12. PET - Happy Materials

Plasty pro stavebnictví a architekturu 12 –
Polyetylentereftalát (PET)
30. 4. 2008, IVANA VEJRAŽKOVÁ
Polyetylentereftalát patří chemicky do skupiny polyesterů. Jejich společným znakem je
přítomnost esterových vazeb v hlavním makromolekulovém řetězci. PET je známý
především obalový materiál. Přibližně 60 % vyrobeného PETU se používá na výrobu
nevratných obalů na jídlo a nápoje. PET je však materiál s mimořádnými vlastnostmi
a jeho potenciál je mnohem širší.
Historie objevu PET
Objev polyetylentereftalátu je výsledkem vývoje polymerů, který byl počátkem 30. let 20.
století prováděn v experimentálním středisku firmy DuPont. Z vyvinutého
polyetylentereftalátu bylo možné po nahřátí táhnout vlákna, ale výzkum byl přerušen ve
prospěch nadějnějšího polyamidu Nylon. Ve výzkumu pokračoval J. T. Dickson a R.
Whinfield v malé textilní firmě Calico Printers Association ve Velké Británii a v roce 1941 si
nechali patentovat výrobu PET. V polovině 40. let zakoupili patentová práva chemičtí giganti
DuPont a ICI. PET byl v té době především surovinou pro výrobu vláken a v menším rozsahu
obalovou fólií. V roce 1977 byly v USA vyvinuty materiály s kontrolovanou orientovanou
strukturou, z nichž bylo možné vyfukovat lahve. Teprve s rostoucí oblibou balených vod
nastal prudký vzestup výroby PET.
Výroba PET
Základní surovinou pro výrobu PET je kyselina tereftalová, která je získávána zpracováním
ropy. Polyesterifikací kyseliny tereftalové a etylenglykolu při teplotách kolem 190 °C
a vysokých tlacích vzniká polyetylentereftalát.
Vlastnosti a využití
PET je materiál charakterizovaný řadou výborných užitných vlastností, jako jsou hygienická
nezávadnost, pružnost, mechanická pevnost, odolnost proti vyšším teplotám atp. Proto je
využíván na řadu finálních výrobků, jako jsou obalové materiály (zejména nápojové lahve),
tkaniny, fólie atd.
Textilní vlákna
30 % světové výroby PET je využíváno pro výrobu syntetických vláken (v textilním průmyslu
se používá obecnější název polyesterová vlákna). PET vlákno, tažené z taveniny, je méně
mačkavé než vlna, méně navlhá a rychleji schne než vlákno polyamidové. Oproti polyamidu
má PET také větší stálost na světle. Je velmi odolný proti dlouhodobému zahřívání, i na
vzduchu. Vlákno je stálé ve zředěných louzích a kyselinách, není stálé v koncentrovaném
roztoku amoniaku.
Tato vlákna se mohou vyskytovat prakticky ve všech spotřebních textilních výrobcích,
spřádají se i spolu s vlnou, bavlnou apod. Využívají se také na technické tkaniny a lana,
k izolaci vodičů elektrického proudu, k výrobě kordů pro pneumatiky, na výrobu dopravních
pásů atd.
Lano o průměru 28 cm k ukotvení ropné plošiny v Mexickém zálivu. V mělkých vodách se až
do hloubky 30 m používají plošiny permanentně upevněné k mořskému dnu. Polyesterová
lana jsou pro tuto aplikaci dostatečně pevná, a přitom pružná a zcela vytlačila ocelová lana.
Návlek na srdce při léčbě rozšíření srdce. Speciální návlek z pleteného polyesteru zajišťuje
oporu srdeční stěny, a přitom nijak neomezuje srdeční činnost.
PET jako obalový materiál
Objem vyrobených nápojových lahví z polyetylentereftalátu vykazuje v posledních letech na
světových trzích enormní růst. Roční spotřeba výchozí suroviny v ČR je 60 000 tun (zdroj:
MPO, 2003), což představuje 1,5 miliardy lahví o objemu 1,5 l s nárůstem cca 15 % ročně!
PET lahve postupně nahrazují téměř ve všech oblastech užití obaly z tradičních materiálů,
jako je sklo, ale také kovy (metalické dózy), případně ostatní, u těchto výrobků již dříve
zavedené plasty (PVC, PE, PP). Jejich výhodou je především nízká hmotnost. Jsou až 7krát
lehčí než sklo. Například 1,5litrová PET láhev váží v současnosti pouze 36 g a pracuje se na
jejich dalším vylehčování. Jsou elastické, a přitom zcela kompaktní, vyhovují pádovým
testům a dalším zkouškám. Vykazují vysokou transparenci, jsou cenově výhodné a snadno
recyklovatelné. S vyřešením snížení jejich propustnosti pro plyny a při zvýšené tepelné
odolnosti se jejich aplikační sféry a komfort dále rozšířily. Dnes se uplatňují nejen pro balení
stolních a minerálních vod, ale i sladkých nápojů a piva, ovocných džusů, vína, mléčných
produktů, omáček, zeleninových šťáv a řady dalších tekutin, plněných za studena i za horka.
PET lahve se v zásadě vyrábějí z roztaveného granulátu polyetylentereftalátu. Na
vstřikovacích strojích se vytvarují silnostěnné předlisky (preformy), které se v další fázi
zahřejí a dokončí se jejich vyfouknutí a vytvarování.
Recyklace PET lahví
Ohromné rozšíření obalů z PET materiálu vyvolalo logicky jejich podobné zastoupení
v komunálním odpadu. Recyklace tohoto materiálu, vytříděného z odpadů, v zásadě
směřovala dvěma směry – na zpracování na jiné výrobky nebo zpět na potravinářské obaly
(tzv. Bottle-To-Bottle).
Vytříděné PET lahve připravené na recyklaci
Naprostá většina vytříděného PETU se využívá pro výrobu jiných produktů, zejména
textilních vláken do výplní bund a spacáků, fleeců, koberců, netkaných textilií apod. Při této
technologii se nadrcené čištěné vločky („flakes“) PETU roztaví a pak se z taveniny přes
extrudér vytlačují vlákna. Vyrobit tímto postupem opět potravinářské obaly je nevýhodné.
Působením tepla PET degraduje a ztrácí svou elasticitu, takže z něj již není možné vyfouknout
láhev (materiál lze maximálně přidávat v malém množství k panenskému PET). I pro výrobu
vláken je třeba provádět polykondenzaci, aby se zpřetrhaná vlákna polymeru aspoň trochu
prodloužila.
Dalším způsobem zpracování je kompletní pyrolýza, která rozkládá PET na původní složky,
a z nich pak znovu syntetizuje materiál, čistotou i vlastnostmi srovnatelný s panenským.
Hlavní nevýhodou této metody je téměř dvojnásobná výrobní cena suroviny a značná
investiční náročnost technologie.
Druhou cestou využití vytříděných spotřebitelských obalů z PET je jejich přeměna opět na
potravinářské obaly. Zde je nutno především zajistit zdravotní nezávadnost výsledného
materiálu a jeho adekvátní vlastnosti (blížící se panenskému PET), aby bylo možno z něj
vyrobit kvalitní obaly.
Opětovné využívání materiálu PET z potravinářských obalů opět pro balení potravin je tedy
v zásadě možné, ale cena takto získaného materiálu překračuje cenu panenského PETU (o 20–
30 % u polykondenzace a o 80–90 % u pyrolýzy). Z tohoto důvodu se v současnosti vrací do
obalového průmyslu jen zlomek používaného PETU.
Plachty se šijí z polyesterové textilie, která je dostatečně pevná, lehká a odolná
Prototyp SmartWrapTM architektonického studia Kieran Timberlake LLP představil
kompozitní PET fólii s integrovanými digitálními technologiemi, použitelnou pro fasádní
systémy
Zpracovatelé odpadního PETU mají paradoxně největší problémy s dodávkou vstupní
suroviny. Podle údajů autorizované společnosti Eko-Kom vykupují čínské firmy v tuzemsku
až devadesát procent ze separovaného sběru této suroviny. V ČR se sesbírá a dále recykluje
zhruba polovina všech vyrobených PET lahví. Stále velké procento končí na skládkách nebo
ve spalovnách. Je otázka, zda současným systémem sběrných kontejnerů je možné podíl ještě
výrazněji zvýšit. Některé státy (Německo, Slovensko) přistoupili k zálohování PET obalů.
PET fólie jako obalový materiál na potraviny
Fólie z PETU
PET je možné vytlačovat do formy různě silných fólií. Fólie mají vysokou mechanickou
pevnost, zachovávají pružnost do velmi nízkých teplot (až –70 °C), odolávají vyšším teplotám
(až 130 °C) a velmi snadno se tvarují. Navíc se velmi dobře potiskuje.
Fólie nacházejí použití v reklamě jako materiál pro výrobu displejů, cedulek a jmenovek, jako
ochrana plakátů a obrazů, má rozsáhlé využití ve výrobě světelných boxů, hlubokotažených
3D součástí, přepravek, technologických pater a pro zasklení. V elektrotechnice se používá
jako podložka pro magnetofonové a videopásky a filmy.
Detail pavilonu SmartWrapTM
Integrované technologie do PET fólie pro SmartWrapTM, seshora: fotočlánky, OLED a PCM
SmartWrap
V poslední době nachází použití v řadě dalších oblastí, například ve stavebnictví. V roce 2003
byl představen projekt Smart WrapTM architektů Stephena Kierana a Jamese Timberlakea.
Tento projekt je novým pohledem na spojení architektury s digitální technologií. Architekti
vyvinuli experimentální stavbu nazvanou SmartWrap, která se skládá z hliníkové nosné
konstrukce a „kůže“, tedy tenké fólie polyetylentereftalátu (PET), do které jsou integrované
následující nové technologie, zajišťující vytápění a chlazení, osvětlení, kumulaci energie
a světelné zobrazování:
● TFPV (thin film photovoltaics), ultratenké a ohebné baterie, které sbírají a uchovávají
sluneční energii.
● OLED (organic light-emitting diodes), emitující studené světlo, které může být vedeno do
hořlavých materiálů bez rizika jejich vzplanutí. Dnes se používá v mobilních telefonech
a dalších zařízeních, kde je třeba zobrazovat video při minimalizaci tloušťky přístroje
a maximalizaci jeho ohebnosti.
● Miniaturní kapsle s PCM (phase change material) pro regulaci vyhřívání a chlazení
interiéru. Funkce těchto materiálů je založena na změně skupenství materiálu (pevného
v kapalné a obráceně) s vázáním latentního tepla. PCM má několikanásobně vyšší měrnou
tepelnou kapacitu než např. voda, a tedy může pojmout, resp. pojmout a uvolnit, daleko větší
množství energie, a to bez nutnosti dodání další energie, jinak nutné při akumulaci tepla
u běžných organických a anorganických materiálů.
● Povrchová struktura s integrovanými fotoluminiscenčními pigmenty, díky nimž povrch
absorbuje, propouští a řízeně odráží světlo.
● Řada senzorů pro měření teploty, zvuku, barvy, tlaku, množství oxidu uhličitého.
Kombinace těchto komponent umožňuje aktivizaci povrchu budovy – stěny mohou uvolňovat
teplo či promítat krátké video, stát se transparentní nebo se částečně otevřít a umožnit výměnu
vzduchu. Tyto nové technologie jsou zatím velice drahé. Reálně však existují a je jen otázkou
času, kdy začnou být běžně komerčně využívány.
Zdroj: www.petcore.com, www.kierantimberlake.com
Ing. Ivana Vejražková (*1967)
absolvovala VŠCHT v Praze. Pracuje ve firmě Happy Materials, která se zabývá konzultační
činností v oblasti polymerních materiálů a která vytváří databáze materiálů.