聚乙醇酸/聚对苯二甲酸乙二醇酯（PGA/PET）与液晶聚合物/PET共混薄膜的阻隔、热及力学性能研究：可回收高阻隔材料的创新突破

语 为应对多层包装材料难以回收的难题，美国密歇根州立大学研究团队通过反应性熔融挤出技术，开发了PET/液晶聚合物(LCP)和PET/聚乙醇酸(PGA)共混单层薄膜。添加1 phr Joncryl? ADR增容剂显著提升界面粘附力，使氧气阻隔性较纯PET提高41%-62%，水蒸气阻隔性提升15%-41%，同时拉伸强度与模量最高提升42%和22.4%。这种全聚酯体系兼具高阻隔与化学/机械可回收性，为可持续包装提供新方案。

　　

论文解读

研究背景：塑料污染与包装材料的矛盾困境

全球塑料年产量预计2050年将达12亿吨，微塑料污染已威胁生态系统和人类健康。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为主流包装材料，虽具有强度高、透明度好等优势，但其氧气和水蒸气阻隔性难以满足肉类、啤酒等敏感食品的保鲜需求。当前解决方案多采用多层复合结构（如PET/聚酰胺(PA)/乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)），但这些材料因熔点差异、界面不相容等问题难以回收。据预测，2023年PET市场规模将超728亿美元，其中63.5%为纤维制品，30.3%为瓶用包装，亟需开发兼具高阻隔性与可回收性的单层材料。

研究方案与技术路径

美国密歇根州立大学Muhammad Rabnawaz团队采用工业级反应性熔融挤出技术，将PET分别与液晶聚合物(Vectra? LCP)或聚乙醇酸(PGA)在微型双螺杆混炼机中熔融共混（250°C，100 rpm），添加0.5-1 phr环氧基增容剂Joncryl? ADR 4468改善界面相容性。通过热压成型制备薄膜后，系统表征了：

1. 扫描电镜(SEM)分析界面形貌
2. 氧气透过率(OTR)与水蒸气透过率(WVTR)
3. 拉伸强度与弹性模量
4. 热性能（未具体说明方法）
   注：样本来源于DAK Americas公司PET(Laser+? C9921)、Celanese公司LCP(VEA950RX)、BASF公司Joncryl? ADR

核心研究结果

1. 界面形貌与增容机制
SEM显示：添加1 phr Joncryl? ADR后，PET/LCP与PET/PGA共混物中分散相粒径减小，界面模糊度增加，表明环氧基团与聚酯端基反应形成共价键，显著提升界面粘附力。

2. 阻隔性能突破

• 氧气阻隔：PET/20% LCP薄膜OTR降低41%，PET/20% PGA薄膜降幅达62%（对比纯PET）
• 水蒸气阻隔：PET/20% LCP的WVTR改善15%，PET/20% PGA提升41%
  归因于LCP的刚性分子链有序排列及PGA的高结晶度（~45-55%）共同构建致密阻隔网络

3. 力学性能强化

体系	拉伸强度提升	弹性模量提升
PET/20% LCP+1phr ADR	29%	15.8%
PET/20% PGA+1phr ADR	42%	22.4%
PGA因与PET结构相似性（均为聚酯），显示出更优的增强效果

4. 热性能（原文未详述数据）
提及共混物熔融温度与结晶行为变化，但未给出具体数值。

结论与产业价值

本研究通过熔融共混工程化策略，成功构建了PET/LCP与PET/PGA高性能单层薄膜：

1. 技术突破：1 phr Joncryl? ADR通过环氧-羧基/羟基反应实现原位增容，解决非均相体系界面缺陷问题
2. 性能优势：PGA共混体系综合性能最优，氧气阻隔性超越EVOH，水蒸气阻隔性优于高密度聚乙烯(HDPE)
3. 可持续性：全聚酯组分（PET/PGA/LCP）可兼容现有化学解聚（如糖酵解）与机械回收流程，避免多层材料分拣难题
4. 应用前景：为肉类托盘、碳酸饮料瓶等高性能包装提供单体材料解决方案，助推塑料循环经济

该成果发表于聚合物领域顶级期刊《Polymer》，被美国能源部（资助号DE-EE0009947）列为先进制造技术重点项目，标志着可回收高阻隔包装材料迈向工业化应用的关键一步。