热塑性聚酯是一类重要的工程塑料,其分子主链中含有酯基(-COO-)。它们通常由饱和二元酸(或酸酐)与二元醇缩聚而成。热塑性聚酯种类繁多,可根据不同的方式进行分类:
一、基于主链结构(主要是二元酸组分)
1. 芳香族聚酯 (Aromatic Polyesters)
主要特征:分子主链中含有芳香环(如苯环、萘环)。这赋予了它们优异的刚性、强度、耐热性和尺寸稳定性。是应用最广泛、最重要的热塑性聚酯类别。
主要种类:
聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)
最常见的聚酯,用途极其广泛。
单体:对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG),或对苯二甲酸二甲酯(DMT)、乙二醇(EG)
特性:高强度、高模量、优异的耐化学性(尤其耐溶剂和油)、良好的电绝缘性、良好的透明性(非晶态时)、气体阻隔性较好(尤其对CO2和O2)。
应用:饮料瓶、食品包装膜、纤维(涤纶)、薄膜、工程塑料部件(增强后,如玻纤增强PET)、电子电器零件等。
聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)
一种重要的工程塑料。
单体:对苯二甲酸(TPA)、1,4-丁二醇(BD),或对苯二甲酸二甲酯(DMT)、1,4-丁二醇(BD)
特性:优异的加工流动性(比PET好)、良好的机械强度、刚性和韧性平衡、优异的耐化学性、耐热性(低于PET但足够用于许多应用)、良好的电绝缘性、耐摩擦磨损性、低吸水性。
应用:汽车零件(门把手、保险杠、连接器)、电子电器(连接器、开关、线圈骨架、继电器)、家电外壳、电动工具零件、光纤护套等。
聚对苯二甲酸丙二醇酯 (PTT)
单体:对苯二甲酸(TPA)、1,3-丙二醇(PDO)
特性:介于PET和PBT之间,具有PET的强度和PBT的韧性,优异的回弹性、柔软手感、耐磨性、抗污性和抗紫外线性能。吸水性比PET和PBT稍高。
应用:主要用于纤维(地毯、纺织品),在工程塑料应用也在增长(如汽车内饰)。
聚2,6萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)
单体:2,6-萘二甲酸二甲酯(NDC)或2,6-萘二甲酸(NDA)、乙二醇(EG)
特性:比PET具有更高的强度、模量、耐热性、气体阻隔性和耐紫外线性。成本通常高于PET。
应用:高性能薄膜(电容器膜、磁带基膜、食品包装)、特种纤维、高温瓶、太阳能电池背板等。
聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯 (PCT)
单体:对苯二甲酸(PTA)、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)
特性:比PET和PBT具有更高的玻璃化转变温度和热变形温度,优异的耐热性、耐化学性、电性能和尺寸稳定性。
应用:高温电子连接器、汽车传感器、LED部件、微波炉容器等。常与其他单体共聚改性(如PCTG, PCTA)。
液晶聚酯 (LCP)
单体:二元酚、芳香二元酸、芳香羟基酸
特性:分子链高度有序(液晶态),具有极高的强度、模量、耐热性(HDT可达300°C以上)、极低的线膨胀系数、优异的尺寸稳定性、阻燃性(通常为固有阻燃)、优异的耐化学性和流动性(即使在高填充下)。
应用:精密电子连接器、芯片载体、光通信器件、航空航天部件、医疗器械、高温炊具等。
2. 脂肪族聚酯 (Aliphatic Polyesters)
主要特征:分子主链主要由脂肪链构成(不含芳香环)。通常具有较好的柔韧性、透明性和生物可降解性,但耐热性、强度和刚性普遍低于芳香族聚酯。
主要种类:
聚乳酸/聚丙交酯 (PLA)
单体:乳酸,乳酸的生产主要是淀粉发酵法、和化学合成法。
特性:来源于可再生资源(玉米淀粉、甘蔗),生物可降解/可堆肥(在工业条件下)、良好的透明性、一定的强度和刚度、易加工。缺点是耐热性差、脆性较大、降解速度受环境影响大。
应用:一次性餐具、包装膜、食品容器、3D打印线材、纤维、医用植入物(可吸收缝线、骨钉等)。
聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯 (PBAT)
单体:丁二醇、己二酸和对苯二甲酸
特性:可看作是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物,兼具 PBA(聚己二酸丁二醇酯)和 PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)的特性。PBAT是一种韧性好、伸长率高但强度低的材料。
应用:主要用于薄膜(如购物袋、地膜、包装膜),常与PLA共混以改善PLA的韧性。
聚羟基脂肪酸酯 (PHA)
特性:由微生物发酵合成的多种聚酯的统称(如PHB, PHBV)。完全生物基和可生物降解,具有生物相容性。性能范围广(从硬质到弹性体),但通常成本较高,耐热性一般。
应用:包装、薄膜、一次性用品、医疗器械、药物缓释载体等。
聚己内酯 (PCL)
单体:ε-己内酯
特性:合成脂肪族聚酯,半结晶型聚合物,熔点为60°C,Tg约为-60°C,非常柔韧,生物可降解(降解速度慢)且生物相容性好。常作为增韧剂或与其他材料共混。
应用:药物缓释系统、组织工程支架、可降解包装、增韧改性剂、热熔胶、软质模型材料等。
聚丁二酸丁二醇酯 (PBS)
单体:丁二酸、丁二醇
特性:合成脂肪族(或部分芳香族)聚酯,具有良好的生物降解性、加工性、耐热性和力学性能平衡。PBAT是PBS与芳香族酸(如对苯二甲酸)的共聚物(如前所述)。
应用:薄膜、发泡材料、注塑制品等。
二、 其他分类方式
1. 基于结晶性
结晶性聚酯:分子链能规则排列形成结晶区(如PET, PBT, PCT)。通常具有更高的强度、刚性、耐热性、耐化学性和尺寸稳定性,但透明度较低(除非快速冷却形成非晶态)。加工时需要控制结晶速度和程度。
非晶性聚酯:分子链无序排列(如PETG, PCTG, PCTA)。通常具有优异的透明性、较低的收缩率、良好的尺寸稳定性和加工性,但耐热性和耐化学性通常低于结晶性聚酯。
2. 基于是否可生物降解
可生物降解聚酯:能在自然环境(土壤、堆肥、水体)中或特定条件下被微生物分解为二氧化碳、水和生物质的聚酯。主要是脂肪族聚酯(如PLA, PHA, PBAT, PBS, PCL)及其共聚物/共混物。部分芳香族聚酯在特定设计下也可降解,但速度较慢。
不可生物降解聚酯:在自然环境中难以被微生物分解的传统聚酯,主要是芳香族聚酯(如PET, PBT, PEN, PCT, LCP)。
3. 基于共聚改性:
共聚酯: 为了改善性能(如降低结晶度、提高韧性、改善透明性、调节降解速率、降低成本等),常使用两种或多种二元酸和/或二元醇进行共聚。例如:
PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)
在PET中加入环己烷二甲醇 (CHDM) 共聚单体。由于CHDM的加入,PETG的熔点和玻璃化转变温度降低,同时结晶温度和结晶速率也相应下降,从而避免了材料在加工过程中发生结晶,保持了其完全透明的特性。广泛用于板材、包装、医疗等。
PCTG 聚(对苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯-共聚-乙二醇酯)
PCTG是一种非晶型共聚聚酯,由三种单体共聚而成:对苯二甲酸(TPA)、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)和 乙二醇(EG)。其本质是通过在PCT聚酯分子链中引入CHDM取代部分EG,破坏分子链规整性,从而抑制结晶形成无定形结构。
随着共聚物中EG的增加,PCTG由结晶型共聚酯向非结晶型共聚酯转变,熔点下降,玻璃化温度下降,结晶度下降。
PCTA 聚对苯二甲酸-间苯二甲酸-1,4-环己烷二甲醇酯
PCTA是采用TPA以外的二元酸改性的PCT共聚酯。二元酸可以是脂肪族或芳香族二元酸,其中间苯二甲酸(IPA)或间苯二甲酸二甲酯,是最常用来共聚改性制备PCTA共聚酯的二元酸或酯。
PBAT:如前所述,是己二酸(AA)、对苯二甲酸(TPA)和1,4-丁二醇(BDO)的共聚酯。
Ecoflex/Ecovio (BASF):PBAT 类型的商业化共聚酯品牌。
4. 基于功能特性
热塑性聚酯弹性体 (TPEE 或 TPC-ET):
由芳香族聚酯硬段(如PBT)和脂肪族聚醚或聚酯软段组成的嵌段共聚物。具有橡胶般的弹性和热塑性塑料的可加工性。特性:优异的韧性、耐屈挠疲劳性、耐热性、耐油性和耐化学性。例如:
聚醚型TPEE(如Tecoflex™):耐水解性优 。
聚酯型TPEE(如Hytrel®):机械强度高 。
此类材料属于弹性体分类中的聚酯类(TPEE),区别于聚氨酯(TPU)或苯乙烯类(TPS)弹性体。
应用:汽车部件(防尘罩、软管、密封件)、电线电缆护套、工业软管、体育用品、鞋材等。
聚酯酰胺 (PEA):
分子链中同时含有酯基和酰胺基。结合了聚酯和聚酰胺的一些特性,如良好的耐热性、机械性能和阻隔性。应用相对较少,属于高性能或特种材料。
如上所述,热塑性聚酯种类繁多,选择合适的热塑性聚酯取决于你的具体需求:PET 在包装领域无可替代,PBT 是电子电器件的可靠选择,LCP 专为极端环境设计,而可降解的 PLA/PBAT 则是环保包装的理想材料。每种材料都通过其独特的化学结构实现性能平衡,理解它们的分类能帮你精准定位所需材料