PET功能復合材料的研究進展及應用

摘 要：隨著PET回收技術及生物降解PET技術的發展，PET材料具有廣闊的應用前景。近年來，人們利用功能性材料（導電材料、光學材料等）對PET進行改性，得到高附加值的具有良好力學性能的復合材料。由于PET功能復合材料具有易加工、生產成本低、減少功能材料的使用量等優點，受到了研究者們的廣泛關注。本文主要從導電PET復合材料、PET型光學復合膜、抗菌復合納米纖維膜等幾個熱點領域介紹PET功能復合材料的研究進展及應用。

關鍵詞：復合材料;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性能等特點。而且PET可塑性強、加工方便、成本較低，目前已廣泛應用于產品包裝、電氣絕緣材料、汽車外裝零件等領域。近年來，隨著PET回收技術及可生物降解PET生產技術的發展，PET可被多次循環使用和降解而不對環境產生影響，實現“可持續化”生產。PET材料在世界范圍內的使用量正逐年上升，具有廣闊的發展潛力。因此，如何在降低對環境影響的情況增加PET材料的附加值、提高PET行業的經濟效益，是PET生產的關鍵問題。

近年來，研究者們利用功能材料對PET進行改性，得到以PET為基體的功能復合材料。這種復合材料除了能改善PET耐熱性差、結晶速度慢等缺點外，還能給PET材料帶來附加的新功能。結合PET功能復合材料行業的研究熱點，本文主要從導電PET復合材料、光學PET型復合膜及抗菌復合納米纖維膜幾個領域介紹PET功能復合材料的最新研究及應用。

1 導電PET復合材料

1.1 電磁屏蔽材料

在電子電氣行業中，常使用PET作為殼體、底板等結構的材料。但由于PET的電絕緣特性，外界電磁波很容易透過PET，對電子電器產品造成電磁干擾。通過對絕緣高分子PET進行導電改性，屏蔽電磁干擾，提高電子電器的使用壽命。目前，PET的導電改性方法主要包括：表面處理法和內部添加法。

1.1.1 表面處理法

根據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狀微結構的透明銅膜。該PET復合材料利用了銅膜的特殊結構，可通過改變網柵的周期、線寬等參數對屏蔽對象及效果進行調節。

表面金屬化處理的一個關鍵問題是提高絕緣高分子與導電層之間的結合力。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鍍銅的方法，獲得PET-Cu復合材料。該方法獲得的銅層純度高，PET與銅膜結合力為16.1N/cm，電導率為1.9×105S/cm。

1.1.2 內部添加法

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

曾煒[3]等分別通過超聲波化學鍍鎳、電鍍鎳的方法制備PET-Ni導電纖維，再將其與環氧樹脂基體材料結合，得到具有較好電磁屏蔽性能導電復合材料PET-Ni/EP。根據結果，當導電纖維PET-Ni含量為5 wt%時，復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性好、放電率小、工作溫度范圍廣等優點，是一種應用廣泛的儲能設備。近年來，關于鋰電池方面的研究難點在于該電池的隔膜技術。

PET無紡布是理想的隔膜材料，它具有三維孔結構且強度高，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復合多孔隔膜。（PAN-MA）-PET不僅具有PET無紡布的良好力學性能，還具備PAN的高離子電導率。根據結果，該隔膜的離子電導率為2.14mS/cm。

2 光學PET型復合膜

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

2.1 有機硅涂層

有機硅是“有機基團”和“無機基團”的結合物，因此它既具有良好的柔韌性，又能通過無機基團與基體材料充分結合，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混合后進行堿化處理作為涂層涂覆在PET薄膜上，該復合膜鉛筆硬度可達2H～8H的具有防反射功能的光學復合膜。

2.2 聚氨酯類涂層

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

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）、交聯密度高等優點，且在使用過程中不需要使用有機試劑（無VOC排放），是一種環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，得到一種性能優異的擴散膜。由于涂層中聚丙烯酸樹脂顆粒粒徑分布窄，且涂層的凹凸結構使得復合膜對光線既具有良好擴散作用的同時又能避免散射，從而提高光源的利用率。

3 抗菌復合納米纖維膜

利用靜電紡絲技術制備的PET基體納米復合纖維膜具有比表面積大、孔隙率高等優點，目前已廣泛應用于膜分離材料、空氣過濾、創傷包敷等領域。

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電的細菌，并使細菌細胞壁失去通透性，具有殺菌功能。馬利蟬[8]等將殼聚糖與PET混合作為原料，通過靜電紡絲技術制得表面含有銀納米顆粒的PET/CTS復合纖維膜，具有很好的抗菌性。根據實驗結果，該膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率高達99.99%和99.97%。

參考文獻

[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].光子學報，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無紡布型動力鋰電池隔膜的制備[D].華南理工大學，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型光學薄膜用涂層及相關技術研究現狀[J].化學與粘合，2012（2012年02）：59-64.

[7]許龍麟，王君庭.具有包含窄粒徑分布有機顆粒樹脂涂層的光學薄膜[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抗菌復合納米纖維膜的制備[J].高分子學報，2014（2）：221-227.

作者簡介

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