Struttura chimica del poliestere: C10H8O4, legami estere e perché sono importanti

Un'unità ripetuta del poliestere utilizzato nei tessili contiene dieci atomi di carbonio, otto atomi di idrogeno e quattro atomi di ossigeno: C10H8O4, circa 192 g/mol. Quasi il 46% di quella massa si trova all'interno di due gruppi esterei, i collegamenti -COO- che tengono insieme la catena. Questo singolo fatto spiega perché il ANIMALE DOMESTICO fonde a circa 255°C, perché assorbe solo circa lo 0,4% di umidità, perché deve essere tinto a 130°C sotto pressione e perché la soda caustica calda lo dissolve.

La stessa struttura passa attraverso un filato 75D/72F DTY su una macchina per maglieria circolare, un chip per bottiglie con viscosità intrinseca di 0,80 dl/g e un filamento riciclato ricostruito dalla glicolisi. Leggi dall'unità di ripetizione verso l'alto, la chimica rimane semplice. Le conseguenze commerciali no.

Cos'è in realtà la struttura chimica del poliestere

Un poliestere è qualsiasi polimero le cui unità ripetitive sono unite da legami esterei, e il poliestere dietro quasi tutte le etichette tessili è il poli(etilene tereftalato), PET in breve.

Due monomeri costruiscono il PET. L'acido tereftalico fornisce due gruppi -COOH su un anello benzenico para-sostituito e il glicole etilenico fornisce due gruppi -OH. L'acido incontra l'alcol, una molecola d'acqua se ne va, un legame estere si forma e la sequenza si ripete in entrambe le direzioni.

L'unità ripetitiva -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- è un sandwich di due segmenti di etilene, un anello aromatico e due carboni carbonilici con i loro ossigeni esteri. Il posizionamento para dell'anello conta più delle sue dimensioni: mantiene la catena diritta, quindi il PET si compatta in cristalliti e fonde a circa 255 C. Sostituitelo con una catena alifatica flessibile, come nel polietilene adipato, e il punto di fusione scende a circa 50-60 C.

Come viene costruito il collegamento dell'estere: polimerizzazione per condensazione in quattro fasi

Il PET viene prodotto mediante polimerizzazione a condensazione e ogni legame estere formato lungo il percorso rilascia una piccola molecola, solitamente acqua o metanolo.

I produttori di fibre scelgono quindi tra il chip normale nelle qualità SD, FD, CD e TBR, poiché la brillantezza e il comportamento di tintura sono già fissati nella fase del chip.

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Dalla struttura alle prestazioni: cristallinità, viscosità intrinseca e punto di fusione

Due numeri prevedono la maggior parte di ciò che farà un filato di poliestere: la viscosità intrinseca, che misura la lunghezza della catena, e la cristallinità, che misura quanto strettamente si compattano quelle catene.

La viscosità intrinseca è il proxy pratico del peso molecolare. Uno spazio di 0,02 dl/g tra due chip corrisponde a circa l'8-10% del peso molecolare medio in peso e emerge come tenacia, allungamento, assorbimento del colorante e rotture dei filamenti durante la testurizzazione.

Perché la spina dorsale decide come il poliestere prende la tintura

Il PET standard non contiene gruppi laterali ionici, quindi non può essere tinto come il cotone. I coloranti dispersi devono dissolversi nelle regioni amorfe della fibra e ciò avviene solo a circa 130 C e a 2-3 bar di pressione.

Gli esteri carbonili sono debolmente polari, ma non sono siti coloranti. Al di sotto di una temperatura di transizione vetrosa vicina a 70-80 C le catene amorfe sono congelate e le molecole del colorante non possono inserirsi tra di loro. Sopra i 130°C la struttura si apre, il colorante si diffonde e rimane intrappolato mentre la fibra si raffredda.

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Dove la struttura si rompe: idrolisi, riciclo e lunghezza della catena

Il legame estere è il punto debole del poliestere e ogni percorso di riciclaggio commerciale lo attacca deliberatamente.

Il riciclaggio meccanico mantiene la spina dorsale ma la accorcia. Calore, umidità e taglio durante la rifusione delle catene di taglio, quindi un filamento riciclato al 100% può arrivare a 0,05-0,10 dl/g al di sotto della viscosità vergine. Senza estensori di catena o miscela vergine, la tenacia e l'uniformità della tintura vanno alla deriva.

• Glicolisi: il glicole etilenico a 180-240 C rompe le catene in bis (2-idrossietil) tereftalato, che può essere ripolimerizzato in nuovo PET.
• Metanolisi: il metanolo a 180-280 C e 20-40 bar restituisce dimetiltereftalato e glicole.
• Idrolisi: vapore o acqua ad alta temperatura e pressione restituiscono acido tereftalico e glicole.

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Leggere una specifica del poliestere: cosa ti dice la struttura

Una scheda tecnica in poliestere è un rapporto strutturale sotto mentite spoglie e quattro valori contengono la maggior parte delle informazioni di cui un acquirente ha bisogno.

• Viscosità intrinseca: 0,62-0,68 dl/g è il grado normale della fibra. Valori più bassi si raffreddano ma si rompono più spesso durante la texturizzazione, mentre valori più alti richiedono più calore per assorbire.
• Numero di denari e filamenti: 75D/72F dona una mano morbida e drappeggiata, mentre 150D/48F dona volume e copertura. Il numero dei filamenti cambia anche il modo in cui la luce viene riflessa, il che sposta l'ombra apparente.
• Contenuto del comonomero: acido isoftalico, glicole dietilenico o sodio 5-solfoisoftalato riducono la cristallinità e spostano il punto di fusione. Al di sopra di circa il 3% in moli, il PET non è più adatto alla bottiglia.
• Umidità e finitura: il PET riacquista circa lo 0,4% di umidità, quindi si asciuga rapidamente ma crea elettricità statica e la finitura della centrifuga decide come funziona sulla macchina per maglieria.

Gli acquirenti che necessitano di versioni standard, cationiche, altamente elastiche e riciclate dello stesso filato in un unico programma solitamente accorciano la fase di tentativi ed errori lavorando con un fornitore di filati differenziali che percorre tutte e quattro le linee.

Struttura in poliestere: domande frequenti

Qual è la formula chimica del poliestere?

Per il PET tessile l'unità di ripetizione è C10H8O4 e il polimero è scritto (C10H8O4)n. Una resina commerciale non ha un'unica formula molecolare, perché ogni lotto è una distribuzione di lunghezze di catena anziché una molecola. La notazione stessa è spiegata in questa spiegazione del formula PET in poliestere C10H8O4 .

Il poliestere tessile è chimicamente uguale al poliestere delle bottiglie?

Sì, entrambi sono PET. La differenza sta nella lunghezza della catena e negli additivi: il grado della fibra ha una viscosità intrinseca di 0,62-0,68 dl/g, il grado della bottiglia è di 0,75-0,85 dl/g e i gradi della fibra spesso contengono biossido di titanio per l'opacizzazione o comonomeri per la tintura.

Il poliestere riciclato mantiene la stessa struttura?

La spina dorsale è identica, ma la distribuzione della lunghezza della catena è più ampia. Il PET riciclato meccanicamente solitamente mostra un contenuto di oligomeri più elevato e una viscosità intrinseca inferiore di 0,05-0,10 dl/g, motivo per cui molti stabilimenti lo miscelano con resina vergine o aggiungono estensori di catena.

Perché il poliestere necessita di tintura ad alta temperatura?

Perché la fibra non offre siti di colorante ionico e le sue regioni amorfe sono congelate al di sotto di una temperatura di transizione vetrosa vicina a 70-80 C. Il colorante disperso necessita di circa 130 C e 2-3 bar per diffondersi. I gradi cationici colorabili aggiungono gruppi solfonici alla catena, quindi la stessa tonalità può essere creata a circa 100 C.