Polyethylenterephthalat (Kurzzeichen PET) ist ein durch Polykondensation hergestellter thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET hat vielfältige Einsatzbereiche und wird unter anderem zur Herstellung von Kunststoffflaschen (PET-Flaschen), Folien und Textilfasern verwendet. Zwischen 1990 und 2010 stieg die weltweite Produktionskapazität für PET jährlich um durchschnittlich 15,4 %, zwischen 2010 und 2022 im Mittel um 6,4 % pro Jahr. 2025 wurden weltweit über 30 Millionen Tonnen PET produziert, bis 2031 wird ein Anstieg der Jahresproduktion auf über 40 Millionen Tonnen erwartet.
Geschichte Polyethylenterephthalat geht auf eine Erfindung der beiden Engländer John Rex Whinfield und James Tennant Dickson zurück. In den Laboren des Textilunternehmens Calico Printers Association in Accrington gelang ihnen 1941 erstmals die Herstellung eines Polyesters aus Ethylenglycol und Terephthalsäure sowie die Faserherstellung hieraus. In dem GB-Patent Nr. 578 079 wird diese Erfindung beschrieben. Da sie in die Zeit des Zweiten Weltkriegs fiel, wurden die Erfindungsbeschreibung ebenso wie auch ein Nachfolgepatent zu Geheimpatenten erklärt. Da bei der Calico Printers Association weitere Entwicklungsarbeiten nicht durchgeführt werden konnten, wurden diese von einem britischen Regierungsinstitut übernommen. Wegen der dort beschränkten Möglichkeiten wurde Ende 1943 das britische Chemieunternehmen Imperial Chemical Industries (ICI) mit den weiteren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten beauftragt. Außerdem drängte die britische Regierung auf eine vertragliche Vereinbarung zwischen der Calico Printers und der ICI zur Übernahme der Herstellungsrechte durch Letztere. Die ICI erhielt diese 1947 weltweit, mit Ausnahme der USA. Zwei Jahre später begann bei der ICI die Versuchsproduktion von Fasern aus Polyethylenterephthalat unter der Markenbezeichnung Terylene. Durch die Zusammenarbeit der ICI mit dem amerikanischen Chemiekonzern Du Pont waren Informationen über die Erfindung an dieses Unternehmen gelangt, wo ab 1944 eigene Entwicklungsarbeiten durchgeführt wurden. Du Pont erwarb die Herstellungsrechte für die USA und begann 1949 die Versuchsproduktion einer Faser, die später den Markennamen Dacron erhielt. Sowohl bei der ICI als auch bei Du Pont begann 1953 die Großproduktion der Fasern.
Nach Lizenzvergaben wurden auch in Deutschland Fasern aus Polyethylenterephthalat hergestellt und unter den Markennamen Diolen und später ab 1956 unter dem Firmennamen Trevira auf den Markt gebracht.
Besonders in den 1970er Jahren weitete sich die Produktion dieser Fasern weltweit stark aus. Deren rasche Verbreitung und der damit verbundene wirtschaftliche Erfolg können als einmalig in der Textilbranche betrachtet werden. Fasern aus Polyethylenterephthalat haben die führende Stellung unter den Synthesefasern inne. Das Hauptherstellerland ist in den 2020er Jahren die Volksrepublik China.
Eigenschaften Physikalische Eigenschaften PET ist schwach polar, kann aber mangels O–H- oder N–H-Bindungen keine intra- oder intermolekularen Wasserstoffbrücken zu benachbarten Ketten ausbilden. Das Molekül ist linear ohne Verzweigungen oder Vernetzungen aufgebaut und besitzt keine sperrigen Seitengruppen, so dass sich bei langsamem Abkühlen kristalline Bereiche ausbilden können. Wird PET hingegen schnell unter seine Glasübergangstemperatur von ca. 80 °C abgekühlt, wie es z. B. beim Flaschenblasen der Fall ist, erstarrt es im amorphen Zustand und bleibt transparent.
Die Dichte von amorphem PET (A-PET) beträgt 1,33–1,35 g·cm−3, die von teilkristallinem C-PET 1,38–1,40 g·cm−3. Die Elementarzelle ist triklin {a = 4,56 nm, b = 5,94 nm, c = 10,75 nm, α = 98,5°, β = 118°, γ = 112°}. Die Dichte des teilkristallinen Kunststoffs hängt vom Kristallisationsgrad ab, der bei unmodifiziertem PET 70 % kaum übersteigt. Bei der Festphasenpolykondensation, die zur Erzielung höhermolekularer PET-Güten standardmäßig durchgeführt wird, entscheiden Dauer und Temperatur über den Polymerisationsgrad, d. h. die Länge der Molekülketten, und damit über die Viskosität der Schmelze und die Verarbeitungseigenschaften. Auch die Kristallisationsneigung und damit eine Reihe weiterer Eigenschaften werden hierdurch beeinflusst. Der Schmelzpunkt von C-PET liegt (abhängig vom Kristallinitätsgrad) zwischen 235 und 260 °C. Die Kristalle erhöhen die Festigkeit und die Formbeständigkeit bei Temperaturen über 80 °C. Im Vergleich zu A-PET besitzt C-PET eine etwas höhere Steifigkeit und Härte, aber eine geringere Schlagzähigkeit. Beide Varianten zeichnen sich durch ein günstiges Gleit- und Verschleißverhalten aus.
Bei Erwärmung über 80 °C geht amorphes PET in den teilkristallinen Zustand über, sofern die Ketten nicht mit Bestandteilen modifiziert sind, die die Kristallisation behindern (vgl. PETG). Da die Kristalle das Licht brechen, verliert PET beim Kristallisieren seine Transparenz und wird opak.
Chemische Eigenschaften Polyethylenterephthalate sind gegen viele Chemikalien beständigRömpp Lexikon Chemie, 9. Auflage 1992, Seite 3566 und werden daher bevorzugt als Behälter für Flüssigkeiten in der Lebensmittelindustrie, aber auch im Labor und in der Medizin verwendet.
Gegenüber starken anorganischen Säuren, insbesondere Schwefelsäure oder Salpeter- und Salzsäure, ist PET jedoch unbeständig.
Die Analyse von PET mittels 1H und 13C NMR-Spektroskopie ist in der Literatur beschrieben.
Herstellung Die Monomere, aus denen PET hergestellt wird, sind Terephthalsäure (1,4-Benzoldicarbonsäure) und Ethylenglycol (1,2-Dihydroxyethan, Ethan-1,2-diol, Ethandiol).Sebastian Kotzenburg, Michael Maskus, Oskar Nuyken: Polymere – Synthese, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Spektrum, 2014, ISBN 978-3-642-34772-6, S. 195–196.
360px|mini|links|Reaktionsschema der PET-Herstellung durch Polykondensation 360px|mini|links|Reaktionsschema der PET-Herstellung durch Umesterung ausgehend von Dimethylterephthalat Die großtechnische Herstellung erfolgt teilweise noch durch Umesterung von Dimethylterephthalat mit Ethandiol. Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, wird ein Überschuss von Ethandiol eingesetzt, der durch die Reaktionsführung wieder abdestilliert wird, um das Gleichgewicht günstig zu beeinflussen. Die Schmelzphasenpolykondensation führt nicht (in technisch sinnvollen Zeiträumen) zu ausreichend hohen Molmassen. Darum werden PET-Güten für Flaschen oder Industriegarn (z. B. Diolen, Trevira) im Nachgang über Festphasenpolykondensation (SSP – solid state polycondensation) weiter kondensiert.
Auch Ringöffnungsreaktionen aus Oligomeren sind möglich, wobei kein Kondensat anfällt und schnell hohe Molmassen von mehr als 100.000 g/mol erreicht werden können. Diese Verfahren befinden sich jedoch noch in der Entwicklung.
In neueren Verfahren wird Ethandiol mit Terephthalsäure direkt verestert. Bei der Verarbeitung wird PET in teilkristalliner Form bevorzugt, es kristallisiert jedoch spontan nur sehr langsam, weshalb Nukleierungsmittel für eine rasche Kristallisation zugesetzt werden muss.
In PET finden sich oft Spuren von Antimon(III)-oxid, das bei der Herstellung als bevorzugter Katalysator (globaler Marktanteil 2025: 77,5 %) eingesetzt wird. Für Premium-Verpackungen und medizinische Anwendungen kommen Titan-basierte Katalysatoren zum Einsatz; wegen der höheren Preise war deren Marktanteil 2025 mit 10 % deutlich geringer. Für bestimmte Polymerisationsbedingungen bzw. alternative Katalysator- oder Produktanforderungen werden auch Aluminium- oder Germanium-basierte Katalysatoren verwendet.
Seit ungefähr 2010 ist PET auf dem Markt, bei dem die Ethylenglycolkomponente (ca. 30 % des Produkts) aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt ist. 2017 wurden ca. 1,09 Millionen Tonnen davon produziert, womit es den größten Anteil unter allen (teil-)biobasierten Kunststoffen ausmacht. Mitte 2015 wurde zum ersten Mal eine vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellte PET-Flasche auf der Weltausstellung in Mailand präsentiert. Das Produkt ist nicht marktreif, da sich die Herstellung der Terephthalsäure aus nachwachsenden Rohstoffen nicht durchgesetzt hat.
Verwendung mini|Eine handelsübliche Einweg-PET-Flasche mit Rohling PET wird hauptsächlich zu Textilfasern, zu Folien und Verpackungen (2012: 14,7 Mio. t, Anteil über 20 %, steigendFrank Welle: Polyethylenterephthalat (PET), Vom Markt zum Produkt, Zeitschrift Kunststoffe Heft 10/2013, abgerufen am 10. April 2022.) eingesetzt.
Die bekannteste Verwendung sind PET-Flaschen, sie werden durch Spritzblasen oder Streckblasen gefertigt. Die Verarbeitung zu Textilfasern ist der mengenmäßig größte Anteil. Weitere Anwendungsbeispiele sind Folien, unter anderem zur Anfertigung von Filmträgerfolie, Overheadfolien oder Kondensatoren. Seit den 1950er Jahren können aus PET sehr dünne Folien hergestellt werden, zum Beispiel unter der Marke Hostaphan®, Mylar®.
Als Textilfaser (Polyester) wird PET eingesetzt, weil es knitterfrei, reißfest und witterungsbeständig ist und nur sehr wenig Wasser aufnimmt. Letzteres prädestiniert Stoff aus PET-Fasern für Sportkleidung, die schnell trocknen muss. Aufgrund dieser Eigenschaften und weil es zudem sehr leicht ist, wird es auch zur Herstellung der Hüllen von Heißluftballons verwendet.Air Accidents Investigation Branch: Accident Amateur-built balloon (DB-6R), G-CMFS, AAIB Bulletin: 7/2024, S. 57 ff.
In der Lebensmittelindustrie wird PET zur Verpackung eingesetzt. Es kann amorph verarbeitet werden und ist in dieser Form farblos und durchsichtig mit hoher Lichtdurchlässigkeit. Unbeschichtete PET-Flaschen haben eine unzureichende Gasdichtigkeit, weshalb für empfindliche Getränke oder Lebensmittel wie Fruchtsäfte, Bier, Wein oder Ketchup eine Diffusionsbarriere, meist aus Siliciumdioxid, aufgebracht wird. Diese Schicht wird im Plasmaverfahren entweder innen oder außen aufgebracht.
Allerdings entsteht bei der Herstellung der PET-Flaschen auch Acetaldehyd, das in geringen Mengen in den Inhalt übergehen und ihn geschmacklich (sensorisch) verändern kann – dies ist besonders bei Mineralwasser ein Problem.Mineralwasser-Test der Stiftung Warentest, test 8/2008. Auch das bei der Herstellung oft verwendete Antimon(III)-oxid (Antimontrioxid) kann sich im Flüssigkeitsinhalt einer PET-Flasche lösen. Untersuchungen von in PET-Flaschen abgefüllten Fruchtsäften ergaben Antimontrioxidkonzentrationen von <1 bis zu 44,7 µg/L in unverdünnten Saftkonzentraten. Der anzuwendende Grenzwert (sog. spezifische Migrationsgrenze) für den Übergang von Antimontrioxid aus Kunststoff in Lebensmittel beträgt 40 µg/L.. Dieser Wert wurde bei Fertigbackprodukten teilweise überschritten, dies insbesondere, weil Antimontrioxid bei hoher Temperatur leichter löslich ist.
Wegen seiner guten Gewebeverträglichkeit wird PET auch als Werkstoff für Gefäßprothesen genutzt. Polyesterfolie
Ein großes Anwendungsgebiet für Polyethylenterephthalat (PET) sind Folien, die in Dicken von 1 bis 800 µm hergestellt werden. Ihre Anwendung geht über Dünnstfolien für Kunststoff-Folienkondensatoren, Prägefolien, Verpackungsfolien für aromadichte Verpackungen, Möbelfolien, eingefärbte Lichtschutzfolien, Kinefilm, Fotofilm, Röntgenfilm, Elektroisolierfolie, Ankernutisolierfolie bis zur Folie für Teststreifen in der pharmazeutischen Industrie. Ein großes Anwendungsgebiet sind auch Trägerfolien für Magnetbänder. Schreibmaschinenbänder wurden ebenfalls aus PET gefertigt.