聚萘二甲酸乙二醇酯应用概述
宋厚春
聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是1种性能优良的聚合物，分子
结构与PET相似，由于分子链含有刚性更大的萘环，其耐热性、气体
阻隔性、抗紫外线性、耐水解性、机械强度及制品透明性等方面均优
于PET，加之其加工制造方法和PET相近，因而自问世即引起世界各
大聚酯厂商的重视，将其作为今后市场开发的战略产品。
20世纪90年代开始，随着PEN单体工业化的成功，得到快速发
展。目前，在美、日、德、英等国家，PEN已在胶片、电气绝缘膜、
包装容器和工业丝等方面得到应用。
PEN制备和性能
PEN与PET的合成路线相似,分为直接酯化法和酯交换法,前者以
2,6-萘二甲酸(NDC)为原料,后者则以2,6-萘二甲酸二甲酯(DMN)为原
料。目前NDC生产技术还不成熟,仍处于研究阶段,而DMN生产技术则
已取得较大突破,已有较大规模工业化装置投产。因此,目前PEN合成
一般采用酯交换路线,即由DMN、EG和催化剂(三醋酸锑等）在适当条
件下酯交换,生成2,6-萘二甲酸乙二醇酯(BHEN),再在适宜温度
(280～295℃)下缩聚制得PEN产品。
由于分子链中的萘结构更易呈平面状,PEN具有良好的阻隔性
能。PEN对水的阻隔性是PET的3～4倍,对O2和CO2的阻隔性是PET
的4～5倍,且不受潮湿环境的影响。因而,PEN可作为饮料及食品的
包装材料,并可大大提高产品的保质期。
PEN化学稳定性好,对有机溶液和化学药品稳定, 耐酸碱性优于
PET。PEN的气密性较好,分子量相对较大,在实际使用温度下,低聚物
析出倾向比PET小。
萘结构的存在还使PEN的耐热性能较PET有了大幅提高,玻璃化
转变温度提高至120℃,比PET提高约50℃。PEN在130℃的潮湿空气
中放置500h后,伸长率仅下降10%;在180℃干燥空气中放置10h后,
伸长率仍能保持50%;而同等条件下,PET会因变脆而失去使用价值。
萘结构还赋予PEN优异的光学性能,可阻隔波长小于380nm的紫
外线,效果明显优于PC。同时,PEN的光致力学性能下降少,光稳定性
约为PET的5倍,在真空和氧气中耐受放射线的能力分别是PET的10
倍和4倍。
PEN的机械力学性能较PET也有了较大幅度的提高,其中杨氏模
量和拉伸弹性模量分别比PET高约50%,而且稳定性更好。
凭借以上优异的性能,PEN在薄膜、瓶用及纤维等领域中均有广
阔的应用前景,可部分甚至完全取代PET,进而解决PET在耐水解性、
热稳定性和阻隔性等方面的不足。
国外发展及应用情况
Teijin公司在1964年开始PEN的研究工作,并于1971年在70～
80t/a装置上试产出性能与聚苯硫醚相当的PEN薄膜(即Q薄膜)，是
1种很理想的功能性材料，但由于单体制造成本昂贵，Q薄膜的发展
受到限制。
PEN优异的性能引起化工原料制造商的广泛兴趣，此后数十年
中，很多知名公司都在PEN原料生产方法、净化等方面做了大量研究
工作，并且取得了令人瞩目的进步。BP-Amoco、环球油品(UOP)、
Teijin、日本钢管(NKK)、Mitsubishi、新日铁化学、住友化学和吴
羽化学等公司都进行了一定规模的研究，以催化裂化循环油或煤焦油
为原料，研究了2,6-二烷基萘的分离精制、萘烷基化、萘烷基酰基
化、烷基萘氧化等技术。其中NKK与千代田化工建设公司合作开发的
2,6-二异丙基萘工艺经连续3年1000t/a中试后，于1993年底出具
了全套工业化数据。BP-Amoco公司在PEN的原料研究方面较为领先，
率先实现DMN工业化，现已有约2.7万t/a装置投产，并形成4.5万
t/a的产能。UOP公司也加快了DMN的前体2,6-二甲基萘的开发步伐，
于1995年建成了4500t/a的半工业化装置。
目前PEN单体价格仍较高，数倍于PET单体，阻碍了PEN的推广。
但据美国Eldib工程研究公司的调查，PEN单体来源极其丰富，设有
催化裂解装置的炼厂都具有生产DMN或NDC的潜力，仅以美国为例，
就有60万～80万t/a的生产能力。随着技术进步和产能扩大，PEN
单体价格将大幅降低。拜耳公司专家认为当PEN的价格介于通用树脂
与工程树脂时，性价比将使PEN占据优势。藉此，PEN单体价格应为
约2.5美元/kg，是PET的2～3倍。2003年日本三菱化成公司生产
的DMN价格是3.0美元/kg，PEN产品的推广已经具备一定条件。
各聚酯厂商纷纷投入大量资金和人力，加快PEN的研发进度。1993
年以来，伊士曼柯达、ICI、赫斯特、壳牌化学等公司纷纷扩建PET
装置。1994年初，壳牌化学公司宣布该公司PEN开发达到工业化阶
段，产出纤维级PEN树脂（商品名：Vituf）。同年8月份，伊士曼－
柯达公司也宣布已能工业规模生产纤维和薄膜用PEN均聚物切片，牌
号为14991。Teijin公司则在1993年建成一条4000t/aPEN薄膜生产
线，生产商品名为TEONEX的双向拉伸薄膜。
瓶用PEN
PEN瓶具有透明性好、抗紫外、气体阻隔性好及形状稳定等优点,
可用于PET瓶不能胜任的领域,如用于装啤酒,贮存寿命可长达6～9
个月,比PET瓶延长2～3倍,且抗刮伤性好,便于回收重复利用。伊士
曼-柯达公司率先制得PEN:PET=25:75的共聚酯,再与PET以10:90的
比例共混制得聚酯瓶,透氧量为0.23cm3/day·atm,可用于食品热灌
装瓶。测试结果表明,PEN瓶装啤酒与玻璃瓶装啤酒相比,口味几乎没
有差别,啤酒中CO2含量大致相同。
目前,美国Petplas包装公司正在研究100%PEN啤酒瓶,意大利吹
塑制造商SIPA也已完成PEN啤酒瓶的测试。2000年开始,通过PEN
与PET酯交换反应共混制得的碳酸饮料瓶和啤酒瓶以及专门研制的
PET/PEN共混物挤出机和吹瓶机已经面市,如美国和西欧啤酒商用
PET/PEN共混物制造的啤酒瓶已在美国洛杉矶、迈阿密等7座城市销
售,2002年销量高达3亿只。
2002年12月在瑞士举行的世界聚酯年会上,BP和Shell公司都
专门介绍了PEN研究状况。BP公司展示的PEN包装膜,能阻隔380nm
下的紫外光,耐温达150℃。Shell公司展示的500ml PEN啤酒瓶,重
量仅为30g,O2阻隔性是PET的4倍,瓶身耐磨、可耐巴氏消毒洗涤10
次以上,经特殊处理的瓶口可反复封装开启,已由百威啤酒应用,在美
国南部区域上市。
纤维用PEN
PEN的物理性能优异，在纤维方面也有广阔的应用前景。在工业
丝领域，日本帝人公司和东洋纺公司等用PEN研制的工业丝，力学性
能和热性能都明显优于PET。由于PEN玻璃化温度高于PET，结晶速
度慢，因此在纺丝时不能按PET纤维的工艺，一般要采用提高温度的
多道牵伸工艺来进行。另外，在高度集成电路印刷方面，PEN丝具有
不易吸湿变形、初始模量高等特性，可以取代尼龙及PET。
目前，Shell和ICI等公司认为，PEN价格较高，不适合开发服
用纤维，但在轮胎帘子线、水下电缆及恶劣环境下使用的三角带和运
输皮带等领域有诱人的应用前景。
国内发展情况
我国目前已成为世界最大的聚酯生产国，但PEN的研发较晚，进
展较慢；目前只有少数单位从事过PEN的合成和应用研究。仪征化纤
股份有限公司在PEN合成及PEN与PET共混等方面作了较为深入研
究，制得500ml和1.25L纯PEN瓶和PEN/PET共混瓶，产品的阻隔和
抗紫外性能均达到国外文献报道水平。但是，PEN单体的生产研究未
见成功报道。
尽管距离国际领先水平还有一定差距，但我国发展PEN有不少有
利条件。首先，我国化工和煤炭工业规模较大，可提供回炼油、焦油、
裂解油等含萘资源，为NDC国产化及扩大生产提供了保障。其次，我
国有600多万t/a的PET产能，啤酒产量约900万t/a，为PEN开发
提供了技术保障和市场支持。第三，入世后企业间竞争加剧，不再着
眼于常规聚酯的生产，企业必将加大研发力度，开发新型产品，这为
PEN的研究提供了条件。
作为1种新型功能材料，PEN对于聚酯厂商有着重要的战略意义，
国内聚酯厂商应加大研发力度，尽快开发出PEN产品并产业化，积极
开拓市场。此外，国内PEN单体的生产尚未成功实现工业化，应加大
人力和资金投入，尽早解决制约我国PEN发展的瓶颈。