Полиэтилентерефталат-гликоль

Полиэтилентерефталат-гликоль (сокр. ПЭТ-G, PET-G, PETG) — это аморфный термопластичный полиэфир, получаемый модификацией полиэтилентерефталата (ПЭТФ, ПЭТ) путём добавления гликоля (обычно циклогександиметанола, CHDM) в процессе сополимеризации. Введение гликоля нарушает регулярность кристаллической решётки, что делает материал прозрачным, более ударопрочным и технологичным при переработке по сравнению с обычным ПЭТ. ПЭТ-G широко применяется в 3D-печати, производстве упаковки, медицинских изделий и вывесок.

История и происхождение

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) был впервые синтезирован в 1941 году британскими химиками Джоном Уинфилдом и Джеймсом Диксоном. Материал быстро завоевал популярность благодаря прочности, лёгкости и барьерным свойствам, особенно в производстве бутылок для напитков. Однако ПЭТ обладает склонностью к кристаллизации, что делает его мутным и хрупким при быстром охлаждении, а также ограничивает применение в литье под давлением и 3D-печати.

В 1970-х годах компания Eastman Chemical Company (США) разработала модификацию ПЭТ с добавлением циклогександиметанола (CHDM) — гликоля, который замещает часть этиленгликоля в полимерной цепи. Полученный сополимер получил название PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol-modified). Первоначально он использовался для производства прозрачных листов и плёнок, а с развитием аддитивных технологий в 2010-х годах стал одним из стандартных материалов для FDM/FFF-печати.

Химическая структура и свойства

Молекулярное строение

В отличие от гомополимера ПЭТ, где цепь состоит из повторяющихся звеньев этилентерефталата, в ПЭТ-G часть этиленгликоля замещается циклогександиметанолом (CHDM). CHDM содержит циклогексановое кольцо, которое препятствует плотной упаковке макромолекул и кристаллизации. В результате ПЭТ-G остаётся аморфным даже при медленном охлаждении.

Физико-механические свойства

• Прозрачность: ПЭТ-G оптически прозрачен (светопропускание до 90%), что делает его пригодным для изготовления витрин, дисплеев и прозрачной упаковки.
• Ударная вязкость: Значительно выше, чем у ПЭТ и акрила (ПММА); материал не хрупок при комнатной температуре и сохраняет эластичность при низких температурах (до −40 °C).
• Термостойкость: Температура стеклования (Tg) составляет около 80 °C, температура размягчения по Вика — 85–90 °C. ПЭТ-G не рекомендуется использовать при температурах выше 70 °C длительно.
• Химическая стойкость: Устойчив к действию слабых кислот, щелочей, масел и спиртов, но разрушается под воздействием сильных окислителей, ароматических углеводородов и кетонов (например, ацетона).
• Гигроскопичность: ПЭТ-G впитывает влагу из воздуха (до 0,3% по массе), что требует обязательной сушки перед переработкой.

Классификация

По способу переработки и форме выпуска ПЭТ-G можно разделить на несколько категорий:

• Гранулы (сырьё): Используются для литья под давлением, экструзии листов и выдувного формования. Поставляются в виде цилиндрических или сферических гранул диаметром 2–4 мм.
• Листы и плёнки: Экструдированные листы толщиной от 0,5 до 12 мм применяются для изготовления вывесок, защитных экранов, блистерной упаковки.
• Филамент (нить) для 3D-печати: Диаметром 1,75 мм или 2,85 мм, намотанный на катушки. Самый распространённый формат для аддитивных технологий.
• Готовые изделия: Бутылки, контейнеры, медицинские пробирки, элементы интерьера.

Применение

3D-печать

ПЭТ-G является одним из популярнейших материалов для FDM/FFF-печати наряду с PLA и ABS. Его преимущества:

• Лёгкость печати (не требует подогрева камеры, как ABS, и не склонен к деформации).
• Высокая адгезия слоёв (прочность деталей по оси Z выше, чем у PLA).
• Отсутствие неприятного запаха при печати (в отличие от ABS).
• Возможность постобработки: шлифовка, полировка, склеивание (цианакрилатным клеем), окрашивание акриловыми красками.

Недостатки: гигроскопичность (требует сушки филамента), низкая термостойкость (детали деформируются при температуре выше 70 °C).

Медицина

ПЭТ-G используется для производства лабораторной посуды (пробирки, чашки Петри), контейнеров для образцов и некоторых имплантируемых устройств (временные катетеры, дренажные трубки). Материал биосовместим (одобрен FDA для контакта с кожей и слизистыми), поддаётся стерилизации гамма-излучением и этиленоксидом.

Упаковка

Из ПЭТ-G изготавливают:

• Блистеры для лекарств и электроники.
• Прозрачные коробки для косметики и игрушек.
• Бутылки для пищевых продуктов, не требующих термообработки (масла, соусы, соки).

Реклама и дизайн

Листы ПЭТ-G широко применяются для наружной рекламы (вывески, стенды), защитных экранов, витрин и элементов интерьера. Материал легко режется лазером, фрезеруется и склеивается.

Другие области

• Моделирование и прототипирование.
• Производство деталей для автомобильной промышленности (декоративные панели, рассеиватели света).
• Изготовление музыкальных инструментов (плектры, медиаторы).

Переработка и экология

ПЭТ-G поддаётся вторичной переработке (код 1, как и ПЭТ), но из-за добавок гликоля его смешивание с обычным ПЭТ в потоках вторсырья затруднено. В большинстве стран ПЭТ-G перерабатывается отдельно или используется как низкокачественный наполнитель. Материал не биоразлагаем, но может быть переплавлен в гранулы для повторного использования.

При сжигании ПЭТ-G выделяет углекислый газ и водяной пар, без токсичных продуктов (при полном сгорании). Однако при пиролизе возможно образование циклических олигомеров.

Сравнение с другими материалами

Интересные факты

• ПЭТ-G часто называют «компромиссным» материалом между PLA и ABS: он сочетает простоту печати PLA с прочностью ABS.
• Из-за высокой прозрачности ПЭТ-G используется для изготовления защитных экранов в музеях и магазинах (например, во время пандемии COVID-19).
• В медицине ПЭТ-G применяется для создания индивидуальных ортопедических стелек и протезов методом 3D-печати.

Источники

• Eastman Chemical Company. Technical Data Sheet: PETG Copolyester.
• ASTM D638: Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics.
• ГОСТ 33342-2015: Пластмассы. Определение температуры стеклования.
• G. Wypych. Handbook of Polymers. — 3rd ed. — ChemTec Publishing, 2020.
• Filament Manufacturers Association. PETG Filament Properties and Printing Guidelines.