聚对苯二甲酸乙二醇酯

海川百科 · 发表于 2021-2-25 15:54:44

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简介

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），化学式为(C10H8O4)n，是由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽，是生活中常见的一种树脂，可以分为APET、RPET和PETG。
在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。
英文名： polyethylene terephthalate（简称PET）
别名：聚对苯二甲酸乙二酯
CAS号：25038-59-9
熔点：250-255°C
聚对苯二甲酸乙二醇酯是热塑性聚酯中最主要的品种，俗称涤纶树脂。它是由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。与PBT一起统称为热塑性聚酯，或饱和聚酯。
1946年英国发表了第一个制备PET的专利，1949年英国ICI公司完成中试，但美国杜邦公司购买专利后，1953年建立了生产装置，在世界最先实现工业化生产。初期PET几乎都用于合成纤维（我国俗称涤纶、的确良）。80年代以来，PET作为工程塑料有突破性的发展，相继研制出成核剂和结晶促进剂，目前PET与PBT一起作为热塑性聚酯，成为五大工程塑料之一。
PET分为纤维级聚酯切片和非纤维级聚酯切片。①纤维级聚酯用于制造涤纶短纤维和涤纶长丝，是供给涤纶纤维企业加工纤维及相关产品的原料。涤纶作为化纤中产量最大的品种。②非纤维级聚酯还有瓶类、薄膜等用途，广泛应用于包装业、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车等领域，其中包装是聚酯最大的非纤应用市场，同时也是PET增长最快的领域。
大量用作纤维，而工程塑料树脂可分为非工程塑料级和工程塑料级两大类，非工程塑料级主要用于瓶、薄膜、片材、耐烘烤食品容器等。
PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。PET有酯键，在强酸、强碱和水蒸汽作用下会发生分解，耐有机溶剂、耐候性好。缺点是结晶速率慢，成型加工困难，模塑温度高，生产周期长，冲击性能差。一般通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性，以玻璃纤维增强效果明显，提高树脂刚性、耐热性、耐药品性、电气性能和耐候性。但仍需改进结晶速度慢的弊病，可以采取添加成核剂和结晶促进剂等手段。加阻燃剂和防燃滴落剂可改进PET阻燃性和自熄性。

优点
1.有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。
2.耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。
3.可在55-60℃温度范围内长期使用，短期使用可耐65℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。
4.气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能。
5.透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。
6.无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。

性能
PET是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、耐抗疲劳性、耐磨擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性：电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。
PET树脂的玻璃化温度较高，结晶速度慢，模塑周期长，成型周期长，成型收缩率大，尺寸稳定性差，结晶化的成型呈脆性，耐热性低等。
通过成核剂以及结晶剂和玻璃纤维增强的改进，PET除了具有PBT的性质外，还有以下的特点。
1.热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中最高的。
2.因为耐热高，增强PET在250℃的焊锡浴中浸渍10s，几乎不变形也不变色，特别适合制备锡焊的电子、电气零件。
3.弯曲强度 200MPa，弹性模量达4000MPa，耐蠕变及疲劳性也很好，表面硬度高，机械性能与热固性塑料相近。
4.由于生产PET所用乙二醇比生产PBT所用丁二醇的价格几乎便宜一半，所以PET树脂和增强PET是工程塑料中价格最低的，具有很高的性价比。
为改进PET性能，PET可与PC、弹性体、PBT、PS类、ABS、PA形成合金。
PET（增强PET）主要采取注射成型法加工，其他方法还有挤出、吹塑、涂覆和焊接、封接、机加工、真空镀膜等二次加工方法。成型前须充分干燥。
聚对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。属结晶型饱和聚酯，平均分子量(2-3)×104，重均与数均分子量之比为1.5-1.8。玻璃化温度80℃，马丁耐热80 ℃，热变形温度98℃（1.82MPa），分解温度353℃。具有优良的机械性能，刚性高，硬度大，吸水性很小，尺寸稳定性好。韧性好，耐冲击、耐摩擦、耐蠕变。耐化学性好，溶于甲酚、浓硫酸、***、三氯醋酸、氯苯酚，不溶于甲醇、乙醇、丙同、烷烃。使用温度-100～120℃，弯曲强度 148-310MPa。
吸水性：0. 06%-0.129%
冲击强度：64.1-128J/m
洛氏硬度：M 90-95
伸长率：1.8%-2.7%

成型加工
PET的成型加工可以注塑、挤出、吹塑、涂覆、粘结、机加工、电镀、真空镀金属、印刷。以下主要介绍二种。
1、注塑级：① 温度设定：射嘴：280~295℃、前段270~275℃、中锻265~275℃、后段250-270℃；螺旋杆转速50~100rpm、模具温度30~85℃、非结晶型之模具为70℃一下、背压5-15KG。② 试用除湿干燥机、料管温度240~280℃、射出压力500~1400℃、射出成型温度260~280℃、干燥温度120~140℃、须时2~5小时。
2、薄膜级：先将PET树脂切片预干燥，以防水解，然后在挤出机中于280℃经T形模挤出无定型厚片，经过冷却转鼓或冷却液进行骤冷，使其保持无定形态，以便拉伸定向。厚片再经拉幅机双向拉伸，就成PET薄膜。纵向拉伸就是将厚片预热至86~87℃，并在此温度下沿厚片平面延伸方向拉伸3倍左右，使之取向可以提高结晶度达到较高温度：横向拉伸预热温度98~100℃，拉伸温度100~120℃拉伸比2.5~4.0，热定型温度230~240℃。纵横向拉伸后的薄膜还需经过热定型，以消除由拉伸产生的膜变形，制成热稳定性较好的薄膜。

主要用途

在塑料分类中，PET的代号是1号，作用广泛：
主要应用为电子电器方面有：电气插座、电子连接器、电饭煲把手、电视偏向轭，端子台，断电器外壳、开关、马达风扇外壳、仪表机械零件、点钞机零件、电熨斗、电磁灶烤炉的配件；汽车工业中的流量控制阀、化油器盖、车窗控制器、脚踏变速器、配电盘罩；机械工业齿轮、叶片、皮带轮、泵零件、另外还有轮椅车体及轮子、灯罩外壳、照明器外壳、排水管接头、拉链、钟表零件、喷雾器部件。
另外：
可纺成聚酯纤维，即涤纶。
可制成薄膜用于录音、录像、电影胶片等的基片、绝缘膜、产品包装等。
作为塑料可吹制成各种瓶，如可乐瓶、矿泉水瓶等。
可作为电器零部件、轴承、齿轮等。

生产技术

涤纶聚酯由对苯二甲酸与乙二醇缩聚而成，遵循线形缩聚的普遍规律。生产涤纶聚酯，先后发展有酯交换法和直接酯化法两种合成技术。
（1）酯交换法或间接酯化法
这是传统生产方法，由甲酯化，酯交换，终缩聚三步组成，甲酯化的目的是便于对苯二甲酸二甲酯精制提纯。
①甲酯化：对苯二甲酸与稍过量甲醇反应，先酯化成对苯二甲酸二甲酯。蒸出水分，多余甲醇，苯甲酸甲酯等低沸物，再经精馏，即得纯的对苯二甲酸二甲酯。
②酯交换：190~200℃下，以醋酸镉和三氧化锑作催化剂，使对苯二甲酸二甲酯与乙二醇（摩尔比约1:2.4）进行酯交换反映，形成聚酯低聚物。馏出甲醇，使酯交换充分。
③终缩聚：在高于涤纶熔点下，如283℃，以三氧化锑为催化剂，使对苯二甲酸乙二醇酯自缩聚或酯交换，借减压和高温，不断馏出副产物乙二醇，逐步提高聚合度。
甲酯化和酯交换阶段，并不考虑等基团数比。终缩聚阶段，根据乙二醇的馏出量，自然的调节两基团数的比，逐步逼近等物质的量，略使乙二醇过量，封锁分子两端，达到预定聚合度。
（2）直接酯化法
对苯二甲酸提纯技术解决后，这是优先选用的经济方法。对苯二甲酸与过量乙二醇在200℃下先酯化成低聚合度（如X=1~4）聚对苯二甲酸乙二醇酯，而后在280℃下终缩聚成高聚合度的最终聚酯产品（n=100~200），这一步与间接酯化法相同。
随着缩聚反应程度的提高，体系粘度增加。在工程上，将缩聚分段在两反应器内进行更为有利。前段预缩聚：270℃，2000~3300Pa。后段终缩聚：280~285℃，60~130Pa。

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