聚酯材料概述聚酯是指分子主链上含有重复酯基团[-CO-O-]的热塑性树脂的总称。
聚酯材料中应用最广泛、最具代表性的产品是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯,Polyethylene terephthalate)和PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯,Polybutylene terephthalate)。
本文将介绍PET与PBT的结构、发展历史及其合成工艺,并重点阐述两者在结构差异上的性能表现。
PET的发展史与合成工艺PET作为纤维原料已有70年的历史。
1941年,英国科学家率先研制成功PET纤维,1946年英国帝国化学公司开始生产涤纶(Teleron),随后美国杜邦公司于1948年推出“代春纶”(Dacron)纤维。
我国在20世纪70年代才开始大规模生产PET纤维(俗称涤纶、的确良),这对于解决当时棉布短缺问题起到了关键作用。
PET的分子链由对苯二甲酸和乙二醇组成,结构式如下:PET结构式PET的合成方法主要有两种:酯交换法和直接酯化法。
酯交换法(DMT法)酯交换法使用对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)按一定比例进行酯交换反应,随后进行缩聚生成PET。
由于早期对苯二甲酸(PTA)纯度不高,直接缩聚难以获得高质量的PET,因此通过甲醇与PTA反应生成DMT,然后进行提纯,再与EG进行酯交换反应生成对苯二甲酸乙二醇酯(BHET),最后缩聚成PET。
反应如下:酯交换法反应式直接酯化法(PTA法)直接酯化法采用高纯度的PTA或中纯度的MTA与EG进行直接酯化反应,随后缩聚生成聚酯。
这种方法自1965年阿莫科公司成功精制粗对苯二甲酸后得到迅速发展,PET的生产也因此得到了提升。
其反应步骤如下:PTA与EG进行酯化反应,生成BHET;BHET在催化剂作用下缩聚生成PET。
直接酯化法反应式PBT的发展史与合成工艺PET的主链中含有刚性基团苯环和少量柔性基团,这导致其分子链柔顺性较差,分子运动受限,冷却结晶速率较慢,难以用于注射成型工艺。
为此,1969年塞拉尼斯公司推出了PBT(聚对苯二甲酸丁二酯),解决了这一问题。
GE塑料公司于1972年推出PBT,1978年杜邦公司成功实现了PBT的商业化应用,使得这种材料能够更好地应用于注射成型。
PBT结构式PBT的合成工艺与PET类似,也主要通过酯交换法和直接酯化法进行。
PET与PBT的性能差异由于结构上的不同,PBT与PET在性能上存在显著差异:柔顺性:PBT的脂肪烃基为-(CH2)4-,降低了苯环与酯基的密度和距离,使分子链更加柔顺。
热性能:PBT的玻璃化转变温度约为50℃,熔点在225-235℃之间,加工温度较低。
力学性能:PBT在一般力学性能上优于PET,具有较高的尺寸稳定性、良好的耐化学腐蚀性、优异的电绝缘性和良好的机械性能与弹性,吸水性较低且易于加工。
然而,PBT的耐热性不如PET,耐冲击强度较低。
此外,由于PBT原料丁二醇的价格几乎是生产PET所用乙二醇的两倍,成本较高,限制了PBT的大规模应用。
相比之下,聚酯材料的吸水性远低于尼龙材料,因此聚酯材料及其成型部件的性能和尺寸更加稳定。
尺寸稳定性方面的顺序为:PA<PET<PBT,因此聚酯工程塑料适用于注塑级精密零件。
小结聚酯工程塑料除共混改性外,现已发展为共聚产品、化学改性产品和生物可降解产品,如PBT/PET共聚酯、PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)、PAR(聚芳酯)、PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)、PCT(聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯)、TPEE弹性体、生物可降解聚乳酸PLA、生物可降解PBAT、生物可降解PBS等。
随着科技的进步,聚酯产品的应用将更加广泛。