/FD/CD/TBR) Se produkt →

Fra struktur til ydeevne: Krystallinitet, indre viskositet og smeltepunkt

To tal forudsiger det meste af, hvad et polyestergarn vil gøre: indre viskositet, som måler kædelængden, og krystallinitet, som måler, hvor tæt disse kæder pakkes.

Indre viskositet er den praktiske proxy for molekylvægt. Et mellemrum på 0,02 dl/g mellem to spåner er groft sagt 8 til 10 procent af vægtgennemsnitlig molekylvægt, og det dukker op, når sejhed, forlængelse, farvestofoptagelse og filamentbrud under teksturering.

Hvorfor rygraden bestemmer, hvordan polyester tager farvestof

Standard PET bærer ingen ioniske sidegrupper, så det kan ikke farves, som bomuld er. Disperse farvestoffer skal opløses i de amorfe områder af fiberen, og det sker kun ved omkring 130 C og 2 til 3 bars tryk.

Estercarbonylerne er svagt polære, men de er ikke farvestofsteder. Under en glasovergangstemperatur nær 70-80 C er de amorfe kæder frosne, og farvestofmolekyler kan ikke klemme sig imellem dem. Over 130 C åbner strukturen sig, farvestoffet diffunderer ind, og det forbliver fanget, mens fiberen afkøles.

Kationisk polyester SD CD DTY-garn til dyb farvning Kationisk polyester DTY, der kombinerer SD- og CD-fordele for lys, ensartet dyb farvning, lavere kontaminering og omkostningseffektiv produktion af tekstilgarn. Se produkt →

Hvor strukturen knækker: Hydrolyse, genbrug og kædelængde

Esterbindingen er polyesterens svage punkt, og enhver kommerciel genbrugsrute angriber den bevidst.

Mekanisk genbrug bevarer rygraden, men forkorter den. Varme, fugt og forskydning under gensmeltning af afskårne kæder, så et 100 procent genbrugt filament kan komme 0,05-0,10 dl/g under jomfru viskositet. Uden kædeforlængere eller en jomfrublanding driver både vedholdenhed og farveens ensartethed.

• Glykolyse: Ethylenglycol ved 180-240 C bryder kæder tilbage til bis(2-hydroxyethyl)terephthalat, som kan repolymeriseres til nyt PET.
• Metanolyse: methanol ved 180-280 C og 20-40 bar returnerer dimethylterephthalat og glycol.
• Hydrolyse: damp eller vand ved høj temperatur og tryk returnerer terephthalsyre og glykol.

SD DTY højstyrke genbrugspolyestergarn Halvkedeligt tekstureret genbrugspolyestergarn med høj trækstyrke, Oeko-Tex og GRS-certificering, til sportstøj, udendørs, boligtekstiler og industristoffer. Se produkt →

Læsning af en polyesterspecifikation: Hvad strukturen fortæller dig

Et polyesterdatablad er en strukturel rapport i forklædning, og fire værdier indeholder de fleste af de oplysninger, som en køber har brug for.

• Indre viskositet: 0,62-0,68 dl/g er normal fiberkvalitet. Lavere værdier drejer køligere, men går oftere i stykker under teksturering, mens højere værdier kræver mere varme for at trække.
• Denier og filamentantal: 75D/72F giver en blød, draperende hånd, mens 150D/48F giver bulk og dækning. Filamentantal ændrer også, hvordan lys reflekteres, hvilket skifter tilsyneladende skygge.
• Comonomerindhold: isophthalsyre, diethylenglycol eller natrium 5-sulfoisophthalat sænker krystalliniteten og flytter smeltepunktet. Over ca. 3 mol% er en PET ikke længere flaskekvalitet.
• Fugt og finish: PET genvinder omkring 0,4 procent fugt, så det tørrer hurtigt, men bygger statisk, og spinfinish afgør, hvordan det kører på strikkemaskinen.

Købere, der har brug for standard, kationiske, højelastiske og genbrugsversioner af det samme garn i ét program, forkorter normalt prøve-og-fejl-stadiet ved at arbejde med en differentialgarnleverandør der løber alle fire linjer.

Polyesterstruktur: Ofte stillede spørgsmål

Hvad er den kemiske formel for polyester?

For tekstil PET er gentagelsesenheden C10H8O4, og polymeren er skrevet (C10H8O4)n. En kommerciel harpiks har ingen enkelt molekylær formel, fordi hver batch er en fordeling af kædelængder snarere end et molekyle. Selve notationen er pakket ud i denne forklaring af polyester PET formel C10H8O4 .

Er tekstilpolyester kemisk det samme som flaskepolyester?

Ja, begge er PET. Forskellen ligger i kædelængde og tilsætningsstoffer: fiberkvalitet kører ved 0,62-0,68 dl/g egenviskositet, flaskekvalitet ved 0,75-0,85 dl/g, og fiberkvaliteter bærer ofte titaniumdioxid til sløvning eller comonomerer til farvning.

Bevarer genbrugspolyester den samme struktur?

Rygraden er identisk, men kædelængdefordelingen er bredere. Mekanisk genanvendt PET viser normalt højere oligomerindhold og 0,05-0,10 dl/g lavere egenviskositet, hvorfor mange møller blander det med jomfruharpiks eller tilføjer kædeforlængere.

Hvorfor har polyester brug for højtemperaturfarvning?

Fordi fiberen ikke har nogen ioniske farvesteder, og dens amorfe områder er frosset under en glasovergangstemperatur nær 70-80 C. Dispers farvestof har brug for ca. 130 C og 2-3 bar at diffundere ind i. Kationiske, farvebare kvaliteter tilføjer sulfonatgrupper til kæden, så den samme nuance kan bygges ved omkring 100 C.