Chemische structuur van polyester: C10H8O4, esterbindingen en waarom ze ertoe doen

Eén herhaalde eenheid van het polyester dat in textiel wordt gebruikt, bevat tien koolstofatomen, acht waterstofatomen en vier zuurstofatomen: C10H8O4, ongeveer 192 g/mol. Bijna 46 procent van die massa zit in twee estergroepen, de -COO-schakels die de ketting bij elkaar houden. Dat ene feit verklaart waarom PET smelt bij een temperatuur van rond de 255 graden Celsius, waarom het slechts ongeveer 0,4 procent vocht opneemt, waarom het bij 130 graden Celsius onder druk moet worden geverfd en waarom hete natronloog het zal oplossen.

Dezelfde ruggengraat loopt door een 75D/72F DTY-garen op een rondbreimachine, een chip van fleskwaliteit met een intrinsieke viscositeit van 0,80 dl/g, en een gerecycled filament dat is herbouwd uit glycolyse. Lees vanaf de herhalingseenheid naar boven, de chemie blijft eenvoudig. De commerciële gevolgen niet.

Wat de chemische structuur van polyester eigenlijk is

Een polyester is elk polymeer waarvan de herhalende eenheden zijn verbonden door esterbindingen, en de polyester achter bijna elk textiellabel is poly(ethyleentereftalaat), kortweg PET.

Twee monomeren bouwen PET. Tereftaalzuur levert twee -COOH-groepen op een para-gesubstitueerde benzeenring, en ethyleenglycol levert twee -OH-groepen. Zuur ontmoet alcohol, één watermolecuul vertrekt, één esterbinding vormt zich en de reeks herhaalt zich in beide richtingen.

De herhalende eenheid -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- is een sandwich van twee ethyleensegmenten, één aromatische ring en twee carbonylkoolstofatomen met hun esterzuurstofatomen. De para-plaatsing van de ring is belangrijker dan de grootte ervan: hij houdt de ketting recht, zodat PET zich in kristallieten verpakt en smelt bij een temperatuur van ongeveer 255 C. Vervang hem door een flexibele alifatische keten, zoals in poly(ethyleenadipaat), en het smeltpunt daalt tot grofweg 50-60 C.

Hoe de esterkoppeling is opgebouwd: condensatiepolymerisatie in vier fasen

PET wordt geproduceerd door condensatiepolymerisatie, en bij elke esterbinding die onderweg ontstaat, komt één klein molecuul vrij, meestal water of methanol.

Vezelproducenten kiezen dan tussen normale chips in SD-, FD-, CD- en TBR-kwaliteiten, omdat helderheid en kleurgedrag al in het chipstadium vastliggen.

Normale chipsfabrikanten (SD/FD/CD/TBR). Normale polyesterchips met hoge stabiliteit SD/FD/CD/TBR voor de productie van textielvezels Normale chips (SD/FD/CD/TBR) Bekijk Product →

Van structuur tot prestatie: kristalliniteit, intrinsieke viscositeit en smeltpunt

Twee cijfers voorspellen het grootste deel van wat een polyestergaren zal doen: intrinsieke viscositeit, die de ketenlengte meet, en kristalliniteit, die meet hoe strak die kettingen zijn verpakt.

Intrinsieke viscositeit is de praktische proxy voor het molecuulgewicht. Een opening van 0,02 dl/g tussen twee chips is grofweg 8 tot 10 procent van het gewichtsgemiddelde molecuulgewicht, en komt naar voren als vasthoudendheid, rek, kleuropname en filamentbreuken tijdens het textureren.

Waarom de ruggengraat bepaalt hoe polyester kleurstof opneemt

Standaard PET heeft geen ionische zijgroepen en kan dus niet worden geverfd zoals katoen. Dispersiekleurstoffen moeten oplossen in de amorfe gebieden van de vezel, en dat gebeurt pas bij ongeveer 130 C en een druk van 2 tot 3 bar.

De estercarbonylen zijn zwak polair, maar het zijn geen kleurstofplaatsen. Beneden een glasovergangstemperatuur van bijna 70-80 C zijn de amorfe ketens bevroren en kunnen kleurstofmoleculen zich er niet tussen wurmen. Boven de 130 C gaat de structuur open, de kleurstof diffundeert naar binnen en blijft gevangen terwijl de vezel afkoelt.

Kationisch polyester SD CD DTY-garen voor diep verven Kationische polyester DTY combineert SD- en CD-voordelen voor helder, uniform diep verven, minder vervuiling en kosteneffectieve productie van textielgaren. Bekijk Product →

Waar de structuur breekt: hydrolyse, recycling en ketenlengte

De esterbinding is het zwakke punt van polyester en elke commerciële recyclingroute valt dit doelbewust aan.

Mechanische recycling behoudt de ruggengraat, maar verkort deze. Warmte, vocht en schuifkracht tijdens het opnieuw smelten van de gesneden kettingen, zodat een 100 procent gerecycled filament 0,05-0,10 dl/g onder de maagdelijke viscositeit kan komen. Zonder ketenverlengers of een nieuw mengsel verdwijnen zowel vasthoudendheid als kleuruniformiteit.

• Glycolyse: ethyleenglycol bij 180-240 C breekt ketens terug tot bis(2-hydroxyethyl)tereftalaat, dat opnieuw kan worden gepolymeriseerd tot nieuw PET.
• Metanolyse: methanol bij 180-280 C en 20-40 bar retourneert dimethyltereftalaat en glycol.
• Hydrolyse: stoom of water bij hoge temperatuur en druk retourneert tereftaalzuur en glycol.

SD DTY Gerecycled polyestergaren met hoge sterkte Semi-saai getextureerd gerecycled polyestergaren met hoge treksterkte, Oeko-Tex- en GRS-certificering, voor sportkleding, outdoor-, huishoudtextiel en industriële stoffen. Bekijk Product →

Een polyesterspecificatie lezen: wat de structuur u vertelt

Een polyester datasheet is een vermomd structureel rapport, en vier waarden bevatten de meeste informatie die een koper nodig heeft.

• Intrinsieke viscositeit: 0,62-0,68 dl/g is een normale vezelkwaliteit. Lagere waarden draaien koeler maar breken vaker tijdens het textureren, terwijl hogere waarden meer warmte nodig hebben om te trekken.
• Denier en aantal filamenten: 75D/72F geeft een zachte, draperende hand, terwijl 150D/48F voor volume en dekking zorgt. Het aantal filamenten verandert ook de manier waarop licht reflecteert, waardoor de schijnbare schaduw verschuift.
• Comonomeergehalte: isoftaalzuur, diethyleenglycol of natrium-5-sulfoisoftalaat verlagen de kristalliniteit en verplaatsen het smeltpunt. Boven ongeveer 3 mol% is PET niet langer geschikt voor flessen.
• Vocht en afwerking: PET krijgt ongeveer 0,4 procent vocht terug, dus het droogt snel maar wordt statisch, en de spin-afwerking bepaalt hoe het op de breimachine draait.

Kopers die standaard, kationische, hoogelastische en gerecyclede versies van hetzelfde garen in één programma nodig hebben, verkorten meestal de fase van vallen en opstaan door te werken met een leverancier van differentiële garens dat loopt over alle vier de lijnen.

Polyesterstructuur: veelgestelde vragen

Wat is de chemische formule van polyester?

Voor textiel-PET is de herhalende eenheid C10H8O4 en het polymeer is geschreven (C10H8O4)n. Een commerciële hars heeft geen enkele molecuulformule, omdat elke batch een verdeling van ketenlengtes is in plaats van één molecuul. De notatie zelf wordt uitgepakt in deze uitleg van de polyester PET-formule C10H8O4 .

Is textielpolyester chemisch hetzelfde als flessenpolyester?

Ja, beide zijn PET. Het verschil zit in de ketenlengte en de additieven: vezelkwaliteit heeft een intrinsieke viscositeit van 0,62-0,68 dl/g, fleskwaliteit 0,75-0,85 dl/g, en vezelkwaliteiten bevatten vaak titaniumdioxide voor het dof maken of comonomeren voor het verven.

Behoudt gerecycled polyester dezelfde structuur?

De ruggengraat is identiek, maar de ketenlengteverdeling is breder. Mechanisch gerecycled PET vertoont gewoonlijk een hoger oligomeergehalte en een 0,05-0,10 dl/g lagere intrinsieke viscositeit. Daarom mengen veel fabrieken het met nieuwe hars of voegen ze ketenverlengers toe.

Waarom moet polyester op hoge temperatuur worden geverfd?

Omdat de vezel geen ionische kleurstofplaatsen biedt en de amorfe gebieden ervan bevroren zijn onder een glasovergangstemperatuur van bijna 70-80 C. Dispersiekleurstof heeft ruwweg 130 C en 2-3 bar nodig om naar binnen te diffunderen. Kationische verfbare kwaliteiten voegen sulfonaatgroepen aan de keten toe, zodat dezelfde tint kan worden opgebouwd bij ongeveer 100 C.