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PEN容器的研发及应用

2022年04月28日 丹东机械设备网

PEN容器的研发及应用

聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是一种具有优良气体阻隔性、防水性、抗紫外线性、耐热性、耐化学药品性、耐辐射性等的热塑性树脂。在薄膜、包装容器(特别是啤酒瓶)和工业纤维中有着广阔的发展前景。目前,Eastman公司、DuPont公司、帝人公司、Shell公司和BP公司已开始工业化生产PEN。

图1:PEN 与PET分子结构图

一、PEN的特征及性能

PEN树脂结构与PET相类似(见图1),它是以萘环取代PET中的苯环,萘环比苯环具有更大的共轭结构,故分子链刚性强结构呈平面状,其机械、电气、化学性能更为优良。PEN与PET的基本特性比较见表-1。

PEN具有与PET相似的特性,但它几乎在所有的方面都优于PET。与PET相比,PET具有以下特点 :(1)PEN膜热收缩率低,尺寸稳定性好,玻璃化温度高,长期耐热性优于PET,可适用较高加工和使用温度。(2)气体阻隔性好,PEN是所有塑料中气体阻隔性最优秀的,与PET相比,PEN对O2的阻隔性高4倍,对CO2阻隔性高5倍,对水阻隔性高3.5倍。(3)力学性能好,PEN的模量是尼龙的5倍,聚酯的2.5倍,人造丝的2倍, 可用于工程加强。(4)化学惰性好,PEN分子中的酯基遇水也会水解,但其水解速度只有PET的25%,所以其耐水解性很好。对酸、碱和化学药品的稳定性也优于PET,对其它物质(如被包装物)吸附少,游离析出性低。(5)紫外线吸收性好。

二、 PEN的合成

■PEN的合成路线:PEN的合成路线可分为直接酯化法和酯交换化法。但由于萘二甲酸的价格较高,目前PEN的工业生产中所用原料为2,6-萘二甲酸二甲酯,所以现在普遍采用酯交换法。酯交换法合成PEN分为两个阶段:酯交换反应和缩聚反应。

■PEN原料的合成和商业化情况:由于PEN的原料 2,6-萘二甲酸(NDA)或2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)的成本高,PEN的生产与商业化发展速度受到了阻碍。目前2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)是生产PEN的主要原料。

上世纪八十年代,BP阿莫科公司成功突破NDC的生产技术,并于1989年建立实验设备,开始有限量供应NDC。为满足市场需求,BP阿莫科公司在1992年开始兴建大规模生产设备,1997年正式在美国商业化生产NDC,整个项目累计投资超过2亿美元。

最近 Mobil公司和 Kobe Steel公司联合开发了一种旨在降低PEN价格的新工艺。该工艺结合了Mobil公司的沸石催化剂技术和 Kobe Steel公司新的净化技术,可以显著地降低PEN的成本。

三、PEN商业化应用状况

由于PEN具有优良的热性能、力学性能、气体阻隔性及介电等性能,使得它在高性能的薄膜、纤维、特种包装材料和工程塑料方面都有广阔的应用前景。商业化生产和应用已逐步推广开来。

1.PET薄膜的商业化应用

与PET膜相比,PEN薄膜具有高强度、高模量及热阻性、优良的气体阻隔性、耐水解性、耐放射性等优点,它在190℃发生收缩,能够在155℃下长期使用,而PET只能在105~130℃下长期使用。PEN薄膜有效地拓展了使用范围,它不但是PEN中研究最多的一个方面,同时也是最早投入应用的PEN产品。

阿莫科公司率先占领了PEN膜的原料市场,而日本帝人公司首先开发占领了制品市场。早在 1971年,帝人公司就生产出了PEN双向拉伸膜(BOPEN)薄膜,并将双向拉伸薄膜商标命名为 TEONEX,于1990年4月开始建设年产量达10000吨的PEN薄膜生产线。此外,东丽、杜邦等大公司也相继进入了PEN生产领域。由于PEN成本较高,因此为降低成本,还开发了PET/PEN多层复合膜。

■ 高级照相胶片:从1996年开始,使用了PEN的APS胶片很受用户欢迎,正逐步取代以往的银盐感光胶片(原料为三醋酸纤维素酯)。APS胶片由于使用退火的PEN树脂(A-PEN),因此胶片强度和平滑性得到提高。APS胶片为磁性数据记录方式,片基厚度与PET胶片相同,但是PEN膜的厚度比以往的三醋酸胶片更薄,成像却非常清晰。Eastman Kodak公司推出了商品名为ADVANTIX的胶片,另外Fuji和AGFA也相继推出了PEN胶片。

■ PEN绝缘膜:BOPEN薄膜可作电机、变压器、线圈、电容器的绝缘材料,在通讯器材中可用作振动膜、薄膜开关、磁记录材料。BOPEN薄膜在高温高湿的环境下绝缘性能稳定,能在155℃下长期使用,是热塑性高性能塑料薄膜的重要品种。PEN膜可达到F级(160℃)绝缘膜的要求。一般的PET薄膜只可达到E级(长期使用温度为120℃),如果要达到长期使用温度130℃,则要求大幅提高粘度,尽量降低齐聚物含量,否则用于制冷密封型电机的绝缘时,受润滑油的浸润容易将齐聚物抽提出来,从而造成电机故障。而PEN中齐聚物的质量分数仅为0.5%,可以有效地解决这个问题。

图2:PEN饮料瓶

(待续)

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