PETG(共聚聚酯)的性能及应用

前言
聚酯有很多种类，大家比较熟悉的有PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）和PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）。20世纪80年代，美国的Eastman Kodark公司开发了聚酯的新品种&PCT（聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲醇酯，由PTA（对苯二甲酸）或DMT（对苯二甲酸二甲酯）和CHDM（1,4-环已二甲醇）先通过酯化或酯交换反应，再通过缩聚反应而成。它是一种半结晶的热塑性聚酯，其突出优点是耐热性好，熔点、玻璃化转变温度和热变形温度均比其他热塑性聚酯和工程塑料高，因此它主要应用于耐高温材料方面，如耐热食品容器、餐盘等。

目前，PCT可分为填充型、共聚酯型和熔融掺混型3种，其中所谓的共聚酯型就是指在酯交换（或酯化）和缩聚反应之前，加入除DMT（或PTA）和CHDM之外的第三种二元酯（二元酸或二元醇）的单体，进行共缩聚而形成的共缩聚物，并将醇改性PCT称为PETG。这种共聚酯由于链的现整性被破坏，使结晶度大大降低，甚至当EG/CHDM比例达到一定值时可得到完全无定形的共聚酯。

PETG常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇（CHDM），全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它是由对苯二甲酸（TPA）、乙二醇（EG）和1,4-环己烷二甲醇（CHDM）三种单体用酯交换法缩聚的产物，与PET比较多了1,4-环己烷二甲醇共聚单体，与PCT比多了乙二醇共聚单体，因此，PETG的性能和PET、PCT大不相同。PETG是一种非结晶型共聚聚酯，随着共聚物中CHDM的增加，熔点下降，玻璃化温度上升，结晶度下降，最后形成无定形聚合物。一般PETG中CHDM的含量在30%-40%较适宜。PETG制品的透明度高，光泽度高，是一种全新的透明工程塑料；此外冲击强度优异、耐热性好、热封性好、弯曲不泛白、耐划痕、耐防老化、防静电、耐化学性优异、低萃取性、耐水解性、流动性好、着色力强、易于成型加工、卫生性好（符合FDA），属于新一代环保塑料。

目前，PETG的主要生产商为美国伊士曼化学公司和韩国SK化工株式会社。

2 共聚聚酯的性能

2.1 机械性能

PETG共聚聚酯具有很高的韧性，作为片材、管材和包装容器，性能仅次于聚碳酸酯。表1是伊士曼公司的几种产品性能的比较。

表1 伊士曼公司PETG的性能比较

性能	试验方法	Z6002	Z6004	Z6006	Z6008
一般性能
相对密度	D792	1.2	1.19	1.2	1.23
成型收缩率，%	D955	0.2-0.6	0.2-0.6	0.2-0.6	0.2-0.5
熔体指数,g/10min（230℃）	/	15	22.5	15	/
（275℃）	/	/	/	/	23
固有粘度	/	0.72	0.62	0.72	0.73
机械性能
拉伸强度，MPa	D638	69	71	67	65
断裂伸长率，%	D638	300	300	310	330
挠曲模量，MPa	D790	2.9×103	2.9×103	2.7×103	2.6×103
挠曲屈服强度，MPa	D790	100	100	97	96
洛氏硬度	D785	103	107	105	105
Izod冲击强度,kJ/m2（23℃）	D256	1.5	1.5	7	NB
（-40℃）		0.7	0.8	1.1	1.2
热学性能
热变形温度，℃（0.45MPa）	D648	75	70	73	74
（1.86MPa）		65	65	65	65
维卡软化点，℃（1kg负荷）	D1525	85	85	85	88
燃烧性	UL94	V-2	V-2	V-2	–
光学性能
雾度，%	D1003	0.3	0.3	0.3	0.4
透光率，%	D1003	91	91	91	89

 

2.2 光学性能和耐化学性能

PETG的低结晶或不结晶性使其具有很好的光学性能在表面光泽度极高的同时还具有很好的透明性，10mm厚的片材的透光率仍在80%以上。PETG同时还具有很好的耐化学物质的作用，如家用洗涤剂、稀酸、稀碱等，但有些化学试剂和溶剂对它的性能也会有所影响。另外，PETG阻隔氧气、二氧化碳的能力也很强。由于材料本身是透明的，成型时无需添加助剂，因此用作食品包装材料不会污染食物，是一种环保产品。

2.3 相容性

PETG的相容性主要体现在与其他高聚物共混时的相容情况。相容性好，无疑又为它的应用拓宽了一个领域。如聚碳酸酯（PC）是一种光泽度、韧性和耐热性都很好的工程塑料，但存在耐化学性、耐应力断裂的能力和加工性能都很差的缺点。如果PETG和PC的相容性很好，那么也就可以解决上述问题。

目前，研究的PETG共混体系主要有：PC/PETG、PET/PETG、PBT/PETG和LCP/PETG。从实验结果来看：PC/PETG、PBT/PETG、PET/PETG在形态结构和机械性能上都表现出很好的相容性；在PETG含量较高时更能体现出一种互容性；而LCP/PETG则表现出很差的相容性，LCP在共混体系中起到了成核剂的作用，导致PETG的结晶。

3 共聚聚酯的成型加工

下面以PETG热收缩膜为例，介绍其具体生产工艺及条件：

（1）干燥

对单螺杆挤出机，推荐采用真空转鼓干燥机，干燥温度70℃-75℃，干燥时间大于6h。

对双螺杆挤出机，可省去干燥程序，用真空排气系统将水份和低聚物排出。

（2）熔融挤出

在单螺杆挤出机中进行，料筒的各段温度从加料口起依次为：180℃、240℃、260℃、270℃和275℃，机头温度为270℃。

（3）流延成片

熔体从衣架式机头中流延至冷却转鼓上冷却成片，冷却转鼓的冷气水温为30℃左右。

（4）单向拉伸

高热收缩膜要求横向单向拉伸，预热温度为90℃-100℃，拉伸温度为105℃-110℃，拉伸倍数为3-3.5。拉伸链夹需风冷控制在110℃以下，防止粘夹。

（5）冷却

拉伸后的PETG膜立即进行冷却，而不必进行热定型处理。

PETG有着优异的光泽度、透光率和成型性等性能，而且由于近几年来随着消费者对医疗用品、日用消费品和化妆品包装等的卫生及外观要求的不断提高，PETG将成为生产高品质产品的良好原料，有着非常广阔的应用前景。
在应用方面，PETG广泛用于高透明片材和板材、高性能收缩膜、热封膜、瓶材及异型材等。PETG特别适合生产厚壁透明制品，透明度与PC接近，其他性能尤其是刚性和韧性都接近PC，但价格比PC低，在透明制品领域可替代PC、透明ABS、PMMA、K树脂等，具体性能比较见表2。PETG的特性粘度0.68dL/g，熔点215℃；加工工性能极佳，可设计任意形状，用挤出、注塑、吹塑及吸塑等方法成型，并可进行二次加工如常规的机械加工修饰，但注意成型收缩率比较大。

表2 PETG与PC、PMMA、K树脂、TABS性能比较

性能	Z-6008	Z-6006	PMMA	K（BS）	ABS	PC
透明度，%	91	92	90	70	68	92
冲击强度，J/m	860	760	90	60	130	800-1000
断裂伸长率，%	330	310	270	20	50	120
弯曲模量，MPa	1800	1900	1800	2800	2300	2400

4.1 片材和板材

使用常规的成型方法，可以制备1mm-25.4mm厚度的透明材料，具有优越的光学性能（高透光性、高光滑和低光晕），有突出的韧性和高冲击性能，其冲击强度是改性聚丙烯酸酯的3-10倍，成型性能优异，冷弯曲不泛白，无裂纹，易于印刷和修饰，还可进行各类吸塑成型加工，制成各种电子产品包装材料。PETG片板广泛应用于室内外标牌，储物架、自动售货机面板，家具、建筑及机械档板等。我国的第二代身份证就采用PETG基材替代传统的PET基材，它具有可回收再利用、不污染环境、易于印刷、防伪造、耐摩擦、耐划痕、抗腐蚀、抗老化、抗静电等优点。

对于要求透明性与强韧性的应用，伊土曼的Provista共聚聚酯以及Tenite纤维素是板材挤出的最佳选择。它们具有出色的物理性质和耐化学性。对于要求透明性与可塑性的应用，Neostar弹性体是板材挤出的最好选择。可以将它们与Provista共聚聚酯共同挤出，从而获得很好的刚性和柔韧性。

Spectar共聚聚酯是伊士曼最早的产品，是伊士曼用于标志和显示的主要产品，它可以被挤压成极其透明、坚硬、耐化学腐蚀、无味、多用途、方便使用且价廉物美的塑料板材。另外，Spectar可以在低温下挤压，而且不会结晶或生成透明的薄雾；清洁溶剂不会使Spectar共聚聚酯变白。

4.2 异型材和管材

PETG共聚聚酯具有良好的韧性和透明性，可制成各类型材，坚硬、透明、光泽好、受压不泛白，易于成型及后加工处理，符合环保要求，广泛用于建筑装饰和医疗设施，并可用于电子产品的周转器、玩具、运动器械、家庭用品等。

4.3 薄膜类

可用于生产高性能收缩膜，普通PET的热收缩率仅为30%，而PETG的热收缩率大于70%，具有高收缩力、高透明度、高光泽、低雾度、易于印刷，可用于形状复杂容器的包装，如饮料瓶、食品、化妆品瓶、电子产品等。伊士曼公司的Embrace共聚聚酯是专门为收缩膜工业而设计的乙二醇改性聚酯。它的突出优点在于：表面光泽、手感舒适、具有华丽的色彩和透明色调、耐化学性、耐冲击和韧性良好。而其易于加工、可回收使用及环保等性能，更符合了现代生产商家的要求。目前消费者对商品的外表包装要求越来越高，这就使化妆品包装设计显得越来越重要。要达到美观、质感良好及经久耐用，对设计者提出了很高要求，而PETG的良好加工性能使设计构思成为了可能，也可以与其他材料混合使用以获得特殊的收缩特性。另外，Eastar Bio是伊士曼公司开发的一种可降解的共聚聚酯，以满足包装市场的需要和当今社会对环保生物降解材料的需求，在PET的技术基础上，用共聚来代替均聚，以此解决PET作为包装材料的脆性问题。经过共聚，使树脂转为非晶体结构，同时玻璃化温度也有所降低，易于加工成型，韧性也有所提高。

4.4 纤维

PETG共聚聚酯制得的纤维除了具有其自身的特性外，其回弹性和染色性优于常规PET纤维。Eastar Bio共聚聚酯也可以用于纤维及无纺布，可回收再利用，对环境无污染。

4.5 吹塑瓶类

改善传统PET瓶韧性低的不足，适合于大型瓶的制造，摩擦不起痕、易于表面修饰，广泛应用于高档化妆品包装。如Eastar GN046共聚聚酯的熔融强度很高，专用于挤出吹塑制品。

4.6 注塑制品

电器透明配件如显示器、保护面罩、光源外罩，透明文具如笔套等，透明家庭用品如冰箱保鲜盒等，医药容器如试管等，各类儿童玩具。如Eastar GN071共聚聚酯适用于注塑，具有光亮透明、韧性好、耐化学性能好、无气味、多用途、易于加工及成本合理等优点。

5 结论

PETG是一种全新的透明工程塑料，具有优异的综合性能，易于成型加工，属于新一代环保塑料品种。目前，国内对PETG的研究较少，但是，各个行业对于产品的性能要求越来越高，相关产业的高速发展，促进了PETG的发展进程。总之，共聚聚酯的良好使用及加工性能使其在今后的日用品、化妆品、医疗业、玩具业等领域有着广泛的应用前景。