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改性技术提高聚酯产品性能呢是嘛

发布时间:2021-07-10 23:54:25 阅读: 来源:铝罐厂家
改性技术提高聚酯产品性能呢是嘛

改性技术提高聚酯产品性能

聚酯薄膜(BOPET)被广泛地用作包装材料,巿场对于其要求也日益提高。通过共聚改性、共混改性、表面涂层改性等方法,对聚酯原料进行改性,可以提高BOPET薄膜在阻隔、耐高温、抗紫外线、可热封等方面的性能。

采用不同的改性方法可提高BOPET薄膜的阻隔、耐高温、抗紫外等性能。

聚酯(PET)是指含有酯基的热塑性聚酯的简称。作为热塑性饱和聚酯的一员,聚对苯二英国曼彻斯特大学物理学家安德烈甲酸乙二醇酯是塑料包装材料中使用最为广泛的一种。它可用于加工成型各种瓶类容器、片材和薄膜。其中聚酯薄膜(BOPET)最大的应用巿场是软包装复合材料,约占总用量的50%。人们生活水平日益改善,对包装材料的要求也越来越高,例如,要求有高阻隔性、高耐热性、高透光率、高光泽度、低雾度、抗紫外线辐射、阻燃、可热封、符合食品卫生的要求等等。显然,普通的聚酯薄膜已不能满足这些要求,因此须根据不同的使用要求,从不同的角度对PET进行必要的改性。

PET生产工艺的改进

PET是由PTA(精制对苯二甲酸)和EG(乙二醇)在加热和催化剂及稳定剂存在下缩聚而成。PET的性能如结晶性、耐热性、物理机械性能等与原料纯度、所选用催化剂、稳定剂的种类和用量以及生产工艺等诸多因素有关。

例如,PTA的酸度直接表徵其纯度,影响酸度值有醋酸、PT酸、4-CBA(对羧基苯甲醛),这些成份会影响到PET产品质量和加工性能,甚至最终产品使用性能。如果使用酸值不合格的PTA生产出的PET,加工饮料瓶灌装饮料后可能会变味,在拉膜时可能会出现晶点、透明度变差、容易破膜等情况。EG的质量对PET的熔点、热性能同样也有一定的影响。

聚酯的热稳定剂通常使用磷酸三甲酯(TMP)或磷酸三苯酯(TPP),它们的含磷量较低,添加量较大,加入量过多会使PET熔点下降,并影响透明度。法国推出的新型热稳定剂三乙基磷酸酯(TEPA),据介绍能使PET雾度降低、透明度提高。

可分为楔形类夹具(指采取斜面锁紧原理结构的夹具)、对夹类夹具(指采取单面或双面罗纹顶紧原理结构的夹具)、缠绕类夹具(指试样通过缠绕方式锁紧的夹具)、偏心类夹具指采取(偏心锁紧原理结构的夹具)、杠杆类夹具(指采取杠杆力放大原理结构的夹具)、台肩类夹具(指适用于台肩试样的夹具)、螺栓类夹具(指适用于螺栓、螺钉、螺柱等测试罗纹强度的夹具)、90°剥离类夹具(指适用于两试样进行垂具 开发新型、高效、无毒、无污染的非重金属催化剂是聚酯生产技术进步的又一个重要环节。目前,绝大多数聚酯生产装置所使用的催化剂均为锑系列催化剂,例如三氧化二锑、醋酸锑、乙二醇锑等。令人担忧的是锑属于重金属,不利于环保,甚至有可能危害人类健康。因此,致力于开发不含重金属、无环境污染、有益于健康的聚酯催化剂十分必要,尤其是作为PET食品包装材料来说,更感迫切。

德国一家公司开发出一种C-94的新型、高活性(Ti/Si)、不含重金属的聚酯催化剂,用量只有Sb2O3的1/4,但缩聚时间却大大缩短,从而大大提高了聚酯装置的生产能力,特别是制得的PET切片不含有重金属。

吉玛公司一直在进行非重金属催化剂的开发和研究,新近开发出一种名为Ecocat的催化剂,其特点是:能耗低、产量高、对环境无污染,用这种Ecocat催化剂生产的PET产品其各项性能均比较好。

另一个重要的课题是聚酯生产新技术的研究和应用,它对提高聚酯品质与生产效率尤为令人瞩目。据报道,美国Du Pont公司推出一种NG3新技术,这是一种两釜连续聚合的生产工艺,特别适用于生产高粘度聚酯。NG3新技术的特点是:先将低分子量聚合物(聚合度为的低聚物)制成具有独特结晶结构的中间体,然后再进行固相聚合。依靠此项新技术可减少设备投资、提高产品品质、降低生产成本,特别是聚酯分子中低聚物含量比一般生产工艺要低50%,树脂分子量分布较窄,加工性能更好。用这种聚酯加工的PET包装容器与薄膜具有极好的透明度和光泽度,非常适合用于包装材料。

拉膜工艺条件对聚酯薄膜性能的影响也很重要。例如,当拉伸温度偏高时,可能会出现中间薄、两边厚、公差偏大、甚至拉伸强度低、延伸率过大等现象。热定型温度的高低,则会影响薄膜的结晶度、热收缩率、拉伸强度和断裂伸长率。当热定型温度过高时,由于结晶度过高,脆性增加,断裂伸长率变小,甚至可能引起PET薄膜早期老化。

共聚改性

普通PET树脂是结晶型高聚物,一方面结晶度及晶粒的大小会影响PET薄膜的光学性能如透明度等;另一方面PET经过热拉伸并热定型后具有较大的结晶倾向,如果对其进行热封,将会产生严重的收缩变形。因此,普通BOPET薄膜不具备热封性能。为解决其热封问题,通常是采用将BOPET薄膜与PE薄膜或CPP薄膜进行复合的办法,从而在一定程度上限制了BOPET薄膜的应用。

例如,香烟包装用塑料薄膜所要求的高透明、高光亮、高强度、气体阻隔性等性能,BOPET都具有,而且远远超过BOPP。但是,它却缺少香烟快速热封包装所需要的热封性能。因而普通BOPET薄膜无法拓展烟膜之应用领域,于是便失去了烟膜这块利润丰厚的巿场。

又如,在食品包装行业,由于普通BOPET薄膜不具备热封性能,用户必须增加CPP或PE及胶粘剂等材料和复合工序。例如,采用BOPET/胶粘剂/CPP或BOPET/胶粘剂/PE或BOPET/胶粘剂/AL/胶粘剂/CPP等复合方式,这样做既费工费料,又增加成本。若能使用可热封的BOPET薄膜可省掉繁琐的复合工序,直接进行热合封口,则要方便得多。

那麽,如何才能使BOPET具有热封性能呢?方法之一就是采用共聚改性的方法来获得。如上所述,普通PET树脂是由PTA和EG在催化剂的作用与加热等条件下缩聚而成的,它是一种结晶性高聚物。为了破坏或削弱其结晶度,可采用第三甚至第四组分与之进行共聚,以破坏整个分子结构的有序排列对称性,使之生成无定型的共聚物,从而具有可热封性及其它许多特性。

第三或第四组分可以选用二元酸或二元醇,也可以同时选用这两种单体进行共聚。如采用二元酸进行共聚改性所生成的PET称为APET;延长产业链条采用二元醇进行共聚改性所生成的PET称为PETG。例如,美国Eastman公司采用由对苯二甲酸、乙二醇、以及一种对环己烷二甲醇(CHDM)进行三元共聚,通过控制对环己烷二甲醇的加入量,可分别制得PETG或PCTG,它们均属于无定型的PET共聚物。这种无定型的PET共聚物的特点是:高透明、低熔点、高光泽、低雾度、高收缩、可热封。其用途十分广如图形中点至点这1段为强化阶段泛。

另外,在PTA+EG聚合过程中,若加入少量的间苯二甲酸(IPA)参与共缩聚反应,所制得的PET由于结晶度较低,也可生产出透明度比较好的PET薄膜。

据报道,日本三井石油化学株式会社开发的由PTA+IPA+EG+特殊的二醇聚合成一种B010共聚物,也属于非晶型PET共聚物。当它与PET按一定比例共混时,共混物的光学性能及气体阻隔性都要优于普通PET。

共混改性

聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)与PET同属于聚酯家族,PTT与PET在分子构象上只相差一个碳原子,但在晶态结构上却存在较大差异。PTT分子中亚甲基呈螺旋排列方式,其晶格堆积密度比PET疏松得多,因此相对合适溶入水性涂料和各种常见的溶剂型涂料PET而言,PTT具有较好的透明度、耐热性、加工性。据报道,经用PTT改性的PET可用做耐热容器、磁记录盘及要求透明性好的包装薄膜等。

聚酯家族的另一新秀——聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN),因其分子结构中萘环取了苯环,萘环比苯环具有更大的共轭双键,分子刚性大,在许多性能方面比PET都要高出一筹。例如,PEN的耐热性、拉伸强度等机械性能、耐紫外线辐射性能、耐有机溶剂及耐水解性,特别是阻隔性等均要超过PET。PEN对氧气、二氧化碳、水汽的阻隔性分别比PET高4倍、5倍和3.5倍。另外,PEN结晶度低于PET,故其透明度也比较好。

所谓共混改性有哪些不正常现象,就是在PET树脂中加入一定比例的其它物质,如将上述的PTT、PEN或LCP(液晶聚合物)等进行共混,以改善和提高PET的某些性能。例如,当10%-20%的PEN与PET共混后,对氧气、二氧化碳的阻透性可分别提高30%-50%和23%-37%,并可将对而今年来紫外线的遮蔽波长提高到380nm。这种PEN/PET共混物可用于注/拉/吹成型包装容器,如PET瓶、PET桶等已用于食用油、酒类、碳酸饮料及啤酒的包装。PEN/PET的共混物也可采用双向拉伸法制得BOPET薄膜,这种由PEN与PET按一定比例进行混合后生产的BOPET薄膜可以大大提高PET薄膜的阻隔性、耐热性和抗辐射等性能。

表面涂层改性

表面涂层法是提高PET薄膜阻隔性及其它性能的又一常用的方法。国外巿场上大多数塑料啤酒瓶是PET经过表面涂布处理的产品。例如涂布聚羟氨基醚、EVOH、PVDC等可以提高聚酯瓶对氧气、二氧化碳的阻隔性;对BOPET薄膜来说,也可采用涂布聚偏二氯乙烯乳液的工艺来提高其阻隔性能。如涂覆含紫外线(UV)吸收剂的透明涂层(如:环氧丙烯酸聚合物、聚氨酯类丙烯酸酯、聚酯类丙烯酸酯),可构成聚酯薄膜的紫外线保护层,从而可增强PET薄膜的抗紫外线能力。又如,在BOPET薄膜表面涂布某种高聚物溶液可明显提高PET薄膜的表面性能。试验表明,这种经过涂布某种高聚物溶液的PET薄膜的表面湿张力可高达60mN/m,大大提高了PET薄膜的印刷和镀铝性能。而且,涂布法的PET薄膜的表面湿张力不会因为在高温、高湿的气候条件下而衰减,其另一个优点是镀铝后不会因为接触水溶液而发生镀铝层脱层现象。这两点都是常用的电晕处理法无法相比的。

此外,如果在PET薄膜表面涂布一层一种“MATTING”的物质,可以制得具有亚光效果的PET薄膜。

多层共挤改性

如前所述,为了使普通的PET薄膜具有可热封性,可在三层共挤生产线上的表层之一挤塑一层共聚树酯PETG,这里就不再重述。

若要提高BOPET薄膜的阻隔性、耐热性及耐辐射性,则可在三层共挤生产线上的表层之一挤塑一层PEN,因PEN与PET同属于聚酯类,它们具有很好的相容性。通过三层共挤所制得的BOPET复合膜(PET+母料/PET+回料/PEN+母料)比普通PET膜的性能—阻隔性、耐热性、耐水解及耐辐射等性能都会有很大程度的提高,但价格则要比纯BOPEN薄膜便宜得多。应该说这是软塑包装发展的方向。

纳米材料改性

纳米材料是指粒径处于纳米量级nm的材料(1nm=m),它是由尺



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