PET功能復(fù)合材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用

摘 要：隨著PET回收技術(shù)及生物降解PET技術(shù)的發(fā)展，PET材料具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，人們利用功能性材料（導(dǎo)電材料、光學(xué)材料等）對(duì)PET進(jìn)行改性，得到高附加值的具有良好力學(xué)性能的復(fù)合材料。由于PET功能復(fù)合材料具有易加工、生產(chǎn)成本低、減少功能材料的使用量等優(yōu)點(diǎn)，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。本文主要從導(dǎo)電PET復(fù)合材料、PET型光學(xué)復(fù)合膜、抗菌復(fù)合納米纖維膜等幾個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域介紹PET功能復(fù)合材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;功能材料;熱塑性聚酯;PET

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.315

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最為常用的熱塑性聚酯之一，具有電絕緣性及耐候性好、無毒無味、能在較寬溫度范圍保持良好力學(xué)性能等特點(diǎn)。而且PET可塑性強(qiáng)、加工方便、成本較低，目前已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品包裝、電氣絕緣材料、汽車外裝零件等領(lǐng)域。近年來，隨著PET回收技術(shù)及可生物降解PET生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，PET可被多次循環(huán)使用和降解而不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)“可持續(xù)化”生產(chǎn)。PET材料在世界范圍內(nèi)的使用量正逐年上升，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。因此，如何在降低?duì)環(huán)境影響的情況增加PET材料的附加值、提高PET行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是PET生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。

近年來，研究者們利用功能材料對(duì)PET進(jìn)行改性，得到以PET為基體的功能復(fù)合材料。這種復(fù)合材料除了能改善PET耐熱性差、結(jié)晶速度慢等缺點(diǎn)外，還能給PET材料帶來附加的新功能。結(jié)合PET功能復(fù)合材料行業(yè)的研究熱點(diǎn)，本文主要從導(dǎo)電PET復(fù)合材料、光學(xué)PET型復(fù)合膜及抗菌復(fù)合納米纖維膜幾個(gè)領(lǐng)域介紹PET功能復(fù)合材料的最新研究及應(yīng)用。

1 導(dǎo)電PET復(fù)合材料

1.1 電磁屏蔽材料

在電子電氣行業(yè)中，常使用PET作為殼體、底板等結(jié)構(gòu)的材料。但由于PET的電絕緣特性，外界電磁波很容易透過PET，對(duì)電子電器產(chǎn)品造成電磁干擾。通過對(duì)絕緣高分子PET進(jìn)行導(dǎo)電改性，屏蔽電磁干擾，提高電子電器的使用壽命。目前，PET的導(dǎo)電改性方法主要包括：表面處理法和內(nèi)部添加法。

1.1.1 表面處理法

根據(jù)具體的屏蔽材料及用途，可以選擇不同的表面處理方式。銅是PET基底常用的導(dǎo)電層，付秀華[1]等通過光刻及磁控濺射在PET基底上沉積具有柵網(wǎng)狀微結(jié)構(gòu)的透明銅膜。該P(yáng)ET復(fù)合材料利用了銅膜的特殊結(jié)構(gòu)，可通過改變網(wǎng)柵的周期、線寬等參數(shù)對(duì)屏蔽對(duì)象及效果進(jìn)行調(diào)節(jié)。

表面金屬化處理的一個(gè)關(guān)鍵問題是提高絕緣高分子與導(dǎo)電層之間的結(jié)合力。潘湛昌[2]等在紫外作用下將聚乙二醇（PEG）接枝到PET上。再以銀為催化劑通過化學(xué)鍍銅的方法，獲得PET-Cu復(fù)合材料。該方法獲得的銅層純度高，PET與銅膜結(jié)合力為16.1N/cm，電導(dǎo)率為1.9×105S/cm。

1.1.2 內(nèi)部添加法

內(nèi)部添加處理法是在絕緣高分子中加入具有高導(dǎo)電性能的材料。相比于表面處理法，內(nèi)部添加法合成的導(dǎo)電復(fù)合材料具有低成本、易加工、質(zhì)量輕、可定型為各種復(fù)雜形狀，是絕緣高分子導(dǎo)電改性方法的未來研發(fā)方向。

曾煒[3]等分別通過超聲波化學(xué)鍍鎳、電鍍鎳的方法制備PET-Ni導(dǎo)電纖維，再將其與環(huán)氧樹脂基體材料結(jié)合，得到具有較好電磁屏蔽性能導(dǎo)電復(fù)合材料PET-Ni/EP。根據(jù)結(jié)果，當(dāng)導(dǎo)電纖維PET-Ni含量為5 wt%時(shí)，復(fù)合材料的電磁屏蔽效果最好，體積電阻率為0.43Ω·cm。

1.2 鋰電池隔膜材料

鋰離子電池具有循環(huán)性好、放電率小、工作溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用廣泛的儲(chǔ)能設(shè)備。近年來，關(guān)于鋰電池方面的研究難點(diǎn)在于該電池的隔膜技術(shù)。

PET無紡布是理想的隔膜材料，它具有三維孔結(jié)構(gòu)且強(qiáng)度高，不但能夠避免鋰枝晶的刺穿，還能吸收電解液。為了使PET無紡布具有導(dǎo)電性能，何海龍[4]等通過倒相法在PET上涂覆了PAN-MA樹脂，制備（PAN-MA）-PET復(fù)合多孔隔膜。（PAN-MA）-PET不僅具有PET無紡布的良好力學(xué)性能，還具備PAN的高離子電導(dǎo)率。根據(jù)結(jié)果，該隔膜的離子電導(dǎo)率為2.14mS/cm。

2 光學(xué)PET型復(fù)合膜

隨著光伏發(fā)電、平板電子產(chǎn)品等行業(yè)的發(fā)展，作為液晶顯示屏（LCD）生產(chǎn)必不可少的原輔材料光學(xué)PET聚酯薄膜得到了廣泛的應(yīng)用。以PET為基底的具有不同功能的復(fù)合膜可以通過在PET薄膜表面涂覆相應(yīng)功能性涂層獲得。

2.1 有機(jī)硅涂層

有機(jī)硅是“有機(jī)基團(tuán)”和“無機(jī)基團(tuán)”的結(jié)合物，因此它既具有良好的柔韌性，又能通過無機(jī)基團(tuán)與基體材料充分結(jié)合，是常用的透明耐磨涂層材料。Satoshi[5]等把氟-硅氧烷聚合物和紫外固化樹脂以比例0.05：100～5：100混合后進(jìn)行堿化處理作為涂層涂覆在PET薄膜上，該復(fù)合膜鉛筆硬度可達(dá)2H～8H的具有防反射功能的光學(xué)復(fù)合膜。

2.2 聚氨酯類涂層

聚氨酯涂層固化后具有耐溫、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，常用于擴(kuò)散膜、增亮膜的涂層。Cheol[6]等以含有粒徑為1～50μm擴(kuò)散顆粒的聚氨酯樹脂為涂層，PET薄膜為基體，合成對(duì)光線具有擴(kuò)散功能的擴(kuò)散膜。

2.3 丙烯酸酯類涂層

丙烯酸酯類涂層具有固化速度快（UV固化）、交聯(lián)密度高等優(yōu)點(diǎn)，且在使用過程中不需要使用有機(jī)試劑（無VOC排放），是一種環(huán)境友好型的綠色涂料。許龍麟[7]將含有平均粒徑為5～30μm的聚丙烯酸樹脂顆粒涂層涂覆至PET薄膜表面，得到一種性能優(yōu)異的擴(kuò)散膜。由于涂層中聚丙烯酸樹脂顆粒粒徑分布窄，且涂層的凹凸結(jié)構(gòu)使得復(fù)合膜對(duì)光線既具有良好擴(kuò)散作用的同時(shí)又能避免散射，從而提高光源的利用率。

3 抗菌復(fù)合納米纖維膜

利用靜電紡絲技術(shù)制備的PET基體納米復(fù)合纖維膜具有比表面積大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于膜分離材料、空氣過濾、創(chuàng)傷包敷等領(lǐng)域。

殼聚糖（CTS）分子帶有正電荷，可以通過靜電作用吸附表面帶負(fù)電的細(xì)菌，并使細(xì)菌細(xì)胞壁失去通透性，具有殺菌功能。馬利蟬[8]等將殼聚糖與PET混合作為原料，通過靜電紡絲技術(shù)制得表面含有銀納米顆粒的PET/CTS復(fù)合纖維膜，具有很好的抗菌性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率高達(dá)99.99%和99.97%。

參考文獻(xiàn)

[1]付秀華，郭貴新，劉禹冰.基于PET基底透明屏蔽膜的制備研究[J].光子學(xué)報(bào)，2016，46（4）：431001-0431001.

[2]潘湛昌，程果，武守坤，等.聚乙二醇改性PET薄膜化學(xué)鍍銅[J].電鍍與涂飾，2013，32（1）：25-28.

[3]Zeng W， Tan S T. Preparation and EMI shielding properties of nickel‐coated PET fiber filled epoxy composites[J]. Polymer composites， 2006， 27（1）： 24-29.

[4]何海龍.PET無紡布型動(dòng)力鋰電池隔膜的制備[D].華南理工大學(xué)，2016.

[5]Okano S， Ojima Y. Antireflection film， manufacturing method of antireflection film， hard coat film， polarizing plate and display： U.S. Patent 7，781，070[P]. 2010-8-24.

[6]袁東芝，鄧康清，楊柱.PET型光學(xué)薄膜用涂層及相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].化學(xué)與粘合，2012（2012年02）：59-64.

[7]許龍麟，王君庭.具有包含窄粒徑分布有機(jī)顆粒樹脂涂層的光學(xué)薄膜[P].江蘇：CN101153926，2008-04-02.

[8]馬利嬋，王嬌娜，李麗，等.靜電紡空氣過濾用PET/CTS抗菌復(fù)合納米纖維膜的制備[J].高分子學(xué)報(bào)，2014（2）：221-227.

作者簡(jiǎn)介

劉海銓（1988-），男，廣東揭陽人，肇慶市歐陶新型材料有限公司，中級(jí)化學(xué)工程師，碩士，新材料，高分子材料，聚合物等。