La transparence, la résistance mécanique, l'effet barrière peuvent varier en changeant le degré de cristallinité

Nous avons abordé, dans des articles précédents, certains aspects importants de l'utilisation du PET pour la production d'articles manufacturés, tels que le viscosité et poids moléculaire ou le principaux phénomènes de dégradation du PET.

Dans cet article nous voyons un autre aspect important, qui concerne la gestion du degré de cristallinité du PET et comment, sa variation, il peut influencer de nombreux facteurs structurels, tels que la transparence des articles fabriqués, les aspects structurels et mécaniques et l'effet barrière vis-à-vis des composants que le produit contiendra.

Pour entrer directement dans les aspects techniques, on peut dire que le PET est un polymère semi-cristallin, cela signifie que sa structure solide est constitué d'une phase amorphe, dans laquelle les macromolécules qui le constituent sont disposées en boules statiques, et d'une phase cristalline, dans laquelle les chaînes sont disposées selon une forme géométrique précise.

Cela dit, nous pouvons voir que le PET est un polymère qui peut être soumis à la cristallisation, mais, comme tous les polymères, il ne l'atteindra jamais complètement du fait de la nature même des macromolécules qui la composent et de leur irrégularité.

Les chaînes ont en effet tendance à s'organiser vers des distances intermoléculaires minimales, car le principe général qui régit l'agrégation des macromolécules pour la formation d'une structure cristalline est la formation d'interactions inter et intra-chaînes, par la régularité des angles de torsion de la macromolécule.

La relation entre les deux phases dépend de nombreux facteurs, tels que les caractéristiques intrinsèques du matériau et les processus thermiques qu'il a subis.

Pendant la phase de cristallisation du PET, les macromolécules forment une structure lamellaire, dans laquelle les chaînes se replient sur elles-mêmes de manière ordonnée , mais, en même temps, la création de zones externes désordonnées se produit.

Le PET, étant formé par ces deux phases, est arrangé et organisé en domaines, dans lesquels les deux phases coexistent, créant une limite de cristallisation thermique maximale de 50 -60 % et, dans certains cas, il est nécessaire d'utiliser des agents de nucléation pour atteindre la valeur limite.

Rappelant que la cristallisation non optimale des polymères peut conduire à une certaine opacité des articles fabriqués, on peut dire que le PET a une faible vitesse de cristallisation et, pour cette raison, combiné à d'autres propriétés, il a eu une diffusion rapide dans le monde de l'emballage.

Pendant le traitement du PET, le pic de cristallisation peut être atteint à une température d'environ 160 - 170 °C, mais il existe également un autre système pour atteindre cette phase, qui est celui de la mécanique.

En effet, avec des opérations d'étirement mécanique à une certaine température, il se crée une cristallisation induite qui consiste en une orientation forcée du macromolécules dans le sens de l'étirement.

Dans l'orientation uniaxiale, dans laquelle l'effort est appliqué dans une seule direction, des structures appelées fibrilles se forment, dans l'orientation biaxiale, dans laquelle l'effort a deux composants perpendiculaires les uns aux autres, de grands cristaux plats et plats (plaques) se forment.

Ce phénomène est influencé par quatre facteurs principaux:

- La quantité d'étirement

- La vitesse du repassage

- La température

- Le poids moléculaire

La combinaison de ces quatre entités détermine les caractéristiques du PET et, par conséquent, la qualité de celui-ci, ainsi, pour définir un paramètre qui peut caractériser le produit à la suite de ces combinaisons, un indicateur défini comme "degré de cristallinité" est utilisé, avec lequel nous voulons indiquer le pourcentage de matière qui est dans la phase cristalline avec par rapport à la quantité totale prise en compte.

En particulier, une augmentation du degré de cristallinité conduit à un tassement plus important et, grâce à la présence de domaines cristallins qui agissent comme nœuds physiques du réseau, il y a une amélioration des propriétés mécaniques.

Dans le même temps, comme nous l'avons déjà dit, une augmentation de la cristallinité de la produit peut conduire à une certaine opacité de celui-ci, en raison des différents indices de réfraction, en fait, cela doit être pris en considération si vous souhaitez produire des bouteilles transparentes.

Mais il faut aussi faire attention à la taille des cristaux, en effet, deux récipients avec le même degré de cristallisation peuvent avoir différentes transparences ou opacités, ainsi, plus les cristaux sont gros, plus grandes sont les chances de produire des bouteilles opaques.

La cristallisation par étirement est liée au phénomène d'écrouissage, qui implique une augmentation des propriétés mécaniques, thermiques et de la résistance barrière des polyéthylène téréphtalate, déterminant le succès dans la production de conteneurs.

le point qui identifie le début de ce phénomène est défini comme Natural Stretch Ratio (NSR) .

Par conséquent, lors du soufflage d'une préforme, un degré de déformation (taux d'étirement) égal ou légèrement supérieur au NSR doit être atteint, pour pouvoir avoir l'augmentation des propriétés nécessaires pour obtenir un produit léger et conforme.

Un autre facteur important à prendre en compte lors du soufflage des préformes, qui affecte la cristallisation du matériau, est la présence d'eau.

En effet, si la teneur en eau du PET peut théoriquement atteindre 1% de son poids, il faut considérer que sa présence peut faire varier les propriétés physiques, mécaniques et barrière .

Cela se produit parce que l'eau est un plastifiant qui affecte l'orientation du matériau, la stabilité thermique et, par conséquent, également sur la cristallisation induite par étirement, créant une situation d'écoulement entre les macromolécules, reproduisant une similitude avec un polymère de moindre viscosité.

Le pourcentage d'eau affecte également le taux d'étirement naturel et, par conséquent, les propriétés du produit fini, avec le même étirement axial et radiale, une préforme contenant de l'eau aura des propriétés inférieures, comme si elle était soufflée à une température plus élevée.

Traduction automatique. Nous nous excusons pour toute inexactitude. Article original en italien.