Language

Durbio: resultaten van PTT garenextrusie

PTT garenextrusie in het project Durbio - Durable Biobased Plastics

Polytrimethyleentereftalaat (PTT)

Polytrimethyleentereftalaat (PTT) is een Poly(trimethylene terephthalate) (PTT), een lineair aromatisch polyester dat bekomen wordt via de polycondensatie van 1,3-propanediol (trimethylene glycol, 3G, or PDO) en, ofwel tereftaalzuurd (PTA), ofwel dimethyl tereftalaat (DMT).

Hierb

ij wordt het trimethyleneglycol monomeer bekomen van een hernieuwbare route, wat leidt tot een gehalte aan hernieuwbare koolstof in het polymeer van 20 tot 37 wt%.

Het heeft volgende chemische samenstelling:

durbio1_0.png

Andere acronymen voor hetzelfde polymer zijn PTMT (polytrimethylene terephthalate) en PPT (polypropylene terephthalate).

Een PTT grade van Dupont (Sorona 3000 NC010) werd geëvalueerd voor garenextrusie. In vergelijking met het polyester PET heeft het, wegens de zigzagstructuur in de polymeerketen, intrinsiek een hogere elasticiteit en maximale verlenging.

Smelttemperatuur 227°C
Smeltenthalpie 54 J/g
Thermische stabiliteit 365°C
Kristalisatietemperatuur 165°C
Melt volume index @ 240°C 15.9 cc/10 min
Melt volume index @ 250°C 22.7 cc/10 min

Tabel 1: Basiseigenschappen van Sorona 3000 NC010

PTT werd verwerkt tot BCF garens op een semi-industriële pilootlijn van Centexbel. Aangezien PTT als polyester gevoelig is voor hydrolyse bij opwarming tot boven het smeltpunt, werd het gedroogd tot onder 200 ppm.

Er werden garens gevormd met titer tussen 48 en 130 tex (15-40 dpf). Tijdens de garenextrusie werd vastgesteld, dat de uiteindelijke lijnsnelheid beperkt moest worden voor een goede verspinbaarheid. De draw ratio kon wel hoog ingesteld worden, met een draw ratio in de range 2.5 tot 4.
De garens gevormd met PTT hadden een treksterkte tussen 15 en 23 cN/tex. Eigen aan hun chemische structuur werden deze garens gekarakteriseerd door een hoge verlenging bij breuk: de garens met een treksterkte van 20 cN/tex of meer hadden een verlenging bij breuk van minstens 45%.

durbio2_0.jpg

Figuur 1: (B)CF extrusielijn van Centexbel

De stabiliteit van de garens voor hydrolyse werd geëvalueerd via conditionering van de garens in een klimaatkamer op 80°C met 80% relatieve vochtigheid voor een periode tot 7 dagen. Dezelfde setup wordt gebruikt voor het bepalen van de hydrolysestabiliteit van PLA garens. De evolutie van de treksterkte in figuur 2 toont aan dat er geen hydrolyse van de polymeermatrix optreedt. De treksterkte blijft behouden. Resultaten op PLA garens tonen aan dat in deze testcondities de sterkte van niet-gestabiliseerde PLA gebaseerde garens sterk vermindert vanaf 1 dag, en de sterkte is zeker volledig verdwenen na 3 dagen conditionering. PTT garens zijn dus stabieler dan PLA garens tegenover daling van de sterkte door omgevingsinvloeden.

durbio3_2.png
durbio4_0.png
Figuur 2: Sterkte en verlenging bij breuk na conditionering op 80°C en 80% RH van de PTT garens

Garens op basis van PTT ondergaan slechts een beperkte krimp bij opwarming. Deze bedraagt maximaal 5% na opwarming op 100°C gedurende 30 minuten, en maximaal 1% na opwarming tot 60°C gedurende 15 minuten.
Standaard PTT is wel gevoelig voor veroudering onder invloed van belichting met UV-licht. Na 1000h belichting in de QUV-setup is de sterkte gedaald tot minder dan 3 cN/tex. Een UV-stabilisator masterbatch dient dus toegevoegd te worden aan PTT garens indien een hoge duurzaamheid gewenst is.

Vervolgens werd tijdens de extrusie een kleurmasterbatch aan de polymeermatrix toegevoegd. De eigenschappen van deze gekleurde garens waren gelijkaardig aan die van de garens zonder kleurmasterbatch. De gekleurde garens werden aan een kleurechtheidstest onderworpen: bestraling met Xenotest 220+ Atlas met bestralingssterkte 42 W/m² @ 300-400 nm bij 47°C en 40% RH. De kleurechtheid is met een score 6-7 uitstekend.

durbio5.png

Figuur 3: Kleurechtheid van aangekleurde PTT garens

Meer gedetailleerde informatie over de resultaten met PBS tijdens filamentextrusie kan op aanvraag worden verkregen:

  • Rapport 7 – PTT garenextrusie
  • Rapport 7 – PTT garenextrusie update juni 2014

De hierboven vermelde resultaten werden bekomen in het VIS-traject DURBIO, uitgevoerd met steun van het IWT [IWT 110799].