共聚酯 (PETG/PCTG)
如何从结构上解释PETG和PCTG塑料的各种性能?
来源: | 作者:大雄化工 | 发布时间: 2025-08-06 | 192 次浏览 | 分享到:

PETG和PCTG都是通过对苯二甲酸(TPA)与两种二元醇(乙二醇 EG + 环己烷二甲醇 CHDM)进行共聚得到的非晶性聚酯。它们的性能差

异主要源于CHDM 的含量比例和分子链的规整性。以下是基于分子结构的详细性能分析:


*核心结构单元与共聚特征*

1.  对苯二甲酸 (TPA) 单元:

    提供刚性、强度、耐热性和化学稳定性(苯环的平面刚性和共轭结构)。

2.  乙二醇 (EG) 单元:  

    `-CH₂-CH₂-` 为柔性脂肪链,赋予分子链一定运动能力。

3.  环己烷二甲醇 (CHDM) 单元:

    六元环己烷环(椅式构象)提供刚性与柔韧性的平衡:

        ~刚性:环结构比直链脂肪链更刚硬。

        ~柔韧性:环的构象翻转能力(椅式⇄船式)提供微观柔韧性。

        ~疏水性:脂肪环结构比 EG 更疏水。

4.  共聚方式:

    ~无规共聚:EG 和 CHDM 随机分布在分子链中(图中 `m` 和 `n` 代表无规序列)。

    ~关键影响:破坏分子链的规整性和对称性 → 抑制结晶 → 形成透明非晶态。


*从结构解释 PETG/PCTG 的核心性能*

1. 高透明性 & 优异光泽度

    原因:  

    ~ CHDM 的引入破坏了分子链的规整堆积,使材料无法形成晶体(结晶度趋近于 0%)。

    ~  完全非晶态结构使光线穿透时无晶界散射 → 透光率可达90%(媲美玻璃和PC)。

    ~ 应用:化妆品包装、医疗器皿、展示架等透明制品。


2. 出色的抗冲击韧性(尤其是低温韧性)

     原因:  

     ~ CHDM 的环状柔韧性:环己烷环的构象翻转能力可吸收冲击能量。

     ~ EG 的柔性链段:提供链段运动能力。

     ~ 非晶态网络:无序分子链在受力时更易发生塑性形变而非脆性断裂。

       对比:  

       ~ 韧性远高于易脆的普通 PET(结晶导致脆性)。

       ~ 接近聚碳酸酯(PC),且无应力开裂问题(PC 的弱点)。

       ~ 应用:防摔包装、工具手柄、运动器材。


3. 良好的耐化学性与耐水解性

     原因:  

     ~ CHDM 的疏水环:减少水分渗透(吸水率仅 0.1-0.2%,远低于 PET 的 0.6%)。

     ~ 非晶致密结构:分子链堆砌紧密,阻碍化学溶剂小分子扩散。

     ~ 酯键密度较低:CHDM 体积大于 EG,单位链长的酯键数量减少 → 降低水解敏感性。

      ~ 应用:医疗消毒容器、油品包装、户外电子外壳。


4. 中等耐热性(介于 PET 与 PC 之间)

     ~ 玻璃化转变温度(Tg):  

         PETG:约80-85°C(CHDM 含量较低,EG 柔性为主)。

         PCTG:约88-105°C(CHDM 含量更高,刚性增强)。

      [热变形温度HDT常比Tg低10°C左右。]

      ~ 原因:  

         CHDM 的刚性环和苯环协同限制链段运动 → 提升 Tg。

       ~ 无结晶熔融峰(Tm):非晶态导致无明确熔点,高温下直接软化。

       ~ 对比:  

          PCTG耐热性优于 PETG(EG 占比更高),但低于可结晶的 PCT(Tg 95°C,Tm 290°C)。

        ~ 应用:热灌装饮料瓶(≤ 70°C)、汽车内饰件。


5. 易加工性与低成型应力

     原因:  

      ~ 窄熔融范围:非晶态 → 熔体粘度对温度敏感,流动性好。

      ~ 无结晶收缩:冷却时无结晶相变 → 成型收缩率低(0.2-0.5%),尺寸稳定。

      ~ 低内应力:分子链柔性好,释放应力快 → 制品不易翘曲、不易应力发白。

      ~ 加工优势:适用于挤出、注塑、吹塑,板材热弯成型前,无需预干燥(低吸湿)。


6. 环保与安全性

     ~ 不含双酚A(BPA-Free):结构不含苯酚类单体 → 符合食品/医疗认证(FDA, EU)。

      ~ 可回收性:某些共聚酯规格的特性与 PET 相似 → 可进入 PET 回收流(回收代码 *1*),如CLARO系列规格。


总结:结构决定的核心优势

PETG/PCTG 的性能密码藏在三个关键结构中:  

1. TPA 的刚性苯环 → 提供强度与耐热基底;  

2. CHDM 的柔性脂环 → 赋予高韧、耐冲、疏水性;  

3. EG/CHDM 无规共聚 → 彻底破坏结晶 → 实现高透明、低内应力、易加工。  

这使得它们成为透明性、韧性、加工性、安全性四项需求同时严苛场景的首选(如医疗设备、食品包装、户外电子),完美填补了 PC(应力开裂)、PMMA(脆性)、普通 PET(结晶浑浊)的性能缺口。



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