近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第3部分

2021年6月14日

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聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）简介

PET是一种很常见的塑料，多以PET瓶和食品包装材料的形式出现在我们的生活中。在本文中，您将了解近红外光谱如何在生产周期的不同环节中提高PET分析的效率。在此之前，我们先介绍一些关于PET的背景信息。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种通用热塑性聚合物，属于聚酯族。聚酯树脂以其优异的性能组合而闻名，例如机械、耐热和耐化学性以及尺寸稳定性。

图 1. 线型PET的分子结构

PET是回收率很高的热塑性塑料之一，其回收标志为数字1。回收的PET可转化为用于包装和制造汽车零件的纤维、织物、片材。自然状态下，PET是一种高度柔韧、无色和半结晶的树脂；根据加工方式，它可以是半刚性到刚性的。它对冲击、湿气、酒精和溶剂表现出良好的耐受力。

PET的化学式为(C10H8O4)n，其分子结构如图1所示。

图 2. 间苯二甲酸的分子结构

除了线型PET之外，还有一种支化型PET。支化PET通常与少量间苯二甲酸（C₈H₆O₄）混合，因为纯化的间苯二甲酸（PIA，图2）可降低PET的结晶度，从而改进其透明度并提高瓶子制造过程的生产率。

二甘醇（DEG）作为一种添加剂，还可以降低PET从熔体中等温和动态结晶时的结晶速率。

PET树脂的众多关键性质和优点如下：

非常坚固且轻便，因此运输方便高效
具有良好的气体（氧气、二氧化碳）和水分阻隔性能，这意味着其气体渗透性低（尤其是对二氧化碳）
表现出优异的电绝缘性能
可使用的温度范围（-60至130℃）广泛
热变形温度（HDT）高
适用于透明应用目的
几乎抗碎——PET不会破碎或断裂，在某些应用中可替代玻璃
可回收材料
不受微波辐射的影响
非常耐醇、脂肪烃、油、油脂和稀酸
对稀碱、芳烃和卤代烃有中等耐受力
被FDA（美国食品药品监督管理局）、加拿大卫生部、EFSA（欧洲食品安全局）和其他卫生机构认定为食品饮料安全接触材料alth agencies

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）可用来做什么？

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）可用于多种类型的包装应用，如图3所示。由于其强度、轻质及其他吸引人的特性，PET非常适合作为食品包装材料。

Figure 4. PET makes up a significant portion of produced polyester fabric.

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）可用于多种类型的包装应用，如图3所示。由于其强度、轻质及其他吸引人的特性，PET非常适合作为食品包装材料。

生产的合成纤维中，聚酯纤维占比将近三分之二。虽然有许多不同类型的聚酯纤维，但常用于生产纺织品的类型是PET。PET在织物中使用时，常被称为“聚酯纤维”或“涤纶”（图4）。这种材料的生产成本非常低，这是其在纺织行业中使用的主要驱动力。

图 5. PET常用于制造各种汽车零件

环球PET产量的约60%用于制造纺织品纤维，约30%用于制造各种用途的瓶子。对于希望节省成本并以更环保的方式运营的制造商而言，其可回收利用的能力尤其具有吸引力。

在电子行业，PET因其优异的电绝缘性能和耐高温不变形性，可用于替代不太理想的其它材料。PET还用于制造汽车行业的许多零件（图5）。

近红外光谱作为评估PET质量的工具

30多年来，近红外光谱（NIRS）已成为PET行业中公认的快速可靠的质量控制方法。尽管如此，许多生产商仍未考虑在其QA或QC实验室中使用近红外光谱。这背后的原因可能是：应用经验有限或对使用新方法的普遍犹豫。

使用近红外光谱进行QA或QC有很多优点，其中的一大优点是：近红外光谱只需30秒即可同时测定多个参数，而且无需样品前处理。近红外光谱使用的无损性光与物质的相互作用，会受到样品物理和化学性质的影响，这使得近红外光谱成为测定这些聚合物中多个关键参数的合适方法。

在本文的剩余部分，先简要阐述了PET的应用，然后是根据《ASTM E1655近红外光谱使用指南》开发的PET整体解决方案。

您是否错过了本系列的前两部分？可在此找到。

近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第1部分

近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第2部分

有关近红外光谱作为辅助技术的更多详细信息，请阅读我们之前关于该主题的博文。

使用近红外光谱进行的PET相关应用和参数

在PET的生产过程中，通过检查某些参数来保证质量是非常重要的。这些参数包括：二甘醇含量、间苯二甲酸含量、特性粘度（ASTM D4603）和酸值（AN）。由于样品的溶解度有限以及需要使用多种不同的分析方法，这些参数的测定是一个漫长且具有挑战性的过程。

表1列出了PET常见的近红外光谱相关应用。

聚合物	参数	相关近红外光谱应用报告
聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)	二甘醇、特性粘度、酸值、间苯二甲酸	AN-NIR-023

在PET的生产过程中，近红外光谱可以应用在哪些环节？

图6 显示了塑料生产、塑料配混、成型加工到塑料制品的各个生产环节。在纯聚合物（如，PET）的生产过程中，需要对其纯度进行确认，即可使用近红外光谱仪；在将纯聚合物配混成用于进一步加工的中间产品时，近红外光谱也是一种非常有用的技术。

塑料生产商可以轻松使用近红外光谱

瑞士万通在PET分析方面拥有丰富的专业知识，并为此提供了整体解决方案：DS2500近红外聚合物分析仪。该仪器是一种用于测定PET中多个质量参数的即用型解决方案。

应用案例：

DS2500近红外聚合物分析仪针对PET行业的预校准模型

由于PET的溶解度有限并且需要使用多种分析方法，因此，使用传统实验室技术测定表2中所列参数是一个漫长且具有挑战性的过程

**表2. 实验室方法vs.近红外光谱测定PET样品中多个质量参数**
参数	实验室方法	获得结果的时间（实验室方法)	近红外光谱的优势
二甘醇含量	萃取+ HPLC-MS	45分钟样品前处理 + 40分钟HPLC-MS	四个参数可在一分钟内同时测得；无需样品制前处理；无需任何化学试剂。
间苯二甲酸含量	溶解 + HPLC	45分钟样品前处理 + 40分钟HPLC
特性粘度	溶解 + 粘度计	90分钟样品前处理 + 1分钟粘度计
酸值	溶解 + 滴定	90分钟样品前处理 + 10分钟滴定