PEN高性能聚酯材料發展與應用

2021-08-09 11:19:46 瑞安絕緣材料有限公司 8026

來源：新思界網、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年代商業化的新興高性能聚酯產品，在某些領域中，尤其是在高精尖行業，它可以作為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的優良替代品，也是近年發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。萘環的引入使PEN具有優越的物理機械性能、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

萘環比苯環的體積大，空間位阻的作用更強，導致金屬離子進攻困難，并且萘環共振效應比苯環大，金屬離子進攻羰基的親電反應產生的中間體比苯環穩定。因此，生產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化生產PEN所采用的方法。

PEN產品的商業化難點在于生產成本高，其生產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，需要不斷研究開發新技術和新方法，以解決前體和單體分離提純難的問題，從而降低PEN的生產成本。

PEN生產概況

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70-80噸的小型生產線專門用于生產PEN薄膜，1993年建成4000t/a PEN薄膜生產線，并命名為“Teonex”；1994年，殼牌化學公司PEN實現工業化生產，生產出了纖維級PEN樹脂，商品名為“Vituf”；同年，伊士曼柯達完成PEN均聚物切片的工業化生產，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，牌號為Kaladex。目前全球生產PEN的企業有帝人、杜邦、東洋紡、伊士曼、三菱化學、鐘紡、UniPET、M&G、KOSA以及Kolon等為數不多的聚酯相關企業。

國內

國內四川大學與某絕緣材料廠試生產過PEN，儀征化纖股份公司產品技術開發中心進行過PEN的合成及其工業化的研究，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。

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

我國聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）產品需求主要依賴進口，新思界產業研究數據顯示，全球PEN主要供應地區為美國、日本、歐洲等地區，2019年我國聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）產品進口量為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，成為全球開發最快、應用前景最廣的樹脂材料之一。其優秀的氣體阻隔性能、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產品需求日漸增多，而PEN憑借其優勢已經在許多中高端領域逐步取代PET產品，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行業亟需打破國外壟斷，建立具有自主知識產權的PEN生產線。大力開發研制國產PEN產品意義重大，行業前景廣闊。

參考文獻資料：

1.《PEN高分子材料發展與應用》

亞太菁英股份有限公司張志銓、葉宗諭

金屬工業研究發展中心黃瑞堂、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）