CN101293413A - 高强度减量化聚酯薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及薄膜技术领域，尤其是一种用于普通包装、镀铝、复合、胶带、装饰等用途、厚度在6～9μm的三层共挤薄型高强度减量化聚酯薄膜及其制备方法。薄膜经三层共挤及双向拉伸电晕处理制成，纵向和横向拉伸强度大于240MPa，拉伸弹性模量纵向大于4400MPa，横向大于5200MPa；中间层为聚酯层，两个表面层为含有抗粘连剂的聚酯层。具有的加工过程：(a)原料准备；(b)熔融挤出铸片；(c)纵向的两次拉伸；(d)横向拉伸；(e)电晕处理过程；(f)牵引收卷过程。本发明高强度减量化聚酯薄膜极大地降低了薄膜的厚度而又能达到包装等的使用要求，因此，在倡导绿色、减量化包装的今天，具有较大的战略意义。

Description

高强度减量化聚酯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，尤其是一种用于普通包装、镀铝、复合、胶带、装饰等用途、厚度在6～9μm的三层共挤薄型高强度减量化聚酯薄膜及其制备方法。

背景技术

随着世界经济持续快速的发展，包装工业也得到了快速的发展，但同时大量包装废弃物的产生，对人体健康、资源环境产生长期的影响，已引起全世界的高度重视。在满足安全、实用、审美装饰等基本需求的同时，使包装物更加符合绿色、环保、节约的要求，这已成为不可逆转的世界潮流。

世界上发达国家认为绿色包装的内容之一就是实行包装减量化，即包装在满足保护商品、美化商品、方便实用等功能的条件下，要求包装物尽可能地用量最少，而不应过度包装，以节约能资源。

双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)是一种综合性能非常优良的高分子材料，广泛应用于印刷复合包装、真空镀铝、金拉线、热烫金箔、电容器介质、电气绝缘材料、汽车及建筑物的玻璃贴膜、装饰材料等众多领域，特别是聚酯薄膜作为软塑包装材料起着十分重要的作用。它具有极高的机械强度，是塑料薄膜中最强韧的一种，其拉伸强度是聚乙烯膜的9倍，故对聚酯薄膜实施减量化包装具有得天独厚的条件。

目前，用于软塑包装的聚酯薄膜，通常采用的厚度为12μm。经过测算，将普通包装用聚酯膜的厚度从12μm减至7μm左右，就能满足包装的要求，如普通包装、镀铝、复合、胶带、装饰等用途。若全国每年包装用聚酯薄膜的消耗量以20万吨计算，薄膜厚度从12μm减薄至7μm后，全国一年则可节省PET树脂约8万余吨。如以每生产1吨PET树脂的能耗按69KWh计算，仅能耗一项全年可节能550余万度电。同时，包装材料减量化之后，也减少废弃的包装材料对环境造成的污染。所以，本高强度减量化聚酯薄膜的开发具有重大的现实意义，其经济效益和社会效益均十分明显。

但要在幅宽8.2米，生产速度达380米/分钟的高速生产线上，生产出厚度6～9μm、强度高、成膜率高(不破膜)、厚度均匀性好的薄膜并非易事，本发明人通过大胆技术工艺创新，优化原材料，优化工艺配比，采用两点拉伸法生产工艺开发出了满足市场使用要求，高强度减量化的薄型聚酯薄膜。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高强度薄型可镀铝、复合等减量化使用的三层共挤聚酯薄膜及其生产方法，克服现有较厚薄膜的能耗大、污染重的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度减量化聚酯薄膜，所述的聚酯薄膜经三层共挤及双向拉伸电晕处理制成，共挤拉伸后的三层为两个表面层和中间层；聚酯薄膜厚度为6～9μm，其纵向和横向拉伸强度大于240MPa，拉伸弹性模量纵向大于4400MPa，横向大于5200MPa；热收缩率在150℃、30分钟时纵向为1.2～1.9％、横向为0～-0.08％范围；电晕处理面的湿润张力大于56mN/m，所述的中间层为聚酯层，所述的两个表面层都为含有抗粘连剂的聚酯层。

为了使薄膜在满足使用性能的同时更具经济性，所述的中间层聚酯层中含有回收聚酯，回收聚酯在中间层聚酯中的重量比含量不大于35％。

具体的说，为了防止以后薄膜之间发生粘连，以及方便下游用户收放卷，所述的两个表面层中所含有的抗粘连剂为二氧化硅，所述二氧化硅在表面层中的重量比含量为300～3000ppm，二氧化硅粒径一般在0.5～5.0μm范围。

为了减少抗粘连剂的用量，节约成本，决定表面层的厚度较薄，所以所述的两个表面层各占薄膜总厚度的5～15％，中间层的厚度占总薄膜厚度的70～90％，两个表面层的厚度一般相同，也可以不同。

上述高强度减量化聚酯薄膜的制备方法，具有如下过程：

(a)原料准备过程，对中间层所使用的聚酯进行干燥处理，对两个表面层所使用的抗粘连剂与聚酯进行混合；所述的聚酯原料，其化学名称为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，要求其特性粘度一般为0.6～0.7dL/g，端羧基含量一般小于等于40mol/t，熔点大于等于257℃。用于两个表面层与中间层的聚酯的特性粘度不能相差很大，以免共挤熔融时流动不稳，薄膜易产生条纹；

(b)熔融挤出铸片过程，将过程(a)中准备好的原料投向挤出机，经挤出机的共挤模头挤出一体的具有三层结构的连续的铸片；将中间层的原料进行干燥处理后挤出，两表面层的原料分别经双螺杆挤出机直接挤出，经共挤模头流延成铸片；加入中间层的聚酯原料进行干燥处理，干燥后的水分要小于50ppm，加入的两表面层的原料由于挤出机采用了双螺杆挤出技术，则无需进行干燥处理，大大降低了生产能耗；

(c)纵向拉伸过程，在纵向拉伸机上对铸片连续进行两次纵向拉伸，第一次拉伸比为1.5～2.0∶1，第二次拉伸比为2.2～3.0∶1，纵向拉伸时铸片被拉伸处加热温度为120～130℃，纵向拉伸前铸片被拉伸处进行预热处理，预热温度50～120℃，预热时间5～10秒，纵向拉伸后对薄膜进行松驰冷却处理，松驰冷却温度20～30℃；两次纵向拉伸大大提高了薄膜的纵向拉伸比，这样，一方面大大提高了薄膜的拉伸强度，同时也大大提高了生产线的生产速度，增加了产能。

(d)横向拉伸过程，在横向拉伸机上对纵向拉伸过程后的薄膜连续进行横向拉伸，横向拉伸倍率3.2～4.2∶1，横向拉伸时薄膜被拉伸处温度为100～130℃，横向拉伸前铸片被拉伸处进行预热处理，预热温度60～105℃，预热时间1～3秒，横向拉伸后对薄膜进行热定型及松驰冷却处理，热定型温度160～250℃，热定型时间2～5秒，松弛冷却温度25～160℃；

(e)电晕处理过程，对薄膜进行单面或双面电晕处理；在收卷前，薄膜进行单面或双面电晕处理，使薄膜的表面张力在56mN/m以上，以利于薄膜的镀铝、复合工艺；

(f)牵引收卷过程，薄膜在牵引辊的牵引下进行收卷，收卷方式采用接触收卷，收卷压力为540～670N/M，收卷张力为60～110N/M。

具体的说：所述的(b)熔融挤出铸片过程中，由设置在挤出机上的双线静电吸附装置对铸片进行静电处理，使铸片紧紧贴附在挤出机的急冷辊上。挤出铸片时采用双线静电吸附装置，在静电场的作用下，PET厚片能紧紧贴附在挤出机的急冷辊上，冷却效果显著达到快速冷却的目的，使之基本上不产生结晶，大大提高了生产速度和铸片质量。

具体的说：所述的(c)纵向拉伸过程中拉伸区加热温度120～130℃是采用远红外加热，并且加热时间0.2～2秒。采用远红外加热的优点是加热快速、均匀、准确。

为了使薄膜在满足使用性能的同时更具经济性，所述的(a)原料准备过程中的中间层聚酯原料中含有回收聚酯，回收聚酯在中间层聚酯原料中的重量比含量不大于35％。

为了防止以后薄膜之间发生粘连，以及方便下游用户收放卷，所述的(a)原料准备过程中的两个表面层原料中所含有的抗粘连剂为二氧化硅，所述二氧化硅在表面层原料中的重量比含量为300～3000ppm。

本发明的有益效果是，本发明的高强度减量化聚酯薄膜及其制备方法由于采用先进技术(尤其是纵向连续两次拉伸)、优化原料、配比、工艺等，实现了高速(达380米/分钟)，宽幅(达8.2米幅宽)，成膜率高(不破膜)的生产记录，大大提高了产能，降低了生产成本。所生产的聚酯薄膜，具有超薄、厚度均匀、高强度、高挺度、高光泽、高透明、低雾度、低收缩、表面张力大、阻湿阻氧性好及良好的加工性能，适用于普通包装、镀铝、复合、胶带、装饰等用途，由于极大地降低了薄膜的厚度而又能达到包装等的使用要求，因此，在倡导绿色包装、减量化包装的今天，具有较大的战略意义。

具体实施方式

先具体介绍本发明的高强度减量化聚酯薄膜，聚酯薄膜经三层共挤及双向拉伸电晕处理制成，共挤拉伸后的三层为两个表面层和中间层；聚酯薄膜厚度为6～9μm，其纵向和横向拉伸强度大于240MPa，拉伸弹性模量纵向大于4400MPa，横向大于5200MPa；热收缩率在150℃、30分钟时纵向为1.2～1.9％、横向为0～-0.08％范围；电晕处理面的湿润张力大于56mN/m，中间层为聚酯层，两个表面层都为含有抗粘连剂的聚酯层；在中间层聚酯层中含有回收聚酯，回收聚酯在中间层聚酯中的重量比含量不大于35％；在两个表面层中所含有的抗粘连剂为二氧化硅，二氧化硅在表面层中的重量比含量为300～3000ppm，二氧化硅粒径一般在0.5～5.0μm范围；两个表面层各占薄膜总厚度的5～15％，中间层的厚度占总薄膜厚度的70～90％，两个表面层的厚度一般相同，也可以不同。

下面再介绍一下本发明生产高强度减量化聚酯薄膜的具体过程，具体步骤如下：

(1)原料准备过程：选取适于高速生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称：聚酯)切片，要求其特性粘度一般为0.6～0.7dL/g，端羧基含量一般小于等于40mol/t，熔点大于等于257℃。加入中间层的空白聚酯切片及回料(回料比例在0～35％范围)，在送入主挤出机前，应在150～190℃的条件下进行干燥，使得原料含水率小于50ppm。加入两表面层的含抗粘连剂二氧化硅的聚酯母料切片，抗粘连剂二氧化硅的粒径一般在0.5～5.0μm范围，浓度一般在3000～8000ppm范围，以及空白聚酯切片，使得薄膜表层二氧化硅含量在300～3000ppm，两表面层原料可直接送入两双螺杆辅挤出机。用于两表面层与中间层的聚酯的特性粘度不能相差很大，以免共挤熔融时流动不稳，薄膜易产生条纹。

(2)熔融挤出铸片过程：将准备好的原料分别送入主挤出机、辅挤出机(两台)内熔融，经计量泵、熔体管、粗过滤器、精过滤器、分配器、共挤模头挤出，形成三层熔体，熔体通过双线静电吸附装置，在激冷鼓上形成厚片。挤出时控制各层的厚度，中间层的厚度占总厚度的70～90％，两表面层的厚度分别占总厚度的5～15％。挤出时模头的温度在280～285℃，冷鼓的线速度在70～100米/分钟，激基复合物冷鼓冷却温度18～40℃。

(3)纵向拉伸过程：从激冷鼓过来的厚片，经过剥离辊，通过50～120℃的预热辊组进行5～10秒的预热，再进入120～130℃的远红外线区加热，加热时间0.2～2秒，并在此条件下在两组拉伸辊的作用下连续完成厚片的纵向两次拉伸，其中第一拉伸比为1.5～2.0∶1，第二拉伸比为2.2～3.0∶1，膜片随后在20～30℃的条件下进行松弛冷却。

(4)横向拉伸过程：经纵向拉伸的膜片，两侧在链夹的夹持下，进入横向拉伸烘箱，并在60～105℃的温度条件下预热1～3秒，在100～130℃的温度、3.2～4.2∶1的横向拉伸倍率做横向拉伸，随后在160～250℃的温度下热定型，热定型时间控制在2～5秒，经热定型的薄膜，接着进行松弛冷却，温度在25～160℃。

(5)电晕处理过程：对薄膜表面进行高压电晕处理，电晕处理功率控制在3～5w*min/m²。

(6)牵引收卷过程：薄膜在牵引辊的牵引下进行收卷，收卷方式采用接触收卷，收卷压力控制为收卷压力为540～670N/M，收卷张力为60～110N/M，完成收卷，即可制得厚度为6～9μm、品质优良的高强度聚酯薄膜。

本发明制得的两点拉伸高强度减量化聚酯薄膜典型性能指标如下：

表  两点拉伸高强度减量化聚酯薄膜典型性能指标与12μm普通聚酯薄膜性能的对比

Claims (9)

1.一种高强度减量化聚酯薄膜，其特征是：所述的聚酯薄膜经三层共挤及双向拉伸电晕处理制成，共挤拉伸后的三层为两个表面层和中间层；聚酯薄膜厚度为6～9μm，其纵向和横向拉伸强度大于240MPa，拉伸弹性模量纵向大于4400MPa，横向大于5200MPa；热收缩率在150℃、30分钟时纵向为1.2～1.9％、横向为0～-0.08％范围；电晕处理面的湿润张力大于56mN/m，所述的中间层为聚酯层，所述的两个表面层都为含有抗粘连剂的聚酯层。

2.根据权利要求1所述的高强度减量化聚酯薄膜，其特征是：所述的中间层聚酯层中含有回收聚酯，回收聚酯在中间层聚酯中的重量比含量不大于35％。

3.根据权利要求1所述的高强度减量化聚酯薄膜，其特征是：所述的两个表面层中所含有的抗粘连剂为二氧化硅，所述二氧化硅在表面层中的重量比含量为300～3000ppm。

4.根据权利要求1所述的高强度减量化聚酯薄膜，其特征是：所述的两个表面层各占薄膜总厚度的5～15％，中间层的厚度占总薄膜厚度的70～90％。

5.如权利要求1至4任一所述的高强度减量化聚酯薄膜的制备方法，其特征是具有如下过程：

(a)原料准备过程，对中间层所使用的聚酯进行干燥处理，对两个表面层所使用的抗粘连剂与聚酯进行混合；

(b)熔融挤出铸片过程，将过程(a)中准备好的原料投向挤出机，经挤出机的共挤模头挤出一体的具有三层结构的连续的铸片；

(c)纵向拉伸过程，在纵向拉伸机上对铸片连续进行两次纵向拉伸，第一次拉伸比为1.5～2.0∶1，第二次拉伸比为2.2～3.0∶1，纵向拉伸时铸片被拉伸处加热温度为120～130℃，纵向拉伸前铸片被拉伸处进行预热处理，预热温度50～120℃，预热时间5～10秒，纵向拉伸后对薄膜进行松驰冷却处理，松驰冷却温度20～30℃；

(d)横向拉伸过程，在横向拉伸机上对纵向拉伸过程后的薄膜连续进行横向拉伸，横向拉伸倍率3.2～4.2∶1，横向拉伸时薄膜被拉伸处温度为100～130℃，横向拉伸前铸片被拉伸处进行预热处理，预热温度60～105℃，预热时间1～3秒，横向拉伸后对薄膜进行热定型及松驰冷却处理，热定型温度160～250℃，热定型时间2～5秒，松弛冷却温度25～160℃；

(e)电晕处理过程，对薄膜进行单面或双面电晕处理；

(f)牵引收卷过程，薄膜在牵引辊的牵引下进行收卷，收卷方式采用接触收卷，收卷压力为540～670N/M，收卷张力为60～110N/M。

6.根据权利要求5所述的高强度减量化聚酯薄膜的制备方法，其特征是：所述的(b)熔融挤出铸片过程中，由设置在挤出机上的双线静电吸附装置对铸片进行静电处理，使铸片紧紧贴附在挤出机的激冷辊上。

7.根据权利要求5所述的高强度减量化聚酯薄膜的制备方法，其特征是：所述的(c)纵向拉伸过程中加热温度120～130℃是采用远红外加热，并且加热时间0.2～2秒。

8.根据权利要求5所述的高强度减量化聚酯薄膜的制备方法，其特征是：所述的(a)原料准备过程中的中间层聚酯原料中含有回收聚酯，回收聚酯在中间层聚酯原料中的重量比含量不大于35％。

9.根据权利要求5所述的高强度减量化聚酯薄膜的制备方法，其特征是：所述的(a)原料准备过程中的两个表面层原料中所含有的抗粘连剂为二氧化硅，所述二氧化硅在表面层原料中的重量比含量为300～3000ppm。