Polyethylenterephalat (PET)

Polyethylenterephthalat - Rohstoff für Folien und Flaschen

Polyethylenterephthalat ist ein thermoplastischer Kunststoff, der zur Familie der Polyester gehört. Häufig wird der Name im Zusammenhang mit dem Begriff der "PET-Flasche" genannt. Es wurde Anfang der 1940er Jahre in den USA zunächst für die Herstellung synthetischer Fasern als Alternative für Seide entwickelt und ist noch heute häufiger Bestandteil in Textilien. Ab den 1960er Jahren wurde mit Beginn der Herstellung der sogenannten Polyesterfolien ein weiteres großes Anwendungsgebiet für diesen Kunststoff erschlossen. Seit den 1970er Jahren wurde mit dem Blasformen von Hohlkörpern - insbesondere Flaschen und Behältern - das dritte große Anwendungsgebiet erschlossen.

Eigenschaften von Folien aus Polyethylenterephthalat

Folien aus Polyethylenterephthalat weisen sehr niedrige Durchlässigkeiten für Wasserdampf, Sauerstoff und Aromastoffe auf. Für den alleinigen Einsatz als Sperrschichtfolie reicht die Dichtigkeit allerdings nicht aus. Die Folien enthalten keine Weichmacher und sind physiologisch unbedenklich. Darüber hinaus sind sie geruchs- und geschmacksfrei sowie gegen die meisten organischen Chemikalien, Lösungsmittel, Fette und Öle beständig.

Anwendungsbereiche von Folien aus Polyethylenterephthalat

Das Eigenschaftsprofil von PET-Folien ist hervorragend für viele Anwendungsgebiete geeignet und lässt sich durch Abwandlung des Ausgangsmaterials Polyethylenterephthalat sowie des Herstellungsverfahrens dem jeweiligen Anwendungszweck spezifisch anpassen. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise Filme in der Fotografie, Magnetbandfolien für magnetische Aufzeichnungen, Mikrofilme und Folien für die Verwendung in Reprodruckverfahren. Isolierfolien für den Elektrobereich und Kondensatorfolien in der Elektrotechnik sowie ein breites Spektrum an Anwendungen in der Verpackungstechnik insbesondere in der Lebensmittelindustrie zeichnen PET-Folien aus. Häufig werden sie aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften und ihrer hohen Temperaturbeständigkeit im Verbund mit PE (Polyethylen) eingesetzt. In den Verbund können zusätzlich Sperrschichten beispielsweise aus EVOH (Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer) eingearbeitet werden.

Amorphes und kristallines Polyethylenterephthalat

Man unterscheidet im Wesentlichen zwei Gruppen der Polyethylenterephthalate. Die als A-PET (A von amorph) bezeichnete Gruppe weist eine niedrige Kristallinität mit einem eher niedrigen Schmelzpunkt auf und kann in einem weiten Temperaturbereich ohne Gefahr des Schmelzebruchs verarbeitet werden. A-PET wird vor allem für transparente, tiefgezogene Schalen, Behälter oder Flaschen als Verpackung für Lebensmittel, Kosmetika oder chemisch-technische Produkte eingesetzt.
Die als C-PET (C vom englischen crystalline) bezeichnete Gruppe hingegen weist eine hohe Kristallinität mit einem hohen Schmelzpunkt von über 280 °C auf. Sie zeichnet sich durch hohen Glanz und gute Transparenz aus. Folien aus C-PET eigenen sich gut zum Warmformen von Behältern, Schalen oder Trays, die als Eigenschaft die so genannte Dual-Ovenability erfüllen. Das bedeutet, dass sie bei Verwendung in Umluftöfen und Mikrowellengeräten hitzefest sind.

Die Herstellung von Polyethylenterephthalat

Als Rohstoffe zur Herstellung dienen die Petrochemikalien P-Dimethylbenzol und Ethylen. Daraus werden Terephthalsäuredimethylester und Ethylenglykol hergestellt. Für die Weiterverarbeitung gibt dann zwei grundsätzliche Verfahren. Das eine ist die Polykondensation aus Terephtalsäure und Diethylenglykol unter Abspaltung von Wasser.
Das zweite und am häufigsten angewandte Verfahren besteht in der Umesterung von Terephtalsäuredimethylester mit Ethylenglykol unter Abspaltung von Methanol. Die Reaktion erfolgt unter Wärme bei Temperaturen zwischen 260 bis 270 °C. In einem weiteren Schritt werden durch mehrstündiges Nacherhitzen noch verbliebene Wasseranteile auf Restwerte unter 0,01 Prozent verringert. Damit wird einerseits der hydrolytische Abbau der Endprodukte verhindert, andererseits verbessern sich die mechanischen Eigenschaften deutlich. Polyethylenterephthalat wird häufig chemisch modifiziert, um die Kristallisation und damit den Schmelzpunkt zu beeinflussen.
Durch Anwendung weiterer, spezifischer Verfahren erhält man verschiedene Ausprägungen, die sich in ihren Eigenschaften hinsichtlich ihres Schmelzpunktes und ihrer Verarbeitbarkeit unterscheiden.

Der Herstellungsprozess von Folien aus Polyethylenterephthalat

Die Folien werden im Allgemeinen durch Flachfolienextrusion hergestellt. Nach dem Extrudieren erfolgt eine schnelle Abkühlung, um einen möglichst feinkristallinen Zustand des Polymers zu erreichen. Im Anschluss wird häufig im Reckverfahren eine Weiterverarbeitung zu den sogenannten BOPET-Folien (biaxial-orientiert) vorgenommen. Dadurch wird eine deutliche Erhöhung der Kristallinität der Folie erreicht. Durch Nacherhitzung kann eine noch weitergehende Kristallisation und insbesondere die Fixierung der Folienstruktur umgesetzt werden. Dieser Prozess führt zu einer ausgezeichneten Ausprägung der mechanischen Eigenschaften mit dem Ergebnis, dass die orientierten Polyesterfolien eine besonders gute Reiß-, Stoß- und Abriebfestigkeit sowie eine ausgezeichnete Zähigkeit besitzen. Die optischen Eigenschaften sind ebenfalls gut. Herausragend sind die thermischen Eigenschaften bezüglich Kälte- und Wärmefestigkeit (etwa minus 70 bis plus 150 °C) auch bei längerem Gebrauch.

BO-PET, A-PET, R-Pt, C-PET – eine Begriffsklärung

Das Grundmaterial Polyethylenterephthalat wird in der Wirtschaft für viele unterschiedliche Anwendungen in den verschiedensten Ausprägungen verwendet. Dafür haben sich Abkürzungen eingebürgert, die hier kurz entschlüsselt werden sollen:

• BO-PET ist die Bezeichnung für ein Folienmaterial aus Polyethylenterephthalat. Die extrudierte Folie wird dafür nach der Extrusion in zwei Richtungen gedehnt oder gereckt, wie der Fachausduck lautet. Von dieser biaxialen Reckung stammt der Name der biaxial orientierten Folie. Durch den Reckprozess wird die Kristallstruktur der Folie verändert und mechanische und physikalische Eigenschaften der Folien werden verbessert.
• A-PET steht für amorphes Polyethylenterephthalat. Das griechische „amorph“, bezeichnet in der Chemie Stoffe, bei denen Elemente oder Moleküle, aus denen sie aufgebaut sind, keine sich periodisch wiederholende Strukturen aufweisen. Bei PET sagt die Bezeichnung amorph aus, dass das Material keine kristalline Struktur aufweist, wie andere PET-Materialien. A-PET bietet ein transparentes, gut verformbares Material.
• R-PET bezeichnet Polyestermaterialien, die zum großen Teil oder vollständig aus PET hergestellt werden, das aus Recyclingprozessen stammt.
• C-PET bezeichnet Polyestermaterialien, die über eine kristalline Molekülstruktur verfügen. Da dies auf die allermeisten verwendeten Polyestermaterialien zutrifft, wird das „C“ oftmals weggelassen und nur von PET-Kunststoff gesprochen.

Der Reckprozess für die Erzeugung von BO-PET-Folie

Durch den Reck- oder auch Streckprozess genannten Vorgang erhalten Folien aus PET-Kunststoff ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften. Die Reckung wird in zwei Schritten durchgeführt, zunächst in Längsrichtung und dann in Querrichtung.

• Längsreckung
  Für die Reckung in Längsrichtung wird die Folie nach kurzem Abkühlen wieder über die Glastemperatur von ca. 65 – 80° Celsius erwärmt. Die Längsstreckung der Folie erfolgt über geheizte Walzen, mit denen die Folie bis zur erwünschten Strecktemperatur von z. B. 85 °Celsius erwärmt wird. Im sogenannten Streckspalt erwärmt ein Infrarotstrahler weiterhin die Folie, während sie um das 2,5- bis 3,5-fache in Längsrichtung gedehnt wird. Die Dehnung wird dadurch erreicht, dass sich die Walzen nach dem Streckspalt mit entsprechend höherer Geschwindigkeit drehen.
• Querreckung
  Im zweiten Schritt erfolgt die Breitstreckung der Folie aus PET-Kunststoff. Die Folie wird dabei an den Seitenrändern von Kluppenketten parallel zur Folienbahn in einem Breitstreckrahmen gehalten. An den Kettengliedern sind zum Halten der Folie Klammern angebracht. Die Folie wird mit heißer Luft erwärmt und die Kluppenketten werden so geführt, dass sich der Abstand dazwischen um das 2,5- bis 4-fache vergrößert. Auf diese Weise wird die Folie aus PET-Material in der Breite gestreckt.
• Thermische Fixierung
  Im letzten Verfahrensschritt wird eine thermische Fixierung durchgeführt. Die noch eingespannte Folie wird erhitzt auf eine Temperatur, die je nach gewünschter Eigenschaft der Folie zwischen 200 und 230° Celsius liegt. Diese Thermofixierung baut Spannungen in der Folie ab. Die Molekülfäden liegen dicht beieinander und gehen infolgedessen eine physikalische Verbindung ein. Eine sogenannte Kristallitbildung entsteht, die für die guten mechanischen Eigenschaften der BO-PET-Folien verantwortlich zeichnet.

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