长链支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的制备及其超临界CO2挤出发泡性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.001

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (11): 1-9.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.001

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长链支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的制备及其超临界CO₂挤出发泡性能研究

冯英健¹, 胡冬冬¹, 魏少龙¹, 钱军², 熊伟², 姚舜¹(), 赵玲¹()

^1.华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海 200237
^2.中国石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540

收稿日期:2023-06-05 出版日期:2023-11-26 发布日期:2023-11-22
通讯作者: 姚舜（1994—），男，博士后，从事聚合物发泡研究，shunyao@ecust.edu.cn
赵玲（1969—），女，教授，从事多相反应与传递研究，zhaoling@ecust.edu.cn
E-mail:shunyao@ecust.edu.cn;zhaoling@ecust.edu.cn

Preparation of long⁃chain⁃branched poly（ethylene terephthalate） and its foaming properties by supercritical CO₂ extrusion

FENG Yingjian¹, HU Dongdong¹, WEI Shaolong¹, QIAN Jun², XIONG Wei², YAO Shun¹(), ZHAO Ling¹()

^1.State Key Laboratory of Chemical Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China
^2.Sinopec Shanghai Petrochemical Company Limited，Shanghai 200540，China

Received:2023-06-05 Online:2023-11-26 Published:2023-11-22
Contact: YAO Shun, ZHAO Ling E-mail:shunyao@ecust.edu.cn;zhaoling@ecust.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以具有支化结构的多元醇原位聚合改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（MPET）为原料，均苯四甲酸二酐（PMDA）为扩链剂，通过反应挤出改性可控制备了不同长链支化程度的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。流变测试结果表明长链支化改性MPET熔体黏弹性得到大幅度提升，应变硬化因子也随长链支化程度的增加而增强。在超临界CO₂（scCO₂）挤出发泡过程中，长链支化改性MPET具有优异的挤出可发泡性。采用0.3 %（质量分数，下同）PMDA制备得到的MPET⁃P3具有最佳的挤出发泡性能。当熔体温度为265 ℃时，其发泡倍率可达14.0倍，泡孔密度为4.81×10⁶ 个/cm³，平均泡孔直径为153.9 μm。

关键词: 聚对苯二甲酸乙二醇酯, 长链支化, 超临界二氧化碳, 挤出发泡, 高发泡倍率

Abstract:

Long⁃chain⁃branched poly（ethylene terephthalate）（PET） was controllably prepared through reactive extrusion by a combination of in⁃situ polymerization of polyol⁃modified PET with a branched structure as a raw material and pyromellitic dianhydride （PMDA） as a chain extender. Rheological test results indicated that the melt viscoelasticity of long⁃chain⁃branched MPET was greatly improved， and its strain hardening factor was also enhanced with an increase in the long chain branched degree. During the supercritical CO₂ extrusion foaming process， the long⁃chain⁃branched modified MPET exhibited excellent extrusion foamability. The MPET foam prepared with 0.3 wt% PMDA （MPET⁃P3） presented the best extruded foaming performance， which obtained an expansion ratio of 14.0 at 265 °C， a cell density of 4.81×10⁶ cells/cm³， and an average cell diameter of 153.9 μm.

Key words: poly（ethylene terephthalate）, long?chain?branching, supercritical carbon dioxide, extrusion foaming, high expansion ratio

中图分类号:

TQ323.4

冯英健, 胡冬冬, 魏少龙, 钱军, 熊伟, 姚舜, 赵玲. 长链支化聚对苯二甲酸乙二醇酯的制备及其超临界CO₂挤出发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(11): 1-9.

FENG Yingjian, HU Dongdong, WEI Shaolong, QIAN Jun, XIONG Wei, YAO Shun, ZHAO Ling. Preparation of long⁃chain⁃branched poly（ethylene terephthalate） and its foaming properties by supercritical CO₂ extrusion[J]. China Plastics, 2023, 37(11): 1-9.

图/表 14

样品名称	PET原料	PMDA/%	抗氧剂/%	特性黏度/dL∙g^-1
MPET⁃0	MPET	0	1	0.62
MPET⁃1	MPET	0.2	1	0.70
MPET⁃2	MPET	0.4	1	0.88
MPET⁃3	MPET	0.6	1	1.15
MPET⁃4	MPET	0.8	1	—
BPET⁃2	BPET	0.4	1	0.97

表1 样品配方

Tab.1 Formula of the samples

图1 双阶挤出发泡系统示意图［12］

Fig.1 Schematic diagram of the two⁃stage extrusion foaming system［12］

图2 PET样品的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of the PET samples

图3 长链支化PET反应机理示意图

Fig.3 Scheme of reaction mechanism of long⁃chain⁃branched PET

图4 260 ℃下扫描区间0.1 rad/s 至100 rad/s内PET样品的流变行为

Fig.4 Rheological behavior of PET samples at 260 ℃ in the frequency range between 0.1 rad/s to 100 rad/s

图5 PET样品松弛时间谱

Fig.5 Relaxation spectra of the PET samples

图6 PET样品在不同拉伸速率下的拉伸流变行为

Fig.6 Elongational rheological behavior of the PET samples at different elongation rates

样品名称	0.1 s^-1	0.3 s^-1	0.5 s^-1
MPET⁃0	1.36	1.49	1.54
MPET⁃1	1.63	1.89	1.84
MPET⁃2	1.97	2.14	3.75
MPET⁃3	2.70	5.98	6.71
MPET⁃4	6.33	8.12	9.06

表2 PET样品在不同拉伸速率下的XE

Tab.2 XE of PET samples at different stretching rates

图7 不同模头温度下MPET⁃P2的SEM照片（×50）

Fig.7 SEM images of MPET⁃P2 at different temperature （×50）

图8 不同温度下挤出发泡PET的平均泡孔直径、泡孔密度和发泡倍率

Fig.8 Average cell diameter， cell density and expansion ratio of PET extrusion foams at different temperature

图9 不同模头温度下MPET⁃P3的SEM照片（×150）

Fig.9 SEM images of MPET⁃P3 at different die temperature（×150）

图10 290 ℃下PET挤出发泡材料的SEM照片（×100）

Fig.10 SEM images of PET extrusion foams at 290 ℃（×100）

图11 不同模头温度下BPET⁃P2的SEM照片（×50）

Fig.11 SEM images of BPET⁃P2 at different die temperature （×50）

图12 不同温度下BPET⁃P2挤出发泡材料的平均泡孔直径、泡孔密度和发泡倍率

Fig.12 Average cell diameter， cell density and expansion ratio of BPET⁃P2 extrusion foams at different temperature

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