[发明专利]一种提高聚酯类树脂的熔体强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学工程，尤其涉及一种提高聚酯类树脂的熔体强度的方法。

背景技术

聚酯是指由多元醇和多元酸缩聚而成的聚合物总称，主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚芳酯等线型热塑性树脂，是一类性能优异、用途广泛的工程塑料。而聚乳酸(PLA)是由乳酸经过分子间脱水，通过酯化反应逐步缩聚而来的另一类可以完全生物降解的聚酯材料，它的最终降解产物为二氧化碳和水，中间产物乳酸也是体内正常的糖代谢产物，对人体无害并在体内无积累，具有良好的生物兼容性和优异的加工性能，是医用材料领域内最受重视的材料之一。

尽管PET和PLA为代表的聚酯材料已经在一些领域得到了广泛的应用，但是由于它们或者具有良好的力学性能、耐高温性能，或者具有无可比拟的可生物降解的性能，人们希望将他们更多地应用于发泡领域，替代目前市场上正在大量使用的聚氨酯(PU)泡沫塑料、聚苯乙烯(PS)泡沫塑料和聚乙烯(PE)泡沫塑料。虽然PU、PS、PE这三种泡沫塑料在早期对我们的生产和生活带来了便利，但是随着石油资源的枯竭以及人们对环境越来越多的重视，这三种泡沫塑料的缺点日益显得突出：聚氨酯泡沫在基体中不但存在对人体有害的异氰酸酯残留物，而且由于其是热固性材料，所以废弃物无法回收利用；而聚苯乙烯在发泡过程中通常会使用到氟氯烃化合物或丁烷，对环境有不利影响，而且产品降解困难容易形成“白色污染”，联合国环保组织已决定停止使用PS发泡产品；聚乙烯泡沫塑料刚性较低，且最高使用温度仅为80℃，不能满足某些需要高强度或者耐高温领域的使用要求。因此，科研工作者一直在努力寻找它们的替代品，目前，除了聚丙烯(PP)外，PET和PLA为代表的聚酯类泡沫被认为是最有发展前景、有望使目前泡沫产品升级换代的热塑性树脂。

虽然PP发泡材料由于具有很好的热稳定性(最高使用温度达130℃)，高温下制品的尺寸稳定性以及较高的韧性、拉伸强度和冲击强度而被大量研究，但是与PP发泡材料相比，PET为代表的聚酯泡沫材料具有独一无二的优良性能：(1)理想的尺寸稳定性，对氧气、二氧化碳和水汽有良好的阻隔性，优良的耐磨性和表面阻滞性能；(2)热稳定性较好，其最高工作温度约200℃，远高于PP、PS、PU、聚氯乙烯(PVC)泡沫的工作温度；(3)力学性能远高于PS、PU泡沫和玻璃泡沫，可以作为结构支撑材料使用，基于以上优点以及PET本身的优异性能，PET发泡材料在食品包装、微波容器、运动器材、微电子产品、汽车和航天工业等方面有着广阔的市场。而PLA的发泡产品具有良好的柔软性和手感，而且最重要的是其生物降解性是石油基塑料无可比拟的，因此PLA泡沫在包装、医疗和生活消费品等领域具有良好的应用前景。

尽管聚酯类树脂的发泡产品具有如此多的优点，然而与PS、LDPE两种树脂不经过加工改性就可以直接进行物理或者化学发泡不同，聚酯类树脂是线性高分子，在温度升高到熔点以上后，基体粘度会急剧变小，并且由于酯基的不稳定性(容易水解)，容易造成分子链断裂，使熔体粘度进一步降低，所以在发泡过程中气体很难被熔体包住，容易出现泡孔合并、坍塌等现象的发生。因此，许多研究者致力于改善聚酯树脂的发泡性能，其中提高聚合物熔体强度最有效的方法是使聚合物产生支化结构，支化结构的产生可以显著改变熔体的流变行为，提高熔体强度，改善其发泡、成纤、以及成膜性能，从而引起了较多的研究和较大的关注。此外，在PET的熔融纺丝过程中，为了提高PET纤维的生产效率，进一步地降低生产成本，可行的办法之一就是提高纺丝生产速度。而对于普通线性聚酯材料，其熔体在拉伸过程中容易发生分子链之间的滑移，一旦拉伸速度过大就会产生细颈现象，细颈随之发生断裂，从而出现纤维的断丝现象。而提高涤纶熔融纺丝速度的主要途径之一就是在PET基体中引入长支链(LCB)结构，LCB结构的存在使得熔体细丝在细颈发生时，使其粘度急剧上升，因此细颈不会发生断裂，而是延伸到整根纤维，也就是出现“应变硬化”现象。