PEN优异性能

2023-07-08

在共聚材料中充分展现PEN的优异性能

PEN的结构与PET相似,不同之处在于分子链中,PEN是由刚性更大的萘环代替了苯环,它是由2,6-苯二甲酸二甲酯与乙二醇缩聚而得的聚合物。在PEN的分子结构中,由于萘环的结构更容易呈平面状,使PEN具有更好的气体阻隔性,比如PEN对水气的阻隔性是PET的3-4倍,作为包装材料可大大提高产品的保质期。分子中萘环的引入提高了大分子的芳香度,使得PEN比PET表现出更为优良的耐热性能。PEN的熔点为265℃,其玻璃化温度在120℃以上,比PET高出50℃左右;长期使用温度高达160℃,PEN在180℃的干燥空气中放置10h以后,其伸长率仍能保持50%。而PET在同样条件下,将变得无法使用。此外,PET/PEN的共聚物对提高PET的热性能也具有明显的作用。PEN的扬氏模量和拉伸弹性模量比PET高出50%,在170℃时,PEN的机械性能远远高于PET。由于萘的双环结构具有很强的紫外线吸收能力,它可以阻隔波长小于380nm的紫外线,其光稳定性约为PET的5倍,在真空和O2中的耐放射性的能力分别可达PET的10倍和5倍。在PEN分子链中的酯基虽然遇水分解,但其分解速度仅为PET的1/4,耐酸、碱的能力也优于PET。

由于PEN的气密性好,分子质量相对大,故在实际使用温度下,析出低聚物的倾向小,在加工温度高于PET的情况下分解放出的低醛也少于PET。虽然PEN和PET一样都是结晶性材料,但PEN在非结晶状态时,能够透明成型。

PET/PEN耐热合金材料的生产过程:

1.生产工艺过程中的影响因素

PET/PEN合金兼顾了PET的经济性和PEN的耐热性、阻气性,故PET与PEN合金化是使PEN走向市场(尤其是包装领域)的主要途径之一。通过熔融共混反应挤出,选择合理的酯交换率水平和反应挤出工艺条件,获得性能价格比合理、在通用国产二步法吹瓶设备上技术可行、质量稳定可靠的耐热、阻气、透明的包装瓶用料。

采用PEN树脂和瓶级PET树脂,在稳定剂、成核剂和助剂存在的情况下,利用双螺杆挤出剂,将PEN和PET按比例注入,在适宜条件下反应共挤,结果发现,在PEN含量较小(<30%)时,随着PEN用量的增多,热变形温度HDT、玻璃化温度Tg增大,意味着合金材料耐热性能上升,在此范围内,初始阶段随着PEN加入量上升,热变形温度和玻璃化温度上升较快,当PEN含量达到20%左右后上升缓慢。

考虑到合金材料的综合性能和应用加工性、价格等因素,以选用PEN含量小于20%的配比为宜。在熔融挤出工艺中,合金材料在螺杆挤压机中的挤出时间(或者说是停留时间),对合金材料性能的影响很大,反应挤出的时间越长,合金所达到的酯交换率越高,说明PEN、PET相容化程度随反应时间延长而加大。但副作用是合金的色度加深、熔融指数MI增大,表明树脂热降解随着共挤时间增长而加剧,说明热降解的加剧抵消了部分酯交换率提高耐热性的效果。可见PET/PEN的酯交换率不可过高或过低,而应以5-10%的适中水平为宜。

2.PET/PEN合金瓶胚的生产

用双螺杆挤出机制得PET/PEN合金材料,以此为原料用国产注射成型机成型瓶坯,在国产二步法吹瓶机上拉伸吹塑制瓶。耐热瓶级PET/PEN瓶制品成型条件(限二步法),采用注射温度280-330℃;合模压力65Pa;保压时间4-8(s);冷却时间4-8(s);冷却介质自来水。成瓶预热温度100-125℃;吹气速度中等。放杆快慢中等;充气压力15Pa。在上述范围内调节工艺条件注拉吹成型瓶子,将它们与纯PET瓶、PET与PEN直接混合成型瓶及市场试销耐热包装瓶进行比较,发现普通瓶级PET树脂瓶不能耐热,即使耐热瓶级PET树脂在现行通用设备上也难以吹热成型真正的耐热瓶,只有在改进的设备上方有可能体现其优越性。此外,将PET与PEN直接混合作为吹瓶原料工艺上较困难,耐热性提高有限,制品质量差,只能在国外专用设备上使用。而将这两者制成合金材料作为吹瓶原料,制品耐热性高于各种规格PET瓶,与三得利乌农茶瓶相当,而且综合性能好,可以满足国内85℃以上耐热封装的要求,在现行国产二步法设备上可以顺利进行。

由此可见,将PET与PEN预反应,从而实现一定酯交换并形成PET/PEN合金是一种值得推广的好方法。这种预反应通过通用螺杆挤出机进行,衡量PET与PEN两者相容程度的酯交换率,主要由挤出温度和在螺筒内停留时间决定,故可以通过控制共挤温度和时间达到所需酯交换率。适中的酯交换率为5%-10%,过高或过低的酯交换率不利于后续吹瓶过程并有损于瓶制品性能。由此制得耐热瓶级PET/PEN合金材料可用于吹制果汁、茶等饮料热封装瓶。在国内广泛采用的国产二步法设备上可顺利实现,所制瓶子可承受85℃以上温度,其它综合性能符合实用要求。

黑PEN膜