1 前言
聚酯有很多種類，大家比較熟悉的有PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）、PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）和PTT（聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯）。20世紀(jì)80年代，美國的Eastman Kodark公司開發(fā)了聚酯的新品種&PCT（聚對(duì)苯二甲酸-1,4-環(huán)己二甲醇酯，由PTA（對(duì)苯二甲酸）或DMT（對(duì)苯二甲酸二甲酯）和CHDM（1,4-環(huán)已二甲醇）先通過酯化或酯交換反應(yīng)，再通過縮聚反應(yīng)而成。它是一種半結(jié)晶的熱塑性聚酯，其突出優(yōu)點(diǎn)是耐熱性好，熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(xiàn)整性被破壞，使結(jié)晶度大大降低，甚至當(dāng)EG/CHDM比例達(dá)到一定值時(shí)可得到完全無定形的共聚酯。
PETG常用的共聚單體為1,4-環(huán)己烷二甲醇（CHDM），全稱為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯。它是由對(duì)苯二甲酸（TPA）、乙二醇（EG）和1,4-環(huán)己烷二甲醇（CHDM）三種單體用酯交換法縮聚的產(chǎn)物，與PET比較多了1,4-環(huán)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(jié)晶型共聚聚酯，隨著共聚物中CHDM的增加，熔點(diǎn)下降，玻璃化溫度上升，結(jié)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(qiáng)度優(yōu)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(xué)性優(yōu)異、低萃取性、耐水解性、流動(dòng)性好、著色力強(qiáng)、易于成型加工、衛(wèi)生性好（符合FDA），屬于新一代環(huán)保塑料。
目前，PETG的主要生產(chǎn)商為美國伊士曼化學(xué)公司和韓國SK化工株式會(huì)社。
2 共聚聚酯的性能
2.1 機(jī)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(chǎn)品性能的比較。
表1 伊士曼公司PETG的性能比較
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性能 |
試驗(yàn)方法 |
Z6002 |
Z6004 |
Z6006 |
Z6008 |
|
一般性能 |
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相對(duì)密度 |
D792 |
1.2 |
1.19 |
1.2 |
1.23 |
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成型收縮率，% |
D955 |
0.2-0.6 |
0.2-0.6 |
0.2-0.6 |
0.2-0.5 |
|
熔體指數(shù),g/10min（230℃） |
/ |
15 |
22.5 |
15 |
/ |
|
（275℃） |
/ |
/ |
/ |
/ |
23 |
|
固有粘度 |
/ |
0.72 |
0.62 |
0.72 |
0.73 |
|
機(jī)械性能 |
|
|
|
|
|
|
拉伸強(qiáng)度，MPa |
D638 |
69 |
71 |
67 |
65 |
|
斷裂伸長率，% |
D638 |
300 |
300 |
310 |
330 |
|
撓曲模量，MPa |
D790 |
2.9×103 |
2.9×103 |
2.7×103 |
2.6×103 |
|
撓曲屈服強(qiáng)度，MPa |
D790 |
100 |
100 |
97 |
96 |
|
洛氏硬度 |
D785 |
103 |
107 |
105 |
105 |
|
Izod沖擊強(qiáng)度,kJ/m2（23℃） |
D256 |
1.5 |
1.5 |
7 |
NB |
|
（-40℃） |
|
0.7 |
0.8 |
1.1 |
1.2 |
|
熱學(xué)性能 |
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|
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|
|
|
熱變形溫度，℃（0.45MPa） |
D648 |
75 |
70 |
73 |
74 |
|
（1.86MPa） |
|
65 |
65 |
65 |
65 |
|
維卡軟化點(diǎn)，℃（1kg負(fù)荷） |
D1525 |
85 |
85 |
85 |
88 |
|
燃燒性 |
UL94 |
V-2 |
V-2 |
V-2 |
- |
|
光學(xué)性能 |
|
|
|
|
|
|
霧度，% |
D1003 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.4 |
|
透光率，% |
D1003 |
91 |
91 |
91 |
89 |
2.2 光學(xué)性能和耐化學(xué)性能
PETG的低結(jié)晶或不結(jié)晶性使其具有很好的光學(xué)性能在表面光澤度極高的同時(shí)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(shí)還具有很好的耐化學(xué)物質(zhì)的作用，如家用洗滌劑、稀酸、稀堿等，但有些化學(xué)試劑和溶劑對(duì)它的性能也會(huì)有所影響。另外，PETG阻隔氧氣、二氧化碳的能力也很強(qiáng)。由于材料本身是透明的，成型時(shí)無需添加助劑，因此用作食品包裝材料不會(huì)污染食物，是一種環(huán)保產(chǎn)品。
2.3 相容性
PETG的相容性主要體現(xiàn)在與其他高聚物共混時(shí)的相容情況。相容性好，無疑又為它的應(yīng)用拓寬了一個(gè)領(lǐng)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(xué)性、耐應(yīng)力斷裂的能力和加工性能都很差的缺點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)結(jié)果來看：PC/PETG、PBT/PETG、PET/PETG在形態(tài)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能上都表現(xiàn)出很好的相容性；在PETG含量較高時(shí)更能體現(xiàn)出一種互容性；而LCP/PETG則表現(xiàn)出很差的相容性，LCP在共混體系中起到了成核劑的作用，導(dǎo)致PETG的結(jié)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(chǎn)工藝及條件：
（1）干燥
對(duì)單螺桿擠出機(jī)，推薦采用真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)，干燥溫度70℃-75℃，干燥時(shí)間大于6h。
對(duì)雙螺桿擠出機(jī)，可省去干燥程序，用真空排氣系統(tǒng)將水份和低聚物排出。
（2）熔融擠出
在單螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行，料筒的各段溫度從加料口起依次為：180℃、240℃、260℃、270℃和275℃，機(jī)頭溫度為270℃。
（3）流延成片
熔體從衣架式機(jī)頭中流延至冷卻轉(zhuǎn)鼓上冷卻成片，冷卻轉(zhuǎn)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(yù)熱溫度為90℃-100℃，拉伸溫度為105℃-110℃，拉伸倍數(shù)為3-3.5。拉伸鏈夾需風(fēng)冷控制在110℃以下，防止粘夾。
（5）冷卻
拉伸后的PETG膜立即進(jìn)行冷卻，而不必進(jìn)行熱定型處理。
PETG有著優(yōu)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(fèi)者對(duì)醫(yī)療用品、日用消費(fèi)品和化妝品包裝等的衛(wèi)生及外觀要求的不斷提高，PETG將成為生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品的良好原料，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
在應(yīng)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(chǎn)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(jià)格比PC低，在透明制品領(lǐng)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(diǎn)215℃；加工工性能極佳，可設(shè)計(jì)任意形狀，用擠出、注塑、吹塑及吸塑等方法成型，并可進(jìn)行二次加工如常規(guī)的機(jī)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
|
性能 |
Z-6008 |
Z-6006 |
PMMA |
K（BS） |
ABS |
PC |
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透明度，% |
91 |
92 |
90 |
70 |
68 |
92 |
|
沖擊強(qiáng)度，J/m |
860 |
760 |
90 |
60 |
130 |
800-1000 |
|
斷裂伸長率，% |
330 |
310 |
270 |
20 |
50 |
120 |
|
彎曲模量，MPa |
1800 |
1900 |
1800 |
2800 |
2300 |
2400 |
4.1 片材和板材
使用常規(guī)的成型方法，可以制備1mm-25.4mm厚度的透明材料，具有優(yōu)越的光學(xué)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(qiáng)度是改性聚丙烯酸酯的3-10倍，成型性能優(yōu)異，冷彎曲不泛白，無裂紋，易于印刷和修飾，還可進(jìn)行各類吸塑成型加工，制成各種電子產(chǎn)品包裝材料。PETG片板廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外標(biāo)牌，儲(chǔ)物架、自動(dòng)售貨機(jī)面板，家具、建筑及機(jī)械檔板等。我國的第二代身份證就采用PETG基材替代傳統(tǒng)的PET基材，它具有可回收再利用、不污染環(huán)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(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于要求透明性與強(qiáng)韌性的應(yīng)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(zhì)和耐化學(xué)性。對(duì)于要求透明性與可塑性的應(yīng)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(chǎn)品，是伊士曼用于標(biāo)志和顯示的主要產(chǎn)品，它可以被擠壓成極其透明、堅(jiān)硬、耐化學(xué)腐蝕、無味、多用途、方便使用且價(jià)廉物美的塑料板材。另外，Spectar可以在低溫下擠壓，而且不會(huì)結(jié)晶或生成透明的薄霧；清潔溶劑不會(huì)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(jiān)硬、透明、光澤好、受壓不泛白，易于成型及后加工處理，符合環(huán)保要求，廣泛用于建筑裝飾和醫(yī)療設(shè)施，并可用于電子產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)器、玩具、運(yùn)動(dòng)器械、家庭用品等。
4.3 薄膜類
可用于生產(chǎn)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(fù)雜容器的包裝，如飲料瓶、食品、化妝品瓶、電子產(chǎn)品等。伊士曼公司的Embrace共聚聚酯是專門為收縮膜工業(yè)而設(shè)計(jì)的乙二醇改性聚酯。它的突出優(yōu)點(diǎn)在于：表面光澤、手感舒適、具有華麗的色彩和透明色調(diào)、耐化學(xué)性、耐沖擊和韌性良好。而其易于加工、可回收使用及環(huán)保等性能，更符合了現(xiàn)代生產(chǎn)商家的要求。目前消費(fèi)者對(duì)商品的外表包裝要求越來越高，這就使化妝品包裝設(shè)計(jì)顯得越來越重要。要達(dá)到美觀、質(zhì)感良好及經(jīng)久耐用，對(duì)設(shè)計(jì)者提出了很高要求，而PETG的良好加工性能使設(shè)計(jì)構(gòu)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(fā)的一種可降解的共聚聚酯，以滿足包裝市場的需要和當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)保生物降解材料的需求，在PET的技術(shù)基礎(chǔ)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(jīng)過共聚，使樹脂轉(zhuǎn)為非晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(yōu)于常規(guī)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(duì)環(huán)境無污染。
4.5 吹塑瓶類
改善傳統(tǒng)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(yīng)用于高檔化妝品包裝。如Eastar GN046共聚聚酯的熔融強(qiáng)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(hù)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(yī)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(xué)性能好、無氣味、多用途、易于加工及成本合理等優(yōu)點(diǎn)。
5 結(jié)論
PETG是一種全新的透明工程塑料，具有優(yōu)異的綜合性能，易于成型加工，屬于新一代環(huán)保塑料品種。目前，國內(nèi)對(duì)PETG的研究較少，但是，各個(gè)行業(yè)對(duì)于產(chǎn)品的性能要求越來越高，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，促進(jìn)了PETG的發(fā)展進(jìn)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(yī)療業(yè)、玩具業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
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