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聚酯的性能及其改性三

发布时间:2022年05月19日    点击:[0]人次

聚酯的性能及其改性(三)

(3)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 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代了苯环,萘环比苯环具有更大的共轭双键,分子刚性大,它与PET相比,PEN在许多性能方面都要高出一筹。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。

所谓共混改性就是在PET树脂中加入一定比例的其它物质,象如上所述的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%~3 7%,并可将对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。

(4)表面涂布改性

表面涂布法是提高PET薄膜阻隔性及其它性能的又一常用的方法。国外市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60mM/n,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。

(5)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。

(6)纳米材料改性。

纳米材料是指粒径处于纳米量级1-100nm的材料(1nm=10-9m),它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。由于纳米粒子尺寸甚小,故具有独特的量子尺寸效应、表面效应、界面效应、体积效应、宏观显示隧道效应、小尺寸效应等。因此,纳米材料具有许多特点。这就导致由纳米微粒构成的体系产生了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊的性质。

纳米塑料则是纳米材料例如硅酸盐、碳酸钙、SiO2、TiO2、蒙脱土等以纳米级尺寸(一般为1~100nm)、均匀分散在塑料母体树脂中的复合材料。根据合成树脂不同可分类为:纳米尼龙、纳米聚烯烃、纳米聚酯等。纳米塑料的无机纳米粒子加入量较少,一般为2%~5%,仅为通常无机填料改性时加入量的1/10左右。

与原来母体树脂相比,纳米塑料改进和提高的性能有以下几个方面的特点:

①是提高力学性能。其弯曲模量(刚性)可提高1.5~2倍;

②是提高耐热性能。其热变形温度可提高十多度,热膨胀系数下降为原来的一半;

③是增加塑料阻隔性。使材料对二氧化碳、氧的透过率降为原来1/2~1/5;

④是改进材料的透明性、颜料着色性;

⑤是提高材料的阻燃等级。

⑥是提高材料的尺寸稳定性等。

纳米塑料中最常用的纳米无机材料蒙脱土(MMT),是我国富产的一类天然粘土矿物。它是一种层状硅酸盐,其结构:片层为纳米尺度,包含三个亚层,在两个硅氧四面体亚层中间夹含一个铝氧八面体亚层,亚层之间通过共用氧原子以共价键连接,结合极其牢固。蒙脱士能进一步与单体或聚合物熔体反应,在单体聚合或聚合物熔体混合的过程中,剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散到聚合物基体中,从而形成纳米塑料。纳米塑料中含蒙脱土量较少,通常仅为2%~5%,但其刚性、强度、耐热性等性能与常规玻璃纤维或矿物填充增强复合材料相当,因而纳米塑料的比重较低,比强度和比模量高而又不损失其抗冲击强度,能够有效地减轻制品质量。同时,由于纳米粒子尺寸小于可见光波长,纳米塑料具有高的光泽和良好的透明度。值得一提的是它还赋予材料的阻燃性。因目前具有阻燃性塑料的添加剂大多采用含卤化合物,这种含卤素的阻燃剂在燃烧时生成的烟雾中含有腐蚀性的卤化氢及致癌物,不符合环保的要求。因此要求采用无卤阻燃材料的呼声日趋高涨。若使用一般氢氧化铝、氢氧化镁无机阻燃剂时因添加量太大,会使材料力学性能受到较大影响,故采用阻燃自熄性的纳米塑料是较合适的选择方案。

总之,纳米复合改性已成为制备先进包装材料的主要途径,其应用前景十分广阔。

三、结束语

包装行业对塑料包装材料的要求越来越高,对聚酯薄膜来讲,为了满足高阻隔、高光亮、耐高温、耐水解、抗紫外、可热封、阻燃、高收缩等不同的要求,主要应从聚酯原料改性方面入手:

(1)采用PET+PEN共混或PET/PEN共挤复合来生产高阻隔、耐高温、抗紫外的BOPET薄膜;

(2)采用PET/PETG共挤复合来生产可热封的BOPET薄膜;

(3)采用PET+PETG或单用PETG并采用相应的拉膜工艺可生产高收缩薄膜;

(4)采用PET+非晶型聚酯或选用特殊添加剂母料可生产高光亮薄膜;

(5)采用PET薄膜表面涂复高阻隔树酯可制得高阻隔PET薄膜;

(6)采用PET薄膜表面涂复合紫外线涂复外(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;

(7)采用PET薄膜表面涂复某种聚合物可制得高表面张力的PET 薄膜。

(8)采用PET薄膜表面涂夏某种溶液可以制得产生亚光效果的PET薄膜。

(9)采用纳米复合改性的PET可制得具有较高阻隔性和耐热性的PET薄膜。

(10)采用含有特种功能性母料的PET树酯可制得具有不同功能(阻燃、抗静电等)的PET薄膜。

来源: 江阴金中达新材料有限公司 作者: 冯树铭

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