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L’acide téréphtalique purifié (PTA), également connu sous le nom d’acide benzène-1,4-dicarboxylique et identifié par le n° CAS 100-21-0, est un composé organique de formule C₆H₄(CO₂H)₂ qui se présente sous la forme d’une poudre cristalline blanche à légère odeur acide et qui est obtenu à partir de l’acide téréphtalique brut par oxydation du paraxylène suivie d’une purification. Le PTA est la principale matière première du polyéthylène téréphtalate (PET) et des fibres polyester, et il est utilisé comme intermédiaire chimique important dans la production du polyester destiné aux vêtements, aux bouteilles en plastique et à d’autres matériaux.
Le PTA est un acide dicarboxylique aromatique de masse molaire 166,13 g/mol qui porte deux groupes carboxyle en positions opposées (para) sur le cycle benzénique, qui est très peu soluble dans l’eau et qui se sublime sans fondre lorsqu’il est chauffé. Les groupes acides situés aux deux extrémités du PTA réagissent par estérification et polycondensation avec des diols tels que l’éthylène glycol, ce qui permet la formation de longues chaînes polyester linéaires.
Le PTA contribue à environ 90 % de la production mondiale de polyester et est utilisé dans les bouteilles et emballages en PET, les fibres et films polyester, les plastiques techniques tels que le PBT, les résines alkydes et polyester pour revêtements ainsi que certains plastifiants à base de téréphtalate. Grâce à sa grande pureté, le PTA aide à réduire des problèmes tels que l’interruption de la croissance des chaînes lors de la polymérisation, le jaunissement du polymère et une masse molaire insuffisante.
La pureté, la teneur en impureté 4-carboxybenzaldéhyde (4-CBA), l’humidité, les cendres, la teneur en métaux lourds et les valeurs de couleur du PTA sont des paramètres critiques pour la qualité du polymère et doivent être vérifiées pour chaque lot à l’aide de la TDS et du COA. Bien que le PTA soit un solide stable dans les conditions normales, il peut former des mélanges explosifs avec l’air sous forme de poussière fine ; il doit donc être stocké dans des locaux frais, secs et bien ventilés, à l’écart des bases fortes et des matières combustibles, et manipulé sur la base de la SDS en vigueur.
QU'EST-CE QUE LE PTA (ACIDE TÉRÉPHTALIQUE PURIFIÉ) ?
L'acide téréphtalique purifié (PTA), également connu sous le nom d'acide benzène-1,4-dicarboxylique, est un composé organique de formule C₆H₄(CO₂H)₂.
Le PTA se présente sous la forme d'une poudre cristalline blanche à légère odeur acide. Il est obtenu à partir de l'acide téréphtalique brut, par oxydation du paraxylène suivie d'une purification.
Le PTA est la principale matière première du polyéthylène téréphtalate (PET) et des fibres polyester. C'est un intermédiaire chimique important dans la production du polyester, utilisé principalement pour la fabrication de vêtements, de bouteilles en plastique et d'autres matériaux. Contrairement à l'acide isophtalique, utilisé dans les polyesters spéciaux, le PTA est le principal constituant du PET et contribue à environ 90 % de la production mondiale de polyester.
Cela fait du PTA une matière première indispensable dans des secteurs allant de l'emballage et du textile à l'automobile et à la construction.
La haute pureté du PTA assure la régularité des réactions de polymérisation et le rend précieux pour la production de résines de haute qualité utilisées dans de nombreuses applications.
Le procédé de fabrication du PTA repose sur l'oxydation catalytique en phase liquide du paraxylène (PX) dans un solvant tel que l'acide acétique, en présence d'air.
Au cours de cette oxydation, le paraxylène est converti en acide téréphtalique brut (CTA) par l'oxygène de l'air comprimé. À l'étape suivante, les impuretés du CTA sont éliminées par hydrogénation catalytique et l'on obtient le PTA.
Le PTA est ensuite mis en réaction avec le monoéthylène glycol pour obtenir une résine polyester à l'état fondu. Cette résine polyester, de viscosité intrinsèque et de masse moléculaire variables, est produite pour différents usages finaux tels que la résine pour bouteilles, les feuilles thermoformées pour emballages alimentaires, les films polyester et les filaments continus ou fibres à usage textile et industriel.
Les fibres polyester sont principalement utilisées dans les tapis, l'habillement, l'ameublement et les applications industrielles, ainsi que dans d'autres produits de consommation.
Les produits en polyester se retrouvent également dans de nombreuses applications grand public telles que les bouteilles en PET, les emballages alimentaires, les vêtements, les tapis et l'ameublement.
DÉNOMINATIONS COMMERCIALES ET CHIMIQUES COURANTES :
Acide téréphtalique purifié (PTA)
Acide téréphtalique purifié
Acide téréphtalique pur
Pure Terephthalic Acid
Purified Terephthalic Acid
Acide téréphtalique
Terephthalic Acid (INCI)
PTA
TPA
BDC
Acide 1,4-benzènedicarboxylique
1,4-Benzenedicarboxylic Acid
Benzene-1,4-dicarboxylic Acid
Acide benzène-1,4-dicarboxylique
1,4-Dicarboxybenzène
Acide p-phtalique
Acide para-phtalique
Acide p-benzènedicarboxylique
C₆H₄(CO₂H)₂
C₈H₆O₄
Certains de ces noms correspondent à une désignation chimique, d'autres à une abréviation et d'autres encore à un nom commercial. Par exemple, Benzene-1,4-dicarboxylic Acid et acide 1,4-benzènedicarboxylique sont des noms chimiques, tandis que C₆H₄(CO₂H)₂ et C₈H₆O₄ sont des formules chimiques. PTA et TPA sont des abréviations.
Acide téréphtalique purifié et acide téréphtalique pur sont des noms commerciaux. Acide p-phtalique et acide para-phtalique sont des synonymes. Terephthalic Acid est également le nom INCI.
Il est important d'évaluer le numéro CAS utilisé pour le PTA en même temps que la description réelle du produit.
Pour l'acide téréphtalique, les sources indiquent le CAS No 100-21-0 et le CE No 202-830-0. L'acide isophtalique (CAS No 121-91-5) et le téréphtalate de diméthyle (CAS No 120-61-6) sont des substances distinctes possédant des numéros CAS différents. Il convient donc de vérifier, à l'achat et sur la base des documents, que le produit est bien de l'acide téréphtalique purifié et non une autre substance.
NUMÉRO CAS, NUMÉRO CE / EINECS ET IDENTIFICATION CHIMIQUE
Nom du produit : Pure Terephthalic Acid (PTA) / acide téréphtalique purifié
Abréviation courante : PTA
Nom chimique : acide benzène-1,4-dicarboxylique
Nom INCI : Terephthalic Acid
N° CAS : 100-21-0
N° CE / EINECS : 202-830-0
Formule moléculaire : C₆H₄(CO₂H)₂ (formule de Hill : C₈H₆O₄)
Masse moléculaire : 166,13 g/mol
Classe chimique : composé organique / acide dicarboxylique aromatique
Fonctions principales : matière première principale de la production de PET et de fibres polyester, source de téréphtalate dans la production de PBT, intermédiaire chimique dans la production de polyesters et de résines
L'acide téréphtalique purifié est un acide dicarboxylique de formule moléculaire C₈H₆O₄, comportant deux groupes carboxyle fixés sur un noyau benzénique. Les deux groupes acides sont en position para l'un par rapport à l'autre sur le cycle benzénique ; les autres isomères de structure possibles sont l'acide phtalique (ortho) et l'acide isophtalique (méta). La haute pureté du PTA assure la régularité des réactions de polymérisation.
Pour l'acide téréphtalique, le CAS No 100-21-0 et le CE No 202-830-0 sont répertoriés dans diverses sources officielles et techniques. Cet enregistrement constitue l'identification chimique générale de l'acide téréphtalique.
STRUCTURE CHIMIQUE ET PROPRIÉTÉS MOLÉCULAIRES DU PTA
L'acide téréphtalique purifié est un acide dicarboxylique organique de formule moléculaire C₈H₆O₄, comportant deux groupes carboxyle (–COOH) fixés sur un cycle benzénique.
Les deux groupes acides sont en position para l'un par rapport à l'autre sur le cycle benzénique ; les autres isomères de structure possibles sont l'acide phtalique (ortho) et l'acide isophtalique (méta). Cette structure confère au PTA sa stabilité chimique.
Les caractéristiques structurelles de la molécule et de ses solutions peuvent se résumer ainsi : comportant deux groupes carboxyle, le PTA présente une ionisation en deux étapes, avec un pKa₁ d'environ 3,5 et un pKa₂ d'environ 4,3 – 4,8 à 25 °C ; en raison du caractère apolaire conféré par le cycle benzénique et de l'énergie de son réseau cristallin, il est pratiquement insoluble dans l'eau à température ambiante, sa solubilité étant d'environ 15 mg/L à 20 °C ; il se dissout bien dans les solvants aprotiques fortement polaires tels que le DMSO et le DMF ; en solution aqueuse alcaline, il se dissout en se transformant en sels de téréphtalate.
La solubilité du PTA varie nettement selon la température, le solvant et le pH du milieu.
Sa solubilité dans l'eau augmente nettement dans des conditions hydrothermales (au-delà d'environ 200 – 300 °C).
Dans les solvants organiques, à 25 °C, elle atteint environ 20 g/100 g dans le DMSO et environ 6,7 g/100 g dans le DMF ; dans des solvants tels que la NMP, elle augmente à haute température.
Sa solubilité dans l'acide acétique est très faible à température ambiante (environ 0,035 g/100 g à 25 °C) ; néanmoins, dans la production industrielle du PTA, l'acide acétique est utilisé comme solvant principal et milieu réactionnel, à 150 – 200 °C et sous pression.
Dans les alcools tels que le méthanol et l'éthanol, la solubilité reste limitée, même si elle augmente partiellement à chaud ; le PTA est considéré comme insoluble dans l'acétone, le chloroforme et l'éther diéthylique.
Dans les solutions aqueuses de bases fortes telles que l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium, le PTA se dissout rapidement en formant des sels très solubles dans l'eau, comme le téréphtalate disodique ; lorsque le milieu est réacidifié, il précipite de nouveau sous forme de solide blanc.
La performance technique du PTA ne se déduit pas uniquement de sa structure chimique. La pureté, l'humidité, le profil d'impuretés, la teneur en cendres, la teneur en métaux lourds et les valeurs de couleur sont des paramètres importants qui déterminent le comportement du produit.
Ces paramètres peuvent influencer le déroulement de la réaction de polymérisation, la qualité du polymère obtenu et la couleur du produit fini. C'est pourquoi deux PTA vendus sous le même nom peuvent présenter un comportement différent en procédé.
Les valeurs actuelles doivent être vérifiées dans les documents TDS et COA du fournisseur.
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES DU PTA
Le PTA est généralement un solide se présentant sous forme de poudre blanche, fluide.
Caractéristiques techniques générales :
Aspect physique : poudre blanche, fluide
Caractère chimique : composé organique, acide dicarboxylique aromatique
Formule moléculaire : C₆H₄(CO₂H)₂ (formule de Hill : C₈H₆O₄)
Masse moléculaire : environ 166,13 g/mol
N° CAS : 100-21-0
N° CE / EINECS : 202-830-0
Pureté : produit de haute pureté ; la valeur actuelle doit être vérifiée dans la TDS et le COA
Indice d'acide : environ 673 – 677 mg KOH/g
Masse volumique : environ 1,5 g/cm³
Densité de vapeur : environ 5,74 (air = 1)
Masse volumique apparente : la valeur actuelle doit être vérifiée dans la TDS
Solubilité dans l'eau : très faible ; environ 15 mg/L à 10 °C
Sublimation : se sublime au-delà de 300 °C ; le point de sublimation rapporté est d'environ 402 °C
Point de fusion : environ 425 °C (uniquement en tube scellé)
Point d'éclair : environ 260 °C
Température d'auto-inflammation : environ 496 °C
Impuretés : les impuretés telles que le 4-carboxybenzaldéhyde (4-CBA) et l'acide p-toluique sont généralement limitées à de faibles teneurs en ppm
Humidité : généralement spécifiée par une limite maximale
Teneur en cendres : généralement spécifiée par une limite maximale
Fer et métaux totaux : limités à de faibles teneurs en ppm
Valeurs de couleur (APHA) : généralement spécifiées par une limite maximale
Réactivité : chimiquement stable ; à tenir à l'écart des agents oxydants forts ; sous forme de poudre, peut former avec l'air un mélange explosif dans certaines conditions (température, pression, granulométrie, humidité, concentration en matières combustibles, etc.) ; une combustion incomplète peut générer du monoxyde de carbone et d'autres produits nocifs
Le PTA est très peu soluble dans l'eau et, chauffé à l'air libre, il se sublime sans fondre. Sa fusion n'est observée qu'en tube scellé, ce qui empêche la sublimation, à environ 425 °C.
Le profil d'impuretés, la teneur en cendres, en fer et en autres métaux ainsi que les valeurs de couleur font partie des paramètres qui déterminent la qualité du PTA. Une teneur élevée en métaux peut provoquer un jaunissement du produit.
Ces valeurs sont données à titre de présentation technique générale et ne doivent pas être utilisées comme spécification contractuelle du produit à acheter. Les paramètres tels que la pureté, l'humidité, les cendres, le fer et les métaux, les impuretés, la couleur et la granulométrie doivent notamment être vérifiés dans les documents TDS et COA actuels du fournisseur.
COMMENT LE PTA AGIT-IL AU NIVEAU MOLÉCULAIRE ?
L'effet principal du PTA dans les systèmes polymères repose sur la réaction d'estérification (condensation) de ses deux groupes carboxyle (–COOH) avec des diols, sur la libération d'eau au cours de cette réaction et sur la formation de chaînes polyester linéaires constituées de liaisons ester répétées.
Dans la production de PET, le PTA subit une estérification directe avec le monoéthylène glycol (MEG). Au cours de cette étape, qui se déroule généralement entre 240 et 260 °C, le PTA et le MEG sont convertis en téréphtalate de bis(2-hydroxyéthyle) (BHET) et en oligomères de faible masse moléculaire ; l'eau libérée est éliminée en continu du système (PTA + 2 MEG → BHET + 2 H₂O).
Lors de l'étape suivante de polycondensation à l'état fondu, généralement entre 270 et 285 °C et sous vide poussé, l'excès de MEG et les petites molécules sont éliminés ; l'équilibre se déplace ainsi vers un PET de masse moléculaire élevée et la chaîne s'allonge. Des catalyseurs à base d'antimoine (par exemple le trioxyde d'antimoine) peuvent être utilisés au cours de ces étapes.
Pour le PET de qualité bouteille, la viscosité peut encore être augmentée par une polymérisation à l'état solide après la polymérisation à l'état fondu. Ce mécanisme explique l'utilisation du PTA comme matière première principale dans la production de PET et de fibres polyester. Dans la production de PBT, le PTA est estérifié avec le 1,4-butanediol au lieu du MEG, ce qui conduit au polybutylène téréphtalate (PBT), un plastique technique haute performance.
La structure bifonctionnelle du PTA est à la base de ces réactions. La molécule portant un groupe acide à chacune de ses extrémités, le PTA se comporte comme un pont à deux bras : il se lie à un diol par une extrémité et à un autre diol par l'autre, formant ainsi une chaîne continue. Avec un monomère ne comportant qu'un seul groupe carboxyle, la réaction s'arrêterait après la première liaison et la chaîne ne pourrait pas croître.
Les fonctions du PTA au niveau moléculaire peuvent varier selon l'application :
Agir comme monomère principal du PET et des fibres polyester
Former du BHET et des oligomères par estérification avec le MEG
Servir de source de téréphtalate dans la production de PBT
Permettre, grâce à sa structure bifonctionnelle, la formation de chaînes polymères linéaires
Permettre la production de polyesters thermoplastiques remodelables
Constituer l'élément de base des polyesters utilisés comme films, feuilles et matériaux d'emballage
Servir d'élément de base dans la production de résines polyester et de polymères
L'aptitude du PTA à polymériser repose sur la capacité de ses deux groupes carboxyle à former des liaisons ester répétées avec le composant diol. Associée à un diol, la structure bifonctionnelle permet à la chaîne de croître par ses deux extrémités ; contrairement aux monomères trifonctionnels ou de fonctionnalité supérieure, elle ne conduit ni à des ramifications ni à un réseau réticulé. Le polymère obtenu est donc un thermoplastique qui peut être fondu et remis en forme.
La vitesse de polymérisation et la masse moléculaire du polymère obtenu dépendent directement de la température, du niveau de vide, du type de catalyseur, du rapport diol/PTA et des impuretés présentes. Par exemple, à haute température, l'autocondensation du MEG peut former une petite quantité de diéthylène glycol (DEG), ce qui peut influencer la viscosité à l'état fondu et la transparence optique.
Les impuretés du PTA telles que le 4-carboxybenzaldéhyde (4-CBA) peuvent également nuire à la polymérisation et à la qualité du polymère. Le PTA ne doit donc pas être évalué isolément, mais en tenant compte du diol, du catalyseur et des paramètres de procédé avec lesquels il est utilisé.
Il ne faut toutefois pas supposer que le PTA offrira les mêmes performances dans tous les systèmes.
La qualité du PTA utilisé, la nature et la proportion du diol, le catalyseur, la température, le vide et la conception du réacteur doivent être évalués par des essais en laboratoire et en production.
DANS QUELS SECTEURS LE PTA EST-IL UTILISÉ ?
Grâce à sa structure d'acide dicarboxylique aromatique bifonctionnel, à son aptitude à former des chaînes polymères linéaires et à sa grande stabilité thermique et chimique, l'acide téréphtalique purifié (PTA) est une matière première polyvalente utilisée dans divers domaines industriels, en particulier les secteurs du polyester, de l'emballage, du textile et des peintures et revêtements. Son usage peut varier selon la qualité, la pureté et le système réactionnel.
Principaux domaines d'utilisation :
Production de résines PET pour bouteilles et emballages
Fibres polyester à usage textile et industriel
Production de filaments et de fils, tissus, vêtements, tapis, textiles de maison et fibres de rembourrage
Production d'emballages alimentaires, de feuilles thermoformées et de films d'emballage
Production de films polyester résistants à la chaleur et de feuilles techniques
Production de polybutylène téréphtalate (PBT), plastique technique
Production de plastiques pour composants automobiles et pièces électriques et électroniques
Production de résines alkydes et modification de résines
Primaires industriels et peintures industrielles séchant au four
Revêtements en continu (coil coating) et peintures extérieures résistantes aux hautes températures
Résines polyester insaturées et matériaux composites
Applications spéciales de films polyester (films audio, vidéo, radiographiques et photographiques)
Formulations cosmétiques et de soins personnels (INCI : Terephthalic Acid)
Composant diacide et intermédiaire en synthèse chimique
L'usage le plus répandu du PTA est celui de matière première principale (monomère) du polyéthylène téréphtalate (PET) et des résines polyester utilisés dans la fabrication de bouteilles de boissons et d'eau, d'emballages alimentaires, de films polyester et de fibres textiles. Ces produits sont particulièrement utilisés dans les secteurs de l'emballage, du textile, des plastiques, de l'automobile, de l'électricité-électronique, de la construction et des peintures et revêtements.
Les performances attendues du PTA diffèrent d'un secteur à l'autre.
Par exemple, le fabricant de textiles et de fibres privilégie une faible coloration (APHA et indice de jaune b*), un indice de blancheur élevé et une très faible teneur en 4-CBA (4-carboxybenzaldéhyde) afin d'éviter le jaunissement du tissu et d'assurer une teinture homogène ; le fabricant de bouteilles et d'emballages en PET s'intéresse à une pureté élevée, à de faibles teneurs en métaux et en cendres et à la régularité de la viscosité intrinsèque ; le fabricant de résines alkydes et de peintures se concentre sur l'indice d'acide, la maîtrise de la réaction d'estérification et l'absence de voile (haze) dans le film de peinture.
UTILISATION DU PTA DANS LA PRODUCTION DE POLYESTER ET DE PET
Dans les formulations de polyester et de polyéthylène téréphtalate (PET), le PTA est utilisé comme monomère diacide bifonctionnel, généralement associé au monoéthylène glycol (MEG / EG) dans un rapport molaire d'environ 1,5 à 2,0 (MEG/PTA). Ce procédé de production, fondé sur la voie acide téréphtalique purifié (PTA) – monoéthylène glycol (MEG / EG), comprend deux grandes étapes chimiques appelées dans l'industrie estérification directe et polycondensation à l'état fondu.
Les fonctions possibles du PTA dans la production de polyester et de PET sont les suivantes :
Se comporter comme un pont à deux bras grâce à ses deux groupes acide carboxylique (–COOH) et permettre la formation de chaînes polymères longues, continues et linéaires
Réagir directement avec l'éthylène glycol pour former des liaisons ester et des oligomères de téréphtalate de bis(2-hydroxyéthyle) (BHET)
Permettre au plastique obtenu d'être fondu, remis en forme et recyclé (thermoplastique), en évitant toute ramification ou tout réseau réticulé tridimensionnel
Servir de source de téréphtalate dans la production de polybutylène téréphtalate (PBT), plastique technique haute performance, par estérification avec le 1,4-butanediol (BDO)
Dans la production de résines alkydes, réagir avec les polyols et les acides gras en tant que composant acide formateur de chaîne et apporter au revêtement dureté, stabilité thermique et résistance à l'eau
Grâce à sa haute pureté (99,9 % et plus), assurer la régularité des réactions de polymérisation et l'obtention de résines de haute qualité
Grâce à une faible coloration (APHA et indice de jaune b*) et à un indice de blancheur élevé, favoriser la brillance, l'absence de jaunissement et une teinture nette des fibres textiles
Les programmes de polymérisation à base de PTA peuvent être évalués notamment pour la production de bouteilles de boissons en PET, d'emballages alimentaires, de feuilles thermoformées, de films polyester résistants à la chaleur, de fibres polyester textiles et industrielles (fils, tapis, tissus, fibres de rembourrage), de plastiques techniques PBT et de revêtements industriels à base d'alkydes.
Dans la production de polyéthylène téréphtalate, la poudre de PTA et l'éthylène glycol (EG) sont mélangés sous forme de pâte pompable (slurry) avant d'entrer dans le système réactionnel.
Lors de l'estérification directe, le PTA réagit avec l'éthylène glycol pendant 2 à 4 heures, sous pression modérée et à des températures de 240 °C à 260 °C, en libérant de l'eau comme sous-produit ; cette eau est éliminée en continu par distillation. Des catalyseurs à base d'antimoine tels que le trioxyde d'antimoine (Sb₂O₃) sont ajoutés pour conduire la réaction ; les oligomères de BHET sont ensuite transférés vers le réacteur de prépolycondensation sous vide, afin d'éliminer l'excès d'éthylène glycol et l'eau, puis vers le réacteur de finition sous vide poussé (polycondensation à l'état fondu), à des températures de 270 °C à 285 °C (voire jusqu'à 300 °C).
Toute variation des conditions de réaction, de la température, de l'humidité et de la teneur en impuretés influence directement la longueur des chaînes du polymère, la viscosité à l'état fondu et les propriétés optiques.
À haute température, l'autocondensation de l'éthylène glycol peut former du diéthylène glycol (DEG), sous-produit qui affecte la viscosité à l'état fondu et la transparence optique ; de son côté, l'impureté 4-carboxybenzaldéhyde (4-CBA) présente dans le PTA agit comme agent de terminaison de chaîne, dégrade la qualité du polymère et provoque un jaunissement. Le rapport molaire EG/PTA, le vide et les températures doivent donc être soigneusement optimisés.
Pour la production de PET de qualité bouteille (bottle grade), les granulés (chips) polymérisés à l'état fondu sont chauffés sous courant de gaz inerte, à des températures inférieures à leur point de fusion (environ 200 °C – 230 °C), pendant 12 à 20 heures, dans le cadre d'une polymérisation à l'état solide (SSP) ; cela permet de réduire la teneur en acétaldéhyde tout en portant la viscosité intrinsèque (IV) à un niveau adapté aux bouteilles de boissons (≥ 0,85 dL/g).
En laboratoire et en recherche, la réalisation de l'estérification par synthèse assistée par micro-ondes (MAS), à partir d'éthylène glycol, d'acide téréphtalique et de trioxyde d'antimoine comme catalyseur, est également étudiée afin d'obtenir des temps de réaction plus courts qu'avec les méthodes de chauffage conventionnelles.
Le seul nom « Pure Terephthalic Acid » ou « PTA » ne permet pas de conclure qu'un acide téréphtalique purifié donnera le même résultat dans tous les réacteurs de polymérisation. Les essais et le suivi de production doivent être réalisés en fonction de la composition en diols, du système catalytique, de la conception du réacteur et des conditions de procédé.
APPLICATIONS DU PTA DANS LES RÉSINES, LES FILMS, LES PLASTIQUES TECHNIQUES ET LES REVÊTEMENTS
Dans une qualité appropriée, le PTA peut être évalué comme composant fonctionnel dans les films d'emballage, les feuilles thermoformées, les plastiques techniques en polybutylène téréphtalate (PBT), les résines alkydes et composites, les peintures industrielles séchant au four et les revêtements en continu (coil coating). Dans ces systèmes, il joue le rôle de monomère diacide et de matière première principale formatrice de chaînes linéaires.
Dans ces applications, les fonctions pour lesquelles le PTA peut être évalué comprennent notamment :
Former des résines polyester pour les emballages alimentaires, les emballages thermoformés et les feuilles d'emballage
Permettre la production de films polyester résistants à la chaleur ainsi que de films audio, vidéo, radiographiques et photographiques
Contribuer à la production de fibres polyester textiles et industrielles à haute ténacité, brillantes et durables
Former, par estérification avec le 1,4-butanediol (BDO), le plastique technique PBT destiné aux pièces automobiles et électriques-électroniques
Entrer comme composant acide dans la production de polyesters thermoplastiques et de résines composites
Dans la production de résines alkydes, servir de composant acide formateur de chaîne en réagissant avec les polyols et les acides gras
Grâce à son cycle benzénique para-substitué, conférer aux peintures et revêtements une dureté, une résistance mécanique et une résistance chimique accrues
Améliorer la stabilité thermique des revêtements alkydes à haute température ainsi que leur résistance à l'eau et à l'humidité (hydrolyse)
Apporter une résistance aux intempéries dans les primaires industriels, les peintures industrielles séchant au four et les revêtements en continu (coil coating)
Lors de l'achat de PTA pour les résines, films, plastiques techniques et revêtements, les points suivants doivent être vérifiés :
Pureté (titre) et indice d'acide
Teneur en humidité
Impuretés 4-CBA (4-carboxybenzaldéhyde) et acide p-toluique
Teneur en fer et en métaux lourds, et taux de cendres
Valeurs de couleur (APHA, indice de blancheur et indice de jaune b*)
Granulométrie et propriétés d'écoulement
Spécification technique actuelle (TDS) et certificat d'analyse (COA)
Fiche de données de sécurité (SDS) et traçabilité des lots
Documents de conformité et certificats, si nécessaire
Dans la production de résines alkydes, le PTA est utilisé comme diacide alternatif à l'anhydride phtalique conventionnel.
Comme il se sublime au-delà de 300 °C et se dissout difficilement dans les solvants organiques, il nécessite toutefois des températures et des durées de réaction plus élevées.
Les résidus de PTA n'ayant pas complètement réagi peuvent provoquer une rugosité ou un voile (haze) dans le film de peinture.
C'est pourquoi une préréaction (estérification) avec des glycols est généralement privilégiée en production.
Dans les plastiques techniques, le PTA est transformé en granulés de PBT par réaction avec le 1,4-butanediol.
Les résines ainsi obtenues sont utilisées notamment dans les composants automobiles et les pièces électriques-électroniques.
Un PTA adapté à la production générale de résines ou de revêtements ne peut pas être considéré d'office comme adapté à une application sensible telle que les fibres textiles ou les emballages alimentaires.
Les exigences de qualité et la documentation du fabricant doivent être vérifiées pour chaque application.
LE PTA EST-IL UTILISÉ DANS LES APPLICATIONS COSMÉTIQUES, ALIMENTAIRES ET PHARMACEUTIQUES ?
L'acide téréphtalique figure dans CosIng, la base de données des ingrédients cosmétiques de la Commission européenne, sous le nom TEREPHTHALIC ACID, mais aucune fonction cosmétique spécifique ne lui est directement attribuée.
Dans le système international INCI, il est considéré comme un monomère et un élément de construction de polymères plutôt que comme un ingrédient actif ajouté directement aux formules cosmétiques finies.
Sous forme de polymère, ou lorsque ses dérivés et copolymères sont utilisés, il peut entrer dans la composition d'agents filmogènes qui forment sur la peau ou les ongles une couche lisse, durable, brillante et résistante à l'eau et au transfert, dans les produits coiffants, le maquillage, les mascaras et les vernis à ongles.
Dans le secteur cosmétique, il joue également un rôle de matière première principale dans la production d'emballages cosmétiques en PET (flacons de shampooing, de lotion, de parfum et de crème) exigeant transparence, légèreté, étanchéité et résistance chimique, ainsi que de lingettes, de cotons démaquillants et de fibres synthétiques pour pinceaux de maquillage (fibres polyester).
L'acide téréphtalique peut provoquer une irritation ou une abrasion mécanique de la peau et des yeux, une irritation des voies respiratoires supérieures en cas de forte concentration de poussière, ainsi que des réactions cutanées allergiques.
Si le PTA doit être utilisé dans la production de polymères, d'emballages ou de fibres destinés au secteur cosmétique, il convient donc de prendre en compte le contrôle des poussières, l'évaluation de la sécurité, les limites de monomère résiduel et la réglementation cosmétique en vigueur. Le PTA produit à des fins industrielles générales, pour les résines ou à des fins techniques ne doit toutefois pas être utilisé directement comme matière première dans les produits cosmétiques, de soins personnels, alimentaires ou pharmaceutiques.
Les qualités industrielles peuvent ne pas être conçues pour respecter les limites en métaux lourds, le profil d'impuretés et la certification exigés dans ces domaines. Dans le domaine alimentaire, l'acide téréphtalique purifié n'étant pas un additif alimentaire, il ne possède pas de code E et n'est pas utilisé directement comme ingrédient alimentaire.
Dans les applications pharmaceutiques, le PTA n'est pas considéré comme une substance active, mais plutôt comme un réactif de laboratoire, un intermédiaire de synthèse et une matière première pour les polymères d'emballages pharmaceutiques.
Pour les applications de contact indirect avec les denrées alimentaires, telles que les emballages alimentaires, les bouteilles de boissons en PET, les barquettes thermoformées ou les plastiques au contact des aliments, l'acide téréphtalique (CAS No 100-21-0) figure à l'annexe I du règlement (UE) n° 10/2011 relatif aux matériaux et objets en matière plastique destinés à entrer en contact avec des denrées alimentaires, ainsi que dans le règlement (UE) 2022/1616 relatif aux matériaux en plastique recyclé, en tant que monomère / substance de départ autorisé sous le n° FCM 785 et le n° de référence 24910.
Dans ce cadre, une limite de migration spécifique (LMS(T)) de 7,5 mg/kg, exprimée en acide téréphtalique, est fixée au titre de la restriction de groupe G28 ; la conformité du matériau d'emballage final à la réglementation applicable aux matériaux au contact des denrées alimentaires doit être évaluée séparément.
APPLICATIONS INDUSTRIELLES DU PTA
Grâce à sa structure d'acide dicarboxylique aromatique bifonctionnel, à sa capacité à former des chaînes polymères linéaires, à sa haute pureté et à sa stabilité thermique, le PTA est une matière première fonctionnelle importante utilisée dans de nombreux systèmes industriels.
Pouvant être stocké de manière stable sous forme de poudre et s'adaptant aux lignes de polymérisation de grande capacité, il joue le rôle de monomère de base dans la production industrielle.
Dans les applications industrielles du PTA, les fonctions suivantes peuvent être mises en avant :
Production de PET par estérification directe et polycondensation à l'état fondu
Formation de chaînes polyester linéaires et thermoplastiques
Synthèse de fibres et de filaments polyester textiles et industriels
Résine PET pour bouteilles et polymérisation à l'état solide (SSP)
Production d'emballages alimentaires, de feuilles thermoformées et de films BOPET
Synthèse du plastique technique PBT avec le 1,4-butanediol
Production de résines alkydes et modification de résines
Peintures industrielles séchant au four et systèmes de revêtement en continu (coil coating)
Production de résines polyester insaturées et de résines composites
Synthèse chimique et obtention de sels de téréphtalate
Dans les secteurs de l'emballage et du textile, le PTA est l'un des produits chimiques de base des systèmes polyester qui permettent de produire des bouteilles de boissons, des barquettes alimentaires, des films d'emballage, des tissus d'habillement, des tapis et des fils industriels.
Il fait donc partie des matières premières critiques pour les sites produisant de la résine PET et des fibres polyester. Dans les secteurs des peintures, des revêtements et des plastiques techniques, le PTA peut être privilégié parce qu'il confère aux revêtements dureté, résistance thermique et résistance à l'hydrolyse, et parce qu'il constitue la source des résines PBT utilisées dans les pièces automobiles et électriques-électroniques.
Par ailleurs, la recyclabilité des plastiques PET produits à partir de PTA et la possibilité de récupérer de l'acide téréphtalique non contaminé présentent des avantages en matière de durabilité industrielle et de gestion des déchets.
Les points suivants doivent être évalués lors de l'utilisation du PTA dans les systèmes industriels :
Qualité du produit, pureté (titre) et indice d'acide
Impuretés 4-carboxybenzaldéhyde (4-CBA) et acide p-toluique
Teneur en métaux lourds (fer, cobalt, manganèse, etc.) et en cendres
Valeurs de couleur (APHA, indice de blancheur CIE et indice de jaune b*)
Teneur en humidité et distribution granulométrique
Rapport et homogénéité de la pâte (slurry) préparée avec l'éthylène glycol (MEG)
Températures de réaction et conditions de vide de l'estérification et de la polycondensation
Choix du catalyseur et maîtrise des sous-produits tels que le diéthylène glycol (DEG)
Gestion de la température de sublimation élevée et de la solubilité dans les systèmes alkydes
Compatibilité des matériaux et des réacteurs
Contrôle des poussières, ventilation et mesures de mise à la terre contre l'électricité statique
Conformité à la réglementation locale relative à la gestion et à l'élimination des déchets
QUELS PROBLÈMES LE PTA PEUT-IL AIDER À RÉSOUDRE ?
Le PTA peut aider à résoudre divers problèmes liés au jaunissement, à une longueur de chaîne insuffisante, à une résistance mécanique insuffisante, à la dégradation thermique et à l'hydrolyse dans les systèmes polyester, textiles, d'emballage, de plastiques techniques et de peintures et revêtements.
Son effet dépend toutefois de la qualité et de la pureté du produit utilisé, des proportions réactionnelles et des conditions du système.
Jaunissement, matité et défauts de teinture des fibres textiles et polyester
Les matières premières présentant une teneur élevée en impuretés et une coloration élevée peuvent provoquer dans la fibre polyester une matité, un grisaillement et une teinte jaunâtre indésirables, rendant difficile la teinture dans des coloris clairs et pastel.
L'utilisation d'un PTA de qualité textile à faible coloration (APHA ≤ 10 et b* ≤ 1,2), à indice de blancheur élevé (WI ≥ 85) et à faible teneur en 4-CBA peut aider à obtenir des fibres brillantes, blanches et à teinture homogène, sans recourir à un azurant optique supplémentaire.
Le seul contrôle de la couleur de la matière première ne résout toutefois pas le problème dans tous les cas. La température de polycondensation, le type de catalyseur et le temps de séjour thermique dans le réacteur doivent être évalués ensemble.
Terminaison de chaîne et faible masse moléculaire dans la polymérisation du PET
Des monomères de pureté insuffisante et une teneur élevée en 4-carboxybenzaldéhyde (4-CBA) peuvent agir comme agents de terminaison de chaîne pendant la réaction, freiner la croissance des chaînes polymères et dégrader la qualité de la résine.
L'utilisation d'un PTA de très haute pureté (99,9 % et plus), à teneur limitée en 4-CBA (< 25 ppm) et en métaux lourds, contribue à la croissance continue des chaînes linéaires et à l'obtention de la masse moléculaire visée.
Viscosité intrinsèque insuffisante et formation d'acétaldéhyde dans les résines pour bouteilles et emballages
Les granulés de PET obtenus après une polycondensation standard à l'état fondu peuvent ne pas atteindre à eux seuls la résistance mécanique et le faible niveau d'acétaldéhyde requis pour les bouteilles de boissons.
La polymérisation à l'état solide (SSP) des granulés de PET produits avec un PTA de pureté appropriée peut aider à augmenter la viscosité intrinsèque (IV ≥ 0,85 dL/g) et à réduire la teneur en acétaldéhyde.
Dureté, résistance thermique et sensibilité à l'humidité insuffisantes des résines alkydes et des peintures industrielles
Les revêtements alkydes classiques à base d'anhydride phtalique peuvent ne pas offrir une dureté mécanique ou une résistance à l'eau et à l'humidité suffisantes à haute température et dans des conditions extérieures sévères.
L'utilisation du PTA comme composant acide formateur de chaîne dans la formulation peut améliorer la dureté, la résistance chimique, la stabilité thermique et la résistance à l'hydrolyse du revêtement, grâce à la structure compacte et linéaire apportée par le cycle benzénique para-substitué.
En raison de la température de sublimation élevée (> 300 °C) et de la faible solubilité du PTA, les résidus n'ayant pas complètement réagi peuvent toutefois provoquer un voile (haze) dans le film de peinture.
La température et la durée de réaction ainsi que l'étape de pré-estérification avec des glycols doivent donc être soigneusement contrôlées.
Hydrolyse due à l'humidité et déséquilibre des réactions d'estérification
Une teneur élevée en humidité de la matière première peut perturber l'équilibre de la réaction d'estérification lors de la production de polyester et entraîner des réactions d'hydrolyse indésirables.
L'utilisation d'un PTA à faible teneur en humidité (< 0,2 %) et l'élimination continue de l'eau formée pendant la réaction contribuent à préserver le rendement d'estérification.
Il ne faut pas supposer que tous les PTA présenteront le même comportement en procédé et les mêmes performances ; les taux d'utilisation et les conditions de procédé doivent être confirmés par des essais en laboratoire et sur le terrain.
POINTS À SURVEILLER LORS DE L'UTILISATION DU PTA
L'une des erreurs les plus fréquentes dans l'utilisation du PTA consiste à substituer directement l'acide téréphtalique, à poids égal et dans les mêmes conditions de température, à d'autres monomères tels que le téréphtalate de diméthyle (DMT), l'acide isophtalique ou l'anhydride phtalique.
Or, ces composés ayant des masses moléculaires, des indices d'acide, des solubilités et des comportements de fusion/sublimation différents, le dosage doit être calculé sur une base molaire ou en équivalents d'acide, et la température du réacteur adaptée en conséquence.
Les points suivants doivent être pris en compte lors de l'utilisation du PTA :
Choisir une qualité de PTA adaptée à l'usage prévu (fibre textile, résine pour bouteilles, film ou résine alkyde).
Établir la stœchiométrie de la réaction sur la base du rapport molaire et de l'indice d'acide (mg KOH/g).
Vérifier la pureté, l'humidité, les cendres et les impuretés métalliques.
Surveiller les limites en 4-CBA et en acide p-toluique, qui influencent la croissance des chaînes et la couleur du polymère.
Dans les applications textiles et d'emballage transparent, vérifier la couleur APHA, l'indice de blancheur et l'indice de jaune b*.
Assurer un mélange homogène et une viscosité appropriée lors de la préparation de la pâte (slurry) avec l'éthylène glycol.
Éliminer efficacement l'eau et l'excès de glycol formés lors des étapes d'estérification et de polycondensation.
Dans la production de résines alkydes, réaliser si nécessaire une pré-estérification avec des glycols, compte tenu de la température de sublimation élevée (> 300 °C) et de la faible solubilité.
S'assurer qu'il ne reste pas de PTA n'ayant pas réagi, afin d'éviter la formation d'un voile (haze) dans le film de peinture.
Ne pas mettre le produit en contact avec des agents oxydants forts et le tenir à l'écart des substances incompatibles.
Éviter la formation de nuages de poussière et mettre à la terre les équipements de transfert de poudre sèche afin de dissiper les charges électrostatiques.
Déterminer le dosage, la proportion de catalyseur et les conditions de procédé par des essais en laboratoire et sur le terrain.
Gérer les déchets et les procédés de récupération conformément à la réglementation environnementale locale.
Examiner les documents TDS et SDS du fabricant.
Vérifier les résultats d'analyse de chaque lot sur le COA.
Le PTA est un solide organique qui peut former avec l'air, dans certaines conditions, des mélanges de poussières explosifs ; ses poussières peuvent provoquer une légère irritation ou une abrasion mécanique des yeux, de la peau et des voies respiratoires supérieures.
Afin d'éviter la formation de poussière lors de la pesée, du transfert et de l'alimentation, il convient d'utiliser un masque anti-poussière approprié (protection respiratoire à filtre P1/P2/P3), des gants en nitrile, des lunettes de protection, des vêtements de travail adaptés et une ventilation suffisante ; les procédures de travail sûres doivent être définies conformément à la SDS actuelle.
L'exposition aux matières premières auxiliaires utilisées dans les procédés, telles que le monoéthylène glycol, le 1,4-butanediol, les catalyseurs comme le trioxyde d'antimoine et les solvants organiques, doit également être évaluée séparément.
Les mesures techniques nécessaires doivent en outre être prises contre le monoxyde de carbone et les autres vapeurs et gaz irritants susceptibles de se former lors des réactions à haute température ou d'une combustion incomplète.
APPROCHES DE FORMULATION DE DÉPART POUR LE PTA
Les exemples ci-dessous sont des approches de départ destinées à montrer comment le PTA peut être évalué lors du développement de formulations et de procédés.
Il ne s'agit pas de recettes commerciales validées, d'instructions de production industrielle ni de formules finales conformes à la réglementation. Les proportions indiquées sont des niveaux de départ indicatifs pour des essais préliminaires en laboratoire et des travaux de R&D.
La pureté du PTA utilisé, sa teneur en impureté 4-CBA, sa teneur en humidité et les autres matières premières auxiliaires peuvent modifier sensiblement les performances du polymère final.
Pour chaque application, des essais en laboratoire, des tests de performance ainsi que des contrôles de sécurité au travail et de conformité réglementaire doivent impérativement être réalisés.
EXEMPLE 1 : APPROCHE DE DÉPART DE PRÉPOLYMÉRISATION DU PET PAR ESTÉRIFICATION DIRECTE
Objectif : étudier, à l'échelle du laboratoire, l'estérification directe et l'obtention d'oligomères de BHET à partir de PTA et de monoéthylène glycol (MEG).
Composants de départ :
PTA : base de calcul de 1 mol
Monoéthylène glycol (MEG) : rapport molaire d'environ 1,5 à 2,0 par rapport au PTA
Catalyseur trioxyde d'antimoine (Sb₂O₃) : de l'ordre du ppm par rapport au mélange réactionnel (par ex. 100 – 300 ppm)
Mode opératoire :
La poudre de PTA et le monoéthylène glycol (MEG) sont mélangés dans un mélangeur approprié pour former une pâte homogène (slurry), puis chargés dans le réacteur.
Le réacteur est inerté à l'azote pour éliminer l'oxygène, puis le mélange est chauffé à 240 °C – 260 °C sous pression modérée.
L'eau libérée pendant l'estérification est éliminée en continu par distillation et la réaction est poursuivie pendant 2 à 4 heures.
Les oligomères de BHET obtenus sont transférés vers les réacteurs de prépolycondensation et de polycondensation à l'état fondu sous vide, et l'augmentation de la viscosité est suivie.
Pendant les travaux, un masque anti-poussière et des équipements de protection de laboratoire appropriés doivent être utilisés, et les gaz susceptibles de se dégager doivent être maîtrisés par une ventilation adaptée.
EXEMPLE 2 : ESSAI PRÉLIMINAIRE DE MODIFICATION AU PTA D'UNE RÉSINE ALKYDE
Objectif : étudier l'effet du remplacement de l'anhydride phtalique par le PTA dans une formulation de résine alkyde sur la dureté et la stabilité thermique de la résine.
Composants de départ :
PTA : une partie de la charge totale en diacides (par ex. 10 – 25 % au départ, en substitution partielle)
Anhydride phtalique (PA) ou acide isophtalique : complément de la charge acide
Polyol (glycérine ou pentaérythritol) : selon le rapport stœchiométrique
Acides gras saturés / insaturés (ou huile) : selon la longueur en huile de la résine
Mode opératoire :
Compte tenu de la température de fusion et de sublimation élevée (~300 °C), une étape de pré-estérification avec des glycols est prévue afin d'assurer la réaction complète du PTA.
Le polyol, les acides gras et les composants acides sont chauffés de manière contrôlée sous atmosphère inerte pour amorcer la réaction d'estérification.
Pendant la réaction, la diminution de l'indice d'acide est suivie et l'eau est éliminée en continu.
La résine alkyde obtenue est diluée dans un solvant, des échantillons sont prélevés, puis la dureté du film, le temps de séchage et la présence de voile (haze) sont testés.
Lors de la manipulation de l'acide et de la résine chaude, des gants résistant à la chaleur et un écran facial doivent être utilisés.
EXEMPLE 3 : APPROCHE D'ESTÉRIFICATION POUR LE PLASTIQUE TECHNIQUE PBT
Objectif : évaluer les conditions de prépolymérisation du polybutylène téréphtalate (PBT) à partir de PTA et de 1,4-butanediol (BDO).
Composants de départ :
PTA : 1 mol
1,4-butanediol (BDO) : en excès molaire par rapport au PTA
Catalyseurs d'estérification et de polycondensation appropriés : selon l'optimisation en laboratoire
Mode opératoire :
Le PTA et le 1,4-butanediol sont introduits dans le réacteur à une température et une vitesse d'agitation appropriées.
Pendant l'estérification, la température est augmentée progressivement afin de permettre l'élimination de l'eau.
L'étape de polycondensation est ensuite conduite sous vide poussé pour obtenir un prépolymère de PBT.
Le comportement à la fusion et les propriétés mécaniques du produit sont examinés.
Pendant l'opération, une aspiration locale et une protection respiratoire appropriées contre les vapeurs de solvants et les poussières doivent être assurées.
PRODUITS SIMILAIRES ET ALTERNATIVES AU PTA
Le choix d'un produit alternatif au PTA dépend du type de polymère visé et du procédé de production. Le téréphtalate de diméthyle (DMT) peut être utilisé comme matière première alternative au PTA dans la production de PET et de polyester, tandis que l'acide isophtalique (IPA) et l'anhydride phtalique (PA) peuvent être évalués à d'autres fins dans certaines formulations de polyesters, de résines et de revêtements.
L'acide 2,5-furanedicarboxylique (FDCA) est quant à lui un monomère utilisé pour produire un autre polyester étudié comme alternative au PET.
Tous ces produits chimiques ne sont pas des équivalents capables de remplacer directement le PTA. Le choix d'une alternative doit tenir compte à la fois du produit final visé, de la structure du polymère, du mécanisme réactionnel et des exigences du procédé.
PTA ET TÉRÉPHTALATE DE DIMÉTHYLE (DMT)
Le téréphtalate de diméthyle (DMT) est l'ester méthylique de l'acide téréphtalique utilisé dans la production de PET et de polyester. Le DMT peut être utilisé pour produire du polyester par transestérification avec l'éthylène glycol. C'est donc l'une des matières premières alternatives les plus proches du PTA, en particulier pour la production de PET et de polyester.
Dans la voie PTA, la réaction est une estérification directe, tandis que dans la voie DMT, du méthanol se forme lors de la transestérification. Les exigences de procédé supplémentaires liées à la récupération du méthanol ont contribué à la généralisation de la voie PTA. Le DMT conserve néanmoins son importance comme matière première alternative dans la production de polyester.
Ces deux substances ne sont pas le même produit chimique et ne peuvent pas être substituées automatiquement l'une à l'autre dans les mêmes conditions de procédé. Le passage au DMT nécessite d'évaluer la voie de production et les conditions de procédé correspondantes.
PTA ET ACIDE ISOPHTALIQUE (IPA)
L'acide isophtalique (IPA) est un acide dicarboxylique aromatique structurellement apparenté à l'acide téréphtalique, qui porte ses deux groupes acide carboxylique à des positions différentes sur le cycle benzénique. Cette différence structurelle permet d'obtenir des propriétés différentes dans la production de polymères et de résines.
L'IPA peut être utilisé pour la modification du PET et des copolyesters, dans les résines polyester insaturées, les systèmes de peintures et de revêtements et les adhésifs. Il peut être associé au PTA dans les formulations de PET. Dans certaines applications polyester, l'IPA doit donc être considéré non pas comme une matière première remplaçant entièrement le PTA, mais comme un composant complémentaire servant à modifier la composition et les propriétés du polymère.
Le PTA et l'IPA ne doivent pas être considérés comme le même produit chimique. Le choix du composé doit être fondé sur la structure polymère visée et sur les exigences du produit final.
PTA ET ANHYDRIDE PHTALIQUE (PA)
L'anhydride phtalique (PA) est une matière première chimique utilisée en particulier dans la production de résines alkydes et de diverses résines polyester. Occupant une place importante dans le secteur des peintures et revêtements, le PA est l'un des éléments de base traditionnels de certaines formulations de résines.
Le PTA peut lui aussi être utilisé dans les résines polyester pour revêtements et dans certains systèmes polyester insaturés. Le PTA et le PA diffèrent cependant par leur structure chimique et leur mode de participation à la réaction. Le remplacement du PA par le PTA ne doit donc pas être considéré comme une modification directement applicable à toutes les formulations ; la formulation doit être réévaluée en fonction des propriétés de résine souhaitées et des conditions de procédé.
La relation entre ces deux produits chimiques est importante, notamment pour les résines alkydes, les résines polyester et les applications de revêtement. On ne peut toutefois pas affirmer que le PA est une alternative universelle au PTA ni que le PTA donnera le même résultat dans toutes les applications du PA.
PTA ET ACIDE 2,5-FURANEDICARBOXYLIQUE (FDCA)
L'acide 2,5-furanedicarboxylique (FDCA) peut être utilisé, par réaction avec l'éthylène glycol, pour produire un polyester appelé polyéthylène furanoate (PEF). Le PEF fait partie des polymères étudiés comme matériau d'emballage alternatif au PET.
Des travaux portent notamment sur les propriétés barrières aux gaz du PEF et sur son potentiel de production biosourcée. Le FDCA présente donc un intérêt pour le développement d'alternatives aux matériaux d'emballage à base de PET.
Le FDCA ne remplace toutefois pas directement le PTA dans la production de PET : son utilisation conduit à un polyester différent, le PEF. Cette alternative repose donc sur la production d'un autre polymère plutôt que sur un changement de matière première au sein de la même voie de production du PET.
ÉVALUATION GÉNÉRALE DES ALTERNATIVES
Les alternatives au PTA varient selon l'usage prévu. Le DMT offre une voie de matière première alternative pour la production de PET et de polyester, tandis que l'IPA peut être utilisé à des fins de modification dans certaines formulations de polyesters et de revêtements. Le PA est un produit chimique apparenté, notamment pour les résines alkydes et les systèmes de revêtement. Le FDCA est quant à lui évalué pour la production du PEF, polyester alternatif au PET.
Pour déterminer une alternative au PTA, il ne faut donc pas se fonder uniquement sur une structure chimique similaire ou sur une utilisation dans le même secteur, mais tenir compte des propriétés du produit visé, de la voie réactionnelle et de la compatibilité avec le procédé.
CONTRÔLE QUALITÉ ET CRITÈRES D'ACHAT DU PTA
Lors de l'achat de PTA, la pureté chimique, les propriétés physiques et l'adéquation du produit à l'usage prévu doivent être évaluées. Le PTA est une matière première importante utilisée notamment dans la production de PET (polyéthylène téréphtalate), de fibres polyester, de films, de plastiques techniques et de résines polyester pour revêtements. La constance de sa qualité chimique est importante pour la fiabilité du procédé de production et les performances du produit fini.
Pureté chimique et teneur en impuretés
La pureté du PTA est un paramètre important pour évaluer son aptitude à la production de polyester. Le PTA est défini comme un acide dicarboxylique aromatique de haute pureté, et la constance de sa pureté est importante pour la stabilité des réactions de polymérisation.
4-CBA (4-carboxybenzaldéhyde) : il s'agit de l'une des principales impuretés liées à la production du PTA. Lors de la purification de l'acide téréphtalique brut, les impuretés telles que le 4-CBA peuvent être éliminées par hydrogénation et cristallisation. La limite applicable en ppm doit être vérifiée dans la spécification du produit.
Autres impuretés : lors de l'évaluation de la qualité chimique du PTA, les informations de pureté du produit et les caractéristiques techniques communiquées par le fabricant doivent être prises en compte. Les limites d'acceptation chiffrées pour l'acide p-toluique, les cendres et les métaux doivent être vérifiées dans la TDS et le COA du produit.
Propriétés physiques et chimiques
Les propriétés physiques du PTA sont importantes pour identifier le produit et évaluer son adéquation à l'usage prévu. Parmi ces propriétés figurent la forme de poudre cristalline blanche, la faible solubilité dans l'eau, la masse volumique et le comportement à haute température.
Aspect physique : poudre cristalline blanche
Formule chimique : C₈H₆O₄
Masse moléculaire : 166,13 g/mol
Masse volumique : environ 1,58 g/cm³ à 25 °C
Solubilité dans l'eau : très faible ; environ 0,017 g/L à 25 °C
Comportement à la chaleur : se sublime lorsqu'il est chauffé
Ces propriétés contribuent à définir l'identité physique et chimique du PTA. L'adéquation du produit à un procédé de production donné ne doit toutefois pas être évaluée uniquement sur la base de ces caractéristiques générales.
Couleur et caractéristiques des particules
Les propriétés de couleur et la structure des particules du PTA peuvent être prises en compte dans l'évaluation du produit, notamment pour les résines polyester pour revêtements, les films et la production de fibres. La haute qualité chimique du PTA et ses propriétés physiques sont importantes pour les performances de production.
La granulométrie, l'écoulement de la poudre et la forme physique du produit doivent être évalués en fonction de l'usage prévu. Les limites d'acceptation chiffrées relatives à la distribution granulométrique, à l'analyse par tamisage, à l'indice de couleur b* et à la couleur APHA doivent être vérifiées dans la spécification du produit.
Informations à vérifier avant l'achat
Lors de l'achat de PTA, le nom du produit, le numéro CAS, la formule chimique, la forme physique et l'usage prévu doivent être cohérents entre eux. Pour le PTA, le CAS No 100-21-0, le CE No 202-830-0 et la formule moléculaire C₈H₆O₄ sont indiqués.
Lorsqu'il est décidé d'utiliser le produit dans une application donnée, il est nécessaire de vérifier, en plus de la description générale du produit, les spécifications techniques actuelles du produit acheté. Le certificat d'analyse (COA) présente les résultats d'analyse d'un lot donné du produit ; la fiche technique (TDS) décrit les caractéristiques techniques générales du produit ; la fiche de données de sécurité (SDS) permet d'évaluer les conditions d'utilisation et de stockage en toute sécurité.
Le PTA est utilisé dans des domaines tels que les fibres polyester, les bouteilles en PET, les films d'emballage, les plastiques techniques et les résines pour revêtements. Lors de l'achat, l'adéquation du produit à l'application visée et les caractéristiques décrites dans la documentation technique disponible doivent donc être évaluées ensemble.
Évaluation générale
La pureté chimique, le profil d'impuretés et les propriétés physiques constituent les principaux axes d'évaluation du contrôle qualité du PTA. Il ne faut toutefois pas supposer que tous les produits présentent les mêmes caractéristiques techniques. La décision d'achat doit se fonder sur l'identité chimique du produit, l'usage prévu et les informations techniques propres au produit.
APPROVISIONNEMENT EN PTA AUPRÈS D'ATAMAN KIMYA
L'acide téréphtalique purifié (PTA) est une matière première chimique importante utilisée dans la production de PET et de polyester, dans les fibres polyester, les films d'emballage, les plastiques techniques et les résines polyester pour revêtements.
Les entreprises souhaitant obtenir des informations sur le PTA auprès d'Ataman Kimya peuvent, en indiquant leurs domaines d'utilisation et leurs exigences techniques, demander des informations sur l'adéquation du produit, la disponibilité actuelle, les options d'emballage et une offre de prix.
Avant la commande, la définition chimique du produit, l'usage prévu et les caractéristiques techniques requises doivent être précisés. La disponibilité en stock, l'origine, les caractéristiques de qualité, les options d'emballage et les conditions d'approvisionnement du PTA doivent être confirmées directement auprès d'Ataman Kimya.
Les informations suivantes, communiquées dans la demande de devis, facilitent l'évaluation du PTA approprié :
Secteur d'utilisation et application finale
Forme de produit et granulométrie demandées
Pureté minimale et teneur maximale en 4-CBA demandées
Limites en fer et en métaux lourds
Informations sur la formulation ou le procédé utilisé
Norme de qualité demandée
Quantité de commande estimée
Type d'emballage souhaité
Documents techniques demandés
Le cas échéant, informations TDS ou COA du produit actuel
QUESTIONS FRÉQUENTES SUR LE PTA
Qu'est-ce que le PTA (acide téréphtalique purifié) ?
Le PTA est un composé organique de formule chimique C₈H₆O₄, appartenant à la classe des acides dicarboxyliques aromatiques. Il se présente sous la forme d'une poudre cristalline blanche et est utilisé dans diverses applications industrielles, en particulier la production de PET et de polyester.
Quel est le numéro CAS du PTA ?
Le numéro CAS du PTA est 100-21-0.
Quel est le numéro CE / EINECS du PTA ?
Le numéro CE / EINECS du PTA est répertorié sous le numéro 202-830-0.
Quelles sont la formule chimique et la masse moléculaire du PTA ?
Sa formule chimique est C₈H₆O₄ et sa masse moléculaire est d'environ 166,13 g/mol.
Dans quels domaines le PTA est-il utilisé ?
Le PTA est utilisé dans la production de bouteilles et d'emballages en PET, de fibres et de films polyester, dans les plastiques techniques, les résines polyester et les systèmes industriels de peintures et revêtements. Il est également évalué comme matière première dans la production de certains plastifiants à base de téréphtalates.
Pourquoi le PTA est-il utilisé dans la production de PET ?
Le PTA est l'une des matières premières de base de la production de PET (polyéthylène téréphtalate). Il contribue à la formation de la chaîne polyester par des réactions d'estérification et de polycondensation avec l'éthylène glycol. Le PET est utilisé dans la fabrication de produits tels que les matériaux d'emballage, les bouteilles en plastique et les fibres polyester.
Le PTA est-il soluble dans l'eau ?
Le PTA est peu soluble dans l'eau. À température ambiante (25 °C), sa solubilité dans l'eau est très limitée ; elle augmente avec la température.
Quel est l'aspect physique du PTA ?
Le PTA est un solide se présentant sous forme de poudre cristalline blanche. Sa masse volumique est d'environ 1,58 g/cm³ à 25 °C. Il est inodore et a tendance, à haute température, à se sublimer sans fondre.
Le PTA est-il utilisé uniquement dans la production de polyester ?
Non. Si la production de polyester est son principal débouché, le PTA est également utilisé dans la production de résines polyester pour revêtements, de plastiques techniques, de plastifiants et de résines pour certains matériaux composites.
Le PTA et l'acide téréphtalique sont-ils la même substance ?
PTA désigne l'acide téréphtalique purifié (Purified Terephthalic Acid). L'acide téréphtalique est le nom générique du même composé chimique ; le haut degré de pureté du produit (généralement autour de 99,9 %) et ses caractéristiques techniques définissent la qualité PTA.
Quels autres noms chimiques sont utilisés pour le PTA ?
L'acide téréphtalique est également désigné sous des noms tels que Benzene-1,4-dicarboxylic acid, 1,4-Benzenedicarboxylic Acid, p-Phthalic Acid et p-Dicarboxybenzene.
Comment le PTA est-il produit industriellement ?
Industriellement, le PTA est généralement produit par oxydation catalytique du p-xylène (procédé Amoco) ; dans ce procédé, le produit brut est obtenu à l'aide d'un catalyseur cobalt-manganèse-bromure dans l'acide acétique comme solvant, puis il est soumis à des étapes de purification.
Quels paramètres sont importants pour la qualité polymère du PTA ?
Pour un PTA de qualité polymère, le degré de pureté, la teneur en impureté 4-CBA (acide 4-formylbenzoïque), le taux d'humidité, la teneur en cendres et les teneurs en métaux lourds sont essentiels pour les performances du procédé.
Le PTA est-il une substance dangereuse ?
Le PTA est un solide stable dans les conditions normales ; toutefois, sous forme de poudre fine mélangée à l'air, il peut former des mélanges de poussières explosifs. Son inhalation peut irriter les voies respiratoires supérieures, et le contact avec la peau et les yeux peut provoquer une légère irritation.
Comment stocker le PTA ?
Le PTA doit être stocké dans son emballage d'origine fermé, dans un endroit frais, sec et bien ventilé, à l'abri de la lumière directe du soleil et de l'humidité. Il doit être tenu à l'écart des bases fortes et des matières combustibles.
Quels documents demander lors de l'achat de PTA ?
Pour l'approvisionnement en PTA, la fiche technique (TDS), la fiche de données de sécurité (SDS) et le certificat d'analyse par lot (COA) doivent impérativement être demandés et examinés.
PTA (ACIDE TÉRÉPHTALIQUE PURIFIÉ) – RÉSUMÉ TECHNIQUE
L'acide téréphtalique purifié (Pure Terephthalic Acid, PTA) est un composé organique de formule C₈H₆O₄, se présentant sous forme de poudre cristalline blanche et appartenant à la classe des acides dicarboxyliques aromatiques. Il peut être désigné sous différents noms tels que Terephthalic Acid, Benzene-1,4-dicarboxylic acid, 1,4-Benzenedicarboxylic Acid, p-Phthalic Acid et p-Dicarboxybenzene.
Le PTA est produit avec un haut degré de pureté (généralement autour de 99,9 %), en particulier en qualité polymère (qualité polyester). Le degré de pureté, la teneur en impureté 4-CBA (acide 4-formylbenzoïque), le taux d'humidité, la teneur en cendres et les teneurs en métaux lourds sont des paramètres essentiels pour les performances du procédé et la qualité du produit fini.
Le CAS No 100-21-0 et le CE No 202-830-0 sont utilisés pour le PTA. Industriellement, il est généralement produit par oxydation catalytique du p-xylène ; le produit brut obtenu est ensuite purifié pour être rendu apte à l'usage commercial.
Le PTA est principalement utilisé comme matière première dans la production de bouteilles et d'emballages en PET (polyéthylène téréphtalate), de fibres et de films polyester, dans les plastiques techniques, les résines polyester, les systèmes industriels de peintures et revêtements et la production de certains plastifiants à base de téréphtalates. Il participe, avec l'éthylène glycol, aux réactions d'estérification et de polycondensation qui forment la chaîne polyester. Ses performances dépendent de la qualité du produit, du degré de pureté, des conditions de réaction et des paramètres du système.
Solide stable dans les conditions normales, le PTA peut former, sous forme de poudre fine mélangée à l'air, des mélanges de poussières explosifs ; son inhalation peut irriter les voies respiratoires supérieures et le contact avec la peau et les yeux peut provoquer une légère irritation. Lors du stockage et de la mise en œuvre, il convient donc de privilégier des locaux frais, secs et bien ventilés, de le tenir à l'écart des bases fortes et des matières combustibles, de prendre des mesures de sécurité au travail appropriées et de se référer à la SDS actuelle.
Il est recommandé aux entreprises qui envisagent de s'approvisionner en PTA auprès d'Ataman Kimya de communiquer leur domaine d'utilisation, la qualité de produit demandée, la pureté, la teneur en 4-CBA, la quantité et leurs besoins en documents techniques afin de confirmer les informations actuelles sur le produit, le stock, l'origine, l'emballage et l'offre.
