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聚萘二甲酸乙二醇酯的簡稱

聚萘二甲酸乙二醇酯的簡稱。聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是聚酯家族中重要成員之一,是由2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)或2,6-萘二甲酸(NDA)與乙二醇(EG)縮聚而成,是一種新興的優良聚合物。其化學結構與PET相似,不同之處在於分子鏈中PEN由剛性更大的萘環代替了PET中的苯環徠。萘環結構使PEN比PET具有更高的物理機械性能、氣體阻隔性能、化學穩定性及耐熱、耐紫外線、耐輻射等性能。

基本介紹


聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是20世紀90年代商業化的聚酯新品種。與PET一樣,PEN可以加工成薄膜、纖維、中空容器和片材。由於其綜合性能優異,有廣闊的潛在市場,因而引起世界聚酯行業的關注。然而自1997年Amoco公司產能為2.7萬噸/年的PEN原料2,6一萘二甲酸二甲酯(2,6-NDC)生產裝置開車以來,儘管技術已趨成熟,通過完善工藝,裝置能力已達到3.5萬噸/年,產品價格較中試時有了大幅度下降,但是與PET相比仍處於過高的水平,在大多數應用領域,PEN的性能/價格比難以與PET相競爭,因此大大限制了PEN的發展。目前全球生產PEN的企業僅有帝人集團、東洋紡、三菱化學、鍾紡、UniPET、M&G(收購Shell公司的PET、PEN事業)、KOSA、杜邦及Kolon等為數不多的聚酯相關企業。除帝人外,產品只是PEN切片。另外還有一些聚酯生產廠商(如伊斯曼化學)在摸透了PEN製造和應用技術並申請了多項專利之後,蓄勢待發,等待有利時機進入PEN領域。

發展歷史


早在1964年,日本帝人公司就開始了PEN的研究工作,到1971年,即以70-80噸/年規模試產PEN薄膜(商品名為Q薄膜),發現其性能與聚苯硫醚相當,是很理想的功能材料,可作高檔磁記錄薄膜。但由於PEN單體的製造成本高,使Q薄膜的發展受到限制,同時PEN的出現在當時還是引起了化工原料製造商的興趣。1973年帝人公司建立年產1000噸PEN裝置。1989年日本帝人公司使PEN膜商業化生產後,一直獨佔PEN膜供應市場,並在1993年建造了一條4000噸/年PEN薄膜生產線,將雙向拉伸薄膜商標命名為TEONEX。2000年PEN膜市場需求已達到6300噸。PEN薄膜與PET薄膜同為聚酯類膜,可使用與PET薄膜同樣的設備,通過熔融--擠出--雙向拉伸製得PEN膜。與PET膜相比,PEN薄膜具有除優良的高強、高模及熱阻性能外,又具備優良的氣體阻隔性、耐水性、耐放射性特點,有效的拓展了PEN薄膜的應用範圍。PEN薄膜的應用是PEN研究最多的一個方面,也是PEN最早投入使用的產品。目前PEN薄膜主要應用於磁帶的基帶、柔性印刷電路板、電容器膜、F級絕緣膜等方面。該公司90年代又建立4.8萬噸PEN生產裝置,生產的均聚PEN可直接用於生產包裝瓶、薄膜、纖維及工程塑料。2001年帝人和三信化工共同開發了PEN學生飯盒。
中國在70年代曾對PEN進行過研究,也有批量生產,主要用於絕緣薄膜方面。進入80年代后中國對PEN的結構及性能進行了系統的研究,中國紡大在80年代研製成PEN聚合物及纖維,鞍山鋼院、天津石化等均對PEN單體NDC進行過研究,並取得階段性進展,中國桂林電器科研所曾試製PEN薄膜。儀征化纖股份公司已於1996年作為部級課題投入科研力量進行PEN的研究開發工作,從原料單體NDC開始,研究了聚合工藝以及催化劑效果,聚合了切片,完成了小試。但有關PEN單體和PEN工業化生產應用方面還未見過報道。

用途


近年來,PEN薄膜主要應用於磁帶的基帶、柔性印刷電路板、電容器膜、F級絕緣膜等方面,而PEN薄膜新的用途仍然在不斷開發中。如數據磁帶,數據磁碟的種類有DDS(數字、數據、儲存),8MM數據磁帶,1/4英寸磁帶,DDS的需求量較大。根據DDS的記憶容量分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅱ、Ⅲ型為聚芳醯胺膜,Ⅰ型為PEN與PET共用型。記憶容量為2G,90MM的PEN薄膜代替。從記憶容量來考慮,Ⅰ型幾乎全部被PEN佔領。隨著手機及小型攜帶機械的發展,對薄膜電容器的需求也不斷增大。目前,雖然這方面市場規模雖小,但將是一個很有發展前途的領域。另外,由於PEN膜的耐熱性、薄膜強度較好,用於汽車感測器及絕緣零配件方面也有一定的發展前途。再者,F級絕緣膜最具有應用前景。一般的PET薄膜只可達到E級(長期使用溫度為120度),如果要達到B級(130度),則要求粘度提高很多,而且齊聚物含量要很低,否則用於製冷密封型電機的絕緣時,受潤滑油和冷媒的浸潤容易將齊聚物抽提出來,從而造成電機故障。而PEN中齊聚物的質量分數僅為0.5%,耐水性是PET的4倍,耐熱性好,可達到F級(160度)絕緣膜的要求,具有很好的應用前景。

性能


1.氣體阻隔性
由於萘的結構更容易呈平面狀,使得PEN最突出的性能之一就是氣體阻隔性能好。PEN對水的阻隔性是PET的3-4倍,對氧氣和二氧化碳的阻隔性是PET的4-5倍,對水的阻隔性是PET的3.5倍,其阻隔性可與PVDC相比,不受潮濕環境的影響。因而,PEN可作為飲料及食品包裝材料,並可大大提高產品的保質期。
2.化學穩定性能
PEN具有良好的化學穩定性,PEN對有機溶液和化學藥品穩定,耐酸鹼的能力好於PET。由於PEN的氣密性好,分子量相對較大,所以在實際使用溫度下,析出低聚物的傾向比PET小,在加工溫度高於PET的情況下分解放出的低級醛卻也少於PET。
3.耐熱性能
由於萘環提高了大分子的芳香度,使PEN比PET更具有優良的熱性能。PEN在130度的潮濕空氣中放置500小時后,伸長率僅下降10%。在180度乾燥空氣中放置10小時后,伸長率仍能保持50%。而PET在同等條件下就會變得很脆,無使用價值。PEN的熔點為265度與PET相近,其玻璃化溫度在120度以上,比PET高出50度左右。
4.耐紫外線輻射性能
由於萘的雙環結構具有很強的紫外光吸收能力,使得PEN可阻隔小於380nm的紫外線,其阻隔效應明顯優越於PC。另外,PEN的光致力學性能下降少,光穩定性約為PET的5倍,經放射后,斷裂伸長率下降少,在真空中和氧氣中耐放射線的能力分別可達PET的10倍和4倍。
5.其它性能
PEN還具有優良的力學性能,PEN的楊氏模量和拉伸彈性模量均比PET高出50%。而且,PEN的力學性能穩定,即使在高溫高壓情況下,其彈性模量、強度、蠕變和壽命仍能保持相當的穩定性。另外,還具有優良的電氣性能,PEN有與PET相當的電氣性能,其介電常數、體積電阻率、導電率等均與PET接近,但其電導率隨溫度變化小。下表1為PEN與PET性能比較情況;下表2為PEN與PET薄膜性能比較情況。

性能比較


性能單位PEN PET
熔點(℃)265260
結晶化溫度(℃)190129
耐熱性(℃)175120
熱收縮率(150℃,30min),%0.41.0
耐水解性(h)20050
抗輻射性(MGY)112
楊氏模量(kg/mm2)1800 1200
拉伸模MPa 588 44
抗衝擊強度(mm)2.24 2.18
表2 PEN與PET薄膜性能比較
性能單位PEN PET
玻璃化轉化溫度℃121 78
楊氏模量(TD+MD)kg/mm2 1800 1200
抗張強度Kg/mm2 50 45
長久使用溫度℃160 120
絕緣破壞電壓CV/μm40 40
齊聚物抽出量Mg/m2.h2 15
耐水解性hr200 50
耐放射性MGY11 2

前景


PEN的市場是以薄膜為先導奠定了基礎,而瓶裝用途緊隨其後。據悉,杜邦帝人薄膜是世界居領先地位的PET和PEN聚酯薄膜供應商,生產應用於特種、工業、包裝、電器、電子元件、高級磁性材料和高級照相材料等市場的聚酯薄膜產品。該公司在全球每一個地區都有其營銷、技術和生產設施。最近幾年來,由於杜邦帝人看好此類產品的發展前景,杜邦帝人薄膜日該公司也逐年穩步提高著聚對萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜的銷售產量。該公司開發的PEN薄膜應用領域是汽車用柔性印刷電路(FPC),由於性能突出且成本較低,預計該產品可以用於替代聚醯亞胺薄膜。隨著未來混合燃料汽車的發展,該產品的應用前景非常好,主要原因是聚酯薄膜耐熱性能不夠,而聚醯亞胺薄膜成本又太高。而PEN薄膜具有突出的耐熱性、尺寸穩定性、長期耐用而且具有氣密性,由於各方面性能表現均衡,因而應用起來非常容易。PEN薄膜可以承受160攝氏度的高溫,大大超過聚酯薄膜120攝氏度的水平,而氣體滲透性和吸水性則低於聚醯亞胺薄膜。歐洲已經開始在汽車儀錶盤和座椅感測器等部件的FPC中採用PEN薄膜。
也正是由於PEN具有以上突出的性能,使用PEN薄膜帶來不少優點:對於給定的溫度,可以使用較薄的絕緣材料,有助降低絕緣及其他材料成本、節約空間並且具有更好的設計可能性及良好的熱傳遞性;同PET一樣,易於處理或貼合;可以簡單地像平膜一樣使用;可以與某些材料複合以得到高質量的低成本貼合系統。

應用


前言
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種最常見的飽和聚酯,廣泛用於製造纖維、薄膜、瓶子、工程塑料等許多領域,有關PET的合成、結構、性能及應用等得到了廣泛的研究。聚2,6一萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是一種新型的PET的同系聚酯,比PET具有更優異的性能,如力學性能、耐熱性能、阻隔性能等,但由於PEN價格比PET要昂貴的多,這大大限制了PEN的使用。為了充分利用PEN的優異性能,同時解決其價格昂貴的問題,人們通常採用PET,PEN共聚和/或共混的方法,以將兩者的優越性充分地表現出來,並對此進行了許多研究,發表了許多研究報告。但從文獻來看,對聚對苯二甲酸二甲酯(DMT)、2,6一萘二甲酸二甲酯(DMN)與乙二醇(EG)的共酯交換動力學、2,6一萘二甲酸(NDA)、對苯二甲酸(TPA)與乙二醇(EG)的共直接酯化動力學、PEN―PET共縮聚動力學、以及PEN/PET共聚酯的結構與性能的研究較少,也不系統。為此,對PEN―PET共聚酯進行了系統研究。
在共聚材料中充分展現PEN的優異性能
PEN的結構與PET相似,不同之處在於分子鏈中,PEN是由剛性更大的萘環代替了苯環,它是由2,6-萘二甲酸二甲酯與乙二醇縮聚而得的聚合物。在PEN的分子結構中,由於萘環的結構更容易呈平面狀,使PEN具有更好的氣體阻隔性,比如PEN對水氣的阻隔性是PET的3-4倍,作為包裝材料可大大提高產品的保質期。分子中萘環的引入提高了大分子的芳香度,使得PEN比PET表現出更為優良的耐熱性能。PEN的熔點為265℃,其玻璃化溫度在120℃以上,比PET高出50℃左右;長期使用溫度高達160℃,PEN在180℃的乾燥空氣中放置10h以後,其伸長率仍能保持50%。而PET在同樣條件下,將變得無法使用。此外,PET/PEN的共聚物對提高PET的熱性能也具有明顯的作用。PEN的揚氏模量和拉伸彈性模量比PET高出50%,在170℃時,PEN的機械性能遠遠高於PET。由於萘的雙環結構具有很強的紫外線吸收能力,它可以阻隔波長小於380nm的紫外線,其光穩定性約為PET的5倍,在真空和O2中的耐放射性的能力分別可達PET的10倍和5倍。在PEN分子鏈中的酯基雖然遇水分解,但其分解速度僅為PET的1/4,耐酸、鹼的能力也優於PET。
由於PEN的氣密性好,分子質量相對大,故在實際使用溫度下,析出低聚物的傾向小,在加工溫度高於PET的情況下分解放出的低醛也少於PET。雖然PEN和PET一樣都是結晶性材料,但PEN在非結晶狀態時,能夠透明成型。
PET/PEN耐熱合金材料的生產過程
1.生產工藝過程中的影響因素
PET/PEN合金兼顧了PET的經濟性和PEN的耐熱性、阻氣性,故PET與PEN合金化是使PEN走向市場(尤其是包裝領域)的主要途徑之一。通過熔融共混反應擠出,選擇合理的酯交換率水平和反應擠出工藝條件,獲得性能價格比合理、在通用國產二步法吹瓶設備上技術可行、質量穩定可靠的耐熱、阻氣、透明的包裝瓶用料。
採用PEN樹脂和瓶級PET樹脂,在穩定劑、成核劑和助劑存在的情況下,利用雙螺桿擠出機,將PEN和PET按比例注入,在適宜條件下反應共擠,結果發現,在PEN含量較小(<30%)時,隨著PEN用量的增多,熱變形溫度HDT、玻璃化溫度Tg增大,意味著合金材料耐熱性能上升,在此範圍內,初始階段隨著PEN加入量上升,熱變形溫度和玻璃化溫度上升較快,當PEN含量達到20%左右後上升緩慢。
考慮到合金材料的綜合性能和應用加工性、價格等因素,以選用PEN含量小於20%的配比為宜。在熔融擠出工藝中,合金材料在螺桿擠壓機中的擠出時間(或者說是停留時間),對合金材料性能的影響很大,反應擠出的時間越長,合金所達到的酯交換率越高,說明PEN、PET相容化程度隨反應時間延長而加大。但副作用是合金的色度加深、熔融指數MI增大,表明樹脂熱降解隨著共擠時間增長而加劇,說明熱降解的加劇抵消了部分酯交換率提高耐熱性的效果。可見PET/PEN的酯交換率不可過高或過低,而應以5-10%的適中水平為宜。
2.PET/PEN合金瓶坯的生產
用雙螺桿擠出機製得PET/PEN合金材料,以此為原料用國產注射成型機成型瓶坯,在國產二步法吹瓶機上拉伸吹塑制瓶。耐熱瓶級PET/PEN瓶製品成型條件(限二步法),採用注射溫度280-330℃;合模壓力65Pa;保壓時間4-8(s);冷卻時間4-8(s);冷卻介質自來水。成瓶預熱溫度100-125℃;吹氣速度中等。放桿快慢中等;充氣壓力15Pa。在上述範圍內調節工藝條件注拉吹成型瓶子,將它們與純PET瓶、PET與PEN直接混合成型瓶及市場試銷耐熱包裝瓶進行比較,發現普通瓶級PET樹脂瓶不能耐熱,即使耐熱瓶級PET樹脂在現行通用設備上也難以吹製成型真正的耐熱瓶,只有在改進的設備上方有可能體現其優越性。此外,將PET與PEN直接混合作為吹瓶原料工藝上較困難,耐熱性提高有限,製品質量差,只能在國外專用設備上使用。而將這兩者製成合金材料作為吹瓶原料,製品耐熱性高於各種規格PET瓶,與三得利烏農茶瓶相當,而且綜合性能好,可以滿足國內85℃以上耐熱封裝的要求,在現行國產二步法設備上可以順利進行。
由此可見,將PET與PEN預反應,從而實現一定酯交換並形成PET/PEN合金是一種值得推廣的好方法。這種預反應通過通用螺桿擠出機進行,衡量PET與PEN兩者相容程度的酯交換率,主要由擠出溫度和在螺筒內停留時間決定,故可以通過控制共擠溫度和時間達到所需酯交換率。適中的酯交換率為5%-10%,過高或過低的酯交換率不利於後續吹瓶過程並有損於瓶製品性能。由此製得耐熱瓶級PET/PEN合金材料可用於吹制果汁、茶等飲料熱封裝瓶。在國內廣泛採用的國產二步法設備上可順利實現,所制瓶子可承受85℃以上溫度,其它綜合性能符合實用要求。
PEN/PET共聚酯薄膜的性能探討
1.PEN/PET共聚酯中SiO2的分散情況
國內相關研究人員用掃描電子顯微鏡對含0.1%(質量分數)和0.4%(質量分數)SiO2微粒的PEN-PET共聚酯(BHEN含量均為8%(摩爾分數)進行分析,以觀察不同含量SiO2微粒在PEN―PET共聚酯中的分散情況。結果表明:SiO2粒子含量不同的樣條斷面,顆粒分散得比較均勻,顆粒直徑部在0.4um以下,無過大微粒存在;當SiO2微粒含量增大時,並沒有絮凝成顆粒過大的粒子。
徠2.PEN―PET共聚酯薄膜的乾熱收縮
乾熱收縮率是反映薄膜尺寸穩定性的重要指標。乾熱收縮率越小說明薄膜受熱后的尺寸穩定性越好,越不易變形。隨著共聚酯中2.6萘環單元的引入以及含量的增加,乾熱收縮率明顯減小,這是由於2,6萘二甲醯單元的引入增加了共聚酯大分子鏈的剛性,從而使PEN―PET共聚酯表現出比PET更為優良的熱穩定性能,且2,6一萘環單元含量越太.熱穩定性能越好。
3.共聚酯薄膜的聲速取向
取向對聚合物的所有力學性能都有影響,最突出之點是取向產生各向異性和取向方向的增強,這在薄膜製造中起重要作用。雙軸取向高聚物薄膜沿著它的平面縱橫二個方向拉伸,高分子鏈傾向於與薄膜平面平行的方向排列,但在此平面內分子鏈的取向是無規的。利用聲波傳播法測定的是晶區和非晶區的平均取向度,測得的取向度反映了整個分子鏈的取向狀況。在相同的拉伸倍數下,隨著共聚酯中26一萘環單元的引入,聲速模量明顯增大。這是由於2,6萘二甲醯結構單元的引入增加了共聚酯大分子鏈的剛性:隨著共聚酯中2.6一萘環單元的引入,聲速取向園子也明顯增大。這可能是在薄膜製造過程中.由於萘環比苯環具有更大的共軛結構,分子鏈剛性高.傾向於生成伸直鏈結構,而PET儘管也發生分子取向,但呈摺疊鏈結構所以聲波在PENPET共聚酯薄膜拉伸取向方向傳播時,其傳播方向與共聚酯大分子鏈比與PET大分子鏈更平行,聲速更大。因此,計算的聲速取向因子增大。每一組成的共聚酯,隨著拉伸倍數的增加,聲速模量和聲速取向因子增大這說明隨著拉伸倍數的增加,更有利於分子鏈沿著與拉伸方向平行的方向排列。
4.共聚酯薄膜的力學性能
薄膜的力學性能直接關係到薄膜質量的優劣。它既決定於製造薄膜的聚合物的內在化學因素(組成、結構等),也與薄膜的成型和后處理有關。所以對力學性能進行研究很有必要。相同拉伸倍數的PEN―PET(DMN含量為20%(摩爾分數))比PET斷裂強度略有增大,但斷裂伸長顯著變小。這是由於引入的萘環有更大的共扼結構,使分子鏈剛性高,因此改性后的共聚酯並沒有因為分子鏈的對稱性和規整性被破壞而使強下降。但伸長卻減小。同一組成的PEN―PET共聚酯卻隨拉伸倍數的增大,強度逐漸增大,伸長逐漸減小。這是因為聚合物的強度的各向異性隨取向程度的增高而增大的結果。相同拉伸倍數的酯交換得到的PEN―PET共聚酯和酯化得到的PEN―PET共聚酯薄膜的強度和伸長不同,可能是因為兩種工藝路線所加催化劑等添加組分的種類和量不同,兩種單體的純度可能不同,從而導致共聚物實際組成比不同,薄膜成型時的超分子結構不同而引起。
PET與PEN共聚材料的應用領域
1.容器包裝瓶的應用
利用PEN對PET進行改良.在PET中加入l0%的PEN可使瓶身耐熱溫度提高到90℃;加入30%-40%的PEN有時也能製得更為耐熱的瓶子,還能改進其對氣體的阻隔性。PET/PEN瓶被市場看好,製成可再生利用和重複使用的啤酒瓶,可避免使用玻璃啤酒瓶的意外爆炸傷人事故,玻璃啤酒瓶的意外爆炸傷人事故嚴重地困擾著啤酒市場。由於啤酒比其他軟飲料更容易受到環境的影響,對空氣中的O2和CO2阻隔性不好就足以使啤酒味變差,而在巴氏滅菌的啤酒生產線上,要求啤酒瓶具有耐熱、耐壓的能力,並保證有不低於3-6個月的有效保質期,PET本身不具備良好的氣體的阻隔性,也無足夠的耐熱性能,而採用PET與PEN共聚材料就可以有效地解決這一難題。PET/PEN瓶的耐熱性可達到80℃以上,進一步處理可達90℃以上,日本AOKI公司生產的PET/PEN瓶,在共混聚合物方面,已走在世界前列,取得了很大成功。日本先鋒公司也開發出一種厚度為0.35mm的500ml的PET/PEN熱罐裝瓶,可使灌進的飲料食品保質期延長l0個星期以上。
而在其中摻加質量分數為5%-l0%的PEN,則完全可以制出合格的塑料啤酒瓶。
啤酒瓶作為啤酒傳統的包裝物已經由來已久,在消費者眼裡,玻璃瓶裝啤酒是唯一的選擇,但玻璃瓶的缺點是有目共睹的,它重量大、破損率高、耐熱性和導熱性差,最嚴重的是極易爆炸,傷害消費者,因此,改用塑料瓶裝啤酒已勢在必行。然而,啤酒極易氧化變質,且O2很容易透過瓶壁,PET瓶僅適用於短時間存貯,如果加一層防滲透塗層或阻隔層來防止滲入和CO2滲出,啤酒雖然延長了幾周保存期,但成本提高且不利於瓶子回收,PET瓶表面容易刮傷,影響回收重複使用的美觀性。另外,PET瓶的另一個問題是無法承受啤酒進行巴氏滅菌時的溫度。以PET/PEN的共聚或其混合物為原料,既提高了瓶子的耐熱性,又提高了瓶子的阻氣性,可滿足啤酒保質期3-6個月的要求,還可用鹼洗消毒,重複使用,以降低成本。由於PET/PEN的共聚瓶透明,飲料瓶中PET和PEN遊離析出少,不吸附原裝飲料的氣味和空瓶回收過程中帶入的異味,耐水解並能承受高溫下鹼洗和消毒,其高阻氣性能使瓶內物質保持新鮮口味和營養,不串味、不變味、不變質。所以,這種瓶特別適宜裝礦泉水、純凈水、碳酸飲料、果汁等軟飲料,回收重複使用效果好。
2.PET/PEN共聚酯薄膜的優異性能
將PET/PEN共聚酯通過雙軸拉伸製成性能優異的薄膜,共聚酯的拉膜採用LSJ20塑料擠出裝置進行擠出,螺桿直徑20mm,螺桿長度直徑比L/D為25,轉速60r/min。採用雙軸延伸機進行拉伸。先在LSJ20塑料擠出裝置於275℃擠成厚片,再在雙軸延伸機上於130℃以相同的倍數雙向拉伸到3-4倍。
PET/PEN共聚酯薄膜的乾熱收縮率是反映薄膜尺寸穩定性的重要指標,乾熱收縮率越小,說明薄膜受熱后的尺寸穩定性越好,越不易變形。隨著共聚酯中2,6-萘環單元的引入以及含量的增加,乾熱收縮率明顯減小,這是由於2,6-萘二甲醯單元的引入增加了共聚酯大分子鏈的剛性,從而使PET/PEN共聚酯表現出比PET更為優良的熱穩定性能,且2,6-萘環單元含量越大,熱穩定性能越好。
通過測定共聚酯薄膜的聲速取向可以判定聚合物的力學性能,在相同的拉伸倍數下,隨著共聚酯中2,6-萘環單元的引入,聲速模量明顯增大,這是由於2,6-萘二甲醯結構單元的引入增加了共聚酯大分子鏈的剛性。隨著共聚酯中2,6-萘環單元的引入,聲速取向因子明顯增大。這是由於在薄膜製造過程中,萘環比苯環具有更大的共軛結構,分子鏈剛性高,傾向於生成伸直鏈結構,而PET儘管也發生分子取向,但呈摺疊鏈結構,所以聲波在PEN/PET共聚酯薄膜拉伸取向方向傳播時,其傳播方向與共聚酯大分子鏈比與PET大分子鏈更平行,聲速更大。隨著拉伸倍數的增加,聲速模量和聲速取向因子增大,這說明共聚酯薄膜的性能有利於分子鏈沿著與拉伸方向平行的方向排列。
共聚酯薄膜的力學性能直接關係到薄膜質量的優劣,它既決定於製造薄膜的聚合物的內在化學因素(組成、結構等),也與薄膜的成型和后處理有關。相同拉伸倍數的PET/PEN比PET斷裂強度略有增大,但斷裂伸長顯著變小。這是由於引入的萘環有更大的共扼結構,使分子鏈剛性高,因此改性后的共聚酯並沒有因為分子鏈的對稱性和規整性被破壞而使強度下降。同一組成的PET/PEN共聚酯卻隨拉伸倍數的增大,強度逐漸增大,伸長逐漸減小。
這是因為聚合物的強度的各向異性隨取向程度的增高而增大的結果。
3.生產PET/PEN共聚酯高強度工業纖維
採用PET/PEN共聚酯生產纖維,是充分利用PEN優良的物理化學性能,並結合PET價格低廉的特點,可用於生產工業絲、高溫用的地毯、橡膠增強材料,包括輪胎帘子線、軟管和帶材、高溫氣體過濾器、紙纖維毯和單纖絲、絲網印刷和電氣絕緣材料、產業用織物、繩索、纜繩及過濾器等,這種樹脂顯示出較為優良的抗水解性等,可用於紡織纖維和纖維光導系統等,由此製成的工業絲特別適用於輪胎帘子線、三角帶、輸送帶等,其機械性能高,與橡膠的粘合性好,日本開發出了PET/PEN共聚皮芯型纖維的生產工藝,這種纖維的性能保持了PEN的優異性能,但成本低,與PET相比其機械性能保持率好,與橡膠的粘合性能好,並且這種纖維表現出較高的模量和尺寸穩定性、優良的抗紫外線性能,可用於汽車車座和車用皮帶,由PET/PEN共聚酯製成的產業用絲,性能優異。
阻燃聚酯纖維是含磷共聚酯材料,有長纖維與短纖維兩種形式,這種阻燃性聚酯纖維在燃燒時不產生氣體,反覆洗滌后性能不變,光照不退色,可用於居室窗帘,桌布、床罩等。由PET/PEN共聚酯材料製成阻燃纖維,可製成高檔家用織物。
由於PEN比PET結晶速度慢,有利於分子的高度取向,通過超高速紡製造出高強度服用或工業用PEN長絲。由於價格上的原因,目前PEN在纖維領域的商業化應用受到限制,而採用PET/PEN共聚酯生產出的共聚酯工業絲在強度、模量及尺寸穩定性上明顯優於PET工業絲,有望成為人造絲輪胎骨架材料的替代用品。在有特殊要求的領域,例如高溫、潮濕、日晒、鹽水浸漬等條件下使用的三角皮帶的增強材料、航海運動的船帆等均可使用。
結束語
有專家建議,中國可首先考慮採用進口的PEN重要中間體2,6-萘二甲酸(NDA)或2,6-萘二甲酸二甲酯(DMN)合成PEN,關於合成PEN的基本原料2,6-萘二甲酸,可以從2,6-二甲基萘(2,6-DMN)氧化而來,目前在國外已有大規模工業生產,後者2,6-二甲基萘可以直接合成,也可以從煤焦油和石油焦油中分離而得到。中國煤焦油和石油焦油十分豐富,富含DMN的餾份就超過l0餘萬噸,開發利用中國的2,6-DMN,對發展中國的PET/PEN共聚酯材料具有極其重要的戰略意義。