PEN高性能聚酯材料發(fā)展與應用

2021-08-09 11:19:46 瑞安絕緣材料有限公司 7942

來源：新思界網(wǎng)、中國化工報、化工新材料

PEN是聚萘二甲酸乙二酯的簡稱，是20世紀90年代商業(yè)化的新興高性能聚酯產(chǎn)品，在某些領域中，尤其是在高精尖行業(yè)，它可以作為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的優(yōu)良替代品，也是近年發(fā)展應用快速的高分子材料之一。

PEN簡介

PEN合成路線一般以2,6-萘二甲酸和乙二醇或2,6-萘二甲酸二甲酯和乙二醇為原料通過酯化或酯交換反應合成單體2,6-BHEN(2,6-萘二甲酸乙二醇酯)，再經(jīng)過縮聚反應合成PEN(聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯)，最后通過固相縮聚合成高分子量PEN。萘環(huán)的引入使PEN具有優(yōu)越的物理機械性能、耐熱性能、染色性能、力學性能、氣體阻隔性能以及抗紫外輻射性。

圖 PEN化學式

萘環(huán)比苯環(huán)的體積大，空間位阻的作用更強，導致金屬離子進攻困難，并且萘環(huán)共振效應比苯環(huán)大，金屬離子進攻羰基的親電反應產(chǎn)生的中間體比苯環(huán)穩(wěn)定。因此，生產(chǎn)PEN的反應速率比PET慢。反應溫度提高雖然可加快反應速度，但溫度過高則導致乙二醇大量蒸發(fā)而影響酯交換率，控制在195℃左右較為適宜。酯交換法是目前工業(yè)化生產(chǎn)PEN所采用的方法。

PEN產(chǎn)品的商業(yè)化難點在于生產(chǎn)成本高，其生產(chǎn)成本主要取決于單體2，6-NDA 和2，6-NDC，歸根于前體2，6-DMN的分離和制備難度大，以及單體2，6-NDA的提純繁雜。因此，需要不斷研究開發(fā)新技術(shù)和新方法，以解決前體和單體分離提純難的問題，從而降低PEN的生產(chǎn)成本。

PEN生產(chǎn)概況

國外

日本對聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）的研究最早，是1964年帝人公司首先開展的，1971年，帝人公司建成年產(chǎn)70-80噸的小型生產(chǎn)線專門用于生產(chǎn)PEN薄膜，1993年建成4000t/a PEN薄膜生產(chǎn)線，并命名為“Teonex”；1994年，殼牌化學公司PEN實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)出了纖維級PEN樹脂，商品名為“Vituf”；同年，伊士曼柯達完成PEN均聚物切片的工業(yè)化生產(chǎn)，可供高性能纖維和薄膜使用，牌號為14991；杜邦在早期也完成了PEN的研究和量產(chǎn)，牌號為Kaladex。目前全球生產(chǎn)PEN的企業(yè)有帝人、杜邦、東洋紡、伊士曼、三菱化學、鐘紡、UniPET、M&G、KOSA以及Kolon等為數(shù)不多的聚酯相關(guān)企業(yè)。

國內(nèi)

國內(nèi)四川大學與某絕緣材料廠試生產(chǎn)過PEN，儀征化纖股份公司產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)中心進行過PEN的合成及其工業(yè)化的研究，桂林電器科學研究所進行過合成PEN并將其用于制造F級絕緣材料。

目前國內(nèi)的PEN研發(fā)生產(chǎn)仍然比較薄弱，但中國石化、中國石油等公司已先后布局PEN上中下游產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)研究課題，著力于從源頭降低PEN的制造成本，并進行PEN產(chǎn)品的推廣。預計在未來十到二十年，我國也將能自主研發(fā)制造先進的PEN薄膜、PEN纖維、PEN瓶以及PEN納米材料等，逐步實現(xiàn)由PET到PEN的跨越。

我國聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）產(chǎn)品需求主要依賴進口，新思界產(chǎn)業(yè)研究數(shù)據(jù)顯示，全球PEN主要供應地區(qū)為美國、日本、歐洲等地區(qū)，2019年我國聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）產(chǎn)品進口量為1500噸。

PEN的應用及前景展望

PEN由于模量高、尺寸穩(wěn)定性好、不變形、彈性高、剛性好等特點，在薄膜、片材、中空材料、纖維、工程塑料等領域已有較為廣泛的應用，成為全球開發(fā)最快、應用前景最廣的樹脂材料之一。其優(yōu)秀的氣體阻隔性能、F級（耐160℃高溫）耐熱絕緣材料的PEN，在日本廣泛的應用在滅火器上。

近年來，PEN薄膜主要應用在柔性印刷電路板、電容器膜、F級絕緣膜等方面，而PEN薄膜新的用途仍然在不斷開發(fā)中。PEN膜也被用于汽車感測器及絕緣零配件方面，如傳動帶、制動油管、輪胎簾子線。

隨著聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）熱度的不斷增長，我國PEN產(chǎn)品需求日漸增多，而PEN憑借其優(yōu)勢已經(jīng)在許多中高端領域逐步取代PET產(chǎn)品，尤其是在食品、化妝品、飲品等與人體密切接觸的領域。

PEN在未來將逐步占領聚酯市場。我國PEN行業(yè)亟需打破國外壟斷，建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PEN生產(chǎn)線。大力開發(fā)研制國產(chǎn)PEN產(chǎn)品意義重大，行業(yè)前景廣闊。

參考文獻資料：

1.《PEN高分子材料發(fā)展與應用》

亞太菁英股份有限公司張志銓、葉宗諭

金屬工業(yè)研究發(fā)展中心黃瑞堂、壯雅婷、林怡明、楊俊人、蔡琬瑛

2.《聚萘二甲酸乙二醇酯的應用現(xiàn)狀和前景展望》

任笑荷，楊化浩，者東梅，高彥杰（中國石化北京化工研究院，北京 100013）