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聚酯polyester

時間:2020-03-01 來源:網(wǎng)絡 瀏覽:
由多元醇和多元酸縮聚而得的聚合物總稱。主要指聚對苯二甲酸乙二酯(PET),習慣上也包括聚對苯二甲酸丁二酯 (PBT)和聚芳酯(見彩圖)等線型熱塑性樹脂。是一類性能優(yōu)異、用途廣泛的工程塑料。也可制成聚酯纖維和聚酯薄膜。

聚芳酯及其制品

  主要品種  有PET、PBT和聚芳酯,其特性和工業(yè)生產(chǎn)情況不同。
  聚對苯二甲酸乙二酯  

玻璃化溫度69℃,軟化范圍230~240℃,熔點255~260℃,具有良好的成纖性、力學性能、耐磨性、抗蠕變性、低吸水性以及電絕緣性能。PET首先由英國J.R.溫菲爾德、J.T.迪克森于1941年采用對苯二甲酸二甲酯與乙二醇縮聚制得。由于它有良好的成纖性能,英國卜內(nèi)門化學工業(yè)公司于1948年進行了工業(yè)化的試驗研究,用作聚酯纖維。同年由美國杜邦公司制得 PET薄膜。50年代,實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的國家逐漸增多。1966年,荷蘭阿克蘇公司研究了共聚方法改性的PET,并使其成型加工有了較大發(fā)展。隨后日本帝人公司開發(fā)了玻璃纖維增強的聚酯,可用作工程塑料。1976年杜邦公司開始用其生產(chǎn)飲料瓶,隨后用量迅速增加。
  聚對苯二甲酸丁二酯  

具有優(yōu)良的綜合性能,玻璃化溫度36~49℃,熔點220~225℃。與PET相比,PBT 低溫結(jié)晶速度快、成型性能好。在力學性能和耐熱性方面,雖不如聚甲醛和聚酰胺,但用玻璃纖維增強后,其力學性能和耐熱性能顯著提高,抗拉強度135MPa,熱變形溫度高達210℃(負荷186MPa),超過玻璃纖維增強的尼龍-6;其吸水性在工程塑料中最小。制品尺寸穩(wěn)定性好,且容易制成耐燃型品種,價格也較低。缺點是制品易翹曲,成型收縮不均勻。PBT最早由美國塞拉尼斯公司于1967年開始研制,1970年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。此后十幾年間發(fā)展速度很快,平均年增長率為25%~30%,1982年世界上已有近10個國家在20多家公司生產(chǎn),其中產(chǎn)量較大的公司有美國的塞拉尼斯公司、通用電氣公司和伊斯曼-柯達公司及聯(lián)邦德國的巴斯夫公司等。1984年,世界產(chǎn)量為120kt,已躍居為五大主要工程塑料之一。
  聚芳酯  一類高性能的工程塑料,主要有聚對苯二甲酸二烯丙酯、聚對羥基苯甲酸酯和U-聚合物三種。此外,1984年美國首次實現(xiàn)了第一種液晶自增強塑料聚芳酯的工業(yè)化生產(chǎn),年生產(chǎn)能力10kt。
  ①聚對苯二甲酸二烯丙酯 具有優(yōu)良的電性能和尺寸穩(wěn)定性。開發(fā)于1946年,目前美國有三家公司、日本有兩家公司生產(chǎn)。
 ?、诰蹖αu基苯甲酸酯 具有很高的耐熱性,可以在315℃長期使用,還具有高熱導性,良好的耐磨性和耐輻射性,但加工困難,耐沖擊性差,可通過共聚改性。該產(chǎn)品由美國金剛砂公司于1970年開發(fā)。
 ?、踀-聚合物 由對苯二甲酰氯或間苯二甲酰氯與雙酚A、酚酞或?qū)Ρ蕉雍铣傻木鄯减?。其耐熱性良好,可?30℃長期使用,而且透明、耐燃、力學性能良好,耐沖擊性能按近聚碳酸酯,能用一般熱塑性塑料的成型加工方法進行加工。U-聚合物由日本尤尼奇卡公司于1973年開始生產(chǎn)。
  生產(chǎn)方法  工業(yè)上生產(chǎn)PET和PBT的方法有以下三種:
  酯交換縮聚法  1963年以前工業(yè)上全用此法生產(chǎn)PET,現(xiàn)在仍為世界各國大量應用。該法主要包括兩步:首先是對苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇或1,4-丁二醇在催化劑存在下進行酯交換反應(圖1)。生成對苯二甲酸雙羥乙酯(BHET)或雙羥丁酯,常用的催化劑為鋅、鈷、錳的醋酸鹽,或它們與三氧化二銻的混合物,其用量為DMT質(zhì)量的0.01%~0.05%。反應過程中不斷排出副產(chǎn)物甲醇。第二步為生成的BHET或雙羥丁酯,在前縮聚釜及后縮聚釜中進行縮聚反應(圖2),前縮聚釜中的反應溫度為270℃,后縮聚釜中反應溫度為270~280℃,加入少量穩(wěn)定劑以提高熔體的熱穩(wěn)定性??s聚反應在高真空(余壓不大于 266Pa)及強烈攪拌下進行,才能獲得高分子量的聚酯。纖維用的PET分子量應不低于 20000,薄膜用的PET分子量約為25000,一般塑料用的PET分子量約為20000~30000。

圖1

 

圖2

  直接酯化縮聚法  該法用高純度對苯二甲酸 (TPA)與乙二醇或1,4-丁二醇直接酯化生成對苯二甲酸雙羥乙酯或丁酯,然后進行縮聚反應。該法的關鍵是解決TPA與乙二醇或1,4-丁二醇的均勻混合,提高反應速度和制止醚化反應。與酯交換縮聚法相比,該法可省掉DMT的制造、精制和甲醇回收等步驟,更易制得分子量大、熱穩(wěn)定性好的聚合物,可用于生產(chǎn)輪胎簾子線等較高質(zhì)量的制品。但該法對原料TPA的純度要求較高,TPA提純精制費用大。
  環(huán)氧乙烷法  該法直接用環(huán)氧乙烷與 TPA反應生成對苯二甲酸雙羥乙酯,再進行縮聚反應。其優(yōu)點是可省掉環(huán)氧乙烷合成乙二醇的生產(chǎn)工序,設備利用率高,輔助設備少,產(chǎn)品也易于精制。缺點是環(huán)氧乙烷與 TPA的加成反應需在2~3MPa壓力下進行,對設備要求苛刻,因而影響該法的廣泛使用。
  應用  PET可加工成纖維、薄膜和塑料制品。聚酯纖維是合成纖維的重要品種,主要用于穿著。薄膜一般厚度在4~400μm之間,其強度高,尺寸穩(wěn)定性好,且具有良好的耐化學和介電性能,用作支持體,廣泛用于制作各種磁帶和磁卡。目前,90%的磁帶基材是用PET薄膜做的,其中80%作計算機磁帶。這種薄膜還用于感光材料的生產(chǎn),作為照相膠卷和X光膠卷的片基,還用作電機、變壓器和其他電子電器的絕緣材料,以及各種包裝材料。
  由于PET熔體冷卻時結(jié)晶速度很快,成型加工比較困難,模具溫度必須保持在140℃以上,才能獲得性能良好的產(chǎn)品,否則制品脆性大。因此,在很長時間內(nèi)人們并未將 PET作為熱塑性工程塑料使用。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,通過采用新的縮聚催化體系或共縮聚工藝,用玻璃纖維增強,或控制結(jié)晶結(jié)構(gòu)和制取高分子量聚酯等方法,上述成型加工的困難已被克服。PET已越來越多地用于制造飲料瓶和玻璃纖維增強塑料。聚酯瓶的優(yōu)點是質(zhì)量輕(只有玻璃瓶重量的1/9~1/15),機械強度大,不易破碎,攜帶和使用方便,且透明度好,表面富有光澤,無毒,氣密性好,有良好的保鮮性,生產(chǎn)聚酯瓶的能量消耗少,廢舊瓶可再生使用。還用于制作食品用油、調(diào)味品、甜食品、藥品、化妝品以及含酒精飲料的包裝瓶子。不僅生產(chǎn)透明瓶,也生產(chǎn)有色瓶,而且正在發(fā)展聚酯和其他樹脂的復合瓶。玻璃纖維增強的 PET塑料也有重大發(fā)展,1984年杜邦公司開發(fā)了一種超韌性玻璃纖維增強PET,它具有優(yōu)異的剛性、沖擊韌性和耐熱性,熔體流動性好,易加工成形狀復雜的制品、模塑周期短,著色性好,模溫在80℃以上即可制得表面光澤好的制品。主要用于汽車的殼體、保險杠、方向盤、要求耐沖擊的體育器材、電器制品、浴缸、防彈護甲、船身和優(yōu)異的建筑材料。
  PBT在開發(fā)初期主要用于汽車制造中代替金屬部件,后由于阻燃型玻璃纖維增強PBT等品種的問世,大量用于制作電器制品,如電視機用變壓器部件等。聚芳酯主要用于電器和機械零部件。
    
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