PET功能复合材料的研究进展及应用
摘 要：随着PET回收技术及生物降解PET技术的发展，PET材料具有广阔的应用前景。近年来，人们利用功能性材料（导电材料、光学材料等）对PET进行改性，得到高附加值的具有良好力学性能的复合材料。由于PET功能复合材料具有易加工、生產成本低、减少功能材料的使用量等优点，受到了研究者们的广泛关注。本文主要从导电PET复合材料、PET型光学复合膜、抗菌复合纳米纤维膜等几个热点领域介绍PET功能复合材料的研究进展及应用。
关键词：复合材料;功能材料;热塑性聚酯;PET
DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.315
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最为常用的热塑性聚酯之一，具有电绝缘性及耐候性好、无毒无味、能在较宽温度范围保持良好力学性能等特点。而且PET可塑性强、加工方便、成本较低，目前已广泛应用于产品包装、电气绝缘材料、汽车外装零件等领域。近年来，随着PET回收技术及可生物降解PET生产技术的发展，PET可被多次循环使用和降解而不对环境产生影响，实现“可持续化”生产。PET材料在世界范围内的使用量正逐年上升，具有广阔的发展潜力。因此，如何在降低对环境影响的情况增加PET材料的附加值、提高PET行业的经济效益，是PET生产的关键问题。
近年来，研究者们利用功能材料对PET进行改性，得到以PET为基体的功能复合材料。这种复合材料除了能改善PET耐热性差、结晶速度慢等缺点外，还能给PET材料带来附加的新功能。结合PET功能复合材料行业的研究热点，本文主要从导电PET复合材料、光学PET型复合膜及抗菌复合纳米纤维膜几个领域介绍PET功能复合材料的最新研究及应用。
1 导电PET复合材料
1.1 电磁屏蔽材料
在电子电气行业中，常使用PET作为壳体、底板等结构的材料。但由于PET的电绝缘特性，外界电磁波很容易透过PET，对电子电器产品造成电磁干扰。通过对绝缘高分子PET进行导电改性，屏蔽电磁干扰，提高电子电器的使用寿命。目前，PET的导电改性方法主要包括：表面处理法和内部添加法。
1.1.1 表面处理法
根据具体的屏蔽材料及用途，可以选择不同的表面处理方式。铜是PET基底常用的导电层，付秀华[1]等通过光刻及磁控溅射在PET基底上沉积具有栅网状微结构的透明铜膜。该PET复合材料利用了铜膜的特殊结构，可通过改变网栅的周期、线宽等参数对屏蔽对象及效果进行调节。
表面金属化处理的一个关键问题是提高绝缘高分子与导电层之间的结合力。潘湛昌[2]等在紫外作用下将聚乙二醇（PEG）接枝到PET上。再以银为催化剂通过化学镀铜的方法，获得PET-Cu复合材料。该方法获得的铜层纯度高，PET与铜膜结合力为16.1N/cm，电导率为1.9×105S/cm。
1.1.2 内部添加法
内部添加处理法是在绝缘高分子中加入具有高导电性能的材料。相比于表面处理法，内部添加法合成的导电复合材料具有低成本、易加工、质量轻、可定型为各种复杂形状，是绝缘高分子导电改性方法的未来研发方向。
曾炜[3]等分别通过超声波化学镀镍、电镀镍的方法制备PET-Ni导电纤维，再将其与环氧树脂基体材料结合，得到具有较好电磁屏蔽性能导电复合材料PET-Ni/EP。根据结果，当导电纤维PET-Ni含量为5 wt%时，复合材料的电磁屏蔽效果最好，体积电阻率为0.43Ω·cm。
1.2 锂电池隔膜材料
锂离子电池具有循环性好、放电率小、工作温度范围广等优点，是一种应用广泛的储能设备。近年来，关于锂电池方面的研究难点在于该电池的隔膜技术。
PET无纺布是理想的隔膜材料，它具有三维孔结构且强度高，不但能够避免锂枝晶的刺穿，还能吸收电解液。为了使PET无纺布具有导电性能，何海龙[4]等通过倒相法在PET上涂覆了PAN-MA树脂，制备（PAN-MA）-PET复合多孔隔膜。（PAN-MA）-PET不仅具有PET无纺布的良好力学性能，还具备PAN的高离子电导率。根据结果，该隔膜的离子电导率为2.14mS/cm。
2 光学PET型复合膜
随着光伏发电、平板电子产品等行业的发展，作为液晶显示屏（LCD）生产必不可少的原辅材料光学PET聚酯薄膜得到了广泛的应用。以PET为基底的具有不同功能的复合膜可以通过在PET薄膜表面涂覆相应功能性涂层获得。
2.1 有机硅涂层
有机硅是“有机基团”和“无机基团”的结合物，因此它既具有良好的柔韧性，又能通过无机基团与基体材料充分结合，是常用的透明耐磨涂层材料。Satoshi[5]等把氟-硅氧烷聚合物和紫外固化树脂以比例0.05：100～5：100混合后进行碱化处理作为涂层涂覆在PET薄膜上，该复合膜铅笔硬度可达2H～8H的具有防反射功能的光学复合膜。
2.2 聚氨酯类涂层
聚氨酯涂层固化后具有耐温、耐磨、耐腐蚀等优点，常用于扩散膜、增亮膜的涂层。Cheol[6]等以含有粒径为1～50μm扩散颗粒的聚氨酯树脂为涂层，PET薄膜为基体，合成对光线具有扩散功能的扩散膜。
2.3 丙烯酸酯类涂层
丙烯酸酯类涂层具有固化速度快（UV固化）、交联密度高等优点，且在使用过程中不需要使用有机试剂（无VOC排放），是一种环境友好型的绿色涂料。许龙麟[7]将含有平均粒径为5～30μm的聚丙烯酸树脂颗粒涂层涂覆至PET薄膜表面，得到一种性能优异的扩散膜。由于涂层中聚丙烯酸树脂颗粒粒径分布窄，且涂层的凹凸结构使得复合膜对光线既具有良好扩散作用的同时又能避免散射，从而提高光源的利用率。
3 抗菌复合纳米纤维膜
利用静电纺丝技术制备的PET基体纳米复合纤维膜具有比表面积大、孔隙率高等优点，目前已广泛应用于膜分离材料、空气过滤、创伤包敷等领域。
壳聚糖（CTS）分子带有正电荷，可以通过静电作用吸附表面带负电的细菌，并使细菌细胞壁失去通透性，具有杀菌功能。马利蝉[8]等将壳聚糖与PET混合作为原料，通过静电纺丝技术制得表面含有银纳米颗粒的PET/CTS复合纤维膜，具有很好的抗菌性。根据实验结果，该膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率高达99.99%和99.97%。
参考文献
[1]付秀华，郭贵新，刘禹冰.基于PET基底透明屏蔽膜的制備研究[J].光子学报，2016，46（4）：431001-0431001.
[2]潘湛昌，程果，武守坤，等.聚乙二醇改性PET薄膜化学镀铜[J].电镀与涂饰，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]何海龙.PET无纺布型动力锂电池隔膜的制备[D].华南理工大学，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]袁东芝，邓康清，杨柱.PET型光学薄膜用涂层及相关技术研究现状[J].化学与粘合，2012（2012年02）：59-64.
[7]许龙麟，王君庭.具有包含窄粒径分布有机颗粒树脂涂层的光学薄膜[P].江苏：CN101153926，2008-04-02.
[8]马利婵，王娇娜，李丽，等.静电纺空气过滤用PET/CTS抗菌复合纳米纤维膜的制备[J].高分子学报，2014（2）：221-227.
作者简介
刘海铨（1988-），男，广东揭阳人，肇庆市欧陶新型材料有限公司，中级化学工程师，硕士，新材料，高分子材料，聚合物等。
