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合肥開爾納米能源科技股份有限公司—官網
納米粉體規模化生產的世界領先者

公司采用先進的等離子氣相合成法,實現了納米粉體規模化生產,可年產1000噸納米陶瓷粉體材料。

納米(碳化鈦)粉體應用于共聚聚酯PETG

1、前言

  聚酯有很多種類,大家比較熟悉的有PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)和PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)。20世紀80年代,美國的Eastman Kodark公司開發了聚酯的新品種——PCT(聚對苯二甲酸-1,4-環己二甲醇酯,由PTA(對苯二甲酸)或DMT(對苯二甲酸二甲酯)和CHDM(1,4-環已二甲醇)先通過酯化或酯交換反應,再通過縮聚反應而成。它是一種半結晶的熱塑性聚酯,其突出優點是耐熱性好,熔點、玻璃化轉變溫度和熱變形溫度均比其他熱塑性聚酯和工程塑料高,因此它主要應用于耐高溫材料方面,如耐熱食品容器、餐盤等。 

  目前,PCT可分為填充型、共聚酯型和熔融摻混型3種,其中所謂的共聚酯型就是指在酯交換(或酯化)和縮聚反應之前,加入除DMT(或PTA)和CHDM之外的第三種二元酯(二元酸或二元醇)的單體,進行共縮聚而形成的共縮聚物,并將醇改性PCT稱為PETG。這種共聚酯由于鏈的現整性被破壞,使結晶度大大降低,甚至當EG/CHDM比例達到一定值時可得到完全無定形的共聚酯。 

  PETG常用的共聚單體為1,4-環己烷二甲醇(CHDM),全稱為聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯。它是由對苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1,4-環己烷二甲醇(CHDM)三種單體用酯交換法縮聚的產物,與PET比較多了1,4-環己烷二甲醇共聚單體,與PCT比多了乙二醇共聚單體,因此,PETG的性能和PET、PCT大不相同。PETG是一種非結晶型共聚聚酯,隨著共聚物中CHDM的增加,熔點下降,玻璃化溫度上升,結晶度下降,最后形成無定形聚合物。一般PETG中CHDM的含量在30%-40%較適宜。PETG制品的透明度高,光澤度高,是一種全新的透明工程塑料;此外沖擊強度優異、耐熱性好、熱封性好、彎曲不泛白、耐劃痕、耐防老化、防靜電、耐化學性優異、低萃取性、耐水解性、流動性好、著色力強、易于成型加工、衛生性好(符合FDA),屬于新一代環保塑料。 

  目前,PETG的主要生產商為美國伊士曼化學公司和韓國SK化工株式會社,我國汕頭市保稅區錦源聚酯有限公司也開通了我國第一條PETG片材生產線。

2、共聚聚酯的性能

2.1機械性能
  PETG共聚聚酯具有很高的韌性,作為片材、管材和包裝容器,性能僅次于聚碳酸酯。表1是伊士曼公司的幾種產品性能的比較。

2.2光學性能和耐化學性能

   PETG的低結晶或不結晶性使其具有很好的光學性能在表面光澤度極高的同時還具有很好的透明性,10mm厚的片材的透光率仍在80%以上。PETG同時還具有很好的耐化學物質的作用,如家用洗滌劑、稀酸、稀堿等,但有些化學試劑和溶劑對它的性能也會有所影響。另外,PETG阻隔氧氣、二氧化碳的能力也很強。由于材料本身是透明的,成型時無需添加助劑,因此用作食品包裝材料不會污染食物,是一種環保產品。
2.3相容性
  PETG的相容性主要體現在與其他高聚物共混時的相容情況。相容性好,無疑又為它的應用拓寬了一個領域。如聚碳酸酯(PC)是一種光澤度、韌性和耐熱性都很好的工程塑料,但存在耐化學性、耐應力斷裂的能力和加工性能都很差的缺點。如果PETG和PC的相容性很好,那么也就可以解決上述問題。
    目前,研究的PETG共混體系主要有:PC/PETG、PET/PETG、PBT/PETG和LCP/PETG。從實驗結果來看:PC/PETG、PBT/PETG、PET/PETG在形態結構和機械性能上都表現出很好的相容性;在PETG含量較高時更能體現出一種互容性;而LCP/PETG則表現出很差的相容性,LCP在共混體系中起到了成核劑的作用,導致PETG的結晶。 
3、共聚聚酯的成型加工
    下面以PETG熱收縮膜為例,介紹其具體生產工藝及條件:
 (1)干燥:對單螺桿擠出機,推薦采用真空轉鼓干燥機,干燥溫度70℃-75℃,干燥時間大于6h。 
對雙螺桿擠出機,可省去干燥程序,用真空排氣系統將水份和低聚物排出。

(2)熔融擠出:在單螺桿擠出機中進行,料筒的各段溫度從加料口起依次為:180℃、240℃、260℃、270℃和275℃,機頭溫度為270℃。

(3)流延成片:熔體從衣架式機頭中流延至冷卻轉鼓上冷卻成片,冷卻轉鼓的冷氣水溫為30℃左右。
(4)單向拉伸:高熱收縮膜要求橫向單向拉伸,預熱溫度為90℃-100℃,拉伸溫度為05℃-110℃, 拉伸倍數為3-3.5。拉伸鏈夾需風冷控制在110℃以下,防止粘夾。

(5)冷卻:拉伸后的PETG膜立即進行冷卻,而不必進行熱定型處理。

  PETG有著優異的光澤度、透光率和成型性等性能,而且由于近幾年來隨著消費者對醫療用品、日用消費品和化妝品包裝等的衛生及外觀要求的不斷提高,PETG將成為生產高品質產品的良好原料,有著非常廣闊的應用前景。
  在應用方面,PETG廣泛用于高透明片材和板材、高性能收縮膜、熱封膜、瓶材及異型材等。PETG特別適合生產厚壁透明制品,透明度與PC接近,其他性能尤其是剛性和韌性都接近PC,但價格比PC低,在透明制品領域可替代PC、透明ABS、PMMA、K樹脂等,具體性能比較見表2。PETG的特性粘度0.68dL/g,熔點215℃;加工工性能極佳,可設計任意形狀,用擠出、注塑、吹塑及吸塑等方法成型,并可進行二次加工如常規的機械加工修飾,但注意成型收縮率比較大。
 
   表2  PETG與PC、PMMA、K樹脂、TABS性能比較

4.1片材和板材 
  使用常規的成型方法,可以制備1mm-25.4mm厚度的透明材料,具有優越的光學性能(高透光性、高光滑和低光暈),有突出的韌性和高沖擊性能,其沖擊強度是改性聚丙烯酸酯的3-10倍,成型性能優異,冷彎曲不泛白,無裂紋,易于印刷和修飾,還可進行各類吸塑成型加工,制成各種電子產品包裝材料。PETG片板廣泛應用于室內外標牌,儲物架、自動售貨機面板,家具、建筑及機械檔板等。我國的第二代身份證就采用PETG基材替代傳統的PET基材,它具有可回收再利用、不污染環境、易于印刷、防偽造、耐摩擦、耐劃痕、抗腐蝕、抗老化、抗靜電等優點。

  對于要求透明性與強韌性的應用,伊土曼的Provista共聚聚酯以及Tenite纖維素是板材擠出的最佳選擇。它們具有出色的物理性質和耐化學性。對于要求透明性與可塑性的應用,Neostar彈性體是板材擠出的最好選擇。可以將它們與Provista共聚聚酯共同擠出,從而獲得很好的剛性和柔韌性。
  Spectar共聚聚酯是伊士曼最早的產品,是伊士曼用于標志和顯示的主要產品,它可以被擠壓成極其透明、堅硬、耐化學腐蝕、無味、多用途、方便使用且價廉物美的塑料板材。另外,Spectar可以在低溫下擠壓,而且不會結晶或生成透明的薄霧;清潔溶劑不會使Spectar共聚聚酯變白。
4.2異型材和管材
  PETG共聚聚酯具有良好的韌性和透明性,可制成各類型材,堅硬、透明、光澤好、受壓不泛白,易于成型及后加工處理,符合環保要求,廣泛用于建筑裝飾和醫療設施,并可用于電子產品的周轉器、玩具、運動器械、家庭用品等。
4.3薄膜類
  可用于生產高性能收縮膜,普通PET的熱收縮率僅為30%,而PETG的熱收縮率大于70%,具有高收縮力、高透明度、高光澤、低霧度、易于印刷,可用于形狀復雜容器的包裝,如飲料瓶、食品、化妝品瓶、電子產品等。伊士曼公司的Embrace共聚聚酯是專門為收縮膜工業而設計的乙二醇改性聚酯。它的突出優點在于:表面光澤、手感舒適、具有華麗的色彩和透明色調、耐化學性、耐沖擊和韌性良好。而其易于加工、可回收使用及環保等性能,更符合了現代生產商家的要求。目前消費者對商品的外表包裝要求越來越高,這就使化妝品包裝設計顯得越來越重要。要達到美觀、質感良好及經久耐用,對設計者提出了很高要求,而PETG的良好加工性能使設計構思成為了可能,也可以與其他材料混合使用以獲得特殊的收縮特性。另外,Eastar Bio是伊士曼公司開發的一種可降解的共聚聚酯,以滿足包裝市場的需要和當今社會對環保生物降解材料的需求,在PET的技術基礎上,用共聚來代替均聚,以此解決PET作為包裝材料的脆性問題。經過共聚,使樹脂轉為非晶體結構,同時玻璃化溫度也有所降低,易于加工成型,韌性也有所提高。
4.4纖維
  PETG共聚聚酯制得的纖維除了具有其自身的特性外,其回彈性和染色性優于常規PET纖維。Eastar Bio共聚聚酯也可以用于纖維及無紡布,可回收再利用,對環境無污染。
4.5吹塑瓶類
  改善傳統PET瓶韌性低的不足,適合于大型瓶的制造,摩擦不起痕、易于表面修飾,廣泛應用于高檔化妝品包裝。如Eastar GN046共聚聚酯的熔融強度很高,專用于擠出吹塑制品。
4.6注塑制品
  電器透明配件如顯示器、保護面罩、光源外罩,透明文具如筆套等,透明家庭用品如冰箱保鮮盒等,醫藥容器如試管等,各類兒童玩具。如Eastar GN071共聚聚酯適用于注塑,具有光亮透明、韌性好、耐化學性能好、無氣味、多用途、易于加工及成本合理等優點。
5、結論
   PETG是一種全新的透明工程塑料,具有優異的綜合性能,易于成型加工,屬于新一代環保塑料品種。目前,國內對PETG的研究較少,但是,各個行業對于產品的性能要求越來越高,相關產業的高速發展,促進了PETG的發展進程。總之,共聚聚酯的良好使用及加工性能使其在今后的日用品、化妝品、醫療業、玩具業等領域有著廣泛的應用前景。

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