Что такое полиэтилентерефталат-гликоль?

Инженерный пластик ПЭТ-гликоль считается материалом XXI века. Рассказываем, чем он отличается от ПЭТ, какие у него его свойствах и где он используется, заглядываем в удивительный мир аддитивного производства.

В этом году группа компаний «Титан» начала возводить инжиниринговый центр в Псковской области. На основе разработок центра уже функционирующий в регионе завод «Титан-Полимер» будет внедрять выпуск инновационных полимеров. Одна из важнейших задач инжинирингового центра – разработать технологию и запустить производство ПЭТГ, на основе которого разработчики создадут компаунды и филаменты (твердые нити) для 3D-печати.

Сегодня в России ПЭТГ не производят – весь объем материала поступает из-за рубежа, что делает проект «Титана» особенно значимым. В 2020 году о планах освоить выпуск ПЭТГ сообщала компания «Сибур-ПЭТФ», но, судя по всему, они так и не были реализованы.

Так что же такое ПЭТГ и чем он отличается от привычного полиэтилентерефталата (ПЭТ)?

ПЭТ и ПЭТГ: оба с гликолем, но с разными свойствами

ПЭТ получают путем синтеза моноэтиленгликоля (МЭГ) и терефталевой кислоты (ТФК). Этот пластик широко применяется для производства пластиковых бутылок, разнообразной упаковки и искусственных волокон.

Технология производства ПЭТГ совпадает с ПЭТ, но часть МЭГ (от 1/3 до 2/3) заменяется циклогександиметанолом – органическим соединением с двумя OH-группами. Оно также относится к гликолям – отсюда и слово «гликоль» в названии.

Необходимость в ПЭТГ обусловлена особенностью базового ПЭТ: в крупных или толстостенных изделиях из этого пластика нельзя добиться эффекта прозрачности. Из-за своей аморфной структуры ПЭТГ плавится при более низких температурах – 230-240 °C против 250-265 °C у ПЭТ – и при этом сохраняет прозрачность. ПЭТГ можно и окрасить, что делает его удобным для формования и прессования.

К другим качествам ПЭТГ относятся:

• прочность на разрыв и долговечность – материал способен выдерживать внешние нагрузки и сохранять структурную целостность;

• гибкость – изделия из этого пластика могут выдерживать механические нагрузки и не теряют при этом свою прочность;

• устойчивость к воздействию химических веществ и растворителей;

• устойчивость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.

В обычном состоянии ПЭТГ безвреден. Пластик можно перерабатывать для повторного применения, при этом его не нужно смешивать с обычным ПЭТ.

Применение ПЭТГ: от пищевой упаковки до медицинских изделий

Свойства ПЭТГ позволяют использовать его в разных сферах. Расскажем об основных.

Упаковка для пищевых продуктов

ПЭТГ используют для производства толстостенных прозрачных бутылок большого объема, например, спортивных фляг. Прозрачность и высокая ударопрочность делают этот материал популярным и для выпуска контейнеров, предназначенных для хранения пищевых продуктов.

Термоусадочная пленка

Пленка из ПЭТГ отличается высокой прозрачностью, имеет низкую дымчатость и прочность. Ее используют для упаковки бутылок с напитками, пищевых продуктов и косметических средств.

Медицинские приборы

ПЭТГ применяется при изготовлении фильтров, трубных соединителей, насосов и других изделий, где важны химическая стойкость и биосовместимость материала.

Посуда

Из ПЭТГ изготавливают чашки и салатники, которые отличаются высокой прозрачностью и эффектным блеском.

Косметическая упаковка

Прочность и эстетичность ПЭТГ делают его востребованным в производстве тары для косметики. Например, из этого пластика делают флаконы для духов и косметических средств.

Кроме того, ПЭТГ широко используется при производстве деталей бытовой техники, мебели и автокомпонентов.

Чтобы придать ПЭТГ необходимые свойства, в его состав вводят различные добавки. Для повышения жесткости используется углеродное волокно, для придания биоцидных свойств – антибактериальные компоненты.

Пластик для 3D-печати

Большая часть изделий из ПЭТГ производится с помощью 3D-принтеров – сам материал во многих источниках рассматривается исключительно как инженерный пластик для аддитивного производства серийных изделий, штучных деталей и прототипов.

Аддитивное производство – технология создания объекта на базе цифровой модели. 3D-печать – это процесс производства с помощью послойно наносимого материала на контур изделия. Эта технология принципиально отличается от прежних методов производства и обработки изделий, которые в основном подразумевают удаление лишних частей из заготовки.

В каждом 3D-принтере есть одна или несколько печатающих головок и рабочая платформа. Исходя из данных о 3D-модели, компьютер управляет подачей материала, работой головок и платформы.

ПЭТГ – распространенный инженерный пластик для 3D-печати, но не единственный. Не уходя в детали, сравним его свойства с другими пластиками для 3D-печати.

• По прочности и долговечности ПЭТГ превосходит полилактид (ПЛА) и считается более подходящим материалом для проектов, где важны повышенные механические характеристики изделий. Несмотря на более высокую температуру печати, ПЭТГ позволяет избежать деформаций, которые нередко возникают при использовании ПЛА.

• Ударопрочность ПЭТГ превосходит ударопрочность АБС-пластика, что делает его привлекательным материалом там, где эта характеристика является обязательным условием. В то же время АБС-пластик обладает лучшей устойчивостью к воздействию химических веществ.

• Нейлон превосходит ПЭТГ по гибкости, но сильно впитывает влагу, что ухудшает прочность и качество печати. ПЭТГ с низким уровнем водопоглощения обеспечивает более стабильный результат в сложных условиях.

В большинстве современных 3D-принтерах используются пластмассовые нити диаметром 1,75 миллиметров. Такие филаменты пластичны и легко проходят через экструдеры (устройства для плавки и выдавливания пластика).

Развитие аддитивных технологий как фактор спроса на ПЭТГ

Аддитивные технологии покоряют мир, превращаясь из нишевой истории в один из признанных промышленных способов производства. Промышленные 3D-принтеры становятся более производительными, что стимулирует спрос на инженерные пластики, в том числе на ПЭТГ.

Согласно данным precedenceresearch, объем глобального рынка профессиональной 3D-печати вырастет с 3,56 млрд долларов в 2024 году до 24,03 млрд долларов в 2034-м. Развитие индустрии аддитивных технологий особенно актуально, поскольку торговые войны и риски для глобальных цепочек поставок заставляют компании по всему миру самостоятельно производить необходимые детали для оборудования.

Россия не отстает от мировых тенденций. 3D-печать у нас также демонстрирует впечатляющие темпы роста: в 2023 году объем этого рынка по данным издания «Полимерные материалы» достиг 15,5 млрд рублей, что двукратно превышает цифры 2021 года.

Одним из специфических факторов, способствующих развитию аддитивных технологий в России, эксперты называют распространение обратного инжиниринга. В условиях ограничения доступа к сервисам иностранных производителей отечественные компании вынуждены самостоятельно воссоздавать необходимые детали. Дополнительным драйвером для отрасли остается рост оборонной промышленности, где 3D-печать позволяет быстро производить нужные изделия.

Термопластики – второй по популярности материал для 3D-принтеров после металлопорошков. ПЭТГ и другие пластмассы занимают примерно треть на рынке материалов для печати, опережая фотополимерные смолы, искусственный воск и керамонаполненные составы.