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Polyester Es handelt sich um vielseitige Polymere, die aus einer Kombination von Dicarbonsäuren und Diolen gebildet werden. Ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten hängen von ihrem Herstellungsverfahren und der daraus resultierenden Molekülanordnung ab.
Verwendungsmöglichkeiten von Polyestern
Polyester spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Branchen, insbesondere in der Bekleidungsindustrie, bei Lebensmittelverpackungen und bei der Herstellung von Plastikflaschen für Wasser und kohlensäurehaltige Getränke.
Das am häufigsten verwendete Polyester, Polyethylenterephthalat (PET), wird aus Benzol-1,4-dicarbonsäure (Terephthalsäure) und Ethan-1,2-diol hergestellt. Mit einer weltweiten Jahresproduktion von rund 40 Millionen Tonnen und einer Wachstumsrate von etwa 7 % pro Jahr findet PET Verwendung in 65 % der Faserproduktion, 5 % der Folienproduktion und 30 % der Verpackungsindustrie.
Ein weiterer bemerkenswerter Polyester, Polytrimethylenterephthalat, wird aus Benzol-1,4-dicarbonsäure und Propan-1,3-diol gewonnen und bietet einzigartige Eigenschaften.
Die Struktur von Polyestern beeinflusst ihre Anwendungsgebiete. Die Benzolringe in der Molekülkette verleihen ihnen Steifigkeit, was zu hohen Schmelzpunkten von über 500 K und außergewöhnlicher Festigkeit führt. Darüber hinaus sind Polyester lichtbeständig und verfärben sich nicht.
In PET-Fasern sind die Moleküle überwiegend in eine Richtung ausgerichtet, in Folien in zwei Richtungen und in Verpackungen in drei Richtungen (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: [Diagramm zur Darstellung der Anordnung von PET-Molekülen in Fasern, Folien und Verpackungen]
Polyesteranwendungen:
1. Als Fasern: Polyestergranulat Polyesterfasern werden geschmolzen und durch feine Düsen extrudiert, um Filamente herzustellen, die gemeinhin als Terylen oder Dacron bekannt sind. Diese Fasern finden breite Anwendung in der Bekleidungsindustrie, beispielsweise in Anzügen, Hemden und Röcken, entweder allein oder in Mischung mit anderen Natur- oder Kunstfasern wie Baumwolle. Aufgrund ihrer hervorragenden Wärmedämmeigenschaften werden sie außerdem als Füllmaterial für Anoraks und Bettdecken verwendet. Branchen wie die Automobilindustrie nutzen Polyesterfasern in Reifencord, Förderbändern und Schläuchen und profitieren von ihrer Festigkeit und Verschleißfestigkeit.
2. Als Filme: Polyester können zu dünnen Filmen verarbeitet werden. geeignet für verschiedene Anwendungen, darunter Lebensmittelverpackungen, Audio- und Videobänder, elektrische Isolierung und Röntgenfilme.
3. Als Verpackung: Polyester findet zunehmend Verwendung in Verpackungen, insbesondere für Flaschen (siehe Abbildung 3). Durch ein Verfahren, bei dem die Polyestergranulate auf etwa 500 K erhitzt und festphasenpolymerisiert werden, werden sie geschmolzen, geformt und gestreckt. Das Ergebnis ist ein äußerst haltbarer Kunststoff, dessen Moleküle in drei Richtungen ausgerichtet sind, was eine überragende Festigkeit gewährleistet.
Abbildung 3: [Bild, das die Verwendung von PET in Getränkeverpackungen veranschaulicht]
Herstellung von PET:
a) Herstellung des Monomers: Das Monomer für PET wird durch die Reaktion von Ethan-1,2-diol mit Benzol-1,4-dicarbonsäure oder deren Dimethylester unter Verwendung eines Katalysators gewonnen. Zunächst entstehen niedermolekulare Oligomere, die anschließend polymerisieren.
b) Polymerisation des Monomers: Die Polykondensation des Monomers, begünstigt durch einen Katalysator wie Antimon(III)-oxid, erfolgt bei hohen Temperaturen (535–575 K) und niedrigen Drücken und führt zur Bildung von Polyester. Kontinuierliche Verfahren sind für die Polyesterfaserherstellung vorteilhaft, da sie mehrere Zwischenschritte, die bei der diskontinuierlichen Verarbeitung auftreten, überflüssig machen.
Herstellung von Benzol-1,4-dicarbonsäure: Benzol-1,4-dicarbonsäure, ein wichtiger Bestandteil bei der PET-Herstellung, wird durch Oxidation von 1,4-Dimethylbenzol (para-Xylol) gewonnen. Weitere Reinigungsschritte gewährleisten die für die PET-Produktion erforderliche Qualität.
Die Verwendung von biobasiertem 1,4-Dimethylbenzol stellt eine neuere Entwicklung dar, die die Herstellung von biobasierten Polyestern ermöglicht und somit die Nachhaltigkeit in der Polyesterherstellung verbessert.
