Наука, лежащая в основе внешнего вида ПЭТ: переход от молочно-белого к прозрачному

Почему ПЭТ бутылочного качества изначально выглядит молочно-белым?

Производство ПЭТ-смолы бутылочного качества включает процесс полимеризации в твердом состоянии (SSP). В ходе этого процесса аморфная ПЭТ-смола, полученная на этапе непрерывной поликонденсации (CP), нагревается выше температуры стеклования (Tg), чтобы вызвать кристаллизацию. Поскольку ПЭТ-смола подвергается 50-70% термической кристаллизации, ее характеристическая вязкость (IV) увеличивается. Этот переход из аморфного состояния в частично кристаллическое состояние приводит к тому, что смола становится молочно-белой из-за рассеивания света в кристаллических областях.

Кроме того, при производстве ПЭТ бутылочного качества преобразование цвета происходит в ходе производственного процесса.

Трансформация цвета в ПЭТ-смоле бутылочного качества: от прозрачного до молочно-белого

Производство ПЭТ-смолы бутылочного качества включает два основных этапа: непрерывную поликонденсацию (КП) и твердофазную полимеризацию (ТФП). 

На этапе CP базовые смолы ПЭТ бутылочного качества прозрачны. Эта прозрачность является результатом реакции расплавленного полимера при высокой температуре, где молекулярные цепи ПЭТ проявляют высокую подвижность и текучесть. При быстром охлаждении доминируют аморфные области, а отсутствие выраженных кристаллических структур позволяет свету проходить сквозь них, делая материал прозрачным.

На этапе SSP изначально прозрачная базовая смола ПЭТ бутылочного качества подвергается 50-70% термической кристаллизации с увеличением характеристической вязкости (IV). В частности, эти аморфные ломтики ПЭТ нагреваются выше температуры стеклования в кристаллизаторе для инициирования кристаллизации. Процесс SSP включает длительную высокотемпературную обработку, обычно длящуюся от 8 до 12 часов. Эта длительная термообработка дополнительно повышает кристалличность. Во время этого процесса молекулы ПЭТ образуют сферолиты — крупные радиальные кристаллические структуры, которые вызывают рассеивание света, что приводит к молочно-белому виду ПЭТ.

Прозрачность преформ и бутылок

ПЭТ претерпевает несколько преобразований: от гранул ПЭТ-смолы до преформ и, наконец, до бутылок.

На этапе литья под давлением кристаллы ПЭТ молочно-белого бутылочного сорта плавятся, образуя аморфный расплав, который впрыскивается в формы для преформ. Чтобы предотвратить повторную кристаллизацию, преформы ПЭТ быстро охлаждаются после формования, сохраняя свою аморфную структуру. На этом этапе молекулярные цепи ПЭТ неориентированы и некристалличны, как миска неструктурированных спагетти. Отсутствие кристаллической структуры позволяет свету проходить сквозь них, что приводит к прозрачным преформам. Однако ПЭТ в этом состоянии имеет минимальные прочностные и барьерные свойства.

В процессе формования с вытяжкой и раздувом ПЭТ-преформы нагреваются и подвергаются растяжению и раздуву, что ориентирует материал как в осевом, так и в радиальном направлении. Этот процесс вызывает образование небольших кристаллов, вызванных деформацией. Благодаря своему крошечному размеру и определенному выравниванию эти кристаллы не рассеивают значительно свет, что позволяет ПЭТ-бутылкам оставаться прозрачными. Более того, эта ориентация значительно повышает прочность и барьерные свойства ПЭТ-бутылок. При правильной конструкции преформы и условиях обработки кристалличность стенок бутылки может достигать примерно 25%, улучшая механические характеристики и газобарьерные свойства.

Различия во внешности в определенных областях

Области горлышка и литника готовых бутылок часто демонстрируют различные структурные характеристики. В областях горлышка и литника части, которые недостаточно растянуты, могут оставаться аморфными, кажущимися прозрачными или слегка мутными. Напротив, боковые стенки бутылки обычно демонстрируют ориентированные области, где термическое растяжение вызвало упорядоченную кристаллическую структуру. Эти мелкие и однородные кристаллы обычно не оказывают значительного влияния на светопропускание, тем самым сохраняя прозрачность боковых стенок.

Иногда локальный перегрев во время выдувного формования может привести к термической кристаллизации вокруг области литника. Это может вызвать появление слабых белых областей, которые являются распространенными дефектами в процессах выдувного формования, но не оказывают существенного влияния на базовую функциональность бутылки.

Как определить ПЭТ-смолу бутылочного качества по внешнему виду

Один из прямых методов идентификации ПЭТ-смолы бутылочного качества — это ее внешний вид и физические характеристики.

Прозрачность является ключевым показателем. Исходная смола ПЭТ бутылочного сорта обычно выглядит молочно-белой из-за своей частично кристаллической структуры. Напротив, смола ПЭТ небутылочного сорта с низкой характеристической вязкостью, прошедшая только процессы CP, но не SSP, как правило, прозрачна. Таким образом, при оценке смолы ПЭТ следует обращать внимание на ее чистоту, прозрачность и отсутствие примесей.

Кроме того, высококачественная ПЭТ-смола бутылочного сорта должна иметь хороший блеск, без заметных примесей или обесцвечивания. Цвет и морфология ломтиков должны быть однородными, без значительных изменений цвета или различий в размере частиц, а смола не должна слипаться.

Заключение

В целом, ПЭТ может проявлять три основных состояния: аморфное (например, преформы и расплавленная смола), термически кристаллизованное (например, гранулы смолы) и кристаллическое под действием деформации (например, боковины бутылок). Процесс производства изделий из ПЭТ включает сложный переход от изначально прозрачной базовой смолы ПЭТ к молочно-белой смоле ПЭТ бутылочного качества после твердофазной полимеризации и, наконец, к прозрачным бутылкам. Изучая прозрачность, блеск и однородность ПЭТ, можно предварительно оценить его качество и состояние обработки.