集諸多優點於一身的PETG

3D列印材料百百種,最常見的還是PLA、ABS與PETG。其中PETG因為具備如ABS的韌性以及優於PLA的耐熱性,列印沒有臭味又容易上手,而越來越多人使用,PETG到底是什麼材料,它又具備何種特性?讓SpiderMaker帶你由淺入深認識它

 

晶瑩剔透的PETG原料

先來認識什麼是PET

介紹PETG之前,要先認識大家既陌生又熟悉的材料-PET(polyethylene terephthalate),聚對苯二甲酸乙二醇酯,也就是寶特瓶以及大多數合成纖維的原料。還記得國中理化朗朗上口的酯化反應「酸+醇=酯+水」嗎? 酯類基本上就是由酸和醇所構成的。PET就是由對苯二甲酸(Terephthalic acid ,TPA)+乙二醇(Ethylene glycol ,EG)所聚合而成的,如下圖所示,但實際上聚合反應並非如圖中看起來那麼簡單。PET在塑膠分類是屬於聚酯類(polyester),聚酯是非常環保的材料,生物可分解塑膠也大多是聚酯,例如大家所熟知的PLA(Polylactic Acid) 聚乳酸。

PET就是由對苯二甲酸(Terephthalic acid ,TPA)+乙二醇(Ethylene glycol ,EG)聚合而成

PETG的G代表什麼?

回到本文的主角,PETG其實是Polyethylene Terephthalate Glycol,或表示成Glycol-Modified Polyethylene Terephthalate. 因此PETG的G其實是指Glycol,Glycol是泛指雙醇類而非特定結構。簡單來說PETG的G只是告訴大家,我用的醇不是只有最常見的乙二醇(Ethylene glycol ,EG),而是有導入其他醇類改質的PET。但對業界來說,一般提到PETG的雙醇就是指CHDM(1,4-Cyclohexanedimethanol  ), 1,4-環己烷二甲醇。

不同的單體結構帶給高分子不同的性質

 

PETG的特性關鍵-改質單體CHDM

CHDM(1,4-Cyclohexanedimethanol  ), 1,4-環己烷二甲醇,是在1950年代由美國Eastman Kodak申請專利並生產的環狀雙醇。如下圖所示,CHDM的中心是由環己烷(cyclohexane)所構成的,因此要知道CHDM的特性就要先了解它中心的環己烷結構特性。大家能分辨下圖環己烷(cyclohexane)和苯環(Benzene)的差別嗎?雖然看起來都是六角形,但苯環是「剛硬的平面結構」,環己烷則是「可扭曲的立體結構」,它豐富的立體構型使得它具備很好的韌性,這就是為什麼導入CHDM的PETG比一般PET更有韌性的原因。

 

乍看之下很像,其實完全不一樣

 

 

cyclohexane有各種立體構型,使得它在分子鏈受力時能有不同的變化

 

PETG的組成與特性

PETG基本上是泛指由TPA+EG+CHDM所組成的共聚酯(如下圖),隨著CHDM和EG的改質比例不同,PETG性質也會不同。PETG因為CHDM的立體構型而韌性優良外,另一大特色就是「高透明度」。相較於EG,CHDM的體積既大又扭曲,還有順反異構物的差異造成對稱性不同,這樣的結構導入在分子鏈中會大幅影響分子鏈的形狀與排列而不易結晶,因此CHDM添加到一定比例後結晶性就會完全消失成為非晶態,不會因形成結晶導致光線無法穿透,因此具備良好的透明性。

 

PETG的分子鏈結構,隨著CHDM和EG的改質比例不同,PETG性質也會不同

 

SpiderMaker對於PETG線材的規劃

PETG 3D列印線材存在已久,市場上玲瑯滿目性質也大同小異。SpiderMaker隸屬於新光合成纖維,在PET原料合成與衍生性產品如瓶胚、膠片、機能性纖維、工程塑膠皆有深入的研究,也預計於2019年推出PETG線材,讓使用者有新的選擇,歡迎在臉書搜尋「SpiderMaker 3D filament」加入社團,持續關注喔!
 

 

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