Kunststoffe: PETG

Apr 19, 2024

Es wird Ihnen schwerfallen, durch fast jeden Gang eines modernen Lebensmittelgeschäfts zu gehen, ohne auf etwas aus Plastik zu stoßen. Von Gläsern mit Erdnussbutter über Flaschen mit Limonade bis hin zu Tabletts, die Kekse fest an Ort und Stelle halten, um ein Zerbrechen zu verhindern, oder um eine Mahlzeit direkt vom Gefrierschrank in die Mikrowelle zu bringen – Lebensmittel stehen oft in sehr engem Kontakt mit einem Kunststoff, der speziell dafür entwickelt wurde Aufgabe: Polyethylenterephthalat oder PET.

Für Hersteller von Non-Food-Gegenständen verfügen PET und vor allem sein Derivat PETG zufällig auch über hervorragende Eigenschaften, die sie für einige Anwendungen zur besten Wahl für 3D-Druckfilamente machen. Hier werfen wir einen Blick auf die Chemie von Polyesterharzen und wie nur eine kleine Änderung eine synthetische Faser in ein recht nützliches Filament für den 3D-Druck verwandeln kann.

Wie viele Kunststoffe mit praktischen Anwendungen ist PETG ein Copolymer. Das Homopolymer, auf dem es basiert, ist PET oder Polyethylenterephthalat. PET gehört zur Familie der Polyesterpolymere und wurde erstmals 1941 von den beiden britischen Chemikern John Whinfield und James Dickson patentiert. Wie viele andere waren sie auf der Suche nach synthetischen Fasern wie Nylon, das einige Jahre zuvor bei der Einführung durch DuPont großes Aufsehen erregt hatte.

Whinfield und Dickson fanden heraus, dass eine Kondensationsreaktion zwischen der organischen Säure Terephthalsäure, einer ursprünglich aus Terpentin isolierten Verbindung, und dem Diol Ethylenglykol, dem Hauptbestandteil von Automobil-Frostschutzmitteln, stattfindet. Sie fanden heraus, dass sich die Monomere zu langen Ketten verbinden und eine Substanz erzeugen, die zu feinen Fasern gezogen und zu Garn verarbeitet werden kann. Die Geheimhaltungsgesetze während des Krieges hielten ihre Erfindung namens Terylene bis 1946 geheim.

Heute wird PET durch andere Verfahren hergestellt. Bei der DMT-Methode wird Dimethylterephthalsäure verwendet, bei der es sich lediglich um Terephthalsäure mit zwei daran gebundenen Methylgruppen handelt. Wenn Ethylenglykol mit DMT bei hohen Temperaturen und unter basischen Bedingungen reagiert, kommt es zu einer Umesterungsreaktion, bei der die langen Ketten von DMT mit einem kleinen Fragment des Ethylenglykols verknüpft werden. Bei dieser Reaktion entsteht Methanol, das entfernt werden muss, damit die Polymerisationsreaktion fortgesetzt werden kann.

So vielseitig PET auch ist, es hat auch seine Schwächen. Während es für die Herstellung synthetischer Fasern sehr gut geeignet ist, eignet es sich nicht gut für Anwendungen, bei denen andere Thermoplaste hervorragende Leistungen erbringen, etwa beim Extrudieren oder Spritzgießen. Hier kommt PETG ins Spiel. Das „G“ steht für „Glycol Modified“, was eine etwas verwirrende Nomenklatur ist. Viele Quellen scheinen zu glauben, dass dies bedeutet, dass der Polymerisationsreaktion Glykol zugesetzt wird, aber wie wir gesehen haben, ist Ethylenglykol bereits Teil der Polymerisationsreaktion. Unter Glykolmodifizierung versteht man die Tatsache, dass ein Teil des Ethylenglykols in der wachsenden Kette durch ein anderes Monomer ersetzt wird, wodurch ein Copolymer mit anderen Eigenschaften als das Homopolymer entsteht.

Im Fall von PETG ist das Comonomer ein anderes Diol, Cyclohexandimethanol (CHDM). Dieses Molekül ist viel größer als das kompakte Ethylenglykol, unterliegt jedoch einer Umesterung auf ähnliche Weise wie das kleinere Molekül. Durch die Zugabe von CHDM wird der Abstand zwischen den Terephthalsäureresten vergrößert, wodurch es für benachbarte Polymerketten schwieriger wird, sich aneinander anzuschmiegen. Dies führt zu einem wasserklaren Kunststoff mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als PET, der geformt und extrudiert werden kann.

Diese Eigenschaften machen PETG und andere PET-Copolymere für kommerzielle Produkte äußerst nützlich. Für den Heimspieler ist PETG eine häufige Wahl für 3D-Druck-Filament und vereint im Grunde die besten Eigenschaften von ABS und PLA in einem Filament, das einfach zu verarbeiten ist. Es verfügt über eine höhere Festigkeit und bessere Flexibilität als PLA und ist aufgrund seiner geringen Schrumpfung, der hervorragenden Schichthaftung und der dauerhaften Haftung auf dem Druckbett weniger anfällig für Verformungen oder Delaminierungen beim Drucken. Ein nettes Merkmal im Vergleich zu PLA und ABS ist, dass PETG beim Drucken kaum riecht. Wenn Sie also genug von Dämpfen haben, die Ihren Laden wie ein Labor für organische Chemie riechen lassen, könnte PETG einen Versuch wert sein.

Auch bei den Umweltaspekten überzeugt PETG gegenüber PLA. PETG ist beständig gegen viele Lösungsmittel und hält Wind, Regen und UV-Strahlung viel besser stand als PLA, was es zu einer großartigen Wahl für Außenanwendungen macht. Unpigmentiertes PETG ist beim Drucken auch durchscheinend, was Drucken eine Ästhetik verleihen kann, die andere Filamente nicht erreichen können. Und PETG gilt als lebensmittelechter Kunststoff, Sie sollten jedoch andere Faktoren berücksichtigen, bevor Sie es in Kontakt mit Lebensmitteln verwenden.

PETG ist natürlich nicht perfekt. Es ist flexibler als ABS oder PLA, was bei manchen Anwendungen ein Problem darstellen kann. Außerdem neigt es dazu, plötzlich zu zerbrechen, wenn es über seine Grenzen hinaus belastet wird, anstatt allmählich nachzugeben. Und wie man es von einem Polymer erwarten kann, das aus Textilien stammt, unterliegt PETG beim Drucken einer Fadenbildung. Das lässt sich leicht mit einem Schuss aus einer Heißluftpistole beheben, aber es ist dennoch etwas, das Sie im Hinterkopf behalten sollten, wenn Sie Wert auf Form statt Funktion legen.

Wenn Sie PETG noch nicht in einem 3D-Drucker ausprobiert haben, sollten Sie es tun.