bahan mentah PETG

Bahan mentah PETG: ciri dan aplikasi bahan kopoliester berprestasi tinggi

PETG (Polyethylene terephthalate cyclohexanedimethanol ester) ialah bahan poliester termoplastik bukan kristal yang diubah suai oleh kopolimerisasi ternari asid tereftalat (PTA), etilena glikol (EG), dan sikloheksanedimethanol (CHDM). Sebagai variasi PET yang diubah suai yang penting, PETG telah menembusi had prestasi PET tradisional dengan ketelusan, fleksibiliti, kebolehprosesan dan keramahan alam sekitar yang sangat baik. Ia telah menunjukkan kelebihan unik dalam pembungkusan, perubatan, pembinaan, elektronik pengguna dan bidang lain, menjadi bahan berprestasi tinggi dan berat molekul tinggi yang berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

1、 Struktur Molekul dan Ciri Teras

Struktur molekul PETG adalah punca kelebihan prestasinya. Berbanding dengan PET kristal, PETG memperkenalkan monomer sikloheksanedimethanol (CHDM) ke dalam rantai molekul, menggantikan beberapa etilena glikol, memecahkan susunan biasa rantai molekul PET, mengurangkan keupayaan penghabluran dengan ketara, dan membentuk struktur kehabluran amorfus atau rendah. Reka bentuk molekul ini membawa satu siri ciri yang sangat baik.

Ketelusan ialah salah satu sifat PETG yang paling cemerlang, dengan ketransmisian cahaya melebihi 90%, jerebu di bawah 1%, berkilat tinggi dan setanding dengan bahan lutsinar seperti polikarbonat (PC) dan akrilik (PMMA). Struktur amorfus mengelakkan penyebaran cahaya yang disebabkan oleh penghabluran PET, dan boleh mengekalkan ketelusan yang tinggi walaupun dalam produk berdinding tebal, menyelesaikan masalah pemutihan mudah dan penurunan ketelusan dalam produk berdinding tebal PET biasa.

Dari segi sifat mekanikal, PETG mempunyai kedua-dua keliatan dan ketegaran yang baik. Kekuatan hentamannya adalah 3-5 kali ganda daripada PET biasa, dan kekuatan hentaman takuknya boleh mencapai lebih 60kJ/m ², jauh lebih tinggi daripada PET biasa rapuh; Pada masa yang sama, kekuatan tegangan mencapai 30-50MPa dan modulus lenturan ialah 1500-2500MPa, yang boleh memenuhi keperluan mekanikal kebanyakan komponen struktur. PETG mempunyai fleksibiliti yang sangat baik, dengan pemanjangan patah sehingga 200% -300%. Ia boleh diproses dengan lenturan sejuk, lipatan, dan lain-lain tanpa pecah, menjadikannya sesuai untuk membuat produk yang memerlukan tahap keanjalan tertentu.

Dari segi prestasi terma, suhu peralihan kaca (Tg) PETG adalah kira-kira 78-88 ℃. Walaupun ia lebih rendah daripada takat lebur penghabluran PET, suhu ubah bentuk termanya agak tinggi (65-75 ℃), dan ia boleh digunakan secara stabil pada suhu bilik untuk jangka masa yang lama. Ia juga mempunyai rintangan suhu rendah yang luar biasa dan mengekalkan keliatan yang baik pada -40 ℃ tanpa kerapuhan. Berbanding dengan PC, PETG mempunyai suhu pemprosesan yang lebih rendah (biasanya 230-270 ℃), penggunaan tenaga yang lebih rendah, dan kurang terdedah kepada degradasi suhu tinggi.

Dari segi kestabilan kimia, PETG mempunyai rintangan yang baik terhadap air, asid, alkali, dan lain-lain, dan rintangan kakisan kimianya lebih baik daripada PMMA dan PC. Ia tidak mudah terhakis oleh bahan kimia harian seperti alkohol dan detergen, dan permukaannya mempunyai rintangan calar yang baik, dengan kekerasan Shore D78-85, yang boleh dipertingkatkan lagi dengan salutan. Pada masa yang sama, PETG tidak berbau, tidak toksik dan memenuhi piawaian bahan sentuhan makanan seperti FDA dan EU 10/2011. Ia juga telah lulus pensijilan gred perubatan seperti USP Kelas VI, dan keselamatannya telah diiktiraf secara meluas.

Prestasi pemprosesan adalah satu lagi kelebihan utama PETG. Sebagai bahan amorf, PETG mempunyai kebolehlilir cair yang baik, kadar pengecutan pengacuan rendah (0.5% -1.5%), kestabilan dimensi yang sangat baik, dan sesuai untuk pengacuan ketepatan. Ia boleh diproses melalui pelbagai proses seperti pengacuan suntikan, penyemperitan, pengacuan tamparan, dan pembentukkan termo, dan mempunyai tetingkap pemprosesan yang luas yang tidak terdedah kepada keretakan tekanan. Ia mempunyai sifat pasca pemprosesan yang baik (seperti percetakan, ikatan, dan kimpalan) dan boleh memenuhi keperluan pengeluaran produk yang kompleks.

2、 Proses pengeluaran dan sumber bahan mentah

Proses pengeluaran PETG adalah berdasarkan teknologi pempolimeran poliester, dengan teras adalah kawalan tepat nisbah dan proses pempolimeran monomer ternary untuk mencapai peraturan struktur molekul. Bahan mentah utamanya termasuk asid terephthalic (PTA), etilena glikol (EG), dan sikloheksanedimethanol (CHDM), antaranya ketulenan dan perkadaran CHDM secara langsung mempengaruhi prestasi PETG.

Dari segi sumber bahan mentah, PTA dan EG PETG tradisional terutamanya berasal daripada rantaian industri petrokimia dan dihasilkan melalui proses seperti keretakan nafta; CHDM dihasilkan melalui langkah-langkah seperti pengoksidaan sikloheksana dan penghidrogenan, dan juga bergantung kepada sumber fosil. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, penemuan telah dibuat dalam penyelidikan dan pembangunan bahan mentah berasaskan bio, dan perindustrian PTA berasaskan bio (dihasilkan melalui penapaian biojisim), EG berasaskan bio, dan CHDM berasaskan bio telah berkembang secara beransur-ansur, memberikan kemungkinan untuk pengeluaran hijau PETG dan mengurangkan kesan karbon produk dengan ketara.

Proses pengeluaran PETG terutamanya merangkumi tiga peringkat teras: pengesteran, kopolimerisasi dan pempolimeran, dan granulasi. Dalam peringkat pengesteran, PTA mula-mula menjalani tindak balas pengesteran dengan EG dan CHDM pada 180-220 ℃ dan 0.2-0.5MPa untuk menghasilkan dihydroxyethyl terephthalate, cyclohexanedimethanol terephthalate, dan air. Tindak balas dipercepatkan oleh mangkin (seperti mangkin berasaskan titanium) dan air dikeluarkan tepat pada masanya untuk menggalakkan tindak balas hadapan. Kadar pengesteran perlu mencapai lebih 95%.

Peringkat kopolimerisasi dan pemeluwapan adalah berdasarkan produk pengesteran, dipanaskan hingga 240-270 ℃, dan dijalankan dalam persekitaran vakum (tekanan ≤ 100Pa) untuk tindak balas pemeluwapan, dengan mengeluarkan produk molekul kecil (terutamanya EG) untuk meningkatkan rantai molekul. Pada peringkat ini, adalah perlu untuk mengawal ketat bahagian CHDM yang ditambah (biasanya 30% -50% daripada jumlah diol). Jika perkadaran terlalu tinggi, ia akan mengurangkan rintangan haba bahan, dan jika terlalu rendah, ia tidak akan merosakkan kehabluran secara berkesan. Masa dan suhu tindak balas pemeluwapan secara langsung mempengaruhi kelikatan intrinsik (nilai IV) PETG, yang secara amnya dikawal antara 0.7-1.2 dL/g untuk mengimbangi kebolehprosesan dan sifat mekanikal.

Selepas pempolimeran selesai, PETG cair dibuang dan dipotong menjadi kepingan berbutir putih atau lutsinar, yang perlu dikeringkan dengan ketat (kandungan lembapan ≤ 0.005%) untuk mengelakkan kehilangan berat molekul akibat hidrolisis semasa pemprosesan berikutnya. Mengikut keperluan aplikasi, antioksidan, pelincir, penyerap UV dan bahan tambahan lain boleh ditambah semasa peringkat granulasi untuk meningkatkan kestabilan haba, kebolehprosesan dan rintangan cuaca produk. Pemilihan bahan tambahan hendaklah mematuhi piawaian sentuhan makanan atau gred perubatan.

Semasa proses pengeluaran, teknologi pemantauan dalam talian termaju seperti spektroskopi inframerah dan meter kelikatan diperlukan untuk memantau kemajuan tindak balas dan prestasi produk dalam masa nyata, memastikan kestabilan kelompok. Berbanding dengan PET, proses pempolimeran PETG memerlukan ketepatan peralatan dan kawalan proses yang lebih tinggi, terutamanya ukuran dan keseragaman penyebaran CHDM, yang secara langsung mempengaruhi ketelusan dan konsistensi prestasi mekanikal produk.

3、 Klasifikasi dan perbezaan prestasi

Mengikut kelikatan ciri, kandungan CHDM, dan senario aplikasi, PETG boleh dibahagikan kepada pelbagai kategori, dan jenis PETG yang berbeza mempunyai perbezaan dalam prestasi untuk memenuhi keperluan yang pelbagai.

Dikelaskan mengikut kelikatan intrinsik (nilai IV), PETG dengan nilai IV yang rendah (0.7-0.9dL/g) mempunyai kebolehliran yang baik dan sesuai untuk pengacuan suntikan produk ketepatan kecil (seperti penutup botol kosmetik dan aksesori elektronik); Nilai IV sederhana PETG (0.9-1.1dL/g) mengimbangi kecairan dan sifat mekanikal, sesuai untuk pengacuan tiupan (seperti botol), kepingan tersemperit, dsb; PETG nilai IV tinggi (1.1-1.2dL/g) mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi dan sesuai untuk membuat komponen struktur seperti plat berdinding tebal dan paip.

Dikelaskan oleh kandungan CHDM, PETG dengan kandungan CHDM rendah (30% -40%) mengekalkan kecenderungan tertentu ke arah penghabluran, mempunyai rintangan haba yang lebih tinggi sedikit (Tg kira-kira 85-90 ℃), ketegaran yang baik, dan sesuai untuk produk pembungkusan yang memerlukan rintangan haba; PETG dengan kandungan CHDM yang tinggi (40% -50%) mempunyai kehabluran yang lebih ketara, fleksibiliti dan ketelusan yang lebih baik, tetapi rintangan haba yang lebih rendah sedikit (Tg kira-kira 75-80 ℃), menjadikannya sesuai untuk produk seperti filem dan hos yang memerlukan keliatan tinggi.

Dikelaskan mengikut bidang aplikasi, gred pembungkusan PETG memfokuskan pada ketelusan, rintangan kimia dan kebolehprosesan, memenuhi keperluan kebersihan makanan dan pembungkusan kosmetik; PETG gred perubatan perlu lulus pensijilan biokeserasian (seperti USP Kelas VI), tidak toksik, tahan terhadap pensterilan (seperti pensterilan sinar gamma), dan sesuai untuk pengeluaran peranti perubatan; PETG gred industri memberi tumpuan kepada sifat mekanikal dan kestabilan dimensi, dan digunakan untuk komponen struktur dalam bidang seperti pembinaan dan elektronik.

Perbezaan prestasi pelbagai jenis PETG dicerminkan terutamanya dalam rintangan haba, fleksibiliti dan kebolehprosesan. Sebagai contoh, penghantaran gred pembungkusan PETG biasanya lebih besar daripada 92%, jerebu adalah kurang daripada 1%, kekuatan tegangan ialah 35-45MPa, dan pemanjangan semasa putus ialah 200% -300%; PETG gred perubatan bukan sahaja memenuhi sifat mekanikal, tetapi juga perlu lulus ujian sitotoksisiti dan pemekaan; Suhu ubah bentuk terma (0.45MPa) gred industri PETG boleh mencapai 60-70 ℃, yang sesuai untuk keperluan sokongan struktur pada suhu bilik.

4、 Kawasan aplikasi yang pelbagai

PETG, dengan kelebihan prestasinya yang komprehensif, telah menggantikan bahan tradisional dalam pelbagai bidang dan menunjukkan prospek aplikasi yang luas, terutamanya dalam senario dengan keperluan tinggi untuk ketelusan, keliatan dan kemesraan alam sekitar.

Bidang pembungkusan ialah pasaran aplikasi teras PETG, terutamanya menduduki kedudukan penting dalam pembungkusan mewah. Dalam pembungkusan kosmetik, botol dan hos yang diperbuat daripada PETG mempunyai tekstur seperti kristal telus, berkilat tinggi, yang boleh menyerlahkan gred produk, dan mempunyai rintangan kimia yang sangat baik. Ia boleh mengandungi produk penjagaan kulit, minyak wangi dan produk lain dengan bahan yang kompleks. Pada masa yang sama, ia mempunyai rintangan hentaman yang kuat, tidak mudah pecah, dan mengurangkan kerugian pengangkutan.

Dalam bidang pembungkusan makanan, PETG memenuhi piawaian untuk bahan sentuhan makanan (seperti FDA 21 CFR 177.1310), tidak mempunyai bau, dan tahan terhadap suhu rendah (sesuai untuk penyejukan). Ia boleh digunakan untuk membuat tin makanan, cawan minuman, kotak kesegaran, dll. Pengedap yang baik dan rintangan kimia boleh melindungi rasa makanan, dan ketelusannya memudahkan pengguna memerhati kandungannya. Filem PETG boleh dijadikan filem pembungkus komposit dan filem mengecut, dengan sifat pengedap haba yang baik, sesuai untuk pembungkusan yang tidak teratur.

Dalam bidang penjagaan kesihatan, PETG gred perubatan telah menjadi bahan yang ideal untuk peranti perubatan kerana biokompatibiliti yang baik, rintangan pensterilan dan kemudahan pemprosesan. Ia boleh digunakan untuk membuat set infusi, cangkerang picagari, kateter perubatan, botol pembungkusan ubat, dll. Ketelusannya memudahkan pemerhatian status aliran cecair, dan rintangannya terhadap pensterilan sinar gamma memastikan kemandulan bekalan perubatan. Selain itu, PETG juga digunakan untuk membuat model pergigian, cangkerang prostetik, dsb., mengimbangi keselesaan dan ketahanan.

Dalam bidang seni bina dan hiasan, panel PETG digunakan untuk membuat panel pencahayaan, penutup pelindung, panel hiasan, dan lain-lain kerana ketelusan yang tinggi, rintangan cuaca dan rintangan hentaman. Berbanding dengan kaca, kepingan PETG lebih ringan beratnya (ketumpatan 1.23-1.27g/cm ³, kira-kira separuh kaca), kurang terdedah kepada pecah, dan mempunyai keselamatan yang lebih tinggi; Berbanding dengan akrilik, PETG mempunyai rintangan kimia yang lebih baik, kurang terdedah kepada kekuningan dan penuaan, dan mempunyai hayat perkhidmatan yang lebih lama. PETG juga boleh dijadikan filem hiasan dan venir perabot, mencapai penampilan yang pelbagai melalui percetakan, salutan dan proses lain.

Dalam bidang elektronik pengguna, PETG digunakan untuk membuat sarung peranti elektronik, penutup pelindung, bingkai skrin paparan, dan lain-lain. Kestabilan dimensi yang baik dan kebolehprosesannya dapat memenuhi keperluan pengeluaran komponen ketepatan, dan rintangan haus dan rintangan calarnya boleh diperbaiki melalui rawatan permukaan (seperti salutan yang dikeraskan). Dalam pembungkusan produk 3C, kotak vakum PETG boleh memaparkan produk dengan jelas dan memberikan perlindungan kusyen yang baik.

Dalam bidang lain, filem PETG boleh digunakan untuk mencetak, setem panas, label anti-pemalsuan, dan lain-lain, dengan prestasi pasca pemprosesan yang sangat baik; Paip PETG digunakan untuk pengangkutan bendalir industri dan saluran paip peranti perubatan kerana fleksibiliti yang baik dan rintangan kakisan kimia; Dalam bidang mainan, mainan lutsinar yang diperbuat daripada PETG adalah selamat, tidak toksik, dan mempunyai rintangan hentaman yang kuat, menjadikannya sesuai untuk kegunaan kanak-kanak.

5、 Perlindungan Alam Sekitar dan Trend Pembangunan

Ciri-ciri alam sekitar PETG memberikan kelebihan dalam trend pembangunan mampan, manakala industri sentiasa mempromosikan inovasi teknologi, mengembangkan sempadan prestasi dan senario aplikasinya.

Dari segi perlindungan alam sekitar, PETG mempunyai kebolehkitar semula yang baik, dan sisa produk PETG boleh dikitar semula melalui kitar semula fizikal atau kimia. Kitar semula fizikal ialah proses pengasingan, pembersihan dan penghancuran bahan buangan sebelum mencairkan dan membentuknya semula. PETG kitar semula boleh digunakan untuk menghasilkan produk bukan sentuhan makanan (seperti bahan pembungkusan dan komponen industri); Kitar semula kimia menguraikan PETG kepada monomer melalui tindak balas penyahpolimeran, yang digunakan semula dalam pengeluaran pempolimeran untuk mencapai peredaran gelung tertutup. Berbanding dengan plastik berklorin seperti PVC, PETG tidak menghasilkan gas toksik semasa pembakaran dan mempunyai risiko alam sekitar yang lebih rendah.

Penyelidikan dan pembangunan PETG berasaskan bio adalah hala tuju penting untuk pembangunan hijau. Dengan mengguna pakai PTA berasaskan bio, EG berasaskan bio dan CHDM berasaskan bio, pergantungan kepada sumber fosil dapat dikurangkan dengan ketara, dan pelepasan karbon produk semasa kitaran hayatnya dapat dikurangkan lebih daripada 30% berbanding PETG tradisional. Pada masa ini, beberapa syarikat telah melancarkan beberapa produk PETG berasaskan bio. Dengan pengurangan kos bahan mentah berasaskan bio, pengindustrian PETG berasaskan bio sepenuhnya akan mempercepatkan.

Trend pembangunan PETG dicerminkan terutamanya dalam tiga arah: prestasi tinggi, kefungsian dan pengembangan aplikasi. Dari segi prestasi tinggi, dengan mengoptimumkan nisbah CHDM melalui reka bentuk molekul, memperkenalkan monomer keempat (seperti diol rantaian panjang) atau komposit dengan bahan nano (seperti graphene dan nano kalsium karbonat), rintangan haba (seperti suhu ubah bentuk terma melebihi 80 ℃), rintangan haus, dan kekuatan mekanikal struktur PETG dipertingkatkan, mengembangkan komponen kejuruteraan.

Dari segi kefungsian, bangunkan varieti PETG dengan fungsi khas, seperti PETG antibakteria (menambah agen antibakteria seperti nano perak dan ion zink) untuk pembungkusan perubatan dan makanan, yang boleh menghalang pertumbuhan mikrob; PETG kalis api memenuhi keperluan perlindungan kebakaran dalam bidang elektronik dan pembinaan dengan menambah kalis api bebas halogen; PETG tindak balas pintar (seperti perubahan warna sensitif suhu dan tindak balas pH) digunakan untuk pembungkusan mewah dan pemantauan perubatan untuk mencapai peraturan fungsi yang dinamik.

Dari segi pengembangan aplikasi, PETG mempunyai potensi besar dalam bidang tenaga baharu, seperti pengeluaran plat belakang telus untuk modul fotovoltaik (dengan rintangan cuaca dan penebat yang sangat baik); Dalam bidang percetakan 3D, wayar PETG telah menjadi salah satu bahan pilihan untuk percetakan FDM kerana ketepatan cetakan yang tinggi dan ketahanan terhadap meledingkan. Ia boleh digunakan untuk mencipta model kompleks dan komponen berfungsi; Dalam bidang elektronik fleksibel, filem PETG boleh digunakan sebagai substrat dan digabungkan dengan bahan konduktif untuk menyediakan litar dan penderia fleksibel.

Dari segi inovasi teknologi, mengoptimumkan proses pempolimeran berterusan boleh meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kestabilan kualiti PETG, dan mengurangkan kos pengeluaran; Pembangunan pemangkin baharu (seperti pemangkin mesra alam bukan berasaskan antimoni) boleh mengurangkan sisa logam berat dan meningkatkan keselamatan produk; Teknologi pengubahsuaian gabungan (seperti pengadunan PETG dengan PC dan PMMA) boleh mengintegrasikan kelebihan pelbagai bahan untuk membangunkan produk komposit dengan prestasi yang lebih komprehensif.

Sebagai bahan poliester kopolimer berprestasi tinggi, pembangunan PETG mencerminkan kemajuan teknologi pengubahsuaian bahan polimer. Dengan pengawalan struktur molekul yang tepat, PETG menembusi had prestasi poliester tradisional, mengekalkan ketelusan dan kebolehprosesan yang sangat baik di samping memiliki fleksibiliti, kemesraan alam sekitar dan keselamatan. Dengan kemajuan teknologi pembuatan hijau dan pengembangan senario aplikasi, PETG akan memainkan peranan yang semakin penting dalam pembuatan mewah, pembungkusan mampan dan kesihatan perubatan, menjadi salah satu bahan utama yang memacu peningkatan industri bahan polimer.