什么是聚酯?

什么是聚酯?

[拼音]：juzhi

[外文]：polyester

由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称。主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯 (PBT)和聚芳酯（见彩图）等线型热塑性树脂。是一类性能优异、用途广泛的工程塑料。也可制成聚酯纤维和聚酯薄膜。

主要品种

有PET、PBT和聚芳酯，其特性和工业生产情况不同。

聚对苯二甲酸乙二酯

玻璃化温度69℃，软化范围230～240℃，熔点255～260℃，具有良好的成纤性、力学性能、耐磨性、抗蠕变性、低吸水性以及电绝缘性能。PET首先由英国J.R.温菲尔德、J.T.迪克森于1941年采用对苯二甲酸二甲酯与乙二醇缩聚制得。由于它有良好的成纤性能，英国卜内门化学工业公司于1948年进行了工业化的试验研究，用作聚酯纤维。同年由美国杜邦公司制得 PET薄膜。50年代，实现工业化生产的国家逐渐增多。1966年，荷兰阿克苏公司研究了共聚方法改性的PET，并使其成型加工有了较大发展。随后日本帝人公司开发了玻璃纤维增强的聚酯，可用作工程塑料。1976年杜邦公司开始用其生产饮料瓶，随后用量迅速增加。

聚对苯二甲酸丁二酯

具有优良的综合性能，玻璃化温度36～49℃，熔点220～225℃。与PET相比，PBT 低温结晶速度快、成型性能好。在力学性能和耐热性方面，虽不如聚甲醛和聚酰胺，但用玻璃纤维增强后，其力学性能和耐热性能显著提高，抗拉强度135MPa，热变形温度高达210℃(负荷186MPa)，超过玻璃纤维增强的尼龙-6；其吸水性在工程塑料中最小。制品尺寸稳定性好，且容易制成耐燃型品种，价格也较低。缺点是制品易翘曲，成型收缩不均匀。PBT最早由美国塞拉尼斯公司于1967年开始研制，1970年实现工业化生产。此后十几年间发展速度很快，平均年增长率为25％～30％，1982年世界上已有近10个国家在20多家公司生产，其中产量较大的公司有美国的塞拉尼斯公司、通用电气公司和伊斯曼－柯达公司及联邦德国的巴斯夫公司等。1984年，世界产量为120kt，已跃居为五大主要工程塑料之一。

聚芳酯

一类高性能的工程塑料，主要有聚对苯二甲酸二烯丙酯、聚对羟基苯甲酸酯和U-聚合物三种。此外，1984年美国首次实现了第一种液晶自增强塑料聚芳酯的工业化生产，年生产能力10kt。

（1）聚对苯二甲酸二烯丙酯 具有优良的电性能和尺寸稳定性。开发于1946年，目前美国有三家公司、日本有两家公司生产。

（2）聚对羟基苯甲酸酯 具有很高的耐热性，可以在315℃长期使用，还具有高热导性，良好的耐磨性和耐辐射性，但加工困难，耐冲击性差，可通过共聚改性。该产品由美国金刚砂公司于1970年开发。

（3）U-聚合物 由对苯二甲酰氯或间苯二甲酰氯与双酚A、酚酞或对苯二酚合成的聚芳酯。其耐热性良好，可在130℃长期使用，而且透明、耐燃、力学性能良好，耐冲击性能按近聚碳酸酯，能用一般热塑性塑料的成型加工方法进行加工。U-聚合物由日本尤尼奇卡公司于1973年开始生产。

生产方法

工业上生产PET和PBT的方法有以下三种：

酯交换缩聚法

1963年以前工业上全用此法生产PET，现在仍为世界各国大量应用。该法主要包括两步:首先是对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇或1，4-丁二醇在催化剂存在下进行酯交换反应(图1)。生成对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)或双羟丁酯，常用的催化剂为锌、钴、锰的醋酸盐，或它们与三氧化二锑的混合物，其用量为DMT质量的0.01％～0.05％。反应过程中不断排出副产物甲醇。第二步为生成的BHET或双羟丁酯，在前缩聚釜及后缩聚釜中进行缩聚反应(图2)，前缩聚釜中的反应温度为270℃，后缩聚釜中反应温度为270～280℃，加入少量稳定剂以提高熔体的热稳定性。缩聚反应在高真空(余压不大于 266Pa)及强烈搅拌下进行，才能获得高分子量的聚酯。纤维用的PET分子量应不低于 20000，薄膜用的PET分子量约为25000，一般塑料用的PET分子量约为20000～30000。

直接酯化缩聚法

该法用高纯度对苯二甲酸 (TPA)与乙二醇或1，4-丁二醇直接酯化生成对苯二甲酸双羟乙酯或丁酯，然后进行缩聚反应。该法的关键是解决TPA与乙二醇或1，4-丁二醇的均匀混合，提高反应速度和制止醚化反应。与酯交换缩聚法相比，该法可省掉DMT的制造、精制和甲醇回收等步骤，更易制得分子量大、热稳定性好的聚合物，可用于生产轮胎帘子线等较高质量的制品。但该法对原料TPA的纯度要求较高，TPA提纯精制费用大。

环氧乙烷法

该法直接用环氧乙烷与 TPA反应生成对苯二甲酸双羟乙酯，再进行缩聚反应。其优点是可省掉环氧乙烷合成乙二醇的生产工序，设备利用率高，辅助设备少，产品也易于精制。缺点是环氧乙烷与 TPA的加成反应需在2～3MPa压力下进行，对设备要求苛刻，因而影响该法的广泛使用。

应用

PET可加工成纤维、薄膜和塑料制品。聚酯纤维是合成纤维的重要品种，主要用于穿着。薄膜一般厚度在4～400μm之间，其强度高，尺寸稳定性好，且具有良好的耐化学和介电性能，用作支持体，广泛用于制作各种磁带和磁卡。目前，90％的磁带基材是用PET薄膜做的，其中80％作计算机磁带。这种薄膜还用于感光材料的生产，作为照相胶卷和Ｘ光胶卷的片基，还用作电机、变压器和其他电子电器的绝缘材料，以及各种包装材料。

由于PET熔体冷却时结晶速度很快，成型加工比较困难，模具温度必须保持在140℃以上，才能获得性能良好的产品，否则制品脆性大。因此，在很长时间内人们并未将 PET作为热塑性工程塑料使用。随着科学技术的发展，通过采用新的缩聚催化体系或共缩聚工艺，用玻璃纤维增强，或控制结晶结构和制取高分子量聚酯等方法，上述成型加工的困难已被克服。PET已越来越多地用于制造饮料瓶和玻璃纤维增强塑料。聚酯瓶的优点是质量轻（只有玻璃瓶重量的1/9～1/15），机械强度大，不易破碎，携带和使用方便，且透明度好，表面富有光泽，无毒，气密性好，有良好的保鲜性，生产聚酯瓶的能量消耗少，废旧瓶可再生使用。还用于制作食品用油、调味品、甜食品、药品、化妆品以及含酒精饮料的包装瓶子。不仅生产透明瓶，也生产有色瓶，而且正在发展聚酯和其他树脂的复合瓶。玻璃纤维增强的 PET塑料也有重大发展，1984年杜邦公司开发了一种超韧性玻璃纤维增强PET，它具有优异的刚性、冲击韧性和耐热性，熔体流动性好，易加工成形状复杂的制品、模塑周期短，着色性好，模温在80℃以上即可制得表面光泽好的制品。主要用于汽车的壳体、保险杠、方向盘、要求耐冲击的体育器材、电器制品、浴缸、防d护甲、船身和优异的建筑材料。

PBT在开发初期主要用于汽车制造中代替金属部件，后由于阻燃型玻璃纤维增强PBT等品种的问世，大量用于制作电器制品，如电视机用变压器部件等。聚芳酯主要用于电器和机械零部件。

参考书目

孙静珉等编：《聚酯工艺》，化学工业出版社，北京，1985。

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