PET发泡材料产业发展趋势与技术进展分析

石家庄启宏新材料制品有限公司 王娜

摘要：PET发泡材料是一种新型的环保材料，具有轻质、高强度、优良的隔热性能和环保等特点。正因如此PET发泡材料被广泛应用于环保建材、汽车内饰、风力发电和航天工业等领域，受到广泛的关注。有鉴于此，本文介绍PET发泡材料产业的发展趋势、PET发泡材料的技术进展、PET泡沫的产业现状，指出现阶段行业的研究重点是提升PET材料的熔体强度和开发新型的发泡技术

关键词：PET发泡材料；产业发展趋势；技术进展

引言

近年来，随着我国经济的持续发展，PET发泡材料在建筑、包装、电子、汽车等领域得到了广泛的应用，市场需求持续增长。然而，与国际先进水平相比，我国PET发泡材料产业仍存在一定的差距，主要表现在产品性能、生产效率和环保水平等方面。为了应对市场竞争和环保要求，我国PET发泡材料产业需要加强技术创新，提高产品性能和生产效率，同时注重环保和可持续发展。此外，还需要加强与上下游产业的协同合作，形成完整的产业链，提高整体竞争力。在政策扶持和市场需求的双重推动下，我国PET发泡材料产业有望实现更大的发展，成为全球领先PET发泡材料生产和应用基地。

1、PET发泡材料产业发展趋势

PET发泡材料具有优良的理化性质，是目前国内外学者研究的热点，国外多家企业相继成功制备了 PET泡沫材料，具有非常广阔的市场前景。日本积水化工股份有限公司（Japan Water Chemical Industries Co.）首先利用挤压工艺制造了" CelPet" PET薄片，这是因为它具有低密度、优异的耐油性和耐化学性以及良好的抗冲击性能，作为制造包装材料、马达零件、托盘零件等的原料；另外，本公司还生产 PET泡沫材料，可在220℃下使用。另外，公司还生产 PET泡沫板，可在220℃下循环使用，具有良好的耐热性［1、2］。“CelPet”与PP、PS发泡片材的性能对比见表1。

表1“CelPet”与PP及PS发泡片材的性能对比

Guit公司利用低成本回收的原材料(PET塑料饮料瓶和织物)，采用自动化批量挤出技术，制备了一种可再生结构泡沫芯材（GPET)，它具有比轻质木材更低的树脂吸收能力，且供求关系不受市场需求影响。阿乐斯为夹芯复合材料提供了一系列的 ARMAFORM聚脂泡沫塑料。阿乐斯为三明治合成物提供了一系列 ARMAFORM PET泡沫材料，它的原材料同样来自于可循环使用的 PET饮料瓶。最新研制的 ARMAFORM PETAC115与原始 ARMAFORMPET100相比，其剪切伸长率、断裂韧性及回弹力均可增加10-20%。

德国巴斯夫（BASF）开发的 PET结构泡沫板材 Kerdyn，因其兼具耐高温、耐化学腐蚀等优良特性，在复合材料中得到了广泛的应用[3]。瑞士3 AC posites公司生产的多功能聚酯泡沫芯材 AIREX，适用于火车车厢地板，墙板，内饰板，屋顶，风力发电机附件，船舶，交通工具等。它的最大工作温度是150℃，最大工作温度是100℃，工作时不会发生变形，也不会产生废气。最新研发的新型 PET发泡材料AIREXT92，其剪切伸长比 PET高出2-3倍，打破了 PET在使用中"太脆"的局限，开辟了 PET发泡材料的新领域［4］。日本 Furukawa Electric公司研发的 PET微孔泡沫反射板（MCPET)，因其微孔结构具有较强的反射与散射性能，在不添加任何光源的情况下，照明亮度可达40%-60%；同时， MCPET还可以作为42英寸以上的大面积 LED显示面板，解决了金属反射板漫反射率低、吸收红光引起的蓝光及仅向某一方向反射等问题。目前，国外生产 PET泡沫板的方法多为分批法。美国 MicroGREEN公司利用超临界二氧化碳作为起泡剂，通过对 PET固体薄片进行超临界二氧化碳饱和后进行分批发泡，再将其加热成连续发泡，从而获得高密度、高强度、高密度、低成本的 PET复合泡沫材料。目前，国际上已有 Airex, Armacell, Gruit等三家公司能够利用超临界流体的连续挤压技术生产 PET泡沫板。

目前，全球 PET连续挤出发泡工艺主要由欧美，日本，瑞典等发达国家的一些公司所采用。由于国内 PET发泡产业起步比较晚，开发和制造的企业也不多，所以与欧、美等先进国家的市场仍有很大的距离。目前，我国除中国石化仪征化纤研究所和北京商学院外，对 PET发泡材料的研发和研究还处于实验室摸索阶段。一直到2019年，我国在这方面的研究取得了重大突破：北京化学工业大学联合南京创博机械装备股份有限公司完成了世界上首条 PET微发泡实验，并将其应用于 PET及其它聚合物发泡的研究，并将其应用于发泡产品的产业化。

2、PET发泡技术进展

2.1自聚法

自聚法就是利用 PET链段末端的活动能力，通过聚合反应生分子量大、强度高的高分子材料。自聚反应可以进一步划分为固相缩聚和熔体缩聚。固态缩聚是指当温度大于或等于玻璃化温度（Tg）和低于熔点（Tm）时，在真空或氮气等惰性气体的保护下，使其进一步缩聚。美国 Bepex，瑞士 Buhler，德国 Zimmer等公司已经建立了自己的工艺流程，并建立了一套完整的连续化生产线。固相缩聚在分子量及性质上具有显著的优点，但其反应温度较低，反应速度较慢，反应时间较长。熔体缩聚工艺是指在 PET的缩聚釜后，在高温下加入反应器，使缩聚反应持续时间更长，从而得到大分子聚合物。熔体缩聚反应过程中，由于聚合过程中生成的小分子物质无法被快速排出，会引起局部过热或发生降解。

2.2引入扩链剂法

扩链剂的引入，既能提高 PET的相对分子量，又能使 PET的支化度增大，分子量分布变宽，进而提高 PET的粘度及强度，因其作用明显，已成为国内外学者的研究热点。通常使用的是含有三级胺结构的双恶唑啉和碳酸亚胺，或者是环氧化合物如异氰酸酯和酸酐。这两种材料能与 PET两端的羧基等作用，使受热后断裂的片段重新组合。

郝源增等［6］研究了噁唑啉类和环氧类扩链剂的扩链增粘效果，发现环氧类扩链剂比噁唑啉类扩链剂的增粘效果更好，且随着环氧类扩链剂用量的增加，扩链后PET的粘度快速增高，而噁唑啉类扩链剂则几乎没有增粘效果。NascimentoChristineＲ.等［7］在固相缩聚工艺中引入扩链剂OXZ和ANP，研究了此两种扩链剂的影响，结果表明，OXZ拓宽了分子量分布，PET分子量显著提高，且随OXZ用量增加PET的分子量也增大，而ANP则使PET聚合物形成了支链结构;经热力学分析，此两种改性后的PET结构稳定，热降解性能无明显变化。张素文等［8］联用2，2-双(2-噁唑啉)(BOZ)和均苯四甲酸二酐(PMDA)作为扩链剂，研究了挤出体系前后PET粘度和羧基值的变化，结果表明，单一使用BOZ扩链效果不明显，而单一使用PMDA可有效提高PET的粘度;两者联用得到的产品粘度高、羧基值低，扩链效果最好———在最优工艺条件下，BOZ和PMDA引入量均为0.2%(质量分数)时，可得到粘度0.90dL/g的PET产品。

3、PET泡沫的生产现状

在 PET的整个产业链中，上游的供应商为原料，如对苯二甲酸乙二酯（PET)，以及一些辅助材料，如发泡剂和阻燃剂；中游是聚酯泡沫的生产商；公司的下游产品有：运输设备材料，航空航天材料，风力发电叶片，建筑节能材料，运动器材，体育器材等。

PET是 PET发泡工业的重要原料。欧美等发达国家 PET发泡企业居于世界前列，其高性能、性价比高、可再生（可循环利用）的 PET发泡材料是中国风电产业的主要供货商。PET发泡工艺被3 AC、 Armacell、戴铂等外资企业所垄断，其中瑞士的3 AC是 PET发泡领域的标杆企业，中国市场份额居世界首位，美国 Armacell、 Diab也是世界上最大的 PET发泡材料生产商；3 AC、 Armacell、 DIABY三家公司生产的 PET发泡材料在世界范围内的市场份额合计在80%以上，中国的市场份额约为90%。

目前，中国的风力发电市场已经占据了世界1/3左右的份额，而国内的 PET结构发泡材料主要用于风力发电领域。2020年，由于新冠病毒的爆发，风力发电机的芯部供应紧缺，意大利、厄瓜多尔的疫情不断升级，以及各国的封锁，使得风力发电叶片的上游轻木和 PVC泡沫出现了供不应求的局面， PET是一种理想的替代材料，因此，一些专门的公司就开始进入这一行业，并开始抢占市场。针对目前用于风力发电的 PET发泡原料供不应求的现状，国内多家企业通过与科研机构合作，突破了技术壁垒，上海粤科新材料与华东理工大学合作，成功研制出世界上第一条 PET结构发泡材料的批量、连续化生产线。上海粤科新材料有限公司和华东科技大学合作，于2019年5月成功研制出我国第一条 PET结构发泡的批量、连续生产技术。现有上海粤科新材料有限公司（年产100km3/年） PET结构泡沫塑料两条（年产100km3/年），其阻燃性、烟雾性、滴落性及毒性等指标均满足德国《轨道车辆材料阻燃防火规范》（DIN5510-2）的规定，并已获得 GL认证；安徽东源新材料股份有限公司已于2019年8月完成了年产15000吨 PET发泡生产线和第二期年产7.5万吨 PET发泡芯材的工程，2020年7月开始建设；安徽东源新材料有限公司已投入使用7条（与北京化学工业大学合作研制、 PET超临界二氧化碳无水发泡、南京创博机械股份有限公司生产的 PET泡沫塑料制品可达到B1级）;2021年4月，茶枝新材料（江苏）110km3/a PET发泡芯材项目正式开工。

4、结语

综上所述，PET发泡材料产业在近年来取得了显著的进步，市场需求不断增长，产品应用领域也在不断拓展。然而，与国际先进水平相比，我国PET发泡材料产业仍存在一定的差距，需要进一步提高产品性能、生产效率和环保水平。在未来的发展中，我国PET发泡材料产业需要加强技术创新，提高产品性能和生产效率，同时注重环保和可持续发展。此外，还需要加强与上下游产业的协同合作，形成完整的产业链，提高整体竞争力。在政策扶持和市场需求的双重推动下，我国PET发泡材料产业有望实现更大的发展，成为全球领先PET发泡材料生产和应用基地。

参考文献

［1］郭亚峰．超临界流体制备聚酯发泡材料研究［D］．北京:北京化工大学，2015．

［2］陈志兵，何继敏．PET发泡成型研究进展［J］．塑料科技， 2010，38(4):100－104．

［3］巴斯夫系列新品亮相中国国际复合材料展［J］．塑料制造， 2013(10):35．

［4］仲华．原位熔融缩聚改性的PET及其CO2发泡过程研究 ［D］．上海:华东理工大学，2013．

［5］张京珍．泡沫塑料成型加工［M］．北京:化学工业出版社， 2005:49－52．

［6］郝源增，桑杰，刘文志，等．PET瓶回收料的增黏工艺研 究［J］．工程塑料应用，2005，35(12):26－28．

［7］Nascimento ChristineＲ．，Azuma Chiaki，BretasＲosário，et al．Chain extension reaction in solid－state polymerization of re cycled PET:The influence of 2，2'－bis－2－oxazoline and py romellitic anhydride［J］．Journal of applied polymer science， 2010(6):3177－3188．

［8］张素文，王益龙，王兴兴，等．反应挤出过程中PET扩链 反应的研究［J］．聚酯工业，2007，20(4):15－18．