溫浩宇 高靈強 鄒耀邦

(四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓,644007)

幾種PETG和PET的性能比較

溫浩宇 高靈強 鄒耀邦

(四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓,644007)

通過對幾種聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯(PETG)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)原料的熱性能、流變性能、氣體阻隔性能、力學性能及光學性能進行比較研究發(fā)現(xiàn)，PETG中引入了1,4-環(huán)己二甲醇(CHDM)使得其分子鏈的規(guī)整性被破壞，難于發(fā)生結(jié)晶,使得其性能與PET的不同。

聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯 聚對苯二甲酸乙二醇酯 1,4-環(huán)己二甲醇 分子鏈規(guī)整性 結(jié)晶性能

聚酯是一類常用的高聚物，人們比較熟悉的聚酯種類主要有PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)和PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)。20世紀80年代，美國的Eastman Kodark 公司開始研發(fā)新的聚酯品種——PETG(聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯)，是由DMT(對苯二甲酸二甲酯)或PTA(對苯二甲酸)、EG(乙二醇)和CHDM(1,4-環(huán)己二甲醇)3種單體通過酯交換和共縮聚等合成的一種共聚酯。在一定量的EG與CHDM下，由于分子鏈中環(huán)己烷單元的引入，降低了整個分子鏈的規(guī)整性，使PETG結(jié)晶困難。PETG為一種無定形的透明共聚酯，它在透明性、著色性和氣密性等方面克服了傳統(tǒng)聚酯的缺陷，所以在食品包裝、日用品和化妝品容器、光化學及醫(yī)學領(lǐng)域有很好的應用前景[1]。下面對幾種PETG和PET的性能進行比較。

1 試驗部分

PET，牌號為WP56152,普立斯公司；3種PETG為中富廣漢化工廠生產(chǎn)的301、韓國SK S2008、美國伊斯曼DN011(下文中用1#，2#，3#分別表示相應的PETG)。

將PETG按不同的比例加入到PET中，混合后待用，混合料的具體配比見表1。

試驗方法和儀器見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱性能

PETG及PET的熱失重微分(DTA)分析結(jié)果見圖1，1#，2#，3#及PET的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為76.0，81.5,81.9,73.0 ℃。

由圖1可以看出，PETG和PET的DTA曲線是截然不同的。在PETG的DTA曲線中，除了在低溫區(qū)(1#71.0 ℃，2#78.0 ℃)出現(xiàn)與基線明顯的偏離[2]，直到其分解都沒有明顯的峰。1#，2#在低溫區(qū)的基線偏離，是由于PETG的玻璃化轉(zhuǎn)變造成的。由圖1可以看出，3種PETG的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度都要比PET的高。

圖2為各混合料片材玻璃化溫度隨PETG添加量的變化趨勢。由圖2可以看出，隨著PETG添加量的增加，1#，2#與PETG混合料的玻璃化溫度呈先升高后下降的趨勢。

2.2 流動性能

通過轉(zhuǎn)子流變儀的模擬試驗可以發(fā)現(xiàn)，PETG在模擬的塑化條件下，在較低的溫度(230，240和250 ℃)時，PETG熔融。而PET在模擬的塑化條件下，要在較高的溫度(260和270 ℃)下才可以熔融。在較高溫度下，PET的最大扭矩和平衡扭矩也要比PETG的大。在相同的條件下，PETG的加工性能比PET好。

PET和PETG的熔體流動速率見表3。由表3可以看出，結(jié)晶性好的PET，在250 ℃時，其熔體流動速率較小；當溫度升至285 ℃時，晶體熔化，黏度下降，熔體流動速率高。

2.3 氣體阻隔性能

PETG及PET加工成型片材的氣體阻隔性能見表4。由表4可以看出，結(jié)晶性能好、極性強的PET對非極性的氧氣分子的阻隔性能最好。而3種PETG，由于它們含有不同量的CHDM，因而或多或少的打亂了其分子排列的規(guī)整性，因而導致其結(jié)晶性能下降，加上極性的下降，故使其對非極性氧氣分子的阻隔性能也下降了，造成對氧氣的透過率均大于PET的。而對于極性的水分子來說，極性的PET的阻隔性能就要稍弱于PETG的[3]。

將PETG加入到PET中，氣體阻隔性能隨PETG添加量的變化趨勢見圖3。

由圖3可以看出：隨著PETG的添加量增高，2#，3#片材的氧氣透過率呈現(xiàn)出上升趨勢，這是因為隨著PETG添加量的增加，PET的分子鏈的規(guī)整性受到了影響，PET的結(jié)晶性能逐漸降低，致使片材的致密度也逐漸降低，與較致密純PET片材比，氧氣更易穿過；而1#在片材添加大于質(zhì)量分數(shù)15%PETG時，氧氣透過率下降。然而在圖3中可以看到，隨著各PETG的添加量的增加，片材的水氣透過率的變化沒有太明顯的規(guī)律。從圖3中難以得出PETG的加入對PET極性的影響規(guī)律。

2.4 力學性能

PETG及PET成型的片材的拉伸性能與低溫落球沖擊試驗結(jié)果見表5。

從表5看出，PETG片材在縱向上的拉伸屈服強度略好于PET的，而橫向就要弱些了(除3#外)。

由表5可以看出，各片材的拉伸強度和斷裂伸長率大致呈現(xiàn)：沿片材的橫向方向，拉伸強度與斷裂伸長率都要高于縱向的，PET片材的拉伸強度與斷裂伸長率都要好于PETG的(除1#外)。

由表5可以看出，PETG片材的低溫落球沖擊質(zhì)量都要好于PET片材的(除1#外)。這主要是因為在PETG中由于引入了CHDM，破壞了PET分子鏈的規(guī)整性，使其比純PET更不易結(jié)晶，結(jié)晶會使聚合物沖擊強度下降。

各配方片材的屈服性能和低溫沖擊性能隨PETG添加量的變化見表6。

由表6可以看出，當向PET中加入質(zhì)量分數(shù)5%的PETG后，各混合料片材的拉伸屈服強度表現(xiàn)為橫向拉伸屈服強度下降，縱向拉伸屈服強度上升。

對于拉伸強度和斷裂伸長率，由表6可以看出，橫向斷裂伸長率除1#外，其余2種PETG的混合料片材隨著PETG添加量的增加而增大。

由表6可以看出，在-20 ℃時當PETG的質(zhì)量分數(shù)為5%時，各PETG混合料片材的落球質(zhì)量都下降了，即低溫沖擊韌性變差。

在-30 ℃時，基本上可以看出隨著PETG添加量的增加，各PETG混合片材的低溫沖擊韌性，大致相對于純PET片材來說都得到了提高(除個別點外)。這能說明，在更低的試驗溫度下，由于PETG的加入，使得分子鏈間的空隙增多，這對沖擊能量的吸收是有好處的，表現(xiàn)出的結(jié)果就是韌性的提高[3]。

2.5 光學性能

PETG及PET制成片材透光率和霧度見表7。由表7可以看出，2#，3#片材的透光率和霧度略好于PET片材的(1#PETG因其原料呈黃色，可能對透光率和霧度有影響)，這主要是由于PETG的分子鏈中引入了CHDM，破壞了分子鏈的規(guī)整性，PETG難于發(fā)生結(jié)晶，比起PET片材來，PETG片材的透光率更高，霧度更小，透明性更好。

3 結(jié)論

PETG玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比PET的高；PETG片材的透明性要好于PET的；PETG的加工性能優(yōu)于PET的；PETG對氧氣的阻隔性能要弱于PET的，對水蒸氣的阻隔率要好于PET的；而低溫韌性好于PET的。

向PET中添加不同比例的PETG，使PET在力學性能、阻隔性能、光學性能上呈現(xiàn)不同的變化，故可以通過向PET中添加適量的PETG來調(diào)節(jié)其性能。

[1] Medellin F J , Philips P J , Lin J S,et al. Triple meltingbehavior of poly(ethylene terephthalate co 1,4cyclohexanedimethylene terephthalate) random copolyesters[J].Journal of Polymer Science (Part B):Polymer Physics,1998,36:763-781.

[2] 涂志剛. 阻透性塑料包裝薄膜的發(fā)展[J]. 包裝工程,2003，(6)：1-3.

[3] 魏家瑞,王金堂，左志俊,等.熱塑性聚酯及其應用[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2011：1.

Comparison of Performance about Several PETG and PET

Wen Haoyu Gao Lingqiang Zhou Yaobang

(Yibin Plastic Packaging Materials Co., Ltd. of Sichuan Province， Yibin,Sichuan, 644007)

Thermal performance, rheological property, gas barrier properties,mechanical properties and optical properties of several kinds of PETG and PET were compared and studied. It is found that the regularity of the moleculer chain of PETG is destroyed, which influences its crystallization, and the properties of PETG and PET are different because of the introduction of CHDM.

polyethylene terephthalate-1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate; polyethylene terephthalate; 1,4-cyclohexanedimethylene; molecular chain regularity; crystallization properties

2014-07-04;修改稿收到日期:2015-06-02。

溫浩宇(1985—)，四川大學的碩士研究生，現(xiàn)為高分子材料研發(fā)員，主要從事高分子材料的改性。E-mail:haojian009@126.com。