部落格

PET材质介绍与用途
By CHUMPOWER  2017/07/03
in twiter google facebook


我们熟知的宝特瓶,其中「宝特」是英语「PET」的音译,
Polyethylene terephthalate 聚对苯二甲酸乙二酯)属于半结晶体,
它是由许多段的“模组”组合起来的,以下是每组的化学结构:



它的内部构造像是条链条,因此伸缩性很好。与金属相比,因为分子结构的不同,
金属的分子排列结构像个许多个小方块排成一个大正方形状,是3D结构也是个稳定的结构,没有伸缩性;
然而PET的链条排列不是个稳定的排法,链条与链条之间的排列是平面式的,连结力也比较弱,
所以塑胶比起金属来容易延伸许多。

PET材质属于非晶质结构,简单来说,它有液体的结构但拥有固体外表,玻璃、美乃滋、PET都属于这类型的。
当分子低于玻璃转换温度(Tg)后,分子链条会冻结导致硬化;
但如果温度在Tg与溶点(Tm)之间,分子链条会解冻,柔软度开始增加,
这就是为什么通常吹冷瓶时需要把PET瓶胚温度带到这区域。


目前市场上的塑胶可分为两大类:热固性塑料与热塑性塑料

热固性塑料
在定型后不能再经过加热软化,这种塑料只可以成型一次,所以不能回收使用,例如环氧树脂。

热塑性塑料
加热后软化、冷却时固化、可再度软化等特性的塑料,为可回收的材料,例如:PET。


PET的结晶方法可分3大类:自然冷却状态结晶、延伸结晶、核子结晶


1. 自然冷却状态结晶(同质性结晶):
PET在液体状态时,分子链条是未整理性的,当它在冷却时链条会开始整列与平行堆积,慢慢的形成球状结晶体,
这个动作会在温度降低于Tm(溶点)后开始,结晶速度会在180度时在最高点,之后会慢慢停止,
当温度低于Tg后,结晶会停止,所有分子链条结构也会定型。
因为PET结构里参杂了结晶体与非晶质,所以通称半结晶体。


以下是结晶速度与分子在各温度时的结构图,主要目的于表达低于溶点时的结晶的形成与分子结构在低于玻璃状态温度后的冻结。




而结晶的PET看起来白白的是因为光在结晶体下的折射。


自然冷却状态结晶跟吹瓶机制造业有何关联?
如果我们让PET由液体慢慢的冷却(自由冷却)的话,它就会开始结晶,在固体状也是呈现于结晶的状态。
那我们用的PET瓶胚为什么会是透明的呢?这跟急速冷却有关系。
我们来看一下PET的分子结构在射出的过程中是会有怎们样的反应。


第一步:射出
在这个阶段,材料是在液体状态,因为温度高过于Tm,分子链条有太多热能而也非常活跃,因此无法结晶,
所以在这个温度PET的分子结构属于非晶状态。


第二步:急速冷却
当料射完之后,PET瓶胚由283度C在很短的期间之内降温低于80度C,
因为在分子没有足够的时间,来不及反应就达到玻璃状态的温度,
所以分子链条在固体的时候也是保留着透明的非晶体状态。




而非晶体的PET瓶胚是透明的原因为光线可以透过非晶体的结构。


2. 延伸结晶
PET的结晶都是因为分子链条在降温时开始排列而造成的,那是否可由外部影响让它结晶呢?
答案是可以的,当外部受力把PET一直拉伸,它的分子链条也会被拉直,所以也算是一种结晶。
这种的延伸结晶通常是纺织业常看到的现象,PET也可以做成衣料,
它也是在液体的非晶状态经过挤出与拉丝,让分子链条结构强制排列而变成结晶体,
当PET被拉成丝时候,整条线本身就是一个结晶体。



吹瓶机制造业里,我们的PET也是在吹瓶过程中经过延伸,但没有延伸到这么长,
所以瓶子还是透明状态,一般来说,这种结晶方式不适合应用在塑料包装上。


3. 核心结晶(异质性结晶)
这种结晶方式与球状结晶不同,通常运用在热瓶上,
基本上为纯PET原料加上一些催化剂而形成一种混合式PET瓶胚,也就是我们常说的热料或者是热胚。
纯种PET瓶胚在1800度C时结晶速度是最快的,但参杂催化剂的PET瓶胚在1100度C时就开始以催化剂核子为中心开始长出结晶体。
这种结晶与纯PET结晶不太一样,纯PET结晶体是3D状的球形体,在学术界里是归类在同质性结晶。
然而催化剂结晶体是2D平面式,结晶性质归类在异质性结晶。



以上图为例,瓶胚A无参杂催化剂,就算自由冷却后而长的结晶体依然有限,
但添加催化剂后(瓶胚B)每个“杂质”都是可长结晶体的来源,所以在自由冷却的过程中,会有比较多成长的机率。
所以我们在吹热瓶时需要透过模温机,让热油把模具加温度到180-900度C,在吹瓶过程中让催化剂的核子开始结晶。

把两种结晶体成长温度用下图虚线圈圈表示:


催化剂有3种,分别为talc、sodium benzoate还有ionomer (Ion, Na+),其中sodium benzoate是最常用的。


PET瓶具有韧性佳,质量轻、不透气、耐酸碱等特点,为装盛水、汽水、果汁、碳酸饮料等之常用容器。
但PET瓶的耐热性低,所以不能装盛高温液体,也应避免放置在烈日下及无空调的车内等高温环境。


本文版权由铨宝工业(股)公司持有,任何形式的转载或发放均需获授权及注明出处。
我司保留依法追究侵权的权利,如有疑问或欲转载此篇文章,请与我司行销部联系。



0则留言
访客:
访客
登出