انواع پلی استرها و کاربردهای آن در صنایع پلاستیک

پلی استرها

پلی استرها یکی از مهم ترین پلیمرهای ترموپلاستیک هستند که از واکنش یک دی اسید یا انیدرید اسید و یک دی ال با حذف آب و یا از طریق پلیمریزاسیون حلقه باز (دی-) استرهای حلقوی تشکیل می شوند. پلی استرها با توجه به ترکیب زنجیره اصلی خود به سه دسته آلیفاتیک، نیمه آروماتیک و آروماتیک تقسیم می شوند (در جدول زیر کامل گزارش شده است). واکنش دهنده های آروماتیک سختی، سفتی و مقاومت حرارتی را بهبود می بخشند، در حالی که اسیدهای آلیفاتیک و دی ال ها، انعطاف پذیری را افزایش، نقطه ذوب یا نرم شدن را کاهش می دهند و فرآیند پذیری را بهبود می بخشند.

دی ال های آلیفاتیک مرسوم عبارتند از اتیلن گلیکول، ۱و۴- بوتان دی ال، و ۱و۳- پروپان دی ال که اغلب با دی اسیدهای آروماتیک مانند اسید ترفتالیک، اسید فتالیک، فتالیک انیدرید و نفتالن دی کربوکسیلیک اسید واکنش می دهند. گاهی اوقات گلیسرول و اسیدهای غیر اشباع (انیدریدها) مانند مالئیک انیدرید برای اتصال عرضی پلی استرها اضافه می شوند. در مورد اسیدهای غیراشباع (انیدریدها)، پیوند عرضی در پلیمریزاسیون زنجیره ای رادیکال آزاد بعدی حاصل می شود. پیوندهای دوگانه در اسکلت اصلی پلی استرها نیز مقاومت در برابر نرم شدن و تغییر شکل در دماهای بالا را بهبود می بخشد.

تعداد زیادی پلی استر به دلیل ترکیبات متعدد دی الکل ها و دی اسیدها وجود دارد. با این حال، فقط تعداد کمی از آنها اهمیت تجاری پیدا کرده اند. پلی (اتیلن ترفتالات) (PET) و پلی (بوتیلن ترفتالات) (PBT) از مهمترین پلی استرهای تجاری می باشند که نیمه آروماتیک هستند و هنگامی که توسط سرد شدن به صورت سریع و آهسته جامد می شوند به ترتیب آمورف و نیمه کریستالی هستند. هر دو پلی استر را می توان به راحتی قالب گیری یا ترموفرم کرد و دارای خواص جذاب بسیاری مانند استحکام و چقرمگی بالا، مقاومت خوب در برابر سایش و حرارت، خزش کم در دماهای بالا، مقاومت شیمیایی خوب و پایداری ابعادی عالی، به ویژه هنگامی که با الیاف شیشه تقویت می شود، می باشند.

یکی دیگر از پلی استرهای مهم پلی اتیلن نفتالات (PEN) می باشد، که در مقایسه با PET، دارای نفوذپذیری اکسیژن کمتر، پایداری هیدرولیتیکی بهبود یافته، استحکام کششی و دمای فرایند پذیری بالاتری می باشد و همچنین ازدیاد طول و را به دلیل Tg بالاتر (۱۲۰ درجه سانتیگراد در مقابل ۷۵ درجه سانتیگراد) کاهش می دهد. PEN معمولاً از PET در کاربردها پیشی می گیرد و اغلب یک جایگزین خوب و کم هزینه برای پلی آمیدها است.

پلی استرهای کاملا آلیفاتیک، ساخته شده از ترکیبات دی اسید آلیفاتیک و دی ال آلیفاتیک، در مقیاس بسیار کوچکتری تولید می شوند. دمای ذوب یا انتقال شیشه ای پایینی و پایداری هیدرولیتیکی ضعیفی دارند، که عمدتا به عنوان نرم کننده هایی با وزن مولکولی کم و به عنوان واکنش دهنده های پیش پلیمری در سنتز پلی یورتان ها استفاده می شوند. چند پلی استر آلیفاتیک دیگر به دلیل زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری و قابلیت ترکیب شدن با انواع پلیمرهای تجاری دیگر شناخته شده اند. در این میان لاکتون‌ها مانند ε-کاپرولاکتون کاربرد تجاری پیدا کرده‌اند که می‌توان آن‌ها را با انواع مختلفی از آغازگرها با پلیمریزاسیون حلقه گشا پلیمریزه کرد. پلی کاپرولاکتون (PLC) مقاومت خوبی در برابر آب، روغن و حلال دارد و اغلب با رزین های دیگر ترکیب می شود تا فرآیندپذیری و خواص و کاربرد نهایی آنها را بهبود بخشد. همچنین می توان آن را با نشاسته مخلوط کرد تا هزینه کمتری داشته باشد و خاصیت زیست تخریب پذیری را افزایش دهد. مخلوط های پلیمری PLC نیز به عنوان ماده اولیه برای قالب گیری تزریقی اقلام یکبار مصرف مانند لیوان و ظروف غذا استفاده می شوند. با این حال، سهم بازار پلیمرهای زیست تخریب پذیر نسبتاً کوچک است، اما انتظار می رود که رشد کند.

پلی استرهای کاملاً آروماتیک کاربردهای تجاری بسیار کمی پیدا کرده اند. به دلیل بلورینگی زیاد، فرآیندپذیری آنها دشوار است و آنها دارای نقاط نرم شوندگی بالا ( ۶۳۰ – ۴۸۰ کلوین )، استحکام دی الکتریک خوب، خواص مکانیکی عالی و مقاومت حرارتی خوبی می باشند. به عنوان مثال، پلی استر آروماتیک تولید شده توسط پلیمریزاسیون مرحله ای ۴-هیدروکسی بنزوئیک اسید و ۶-هیدروکسی نفتالن-۲-کربوکسیلیک اسید (Vectran LCP) بر اساس پوند به پوند، پنج برابر قوی تر از فولاد است. یکی دیگر از پلی استرهای آروماتیک مهم، پلی آریلات ها (PAR) هستند. آنها ترموپلاستیک های آمورف می باشند که از ترفتالیک اسید یا فتالیک اسید و بیسفنول ها تولید می شوند. آنها پلیمرهای بسیار کریستالی با مقاومت حرارتی و شیمیایی بالا هستند.

پلی استر				ساختار واحد تکرارشونده
پلی اتیلن ترفتالات (PET، PETE)
پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)
پلی تری متیلن ترفتالات (PTT)
پلی اتیلن نفتالات (PEN)

کاربردها:

PET پرمصرف ترین پلی استر است، که کاربردهای عمده ای در صنایع نساجی و بسته بندی دارد. الیاف PET در برابر چروک و سایش مقاوم هستند و جذب رطوبت کمی دارند و پارچه ساخته شده از PET مقاومت خوبی در برابر چروک از خود نشان می دهد. به عنوان یک ترموپلاستیک، PET عمدتاً برای تولید فیلم (BOPET) و بطری های دمشی برای نوشابه های گازدار استفاده می شود. سایر کاربردهای PET (پرشده) شامل دستگیره ها و محفظه های لوازم خانگی (اجاق گاز، توستر، سر دوش، محفظه پمپ های صنعتی و غیره) می باشد. در کاربردهای مهندسی، PET اغلب با الیاف شیشه تقویت شده یا با سیلیکات ها، گرافیت و سایر پرکننده ها برای بهبود استحکام و سختی ترکیب می شود. گریدهای تقویت شده شیشه ای برای دمای استفاده مستمر۴۳۰ – ۴۱۰ کلوین رتبه بندی می شوند.

یکی دیگر از پلی استرهای پرمصرف PBT می باشد که دارای نقطه ذوب کمی پایین تر اما انعطاف پذیری زنجیره بیشتری می باشد.  PBT بسیار سریعتر از PET متبلور می شود و در کاربردهای پلاستیک مهندسی با PET رقابت می کند. حداکثر دمای استفاده آن ۴۱۰ – ۳۹۰ کلوین است که کمی کمتر از PET می باشد. این ماده به عنوان یک ترموپلاستیک مهندسی، به ویژه در مهندسی برق و ساخت و ساز خودرو، کاربردهای زیادی دارد. این ماده به عنوان یک ترموپلاستیک مهندسی، به ویژه در مهندسی برق و ساخت خودرو، کاربردهای زیادی دارد. برخی از نمونه‌ها عبارتند از اتصال دهنده های برق، رله‌ها، صفحه‌کلیدها، سوئیچ‌ها، جعبه‌های توزیع و روکش کابل‌های فیبر نوری.

پلی تری متیلن ترفتالات (PTT) در صنعت نساجی کاربرد دارد و دارای دوام و مقاومت بسیار خوبی در برابر لکه می باشد و می توان آن را با سایر الیاف طبیعی و مصنوعی ترکیب کرد تا عملکرد منسوجات را افزایش دهد. در بازارهای مختلف از جمله فرش و کفپوش خودرو کاربرد عمده ای دارد.

یکی دیگر از پلی استرهای مهم پلی اتیلن نفتالات (PEN) می باشد که به دلیل نفوذپذیری کم اکسیژن، به ویژه برای بطری کردن نوشیدنی هایی که مستعد اکسیداسیون هستند مناسب می باشد. در برابر گرما و مواد شیمیایی خشن مقاوم است و دارای مقاومت هیدرولیتیکی عالی می باشد. عملکرد آن بین پلی استر مقاوم و پلی آمیدهای با عملکرد بالا است که به عنوان الیاف صنعتی، فیلم و ظروف مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از نمونه‌ها مدارهای چاپی انعطاف‌پذیر، برچسب‌ها، لمینت‌ها و نمایشگرهای نوری هستند.  PEN نیز به عنوان یک فیبر با عملکرد بالا استفاده می شود و نسبت به سایر الیاف پلی استر یا نایلون مدول بسیار بالاتر و همچنین پایداری ابعادی بهتری دارد.

پلی استرهای کاملا آروماتیک در مقیاس بسیار کوچک تولید می شوند. آنها نسبتاً گران هستند و در صنعت هوافضا و همچنین در برخی صنایع دیگر به عنوان الیاف آریلات با کارایی بالا برای کاربردهای بسیار سخت کاربرد دارند. از نظر کارایی آن‌ها با الیاف آرامید قابل رقابت می باشند. برخی از کاربردها عبارتند از: دستکش های مقاوم در برابر برش، تکه های اره برقی ، بادی های فشار قوی، پارچه های مقاوم در برابر سایش و واشرهای مقاوم در برابر مواد شیمیایی.