2024年3月17日发(作者:东悦欣)
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A young firm with century of experience!
共聚聚酯PTT/PBT/PET的性能与应用
沃德夫聚合物(上海)有限公司
1.聚酯概述
聚酯有很多种类,大家比较熟悉的有PET(聚对苯二甲
酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PTT(聚对
苯二甲酸丙二醇酯)。20世纪80年代,美国的Eastman
Kodak公司开发了聚酯的新品种——PCT(聚对苯二甲酸
-1,4-环己二甲醇酯,由PTA(对苯二甲酸)或DMT(对苯二
甲酸二甲酯)和CHDM(1,4-环已二甲醇)先通过酯化或酯
交换反应,再通过缩聚反应而成。它是一种半结晶的热塑
性聚酯,其突出优点是耐热性好,熔点、玻璃化转变温度
和热变形温度均比其他热塑性聚酯和工程塑料高,因此它
主要应用于耐高温材料方面,如耐热食品容器、餐盘等。
PCT可分为填充型、共聚酯型和熔融掺混型3种,其中
所谓的共聚酯型就是指在酯交换(或酯化)和缩聚反应之
前,加入除DMT(或PTA)和CHDM之外的第三种二元酯(二
元酸或二元醇)的单体,进行共缩聚而形成的共缩聚物,
并将醇改性PCT称为PETG。这种共聚酯由于链的完整性
被破坏,使结晶度大大降低,甚至当EG/CHDM比例达到一
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定值时可得到完全无定形的共聚酯。
PETG常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇(CHDM),
全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它
是由对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇
(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物,与PET比较多了
1,4-环己烷二甲醇共聚单体,与PCT比多了乙二醇共聚单
体,因此,PETG的性能和PET、PCT大不相同。PETG是一
种非结晶型共聚聚酯,随着共聚物中CHDM的增加,熔点
下降,玻璃化温度上升,结晶度下降,最后形成无定形聚
合物。一般PETG中CHDM的含量在30%-40%较适宜。PETG
制品的透明度高,光泽度高,是一种全新的透明工程塑料;
此外冲击强度优异、耐热性好、热封性好、弯曲不泛白、
耐划痕、耐防老化、防静电、耐化学性优异、低萃取性、
耐水解性、流动性好、着色力强、易于成型加工、卫生性
好(符合FDA),属于新一代环保塑料。
目前,PETG的主要生产商为美国伊士曼化学公司和韩
国SK化工株式会社,我国汕头市保税区锦源聚酯有限公
司也开通了我国第一条PETG片材生产线。
2 共聚聚酯的性能
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2.1 机械性能
PETG共聚聚酯具有很高的韧性,作为片材、管材和包装
容器,性能仅次于聚碳酸酯。
2.2 光学性能和耐化学性能
PETG的低结晶或不结晶性使其具有很好的光学性能在表
面光泽度极高的同时还具有很好的透明性,10mm厚的片
材的透光率仍在80%以上。PETG同时还具有很好的耐化
学物质的作用,如家用洗涤剂、稀酸、稀碱等,但有些
化学试剂和溶剂对它的性能也会有所影响。另外,PETG
阻隔氧气、二氧化碳的能力也很强。由于材料本身是透
明的,成型时无需添加助剂,因此用作食品包装材料不
会污染食物,是一种环保产品。
2.3 相容性
PETG的相容性主要体现在与其他高聚物共混时的相容情
况。相容性好,无疑又为它的应用拓宽了一个领域。如
聚碳酸酯(PC)是一种光泽度、韧性和耐热性都很好的工
程塑料,但存在耐化学性、耐应力断裂的能力和加工性
能都很差的缺点。如果PETG和PC的相容性很好,那么
也就可以解决上述问题。
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目前,研究的PETG共混体系主要有:PC/PETG、
PET/PETG、PBT/PETG和LCP/PETG。从实验结果来看:
PC/PETG、PBT/PETG、PET/PETG在形态结构和机械性能上
都表现出很好的相容性;在PETG含量较高时更能体现出
一种互容性;而LCP/PETG则表现出很差的相容性,LCP
在共混体系中起到了成核剂的作用,导致PETG的结晶。
3 共聚聚酯的成型加工
下面以PETG热收缩膜为例,介绍其具体生产工艺及条件:
(1)干燥
对单螺杆挤出机,推荐采用真空转鼓干燥机,干燥温
度70℃-75℃,干燥时间大于6h。
对双螺杆挤出机,可省去干燥程序,用真空排气系统
将水份和低聚物排出。
(2)熔融挤出
在单螺杆挤出机中进行,料筒的各段温度从加料口起
依次为:180℃、240℃、260℃、270℃和275℃,机头温
度为270℃。
(3)流延成片
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熔体从衣架式机头中流延至冷却转鼓上冷却成片,冷
却转鼓的冷气水温为30℃左右。
(4)单向拉伸
高热收缩膜要求横向单向拉伸,预热温度为90℃
-100℃,拉伸温度为105℃-110℃,拉伸倍数为3-3.5。
拉伸链夹需风冷控制在110℃以下,防止粘夹。
(5)冷却
拉伸后的PETG膜立即进行冷却,而不必进行热定型
处理。
PETG有着优异的光泽度、透光率和成型性等性能,而
且由于近几年来随着消费者对医疗用品、日用消费品和
化妆品包装等的卫生及外观要求的不断提高,PETG将成
为生产高品质产品的良好原料,有着非常广阔的应用前
景。
在应用方面,PETG广泛用于高透明片材和板材、高性
能收缩膜、热封膜、瓶材及异型材等。PETG特别适合生
产厚壁透明制品,透明度与PC接近,其他性能尤其是刚
性和韧性都接近PC,但价格比PC低,在透明制品领域可
替代PC、透明ABS、PMMA、K树脂等,具体性能比较见表
1。PETG的特性粘度0.68dL/g,熔点215℃;加工工性能
极佳,可设计任意形状,用挤出、注塑、吹塑及吸塑等
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方法成型,并可进行二次加工如常规的机械加工修饰,
但注意成型收缩率比较大。
表1 PETG与PC、PMMA、K树脂、TABS性能比较
性能 Z-6008 Z-6006 PMMA K(BS) ABS
透明
度,%
91
92
760
310
1900
90
90
270
1800
70
60
20
2800
68
130
50
2300
2400
120
800-1000
PC
92
冲击强860
度,J/m
断裂伸330
长率,%
弯曲模1800
量,MPa
4.1 片材和板材
使用常规的成型方法,可以制备1mm-25.4mm厚度的透明
材料,具有优越的光学性能(高透光性、高光滑和低光晕),
有突出的韧性和高冲击性能,其冲击强度是改性聚丙烯酸酯
的3-10倍,成型性能优异,冷弯曲不泛白,无裂纹,易于
印刷和修饰,还可进行各类吸塑成型加工,制成各种电子产
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品包装材料。PETG片板广泛应用于室内外标牌,储物架、自
动售货机面板,家具、建筑及机械档板等。我国的第二代身
份证就采用PETG基材替代传统的PET基材,它具有可回收
再利用、不污染环境、易于印刷、防伪造、耐摩擦、耐划痕、
抗腐蚀、抗老化、抗静电等优点。
对于要求透明性与强韧性的应用,伊土曼的Provista
共聚聚酯以及Tenite纤维素是板材挤出的最佳选择。它们
具有出色的物理性质和耐化学性。对于要求透明性与可塑性
的应用,Neostar弹性体是板材挤出的最好选择。可以将它
们与Provista共聚聚酯共同挤出,从而获得很好的刚性和
柔韧性。
Spectar共聚聚酯是伊士曼最早的产品,是伊士曼用于
标志和显示的主要产品,它可以被挤压成极其透明、坚硬、
耐化学腐蚀、无味、多用途、方便使用且价廉物美的塑料板
材。另外,Spectar可以在低温下挤压,而且不会结晶或生
成透明的薄雾;清洁溶剂不会使Spectar共聚聚酯变白。
4.2 异型材和管材
PETG共聚聚酯具有良好的韧性和透明性,可制成各类
型材,坚硬、透明、光泽好、受压不泛白,易于成型及后加
工处理,符合环保要求,广泛用于建筑装饰和医疗设施,并
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可用于电子产品的周转器、玩具、运动器械、家庭用品等。
4.3 薄膜类
可用于生产高性能收缩膜,普通PET的热收缩率仅为
30%,而PETG的热收缩率大于70%,具有高收缩力、高透明
度、高光泽、低雾度、易于印刷,可用于形状复杂容器的包
装,如饮料瓶、食品、化妆品瓶、电子产品等。伊士曼公司
的Embrace共聚聚酯是专门为收缩膜工业而设计的乙二醇改
性聚酯。它的突出优点在于:表面光泽、手感舒适、具有华
丽的色彩和透明色调、耐化学性、耐冲击和韧性良好。而其
易于加工、可回收使用及环保等性能,更符合了现代生产商
家的要求。目前消费者对商品的外表包装要求越来越高,这
就使化妆品包装设计显得越来越重要。要达到美观、质感良
好及经久耐用,对设计者提出了很高要求,而PETG的良好
加工性能使设计构思成为了可能,也可以与其他材料混合使
用以获得特殊的收缩特性。另外,Eastar Bio是伊士曼公司
开发的一种可降解的共聚聚酯,以满足包装市场的需要和当
今社会对环保生物降解材料的需求,在PET的技术基础上,
用共聚来代替均聚,以此解决PET作为包装材料的脆性问题。
经过共聚,使树脂转为非晶体结构,同时玻璃化温度也有所
降低,易于加工成型,韧性也有所提高。
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4.4 纤维
PETG共聚聚酯制得的纤维除了具有其自身的特性外,其
回弹性和染色性优于常规PET纤维。Eastar Bio共聚聚酯也
可以用于纤维及无纺布,可回收再利用,对环境无污染。
4.5 吹塑瓶类
改善传统PET瓶韧性低的不足,适合于大型瓶的制造,
摩擦不起痕、易于表面修饰,广泛应用于高档化妆品包装。
如Eastar GN046共聚聚酯的熔融强度很高,专用于挤出吹
塑制品。
4.6 注塑制品
电器透明配件如显示器、保护面罩、光源外罩,透明文
具如笔套等,透明家庭用品如冰箱保鲜盒等,医药容器如试
管等,各类儿童玩具。如Eastar GN071共聚聚酯适用于注
塑,具有光亮透明、韧性好、耐化学性能好、无气味、多用
途、易于加工及成本合理等优点。
5 结论
PETG是一种全新的透明工程塑料,具有优异的综合性
能,易于成型加工,属于新一代环保塑料品种。目前,国内
对PETG的研究较少,但是,各个行业对于产品的性能要求
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越来越高,相关产业的高速发展,促进了PETG的发展进程。
总之,共聚聚酯的良好使用及加工性能使其在今后的日用
品、化妆品、医疗业、玩具业等领域有着广泛的应用前景。
2024年3月17日发(作者:东悦欣)
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共聚聚酯PTT/PBT/PET的性能与应用
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1.聚酯概述
聚酯有很多种类,大家比较熟悉的有PET(聚对苯二甲
酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)和PTT(聚对
苯二甲酸丙二醇酯)。20世纪80年代,美国的Eastman
Kodak公司开发了聚酯的新品种——PCT(聚对苯二甲酸
-1,4-环己二甲醇酯,由PTA(对苯二甲酸)或DMT(对苯二
甲酸二甲酯)和CHDM(1,4-环已二甲醇)先通过酯化或酯
交换反应,再通过缩聚反应而成。它是一种半结晶的热塑
性聚酯,其突出优点是耐热性好,熔点、玻璃化转变温度
和热变形温度均比其他热塑性聚酯和工程塑料高,因此它
主要应用于耐高温材料方面,如耐热食品容器、餐盘等。
PCT可分为填充型、共聚酯型和熔融掺混型3种,其中
所谓的共聚酯型就是指在酯交换(或酯化)和缩聚反应之
前,加入除DMT(或PTA)和CHDM之外的第三种二元酯(二
元酸或二元醇)的单体,进行共缩聚而形成的共缩聚物,
并将醇改性PCT称为PETG。这种共聚酯由于链的完整性
被破坏,使结晶度大大降低,甚至当EG/CHDM比例达到一
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定值时可得到完全无定形的共聚酯。
PETG常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇(CHDM),
全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它
是由对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇
(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物,与PET比较多了
1,4-环己烷二甲醇共聚单体,与PCT比多了乙二醇共聚单
体,因此,PETG的性能和PET、PCT大不相同。PETG是一
种非结晶型共聚聚酯,随着共聚物中CHDM的增加,熔点
下降,玻璃化温度上升,结晶度下降,最后形成无定形聚
合物。一般PETG中CHDM的含量在30%-40%较适宜。PETG
制品的透明度高,光泽度高,是一种全新的透明工程塑料;
此外冲击强度优异、耐热性好、热封性好、弯曲不泛白、
耐划痕、耐防老化、防静电、耐化学性优异、低萃取性、
耐水解性、流动性好、着色力强、易于成型加工、卫生性
好(符合FDA),属于新一代环保塑料。
目前,PETG的主要生产商为美国伊士曼化学公司和韩
国SK化工株式会社,我国汕头市保税区锦源聚酯有限公
司也开通了我国第一条PETG片材生产线。
2 共聚聚酯的性能
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2.1 机械性能
PETG共聚聚酯具有很高的韧性,作为片材、管材和包装
容器,性能仅次于聚碳酸酯。
2.2 光学性能和耐化学性能
PETG的低结晶或不结晶性使其具有很好的光学性能在表
面光泽度极高的同时还具有很好的透明性,10mm厚的片
材的透光率仍在80%以上。PETG同时还具有很好的耐化
学物质的作用,如家用洗涤剂、稀酸、稀碱等,但有些
化学试剂和溶剂对它的性能也会有所影响。另外,PETG
阻隔氧气、二氧化碳的能力也很强。由于材料本身是透
明的,成型时无需添加助剂,因此用作食品包装材料不
会污染食物,是一种环保产品。
2.3 相容性
PETG的相容性主要体现在与其他高聚物共混时的相容情
况。相容性好,无疑又为它的应用拓宽了一个领域。如
聚碳酸酯(PC)是一种光泽度、韧性和耐热性都很好的工
程塑料,但存在耐化学性、耐应力断裂的能力和加工性
能都很差的缺点。如果PETG和PC的相容性很好,那么
也就可以解决上述问题。
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目前,研究的PETG共混体系主要有:PC/PETG、
PET/PETG、PBT/PETG和LCP/PETG。从实验结果来看:
PC/PETG、PBT/PETG、PET/PETG在形态结构和机械性能上
都表现出很好的相容性;在PETG含量较高时更能体现出
一种互容性;而LCP/PETG则表现出很差的相容性,LCP
在共混体系中起到了成核剂的作用,导致PETG的结晶。
3 共聚聚酯的成型加工
下面以PETG热收缩膜为例,介绍其具体生产工艺及条件:
(1)干燥
对单螺杆挤出机,推荐采用真空转鼓干燥机,干燥温
度70℃-75℃,干燥时间大于6h。
对双螺杆挤出机,可省去干燥程序,用真空排气系统
将水份和低聚物排出。
(2)熔融挤出
在单螺杆挤出机中进行,料筒的各段温度从加料口起
依次为:180℃、240℃、260℃、270℃和275℃,机头温
度为270℃。
(3)流延成片
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熔体从衣架式机头中流延至冷却转鼓上冷却成片,冷
却转鼓的冷气水温为30℃左右。
(4)单向拉伸
高热收缩膜要求横向单向拉伸,预热温度为90℃
-100℃,拉伸温度为105℃-110℃,拉伸倍数为3-3.5。
拉伸链夹需风冷控制在110℃以下,防止粘夹。
(5)冷却
拉伸后的PETG膜立即进行冷却,而不必进行热定型
处理。
PETG有着优异的光泽度、透光率和成型性等性能,而
且由于近几年来随着消费者对医疗用品、日用消费品和
化妆品包装等的卫生及外观要求的不断提高,PETG将成
为生产高品质产品的良好原料,有着非常广阔的应用前
景。
在应用方面,PETG广泛用于高透明片材和板材、高性
能收缩膜、热封膜、瓶材及异型材等。PETG特别适合生
产厚壁透明制品,透明度与PC接近,其他性能尤其是刚
性和韧性都接近PC,但价格比PC低,在透明制品领域可
替代PC、透明ABS、PMMA、K树脂等,具体性能比较见表
1。PETG的特性粘度0.68dL/g,熔点215℃;加工工性能
极佳,可设计任意形状,用挤出、注塑、吹塑及吸塑等
[
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方法成型,并可进行二次加工如常规的机械加工修饰,
但注意成型收缩率比较大。
表1 PETG与PC、PMMA、K树脂、TABS性能比较
性能 Z-6008 Z-6006 PMMA K(BS) ABS
透明
度,%
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92
760
310
1900
90
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270
1800
70
60
20
2800
68
130
50
2300
2400
120
800-1000
PC
92
冲击强860
度,J/m
断裂伸330
长率,%
弯曲模1800
量,MPa
4.1 片材和板材
使用常规的成型方法,可以制备1mm-25.4mm厚度的透明
材料,具有优越的光学性能(高透光性、高光滑和低光晕),
有突出的韧性和高冲击性能,其冲击强度是改性聚丙烯酸酯
的3-10倍,成型性能优异,冷弯曲不泛白,无裂纹,易于
印刷和修饰,还可进行各类吸塑成型加工,制成各种电子产
[
A young firm with century of experience!
品包装材料。PETG片板广泛应用于室内外标牌,储物架、自
动售货机面板,家具、建筑及机械档板等。我国的第二代身
份证就采用PETG基材替代传统的PET基材,它具有可回收
再利用、不污染环境、易于印刷、防伪造、耐摩擦、耐划痕、
抗腐蚀、抗老化、抗静电等优点。
对于要求透明性与强韧性的应用,伊土曼的Provista
共聚聚酯以及Tenite纤维素是板材挤出的最佳选择。它们
具有出色的物理性质和耐化学性。对于要求透明性与可塑性
的应用,Neostar弹性体是板材挤出的最好选择。可以将它
们与Provista共聚聚酯共同挤出,从而获得很好的刚性和
柔韧性。
Spectar共聚聚酯是伊士曼最早的产品,是伊士曼用于
标志和显示的主要产品,它可以被挤压成极其透明、坚硬、
耐化学腐蚀、无味、多用途、方便使用且价廉物美的塑料板
材。另外,Spectar可以在低温下挤压,而且不会结晶或生
成透明的薄雾;清洁溶剂不会使Spectar共聚聚酯变白。
4.2 异型材和管材
PETG共聚聚酯具有良好的韧性和透明性,可制成各类
型材,坚硬、透明、光泽好、受压不泛白,易于成型及后加
工处理,符合环保要求,广泛用于建筑装饰和医疗设施,并
[
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可用于电子产品的周转器、玩具、运动器械、家庭用品等。
4.3 薄膜类
可用于生产高性能收缩膜,普通PET的热收缩率仅为
30%,而PETG的热收缩率大于70%,具有高收缩力、高透明
度、高光泽、低雾度、易于印刷,可用于形状复杂容器的包
装,如饮料瓶、食品、化妆品瓶、电子产品等。伊士曼公司
的Embrace共聚聚酯是专门为收缩膜工业而设计的乙二醇改
性聚酯。它的突出优点在于:表面光泽、手感舒适、具有华
丽的色彩和透明色调、耐化学性、耐冲击和韧性良好。而其
易于加工、可回收使用及环保等性能,更符合了现代生产商
家的要求。目前消费者对商品的外表包装要求越来越高,这
就使化妆品包装设计显得越来越重要。要达到美观、质感良
好及经久耐用,对设计者提出了很高要求,而PETG的良好
加工性能使设计构思成为了可能,也可以与其他材料混合使
用以获得特殊的收缩特性。另外,Eastar Bio是伊士曼公司
开发的一种可降解的共聚聚酯,以满足包装市场的需要和当
今社会对环保生物降解材料的需求,在PET的技术基础上,
用共聚来代替均聚,以此解决PET作为包装材料的脆性问题。
经过共聚,使树脂转为非晶体结构,同时玻璃化温度也有所
降低,易于加工成型,韧性也有所提高。
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4.4 纤维
PETG共聚聚酯制得的纤维除了具有其自身的特性外,其
回弹性和染色性优于常规PET纤维。Eastar Bio共聚聚酯也
可以用于纤维及无纺布,可回收再利用,对环境无污染。
4.5 吹塑瓶类
改善传统PET瓶韧性低的不足,适合于大型瓶的制造,
摩擦不起痕、易于表面修饰,广泛应用于高档化妆品包装。
如Eastar GN046共聚聚酯的熔融强度很高,专用于挤出吹
塑制品。
4.6 注塑制品
电器透明配件如显示器、保护面罩、光源外罩,透明文
具如笔套等,透明家庭用品如冰箱保鲜盒等,医药容器如试
管等,各类儿童玩具。如Eastar GN071共聚聚酯适用于注
塑,具有光亮透明、韧性好、耐化学性能好、无气味、多用
途、易于加工及成本合理等优点。
5 结论
PETG是一种全新的透明工程塑料,具有优异的综合性
能,易于成型加工,属于新一代环保塑料品种。目前,国内
对PETG的研究较少,但是,各个行业对于产品的性能要求
[
A young firm with century of experience!
越来越高,相关产业的高速发展,促进了PETG的发展进程。
总之,共聚聚酯的良好使用及加工性能使其在今后的日用
品、化妆品、医疗业、玩具业等领域有着广泛的应用前景。