2.1.6 纯PET与增强PET PET是一种耐摩擦材料，耐磨耗、低摩擦（摩擦系数为0.2~0.3）、吸水性小、尺寸稳定性高，但力学性能、耐热性和冲击性能较差，PET的分子为高度对称芳环的线性聚合物，易于取向和结晶，具有较高的强度和良好的成纤性，结晶度为40％－60％，结晶速度慢。
同时PET具有良好的低温力学性能，在较宽的温度范围内仍能保持优良的物理机械性能，长期使用温度为180℃。涤纶树脂为极性高聚物，电绝缘性能优良，甚至在高温高频下，仍能保持良好的电绝缘性。而且耐化学品性理想，特别能耐高浓度的HF酸、磷酸和乙酸。
纯PET由于结晶化温度高，成型加工较难。为了改进涤纶的成型性，常加入结晶成核剂。目前卓有成效的是玻璃纤维增强涤纶树脂。含20％以上的玻纤则收缩率为0.4％左右。玻璃纤维增强涤纶树脂（FRPET）具有耐热、刚性好、低吸水率、低摩擦性及良好的加工性能，热变形温度230℃，耐化学品性能优于聚砜、聚苯醚及聚碳酸酯，耐应力开裂性优于聚碳酸酯和聚砜。
经玻璃纤维增强后PET的力学性能和耐热性大幅度提高，可用于工程塑料。PET玻璃纤维增强工程塑料的突出性能为力学性能高且受温度影响小、耐热温度高、耐摩擦、耐蠕变性好、刚性大、硬度大及尺寸稳定性好，增强PET在力学性能、刚性、耐热性方面都超过增强PBT，但加工性不及PBT。
PET及增强PET的具体性能如表7所示，下面具体介绍几种性能。
表7 纯PET和玻璃纤维增强PET的性能
性能 相对密度 吸水率/％ 成型收缩率/％ 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/％ 弯曲强度/MPa 缺口冲击强度/(kJ/m2)
洛氏硬度 热膨胀系数/(×10-5K-1 ) 热变形温度(1.82MPa)/℃ 介电常数/(60-106Hz) 介电强度/(kV/mm) 体积电阻率/(Ω·cm)
耐电弧/s
纯PET 1.38 0.26 1.8 78 50 115 4 － 10 85 2.98～3.16
30 1018 63～190
30％GF-PET
1.69 0.05 0.2～0.9 124.2 3 195.5 80 R120 2.9 215.5 3.6 29.6 1026 －
（1）一般性能 PET树脂为乳白色半透明或无色透明体，相对密度1.38，折射率为1.655，透光
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率为90%；PET属于中等阻隔性材料，对O2的透过系数为50～90cm3·mm/(m2·d·MPa),对CO2的透过系数为180 cm3·mm/(m2·d·MPa)；PET的吸水率为0.6％，吸水性较大。
（2）力学性能 PET膜的拉伸强度很高，可与铝箔媲美，是HDPE膜的9倍、是PC和PA膜的3倍。增强PET的蠕变性小、耐疲劳极好（好于增强PC和PA）、耐磨性和耐磨擦性良好。PET的力学性能受温度影响较小。
（3）热学性能 纯PET的耐热性能不高，但增强处理后大幅度提高，在180℃时的机械性能比PF层压板好，是增强的热塑性工程塑料中耐热较好的品种；PET的耐热老化性好，脆化温度为-70℃，在-30℃时具有一定的韧性；PET不易燃烧，火焰呈黄色，有落滴。
（4）电学性能 PET虽为极性聚合物，但电绝缘性优良，在高频下仍能很好保持。PET的耐电晕性较差，不能用于高压绝缘；电绝缘性受温度和湿度的影响，并以湿度的影响较大。
（5）环境性能 PET含有酯键，在高温和水蒸气条件下不耐水、酸及碱的作用。PET对有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳和油类稳定，对一些氧化剂如过氧化氢、次氯酸钠及重铬酸钾等也有较高的抵抗性。PET耐候性优良，可长期用于户外。 2.2 PET的用途
PET按用途可分为纤维和非纤维两大类，后者包括薄膜、容器和工程塑料。PET在开发初期主要用于制造合成纤维（占PET消耗量的70％左右）。目前，PET用于纤维和塑料制品基本各半；塑料制品主要用于透明瓶、薄膜和片材，用作工程塑料正在迅速兴起。PET还用来制造绝缘材料、磁带带基、电影或照相胶片片基和真空包装等。PET非纤应用的另一主要领域是制造充装饮料、食品等的中空容器。
其次，PET还作为工程塑料用于电子、电器等领域，如仪表壳、热风口罩等。其中尤以包装容器的发展最引人注目，现在已有20％以上的PET用于包装材料，且呈逐年上升的趋势。包装业已成为PET的第二大用户，仅次于合成纤维。
多年来，聚对苯二甲酸乙二酯这种缩聚物主要应用于食品包装薄膜和纺织品纤维及其他用途。现在，它作为包装材料用量在增加，不仅用于汽水饮料瓶，还用于非结晶PET（APET）、结晶PET（CPET）罐头和碟子。在过去五年中，工程级PET和共聚酯，作为新聚合物产品，已分别用于工程和特殊包装材料。
PET在汽水饮料包装材料上的成功应用是由于它的韧性和透明度，取向能力、极好的经济价值和高速度瓶加工技术的发展。PET饮料罐具有重量轻、耐碎、可重复利用性和很好的气密性能。灌满的2升PET饮料瓶比相类似的玻璃瓶轻 24％；空瓶重量是同型号玻璃瓶的1／10。使其在从生产商到消费者的各环节中，节省劳动力、能源和成本。
PET应用于食品、酒类、洗涤剂。未加碳酸气饮料和工业产品包装物，对PET的需求预计将持续增长。根据FDA规范21CFR177-1630，PET热塑性树脂和共聚酯是法定的用于食品接触的制品材料。被包装的食品包括芥茉、胶制品、花生酱、调味品、食用油、鸡尾酒和浓缩果汁等。新颜色，特别是魏伯色PET在药品、维他命和清洗剂的包装上大受欢迎。
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PET容器的一个最新、增长速度最快的应用是食品或饮料包装，要求在高温下灌装。许多食品，特别是水果或高水果含量的食品或饮料，一定要在180F或更高温度下包装。这样为产品和容器在灌装时提供巴氏灭菌（消毒）。通常的取向容器，如用于汽水软饮料包装袋在受到160T以上高温时有收缩和变形趋向，这是由于一定的应力松驰所致。制作容器在拉伸吹塑时产生应力集中。改进加工时耐热性技术已有发展，通常称之为“热定型”技术。根据特定加工工艺，已有若干种加工技术细节，具有高度专利权的，据此，可生产出适于在190～195F下灌注的容器。要求包装物具有这种特性的产品有纯果汁。高果汁含量饮料、茶、某些等渗压和运动饮料，调味品、浓缩果汁和某些矿泉水。
PET的其它最终用途是广泛应用于挤压涂层和挤压成型薄膜和板材。PET用作可烘烤纸板包装物的挤压涂层材料，此外，也可以结晶型PET（CPET）为基本材料制作烤炉中的盘子。
PET薄膜通常是双轴取向，用作X射线和其它照像胶片，肉和乳酪包装，磁带，电器绝缘，印刷板和部瓶包装袋。PET也用作工业胶带材料。非结晶、未取向PET薄膜和板材开始拓展用于成型容器、盘、发泡制品和饮料杯。
3 PET的合成原理
3.1 PET的主要生产方法
聚酯(PET)既可由对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)反应制得，也可由对苯二甲酸(PTA)与乙二醇反应制得。目前，世界各国PET生产采用的技术路线主要就是这两种，称为DMT法(也称酯交换法)和PTA法(直接酯化法)。
（1）酯交换法 DMT法是采用对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇(EG)进行酯交换反应，然后缩聚成为PET。早期生成的单体PTA纯度不高，又不易提纯，不能由直缩法制得质量合格的PET，因而将纯度不高的TPA先与甲醇反应生成对苯二甲酸二甲酯（DMT），后者易于提纯。再由高纯度的DMT（≥99.9％）与EG进行酯交换反应生成BHET，随后缩聚成PET，其反应如下：
O2CH3OH+HOOCCOOHCH3OCOCOCH3+2H2O
OCH3OBHETC缩聚OCOCH3+2HOCH2CH2OHPET酯交换BHET+2CH3OH
（2）直缩法 PTA法采用高纯度的对苯二甲酸(PTA)或中纯度对苯二甲酸(MTA)与乙二醇(EG)直接酯化，缩聚成聚酯。这种直接酯化法是自1965年阿莫科公司对粗对苯二甲酸精制获得成功后发展起来，此后发展迅速，PET生产也随之得到了很快的发展。
采用PTA为原料，PET聚酯聚合物的生产主要有以下两步反应：第一步是PTA与EG进行酯化反应，生成对苯二甲酸乙二酯（或称对苯二甲酸双羟乙酯，简称BHET）；第二步是BHET在催化剂作用下发生缩聚反应生成PET。其反应如下：
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O2HOCH2CH2OH+HOOC+2H2OCOOHOHOCH2CH2OCCOCH2CH2OH
OnBHETHOCH2CH2OCOCOCH2CH2OH+(n-1)HOCH2CH2OH
由于PTA法比DMT法优点更多(原料消耗低，EG回收系统较小，不副产甲醇，生产较安全，流程短，工程投资低，公用工程消耗及生产成本较低，反应速度平缓，生产控制比较稳定)等，目前世界PET总生产能力中大多采用PTA法。
（3）环氧乙烷加成法 因为乙二醇是由环氧乙烷制成的，若由环氧乙烷（EO）与PTA直接加成得到BHET，再缩聚成PET。这个方法称为环氧乙烷法，反应步骤如下：
HOOCCOOH+2H2CCH2O(EO)（PTA）加成BHET缩聚PET
此法可省去由EO制取乙二醇这一步骤，故成本低，且反应又快，优于直缩法。但因EO易于开环生成聚醚，反应热大（约100kJ/mol），EO在常温下为气体且易热分解，运输及储存都比较困难，所以此法尚未大规模采用。 3.2 合成树脂的主要原料
3.2.1原料的性能指标 PET聚酯生产所需的原料都必须高纯，尤其式生产相对分子质量大的聚合物对原料的纯度要求更高。一般要求PTA的纯度达到99.96％（质量分数）以上。
PTA的主要性能要求见表8。
表8 精对苯二甲酸的主要指标
性能 纯度 酸值 对甲苯甲酸含量 4-羧基苯甲醛含量
湿度 金属含量 离子含量 灰分
单位 ％（质量） mg KOH/g μL/L μL/L ％（质量）
μL/L μL/L μL/L
指标 ≥99.96 675 60～100 5～10 0.1 6～7 1～2 10
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纤维级的乙二醇，最低纯度为99.7％（质量），二酐醇最大含量为0.1％（质量），这种规格也适用于生产相对分子质量更大的包装用树脂。表9为纤维级乙二醇的商品规格。
不管是采用DMT还是采用PTA做原料，第一步反应都是生成聚合物对苯二甲酸双β-羟乙酯（BHET），BHET随后进行聚合得到PET。聚合程度受聚合条件的影响，聚合度对制得的树脂性能有较大影响。如果聚合物链变长，聚合物的相对分子质量和反应物流的粘度都会增加，那么特性粘度常用作聚合物相对分子质量的测量手段。如果需要高分子量（如生产瓶级树脂时），聚合物就要分步进行，每一步采用不同的反应条件。
表9 纤维级乙二醇的商品规格
性能 乙二醇含量 二酐醇含量 沸点范围 相对密度（20℃）
透射率 350nm 276nm 220nm 含水量 铁离子含量 乙酸含量 醛含量 外观
单位 ％（质量） ％（质量）
℃ ％ ％（质量）
μL/L ％（质量）
μL/L
规格 ≥99.7 ≤0.1 196～200℃ 1.1150～1.1156
≥92 ≥90 ≥60 ≤0.3 ≤1.0 ≤0.005 ≤30 纯净透明的液体
3.2.2 原料PTA 对苯二甲酸（terphthalic acid或1,4-benzenedicar boxylic acid，即 TA）,而 PTA则是纯对苯二甲酸（purified terephthalic acid）的简称，分子式为C8H6O4，结构式为HOOC—C6H4—COOH ，相对分子量为166.133。目前全球PTA的年产量已达3000万吨，其绝大部分用于生产聚对苯二甲酸乙二酯（PET），并进一步用来生产纤维、瓶片和薄膜等。
早在19世纪60年代就已经有关于对苯二甲酸的报道。但是直到1953年，聚对苯二甲酸乙二酯纤维的工业化生产，对苯二甲酸才成为一种重要的化工产品。
对苯二甲酸最先采用对二甲苯硝酸氧化法生产，由于存在缺点，已被后来的方法取代。Amoco对二甲苯液相空气氧化法，自1958年工业化以来，发展迅速，成为对苯二甲酸生产的主要方法。采用对二甲苯低温氧化法的有Mobil法、Eastman法和东丽法，其中Mobil法已被淘汰，东丽法应用范围窄，唯Eastman法能力有较大增长。第一和第二Henkel法曾在日本实现工业化生产，由于不易连续化和大型化，且回收钾盐困难，生产成本高，已先后停产。
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