ポリエステルの化学構造: C10H8O4、エステル結合とそれらが重要な理由

繊維製品に使用されるポリエステルの 1 つの繰り返し単位には、10 個の炭素原子、8 個の水素原子、および 4 個の酸素原子が含まれています: C10H8O4、約 192 g/mol。その質量の 46 パーセント近くが、鎖を結合する 2 つのエステル基、-COO- 結合の内側に位置します。このたった 1 つの事実によって、PET がなぜ 255 ℃付近で溶けるのか、なぜ約 0.4 パーセントの水分しか吸収しないのか、なぜ圧力をかけながら 130 ℃ で染色しなければならないのか、なぜ高温の苛性ソーダで溶解するのかが説明されます。

同じバックボーンが、丸編み機の 75D/72F DTY 糸、固有粘度 0.80 dl/g のボトルグレードのチップ、解糖系から再構築されたリサイクル フィラメントを貫いています。繰り返し単位から上に読んでいくと、化学は単純なままです。商業的な影響はありません。

ポリエステルの化学構造は実際には何なのか

ポリエステルとは、繰り返し単位がエステル結合によって結合されているポリマーのことで、ほぼすべての繊維ラベルの背後にあるポリエステルはポリ（エチレンテレフタレート）、略して PET です。

2 つのモノマーが PET を構築します。テレフタル酸はパラ置換ベンゼン環に 2 つの -COOH 基を供給し、エチレングリコールは 2 つの -OH 基を供給します。酸がアルコールと出会い、1 つの水分子が離れ、1 つのエステル結合が形成され、このシーケンスが両方向に繰り返されます。

繰り返し単位 -[O-CH2-CH2-O-CO-C6H4-CO]- は、2 つのエチレン セグメント、1 つの芳香環、およびエステル酸素を含む 2 つのカルボニル炭素で構成されるサンドイッチ構造です。リングのパラ配置はそのサイズよりも重要です。リングが鎖をまっすぐに保つため、PET は微結晶に詰め込まれ、255 ℃近くで融解します。これをポリ（エチレンアジペート）のような柔軟な脂肪族鎖に交換すると、融点はおよそ 50 ～ 60 ℃に下がります。

エステル結合の構築方法: 4 段階の縮合重合

PET は縮合重合によって製造され、その過程で形成されるすべてのエステル結合によって 1 つの小分子 (通常は水またはメタノール) が放出されます。

繊維メーカーは、輝度と染色挙動がチップの段階ですでに固定されているため、SD、FD、CD、TBR グレードの通常のチップの中から選択します。

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構造から性能まで: 結晶化度、極限粘度、融点

ポリエステル糸の作用の大部分は 2 つの数値によって予測されます。それは鎖の長さを測定する固有粘度、もう 1 つは鎖がどれだけしっかりと詰まっているかを測定する結晶化度です。

極限粘度は分子量の実際的な代用値です。 2 つのチップ間の 0.02 dl/g のギャップは、重量平均分子量のおよそ 8 ～ 10 パーセントに相当し、テキスチャリング中の強度、伸び、染料の取り込み、およびフィラメントの切断として表面化します。

なぜバックボーンがポリエステルの染料の取り込みを決定するのか

標準的な PET にはイオン性側鎖基がないため、綿のように染色することはできません。分散染料は繊維の非晶質領域に溶解する必要がありますが、これは約 130 ℃、2 ～ 3 bar の圧力でのみ起こります。

エステルカルボニルは極性が弱いですが、色素部位ではありません。 70～80℃付近のガラス転移温度以下では、非晶質鎖が凍結し、染料分子が鎖の間に押し込められなくなります。 130℃を超えると構造が開き、染料が内部に拡散し、繊維が冷えるにつれて染料は閉じ込められたままになります。

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構造が壊れる場所: 加水分解、リサイクル、鎖の長さ

エステル結合はポリエステルの弱点であり、あらゆる商業リサイクルルートは意図的にそれを攻撃しています。

機械的リサイクルはバックボーンを維持しますが、バックボーンを短くします。切断されたチェーンを再溶解する際の熱、湿気、せん断により、100% リサイクル フィラメントはバージン粘度より 0.05 ～ 0.10 dl/g 低くなります。鎖延長剤やバージンブレンドを使用しないと、強度と染料の均一性の両方が低下します。

• 解糖: 180～240℃のエチレングリコールは鎖を切断してビス(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートに戻し、これを再重合させて新しいPETにすることができます。
• メタノリシス: 180 ～ 280℃、20 ～ 40 bar のメタノールは、テレフタル酸ジメチルとグリコールを返します。
• 加水分解: 高温高圧の蒸気または水を使用して、テレフタル酸とグリコールを戻します。

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ポリエステルの仕様を読む: 構造からわかること

ポリエステルのデータシートは構造を隠したレポートであり、購入者が必要とする情報のほとんどは 4 つの値に含まれています。

• 固有粘度: 0.62 ～ 0.68 dl/g は通常の繊維グレードです。値が低いほど回転は低くなりますが、テクスチャリング中に破損する頻度が高くなります。一方、値を高くすると、より多くの熱を引き出す必要があります。
• デニールとフィラメント数: 75D/72F はソフトでドレープ感のある手触りを与え、150D/48F はかさ高とカバー力を与えます。フィラメント数も光の反射方法を変化させ、見た目の色合いを変化させます。
• コモノマー含有量: イソフタル酸、ジエチレングリコール、または 5-スルホイソフタル酸ナトリウムは結晶性を低下させ、融点を上昇させます。約 3 mol% を超えると、PET はボトルグレードではなくなります。
• 水分と仕上げ: PET は約 0.4% の水分を取り戻すため、すぐに乾きますが、静電気が発生し、紡績仕上げによって編み機での動作が決まります。

同じ糸の標準糸、カチオン糸、高弾性糸、リサイクル糸を 1 つのプログラムで必要とするバイヤーは、通常、次の方法で協力することで試行錯誤の段階を短縮します。 ディファレンシャルヤーンサプライヤー それは4つの路線すべてを実行します。

ポリエステルの構造: よくある質問

ポリエステルの化学式は何ですか?

繊維 PET の場合、繰り返し単位は C10H8O4 であり、ポリマーは (C10H8O4)n と書かれます。市販の樹脂には単一の分子式はありません。これは、すべてのバッチが 1 つの分子ではなく鎖長の分布であるためです。表記法自体は、この説明で展開されます。 ポリエステル PET 式 C10H8O4 .

繊維ポリエステルは化学的にボトルポリエステルと同じですか?

はい、どちらもPETです。違いは鎖の長さと添加剤にあります。繊維グレードの固有粘度は 0.62 ～ 0.68 dl/g、ボトル グレードは 0.75 ～ 0.85 dl/g で、繊維グレードにはつや消し用の二酸化チタンや染色用のコモノマーが含まれることがよくあります。

再生ポリエステルは同じ構造を維持しますか?

主鎖は同一ですが、鎖の長さの分布はより広くなります。メカニカルリサイクルされた PET は、通常、オリゴマー含有量が高く、固有粘度が 0.05 ～ 0.10 dl/g 低くなります。そのため、多くの工場では、PET をバージン樹脂とブレンドしたり、鎖延長剤を添加したりしています。

なぜポリエステルは高温で染色する必要があるのですか?

繊維にはイオン性染料サイトがなく、その非晶質領域は 70 ～ 80 ℃付近のガラス転移温度以下で凍結しているためです。分散染料が拡散するには、およそ 130 ℃、2 ～ 3 bar が必要です。カチオン可染グレードは鎖にスルホン酸塩基を追加するため、約 100 ℃ で同じ色合いを構築できます。