引言：
聚酯材料是一类以酯键为主要组成的高分子材料，因其良好的机械强度、化学稳定性和成本效益而备受青睐。为了适应日益复杂的应用需求和技术挑战，聚酯材料的改性与功能化处理显得尤为重要。改性处理可以大幅提升聚酯的耐热性、机械强度或加工性能，功能化处理则可赋予聚酯额外的特性，扩展了聚酯的应用领域，提高其在特定应用中的竞争力。因此，聚酯材料的改性与功能化处理是实现其性能优化和应用多样化的关键。
一、聚酯材料的基本特性
（一）化学结构与物理属性
聚酯材料作为一类高分子化合物，主要通过酯化或酯交换反应由多元醇和多元羧酸制得，其分子结构上具有重复的酯基团。聚酯的物理属性受其分子量、结晶度和分子结构的影响极大。聚酯通常具有良好的抗拉强度和韧性，因而成为制造纺织品和工程塑料的理想材料。此外，聚酯具有良好的化学稳定性和耐热性，能够承受较高温度而不发生显著的物理或化学变化，还可以通过添加不同的增塑剂、稳定剂或其他添加剂来调整其物理和化学性质，以满足特定应用的需求。
（二）传统用途与性能局限
传统上，聚酯主要用于纺织行业，作为合成纤维的主要原料，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），因其优异的耐磨性和抗皱性而受到青睐，也广泛应用于塑料工业，特别是在包装材料和工程塑料中，如PET薄膜，聚酯薄膜在中国的市场规模于2022年达到42.23亿元人民币，其中华东地区包括上海、江苏、浙江等地，占据了近44%的市场份额。2022年，中国聚酯薄膜的产量和需求量分别为308万吨和299.4万吨，平均价格约为1.44万元/吨。此外，由于聚酯良好的介电性能，也被用于电子和电气领域，如在绝缘材料和柔性印刷电路板中。尽管聚酯具有多种有利特性，但也存在一些性能局限。聚酯对紫外线敏感，长期暴露在阳光下会导致材料性能下降，如颜色褪变和强度降低，尽管聚酯具有较好的耐化学性，但对某些化学物质（如酸和碱）的抵抗能力有限，聚酯的热稳定性虽然较好，但在高温下仍可能发生软化和变形，限制了其在高温应用中的性能。环境方面，聚酯的可回收性为其环保特性加分，但其生物降解性差，对环境构成长期影响，其生产和处置过程中可能产生有害物质，对生态系统和人类健康构成威胁。因此，虽然聚酯材料在许多领域内具有显著的应用优势，但其环境影响和性能局限性是当前研究和改进的重点领域。
二、聚酯材料改性技术
（一）化学改性方法
聚酯材料的化学改性技术主要包括交联、共聚和接枝等方法。交联改性是通过在聚酯链间形成化学键来增强其热稳定性和机械强度，通过添加交联剂并在一定条件下促进反应实现，改善材料的耐用性和抗化学腐蚀能力；共聚改性是将不同的单体单元引入聚酯链中，调整其分子结构和性能，可以有效地改变材料的熔点、弹性和透气性，使之更适用于特定的应用环境[1]。例如，通过引入柔性单体，可以增强聚酯的韧性和柔软性；接枝改性是在聚酯主链上接枝其他聚合物或功能基团，以赋予其特殊的物理或化学性能，如增强其抗紫外性能或导电性，接枝改性的步骤如下图一所示。通过精确控制接枝度和接枝分子的种类，可以在保持聚酯原有性能的基础上，实现其功能的多样化和高效化。例如，利用SI-ATRP技术在PET薄膜表面接枝丙烯酸盐聚合物时，接枝率可达2.58%，而改性薄膜的接触角达到110°。多种仪器分析确认了接枝改性后薄膜在395℃具有良好的热稳定性，表明聚合物接枝对PET薄膜的热性能影响较小。
图一：聚酯材料接枝改性步骤
（二）物理改性方法
聚酯材料的物理改性技术，主要包括充填、增强和塑化等方法，在不改变聚酯基本化学结构的前提下，通过物理手段改善其性能。充填改性是通过添加无机或有机填料到聚酯基体中，改变其物理和机械性能的一种方法，能提高材料的刚性和热稳定性，还能改善其加工性能和尺寸稳定性，常用的填料包括碳酸钙、玻璃纤维、纳米材料等；增强改性则是通过添加增强材料如玻璃纤维、碳纤维等来提高聚酯的力学性能，如拉伸强度、弯曲强度和冲击强度，能显著提升材料的机械强度，还能改善其耐热性和化学稳定性，增强材料的引入还可以优化材料的热膨胀性能，使其更适合于高温或多变温度环境下的应用；塑化改性则涉及到添加塑化剂以提高聚酯的柔韧性和加工性，通过降低聚酯的玻璃化转变温度，使得材料在较低温度下仍保持良好的柔韧性和延展性。塑化剂的添加量和种类将直接影响材料的软化点、透明度和耐化学品性能，适当选择塑化剂可以使得聚酯材料在保持其固有特性的同时，满足更为复杂和严苛的应用要求。
三、聚酯材料功能化处理技术
（一）表面改性
聚酯材料功能化处理中的表面改性技术的核心在于改变聚酯材料表层的化学和物理特性，赋予其特定的表面性能，如增强的亲水性或疏水性，这对于材料的应用范围和性能有着显著影响。提高亲水性的表面改性通常涉及到在聚酯表面引入亲水基团，如羟基、羧基或氨基，能增强材料与水分子间的相互作用，提高其亲水性，实现这一目标的方法包括化学氧化、等离子体处理或表面接枝聚合，其中，化学氧化是通过使用强氧化剂，如高锰酸钾或硝酸，来在聚酯表面引入极性基团；等离子体处理则是利用高能等离子体改变材料表面的化学组成和结构，从而提高其亲水性；表面接枝聚合是在聚酯表面接枝含有极性基团的单体，通过聚合反应形成亲水的表面层。相对地，提高疏水性的表面改性则旨在减少材料表面与水的相互作用，可通过引入疏水基团，如烷基或硅烷基团，来实现，疏水改性技术包括表面涂层、化学接枝和等离子体处理，表面涂层是在聚酯表面涂覆一层疏水性材料，如聚二甲基硅氧烷或氟聚合物，形成疏水层[2]；化学接枝则是在聚酯表面接枝含有疏水基团的单体；等离子体处理在此应用中可以改变表面的化学组成，并通过微观粗糙化增强疏水效果。
（二）引入特殊功能
聚酯材料的功能化处理技术在引入特殊功能方面发挥着关键作用，尤其是在赋予聚酯抗菌、抗紫外线和导电性能方面。聚酯材料的抗菌功能化通常通过将抗菌剂如银纳米颗粒、酞青或天然抗菌剂整合到聚酯基体中来实现，能有效抑制细菌的生长和繁殖，赋予材料持久的抗菌性能；抗紫外线功能化处理是通过在聚酯材料中加入紫外线吸收剂或稳定剂来实现的，能有效吸收或反射紫外线，保护材料不受紫外线照射的影响[3]；赋予聚酯材料导电性能的处理方法主要包括添加导电填料如碳黑、碳纳米管或金属微粒，能在聚酯基体中形成导电网络，显著提高材料的导电性。
四、聚酯材料应用前景分析
（一）各行业中的新应用
聚酯材料在各行业的新应用前景分析揭示了这一材料类别在现代工业和日常生活中的广泛应用潜力，在汽车行业，聚酯材料因其优异的机械性能、轻质特性和良好的耐化学性，正被广泛用于汽车内外饰件、发动机罩、电气部件等领域，其轻质特性有助于提高燃油效率，而耐磨和耐腐蚀的特性则保证了长期的耐用性。在航空领域，聚酯材料因其高强度、耐高温和良好的化学稳定性而备受重视。特别是在飞机内部装饰、电缆绝缘和结构部件中，聚酯材料的使用有助于减轻飞机重量，提高燃油效率和飞行安全性，聚酯基复合材料的应用也在航空领域中不断扩大，以满足对高性能材料的需求。在医疗领域，聚酯材料的生物相容性和可定制化使其在生物医学工程中得到广泛应用，如在人工器官、组织工程和药物释放系统中，其优良的物理和化学性能保证了在复杂的生物体环境中的稳定性和安全性，且功能化的聚酯材料，如具有抗菌性或促进细胞生长的材料，在再生医学和伤口愈合领域显示出巨大的潜力。随着科技的进步，功能化聚酯纤维如具有抗紫外线、抗菌或导电性能的纤维在智能纺织品和高性能纺织品中的应用越来越广泛。
（二）环保与可持续发展
聚酯的可回收性是其在环保方面的一个重要优势，可以通过物理或化学方法有效回收，减少对新资源的需求并降低废物处理的环境影响。聚酯材料在生产过程中的能耗相对较低，可减少温室气体排放和其他环境污染物的生成，随着生产技术的改进，如使用更高效的催化剂和优化的合成路径，聚酯的生产越来越趋向于环境友好和能源效率高。此外，生物基聚酯的开发是推动聚酯材料可持续发展的另一个关键领域。生物基聚酯是由可再生资源如玉米糖、甘蔗或纤维素等生物质原料合成的，降低了对石化资源的依赖，减缓环境污染，生物基聚酯展现了优异的生物降解性，对于减少塑料废物在环境中的积累具有重要意义。
结语：
综上所述，聚酯材料的改性与功能化处理技术对其在现代工业和科技中的应用具有决定性的影响。通过不同的改性方法，聚酯材料的性能得到了显著提升，满足了更为复杂和多样化的应用需求。功能化处理技术的发展不仅增强了聚酯的特定功能，还为新兴领域提供了创新的材料解决方案。展望未来，随着环保和可持续发展的需求日益增长，聚酯材料的改性与功能化处理技术将继续发展和完善，以适应更加广泛和高级的应用场景，促进材料科学和相关行业的进一步发展。
参考文献：
[1]杨莹雪,杜中贺,杨博等.辐射技术对聚酯改性研究进展[J].化工新型材料,2020,48(05):20-25.
[2]钟锐,贺曾,张学俊等.接枝不同官能团的聚酯材料对血小板黏附及其功能的影响研究[J].中国输血杂志,2017,30(08):880-884.
[3]康宗华,王昌禄,李贞景等.癸二酸改性丁二酸丁二醇基聚酯材料的结晶性能和降解性能[J].高分子材料科学与工程,2014,30(05):62-66.
