改質PET共聚酯之開發與應用

刊登日期:2015/3/5
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聚乙烯對苯二甲酸酯( PET )成本低且有較高的性價比,在纖維、光學膜及聚酯瓶等領域得到了廣泛應用。但是,PET在使用過程中存在著耐熱性低、韌性差與結晶速率低等缺點。藉由共聚改質與混摻技術研究開發改質PET,能獲得具有優異性能的新型聚酯品種,擴大聚酯產品新的應用領域。本文將簡要介紹聚酯材料高值化的發展趨勢及工研院南分院在此領域的研發成果。

主要共聚改性PET及應用
共聚合是合成改性PET聚酯的主要方法,透過導入雙酸或雙醇第三單體或第四單體,沿用已有的工藝進行改性共聚酯的合成,提升材料性質。帝人(Teijin)公司所開發的 PEN,使用具有較堅硬結構的 2,6-萘二甲酸取代對苯二甲酸提高玻璃轉換溫度。相對於 PET,PEN的阻氣性與機械性質也較佳,且具有很強的紫外線吸收能力,可以吸收波長 380 nm以下的紫外線,而PET只能吸收波長 313 nm以下的紫外線。除了紫外線屏蔽功能優異之外,PEN對氧氣、二氧化碳與水蒸氣的阻隔性能及耐熱性能較 PET更高,非常適合做啤酒、食品、碳酸飲料、藥品及化妝品的封裝材料。透過聚合觸媒配方的設計與製程改善所得的光學級PEN聚酯材料目前也應用至電子書、有機 EL、太陽電池薄膜與軟性基板等光電產品。
 
1,3/1,4-CHDM改質PET
有別於 Eastman與 SK公司以 1,4-CHDM部分取代EG所開發的共聚酯材料PETG,工研院南分院引進美國 Dow Chemical公司1,3/1,4-CHDM單體混合物開發新穎 PETG共聚酯。Eastman公司的 1,4-CHDM是以 DMT為原料,經由氫化反應所得;Dow Chemical公司的1,3/1,4-CHDM是以丁二烯與丙烯醛( Acrolein )為原料,經由雙烯加成、氫烯化與接續氫化反應所得的產品。研究發現使用1,3/1,4-CHDM所開發的 PETG聚酯材料較使用 1,4-CHDM單體的聚酯材料分子排列不規則性更高,具有更寬廣的非結晶區域(圖一)。
 
PEN/PETG混摻聚酯
如同 PETG可與PC樹脂製成合金,提升耐熱性與耐衝擊性,本研究也發現將 PETG與 PEN聚酯摻混可製備高度相容性 PEN/PETG共聚酯。 PEN/PETG混摻聚酯的DSC分析圖譜(圖二)顯示 PEN/PETG混摻聚酯皆呈現單一玻璃轉換溫度。
 

圖二、PEN/PETG
混摻聚酯第二趟DSC升溫曲線
 
本研究也使用 Bruckner KARO IV雙軸延伸機(圖四),研究適當控制的延伸條件對 PEN/PETG聚酯薄膜耐熱性、透光性、機械強度與熱膨脹性質的影響。結果顯示,隨著PETG含量增加,PEN/PETG雙軸延伸薄膜的光穿透率隨之增加(圖五),這是由於 PETG本身光穿透度達 90%高於 PEN光穿透率 87%所致。隨著雙軸延伸倍率增加及不同熱定型溫度的改變,熱膨脹係數皆有顯著下降的趨勢(圖六)。經由薄膜雙軸延伸製程條件包括延伸倍率及熱定型溫度的調控,藉非晶性 PETG導引結晶性 PEN於加工時產生大量微細晶粒,薄膜物性與光學特性得以進一步提升。所得 PEN/PETG(75/25)薄膜尺寸安定溫度為 146˚C,全光線透過率為 90%,薄膜熱膨脹係數也由結晶塑膠等級(15~30 ppm/˚C)降至金屬等級的 11.2 ppm/˚C,熱收縮率為 0.38%。預期可解決軟性電子在塑膠基材製程上所遇到的熱失配問題……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。
                       

圖六、不同混摻比例薄膜,其熱膨脹係數與雙軸延伸倍率之趨勢關係
 
作者:范正欣、陳俊彥/工研院南分院
★完整內容請見下方檔案。

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