폴리에스테르 화학 구조: C10H8O4, 에스테르 결합 및 이것이 중요한 이유

직물에 사용되는 폴리에스테르의 반복 단위 하나에는 10개의 탄소 원자, 8개의 수소 원자 및 4개의 산소 원자(C10H8O4, 약 192g/mol)가 포함되어 있습니다. 그 질량의 거의 46%가 두 개의 에스테르 그룹, 즉 사슬을 함께 묶는 -COO- 링크 안에 있습니다. 이 한 가지 사실은 왜 애완동물가 255°C 부근에서 녹는지, 왜 약 0.4%의 수분만 흡수하는지, 왜 압력을 가해 130°C에서 염색해야 하는지, 왜 뜨거운 가성소다에 용해되는지 설명합니다.

동일한 백본은 환편기의 75D/72F DTY 원사, 고유 점도 0.80dl/g의 병 등급 칩 및 해당과정에서 재생된 재활용 필라멘트를 통과합니다. 반복 단위부터 위쪽으로 읽으면 화학은 단순하게 유지됩니다. 상업적인 결과는 그렇지 않습니다.

폴리에스테르 화학 구조는 실제로 무엇인가

폴리에스테르는 반복 단위가 에스테르 결합으로 결합된 중합체이며, 거의 모든 직물 라벨 뒤에 있는 폴리에스테르는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 줄여서 PET입니다.

두 개의 단량체가 PET를 구성합니다. 테레프탈산은 파라 치환된 벤젠 고리에 두 개의 -COOH 그룹을 공급하고, 에틸렌 글리콜은 두 개의 -OH 그룹을 공급합니다. 산이 알코올을 만나고, 물 분자 하나가 떠나고, 하나의 에스테르 결합이 형성되며, 이 순서는 양방향으로 반복됩니다.

반복 단위 -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]-는 2개의 에틸렌 세그먼트, 1개의 방향족 고리, 2개의 카르보닐 탄소와 에스테르 산소의 샌드위치입니다. 고리의 파라 위치는 크기보다 더 중요합니다. 사슬을 직선으로 유지하므로 PET는 결정체로 포장되어 255°C 근처에서 녹습니다. 폴리(에틸렌 아디페이트)에서와 같이 유연한 지방족 사슬로 바꾸면 녹는점이 대략 50-60°C로 떨어집니다.

에스테르 결합이 만들어지는 방법: 4단계 축합 중합

PET는 축합 중합에 의해 생산되며, 도중에 형성된 모든 에스테르 결합은 일반적으로 물이나 메탄올과 같은 작은 분자 하나를 방출합니다.

그러면 섬유 생산업체는 SD, FD, CD 및 TBR 등급의 일반 칩 중에서 선택합니다. 왜냐하면 밝기와 염색 동작이 이미 칩 단계에서 고정되어 있기 때문입니다.

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구조에서 성능까지: 결정성, 고유 점도 및 융점

두 가지 숫자는 폴리에스터 원사가 수행하는 작업의 대부분을 예측합니다. 고유 점도는 체인 길이를 측정하고 결정화도는 체인이 얼마나 단단히 포장되어 있는지를 측정합니다.

고유 점도는 분자량에 대한 실제적인 대용물입니다. 두 칩 사이의 0.02 dl/g 간격은 대략 중량 평균 분자량의 8~10%이며 텍스처링 중 강인성, 신도, 염료 흡수 및 필라멘트 끊어짐으로 표면에 나타납니다.

폴리에스테르가 염료를 흡수하는 방식을 백본이 결정하는 이유

표준 PET에는 이온성 측기가 없기 때문에 면처럼 염색할 수 없습니다. 분산 염료는 섬유의 비정질 영역에 용해되어야 하며 이는 약 130°C 및 2~3bar의 압력에서만 발생합니다.

에스테르 카르보닐은 약한 극성이지만 염색 부위는 아닙니다. 70~80℃에 가까운 유리 전이 온도 이하에서는 무정형 사슬이 얼어붙고 염료 분자가 사슬 사이에 끼어들 수 없습니다. 130℃ 이상에서는 구조가 열리고 염료가 안으로 확산되며 섬유가 냉각되면서 염료가 갇혀 있는 상태로 유지됩니다.

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구조가 깨지는 곳: 가수분해, 재활용 및 사슬 길이

에스테르 결합은 폴리에스테르의 약점이며 모든 상업적 재활용 경로에서는 의도적으로 이를 공격합니다.

기계적 재활용은 백본을 유지하지만 단축시킵니다. 절단된 체인을 다시 녹이는 동안 열, 습기 및 전단력이 발생하므로 100% 재활용된 필라멘트는 원래 점도보다 0.05-0.10dl/g 낮아질 수 있습니다. 사슬 연장제나 버진 블렌드가 없으면 끈기와 염료 균일성이 모두 드리프트됩니다.

• 해당과정: 180~240℃에서 에틸렌 글리콜은 사슬을 다시 비스(2-히드록시에틸) 테레프탈레이트로 분해하여 새로운 PET로 재중합될 수 있습니다.
• 메탄올 분해: 180-280C 및 20-40bar의 메탄올은 디메틸 테레프탈레이트와 글리콜을 반환합니다.
• 가수분해: 고온 및 고압의 증기나 물이 테레프탈산과 글리콜을 반환합니다.

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폴리에스테르 사양 읽기: 구조가 알려주는 것

폴리에스테르 데이터시트는 위장된 구조 보고서이며, 네 가지 값은 구매자에게 필요한 대부분의 정보를 담고 있습니다.

• 고유 점도: 0.62-0.68 dl/g는 일반 섬유 등급입니다. 값이 낮을수록 더 시원하게 회전하지만 텍스처링 중에 더 자주 깨지는 반면, 값이 높을수록 그리는 데 더 많은 열이 필요합니다.
• 데니어 및 필라멘트 수: 75D/72F는 부드럽고 입체감 있는 촉감을 제공하며, 150D/48F는 볼륨감과 커버력을 제공합니다. 필라멘트 수는 또한 빛이 반사되는 방식을 변경하여 겉보기 음영을 이동시킵니다.
• 공단량체 함량: 이소프탈산, 디에틸렌 글리콜 또는 나트륨 5-설포이소프탈레이트는 결정성을 낮추고 융점을 이동시킵니다. 대략 3mol%를 초과하면 PET는 더 이상 병 등급이 아닙니다.
• 수분 및 마무리: PET는 약 0.4%의 수분을 회복하므로 빠르게 건조되지만 정적을 형성하며 스핀 마무리는 편직기에서 작동하는 방식을 결정합니다.

하나의 프로그램에서 동일한 원사의 표준, 양이온, 고탄성 및 재활용 버전이 필요한 구매자는 일반적으로 다음과 같은 작업을 통해 시행착오 단계를 단축합니다. 차동 원사 공급업체 네 줄을 모두 실행하는 것입니다.

폴리에스테르 구조: 자주 묻는 질문

폴리에스테르의 화학식은 무엇입니까?

섬유 PET의 경우 반복 단위는 C10H8O4이고 폴리머는 (C10H8O4)n으로 표시됩니다. 상업용 수지는 단일 분자식이 없습니다. 왜냐하면 모든 배치가 하나의 분자가 아닌 사슬 길이의 분포이기 때문입니다. 표기법 자체는 이 설명에서 풀립니다. 폴리에스테르 PET 공식 C10H8O4 .

섬유 폴리에스터는 화학적으로 병 폴리에스터와 동일합니까?

예, 둘 다 PET입니다. 차이점은 사슬 길이와 첨가제에 있습니다. 섬유 등급은 고유 점도가 0.62-0.68 dl/g이고, 병 등급은 0.75-0.85 dl/g이며, 섬유 등급에는 종종 둔화용 이산화티타늄 또는 염색용 공단량체가 들어 있습니다.

재활용 폴리에스테르는 동일한 구조를 유지합니까?

백본은 동일하지만 체인 길이 분포가 더 넓습니다. 기계적으로 재활용된 PET는 일반적으로 올리고머 함량이 더 높고 고유 점도가 0.05-0.10dl/g 더 낮습니다. 이것이 바로 많은 공장에서 이를 순수 수지와 혼합하거나 사슬 연장제를 추가하는 이유입니다.

폴리에스터에 고온 염색이 필요한 이유는 무엇입니까?

섬유는 이온성 염료 위치를 제공하지 않고 비정질 영역은 70-80C 근처의 유리 전이 온도 이하에서 동결됩니다. 분산 염료는 확산되기 위해 대략 130C와 2-3bar가 필요합니다. 양이온 염색 가능 등급은 사슬에 술폰산염 그룹을 추가하므로 약 100C에서 동일한 색상이 만들어질 수 있습니다.