弹性填料是怎样生产的(一文带你了解PET发泡材料的制备与改性研究)

Posted 2023-05-25

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弹性填料是怎样生产的(一文带你了解PET发泡材料的制备与改性研究)

本文摘选自文献：《聚对苯二甲酸乙二醇酯的改性及其发泡材料的最新进展》

PET 作为一种半结晶聚合物，其熔融发泡需在较高的温度下进行。但常规PET分子链为规则的线形结构，高温下表现出较低的熔体强度和熔体黏弹性。在发泡过程中，PET 熔体无法承受泡孔生长造成的剧烈拉伸，易出现泡孔破裂、并聚，导致泡孔成型困难。

为了解决这一难题，研究人员往往采用提高分子量及分子量分布、引入长支链结构、加入纳米填料等方式来改善 PET 的结晶行为、流变性能以提高其熔体强度和黏弹性，使之满足制备发泡材料的要求。

目前，根据PET改性工艺的不同，主要分为固相缩聚、原位共聚和扩链改性3种手段。

一．改性方法

1.固相缩聚

固相缩聚反应（SSP）是在真空或者氮气氛围中，将分子质量较低的 PET 预聚体加热到玻璃化温度以上、熔点温度以下，此时大分子链的活动受到制约，而末端官能团可发生缩聚反应并提高 PET 分子量。

2.原位共聚

原位共聚是指在对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）的熔融缩聚阶段，向聚合釜内加入多官能团的第三单体作为支化单元进行共聚，制备出分子量大、分子量分布宽且具有长支链结构的高熔体强度PET。

此外，由原位共聚得到的高分子量 PET 对设备的真空度和搅拌设备要求都很高，工艺发展受到极大限制。

3.扩链改性

扩链改性是指将PET树脂加入到转矩流变仪或挤出机中，添加多官能团扩链剂与之熔融共混，二者可在3~5 min 内快速反应，从而提高 PET 的分子量。常用的扩链剂包括噁唑啉类、异氰酸酯类、酸酐类、环氧类等。扩链改性工艺的流程短、投资设备少、生产效率高，非常适合工业化生产。

固相缩聚法多用于提高PET分子量，难以直接产生支化结构，且生产周期过长，工艺成本和能耗高。

原位共聚法和扩链改性法可制备出分子量大、分子量分布宽、具有长支链结构的高熔体强度PET。但原位共聚法对设备要求过高，反应后期传质困难，限制了PET分子量的增长。

扩链改性法工艺流程短、生产效率高、改性效果好，是制备高熔体强度PET的优选方法。

二． PET发泡材料的制备

经过改性的 PET 具有足够高的熔体强度，可用于生产制备 PET 发泡材料。目前已报道的 PET 发泡方法主要分为釜压法、模压法、挤出法。

1.釜压发泡

釜压发泡是指将待发泡样品和发泡剂加入到高压釜中，调控温度、压力、饱和时间，使发泡剂充分溶解于聚合物中，再进行泄压或升温处理得到发泡材料。釜压发泡的优势在于可精准调控发泡工艺参数，方便用于研究单一变量对发泡行为的影响，缺点是生产效率低。

以PER和PMDA为支化单体原位共聚制备了0. 86 dL/g 左右的高熔体强度 PET。超临界 CO2（scCO2）间歇发泡结果显示，PER 比 PMDA具有更好的改性效果，其改性 PET 发泡后具有更小的泡孔直径和更高的泡孔密度。在后续的研究中，实现了 scCO2辅助PET缩聚增黏与发泡一体化过程。

2.模压发泡

模压发泡是将聚合物、发泡剂、增塑剂、增韧剂等混合均匀，放入到平板硫化仪上热压发泡制得发泡材料。模压发泡成型工艺流程简单，对设备要求低，可用于制备超薄聚合物发泡片材。然而，目前关于模压发泡 PET 的相关研究较少，在发泡模具和成套设备开发等方面也未有重大突破，工业化进展较慢。

采用模压法和偶氮二甲酰胺（AC）发泡剂制备了厚度约 100~250 μm 的 PET微孔发泡薄板，其泡孔直径为 20~140 μm，泡孔密度为 5×105~4×107 个/cm3，发泡倍率为 1. 5~2. 7。通过对微孔发泡机理的研究表明，饱和时间、饱和压力和待发泡PET片材厚度对泡孔直径和泡孔密度的影响较为显著。饱和时间、饱和压力和热压温度决定了气体在 PET 中的溶解量，是控制产品发泡倍率的重要参数。

3.挤出发泡

是将聚合物加入到挤出机中进行熔融，在螺杆的剪切作用下与发泡剂充分混合并完成气体扩散。经口模处的压力骤降完成泡孔成核及生长，冷却定型后

得到发泡材料。挤出发泡由于其连续发泡的优势，方便工业界进行大规模地、快速地生产聚合物发泡材料。

采用挤出法制备 PET 发泡材料。研究发现，由于 PMDA 扩链后 PET 的熔体强度较高，而使用的化学发泡剂含量低，泡孔呈现闭孔结构，且泡孔密度取决于改性PET的支化程度。

我国关于PET发泡材料的工业化生产尚处于刚起步阶段，仅有少数几家企业建成生产线，且产品性能和种类相比国外企业仍有一定差距，市场缺口依然很大。

此外，更高发泡倍率（>30倍）PET 发泡材料的制备和发泡材料的功能化拓展仍是未来研究的重点方向。