端苯基超支化聚酯显著提高聚对苯二甲酸乙酯的结晶性质和冲击韧性

聚对苯二甲酸乙酯（PET）是1953年由美国Dupont公司率先工业化生产的线形聚合物，因其具有耐热性良好、尺寸稳定、耐摩擦和电绝缘性质而被广泛应用于饮料瓶、薄膜和合成纤维等领域。但由于主链上的刚性苯环结构，其结晶速度慢、注塑温度高、成型周期长，这限制了在注塑工程塑料领域的应用。人们普遍认为，引入成核剂是促进半结晶聚合物结晶的最有效途径。在常用的PET成核剂中，无机纳米填料易于在基体中团聚，成核效率低。有机成核剂具有优异的成核效率，这是因为它们与PET的相容性较好。但化学反应成核会使PET链解离，造成力学性能恶化。值得注意的是，加入聚合物成核剂可显著促进结晶。掺入增塑剂是另一种加速PET结晶的有效方法。需要强调的是，这两个系列的添加剂表现出完全不同的促进结晶的机理。成核剂可降低成核的自由能垒，使成核密度显著增加；而增塑剂主要是提高链迁移率。尽管近几十年来，在PET结晶改性方面做了大量工作，但结晶速率的提高仍然有限。刘晶如提出通过加入一种多功能成核剂，将高效的非均相成核与促进晶体生长相结合，用以提高PET的结晶速率。

将聚对苯二甲酸乙酯（PET ）与端苯基超支化聚酯（HBP-Bz）熔融共混，并详细研究了PET/HBP-Bz共混物的结晶行为、动态粘弹性和力学性能。研究发现，HBP-Bz 在PET 结晶过程中具有双重作用。其一，由于HBP-Bz 与PET 之间的π-π 相互作用，HBP-Bz 是良好的非均相成核剂。加入1% 的HBP-Bz后，PET的结晶温度提高了近20K。其二，HBP-Bz的结构紧凑，没有链缠结，具有增塑剂的作用。其加速PET结晶的主要原因是提高了成核速率和密度，进一步增加其含量有利于提高PET晶体的生长速率。加入HBP-Bz没有改变PET的晶型。材料的力学性能，特别是韧性得到明显提高。PET/HBP-Bz-1%共混物的拉伸强度和弯曲模量分别达到69.8和2597MPa，比纯PET提高了31%和18%，PET/HBP-Bz-3%共混物的冲击强度和断裂伸长率达到6.7kJ m-2和137%，比纯PET提高了97%和149%。

图1. 端苯基超支化聚酯结构示意图

图2. 添加HBP-Bz的共混物中HBP-Bz与PET的相互作用示意图

文献来源：Jingru Liu*, Nali Huo, Wang Wang. Thermochimica Acta 2023, 722, 179458.