CN100523060C - 一种具有热封层的聚合物薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种具有热封层的聚合物薄膜及其制备方法 Download PDF

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一种具有热封层的聚合物薄膜及其制备方法，属高分子技术领域。该聚合物薄膜由基层和热封层组成，所述热封层为脂族二醇和脂环族二醇同一种二羧酸的形成的非结晶性共聚酯，改进后，所述基层由非结晶性共聚酯和结晶性聚酯组成；热封层中含有以非结晶性共聚酯为载体的母料聚酯，母料聚酯的添加量为热封层重量的0.3%～5%；本发明制备工艺简单，所得产品同时具有良好的光学性能、加工性、热合性和环境友好性，可广泛应用于包装、证卡、信息显示等领域。

Description

一种具有热封层的聚合物薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物薄膜，更具体地说，涉及一种具有热封层的聚合物薄膜及其制备方法，属高分子技术领域。
背景技术
经过双轴拉伸取向、并且经过高温热定型的聚酯薄膜具有优良的物理化学性能，可广泛用于诸多工业领域。但是，聚酯薄膜经过双轴拉伸取向，并且经过高温热定型处理后，达到一定程度的结晶，使得聚酯薄膜的分子结构变得十分致密，分子取向后的聚酯薄膜很难进行热封，并且随着聚酯薄膜分子取向程度的增加其热封性也会变得更差。
为得到具有热封性的聚酯薄膜，通过对聚酯薄膜进行改性得到了多种改性后的产品，例如，美国专利US4,373,002、US4,405,400中讲述了一种用环己烷二醇改性的基本上是无定型的共聚酯(PETG)同结晶性聚酯材料的基层复合的可热封的聚合物薄膜，该薄膜可通过共挤和随后的分子取向步骤制备形成。中国专利00803364.1也公开了一种包含可热封层和基层的聚合物薄膜，此薄膜的基层采用间酸改性的聚酯树脂，热封层采用二醇改性的PETG聚酯树脂；或者其基层为包含不相容的有机粒子或具有遮盖力的无机粒子的不透明的聚酯层，但该发明中的聚酯薄膜的表层中不含有滑爽粒子，导致在薄膜收卷过程中出现薄膜粘连的现象。EP-A-0720533公开了具有PET基层和不透明可热封层的不透明聚合物膜，所述可热封层包含一种熔点比基层低20℃～60℃的改性聚酯。美国专利US6,423,401公开了一种可热封的聚酯薄膜，此薄膜具有A/B/C型的三层结构，其中B为不含无机粒子的结晶性的基层，A为可以热封的含无机粒子的无定型层，C为不可热封的含无机粒子的结晶性的聚酯层。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有热封层的聚合物薄膜，该薄膜具有良好的光学性能、加工性及热封性、且具有环保特点。
本发明的另一个目的是提供这种具有热封层的聚合物薄膜的制备方法，该制备方法工艺简单，通过该方法得到的产品同时具有良好的加工性和热封性，光学性能优异。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有热封层的聚合物薄膜，由基层和热封层组成，所述热封层为脂族二醇和脂环族二醇同一种二羧酸形成的非结晶性共聚酯，其特征是，所述基层由非结晶性共聚酯和结晶性聚酯组成，基层中非结晶性共聚酯为脂族二醇和脂环族二醇同一种二羧酸形成的共聚酯，结晶性聚酯为一种二羧酸与选自脂族的一种或多种二醇聚合形成的聚酯；所述热封层中含有以非结晶性共聚酯为载体的母料聚酯，母料聚酯的添加量为热封层重量的0.3％～5％。
上述具有热封层的聚合物薄膜，所述基层中非结晶性共聚酯与结晶性聚酯的重量百分比为80～99：1～20。
上述具有热封层的聚合物薄膜，所述基层中非结晶性共聚酯与结晶性聚酯的重量百分比为90～99：1～10。
上述具有热封层的聚合物薄膜，所述基层中非结晶性共聚酯为1，4—环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，结晶性聚酯为对苯二甲酸乙二醇酯或对萘二甲酸乙二醇酯。
上述具有热封层的聚合物薄膜，所述母料聚酯的添加量为热封层重量的0.5％～2％。
上述具有热封层的聚合物薄膜，所述热封层中非结晶性共聚酯为1，4—环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
上述具有热封层的聚合物薄膜，所述聚合物薄膜为包括基层和热封层在内的二层结构、三层结构或多层结构，热封层分布在基层的一面或两面。
一种上述具有热封层的聚合物薄膜的制备方法，它包括以下步骤：
a.将基层结晶性聚酯在150℃～180℃干燥后冷却到70℃左右，将非结晶性共聚酯在50℃～80℃干燥，然后送入挤出系统，在250℃～300℃熔融；将热封层原料经过50℃～80℃预干燥或不经过干燥，然后送入挤出系统，在240℃～270℃熔融；
b.基层和热封层的熔体物料经共挤模头，在冷却辊上形成聚合物薄膜厚片；
c.将厚片预热，纵向拉伸2.8～3.8倍；
d.将纵向拉伸后的膜片预热后，横向拉伸3.0～4.0倍；
e.将拉伸后的薄膜在80℃～230℃热定型，冷却，收卷，得到具有热封层的聚合物薄膜。
聚合物薄膜可以为包括基层和热封层的二层结构、三层结构或多层结构，热封层分布在基层的一面或两面，其结构不限定在本发明中所阐述的层间结构。
本发明提供的聚合物薄膜的基层由非结晶性共聚酯和结晶性聚酯组成，与基层为单纯结晶性聚酯的聚合物薄膜相比，本发明提供的聚合物薄膜具有更好的光学性能、影像清晰性，同时具有更好的环保性能，具有较好的环境友好性，适合作为新型证卡材料的组成部分。部分非结晶性聚酯材料的加入可以适当调节聚合物薄膜的热性能，使之更加适合实际的应用，保证聚合物薄膜在更加广泛领域的应用。
适合本发明的基层结晶性聚酯为一种二羧酸与选自脂族的一种或多种二醇聚合形成的聚酯。其中，二元酸可以是直链脂肪酸、芳香族二酸等，如对苯二甲酸，间苯二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二乙酸、对萘二甲酸、六氢对苯二甲酸、琥珀酸、壬二酸、己二酸或葵二酸等，优选对苯二甲酸；合适的脂族二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、二甘醇、三甘醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇或1，6-己二醇等，优选乙二醇。
适合本发明的基层结晶性聚酯为特性粘度为0.5dL/g～0.85dL/g的对苯二甲酸乙二醇酯或对萘二甲酸乙二醇酯，优选特性粘度为0.6dL/g～0.7dL/g的对苯二甲酸乙二醇酯或对萘二甲酸乙二醇酯。
适合本发明的基层中非结晶性共聚酯为脂族二醇和脂环族二醇同一种二羧酸形成的共聚酯，其中，脂族二醇和脂环族二醇可以是乙二醇和1，4—环己烷二甲醇，二羧酸可以是对苯二甲酸，优选1，4—环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，可选的例子为，常州某厂生产的PETG、国外某公司的PETG S2008、6763等。
适合本发明的热封层中非结晶性聚酯为脂族二醇和脂环族二醇尤其是乙二醇和1，4—环己烷二甲醇与一种二羧酸尤其是对苯二甲酸聚合形成的共聚酯，优选1，4—环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，合适的共聚酯可选用常州某厂生产的PETG、国外某公司的PETG S2008、6763等。
热封层中还含有以非结晶性共聚酯为载体的母料聚酯。母料聚酯的添加量为热合层重量的0.3％～5％，优选0.5％～2％。这些母料聚酯中含有二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、碳酸钙或硫酸钡等无机组分，还可以含有脂肪酸、脂肪酸酰胺、聚乙二醇、交联聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯等有机组份，合适的母料聚酯可以选用Eastman公司的Eastman 6763 C0005、Eastman 6763C0030、Eastman 6763 C0047、Eastman 6763 C0025、Eastman 6763 C0050、Eastman 6763 C0055等。
聚合物薄膜可通过常规技术，如涂覆，共挤等技术实现，本发明提供的聚合物薄膜的制备方法包括以下步骤：
按照本发明，将基层中非结晶性聚酯原料在50℃～80℃预干燥处理；将基层中结晶性聚酯原料在150℃～180℃条件下结晶干燥，降温后同非结晶性聚酯原料混合，然后送入相应的挤出系统，在250℃～300℃熔融挤出；热封层共聚酯树脂可以在50℃～80℃进行预干燥处理，或者不进行干燥处理，然后送入双螺杆排气式挤出机或单螺杆排气式挤出机，在240℃～270℃的温度下进行熔融挤出。
本发明可采用本领域已知的加工方法，如管膜工艺、平膜工艺，优选平膜工艺。熔融的聚酯熔体从T型模头共到骤冷的冷却辊上，以保证共聚酯骤冷至无定型状态，得到多层的未拉伸的聚合物厚片。
按照本发明，聚合物薄膜可以是单轴取向的，但优选聚合物薄膜在平面的两个相互垂直的方向上双轴取向拉伸，以获得令人满意的机械和物理性能。双轴取向通常可通过顺序的在70℃～120℃温度范围内，在纵向方向拉伸2.8～3.8倍，然后在横向方向上拉伸3.0～4.0倍，并优选在80℃～200℃热定型，得到聚合物薄膜。
本发明提供的制备方法，工艺简单，得到的产品同时具有良好的加工性和热合性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯Eastman PETGTM 6763在65℃干燥8小时，将特性粘度为0.65dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯在170℃结晶干燥4小时后冷却到70℃，将上述二种原料以96∶4(重量比)混合均匀，送入单螺杆挤出机，在275℃条件下熔融；将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯PETG 6763和占热封层重量0.5％的母料聚酯切片Eastman C0030混合均匀，不经过干燥处理，直接送入双螺杆挤出机在260℃条件下熔融；将上述两种熔融物料通过一共挤模头，流延到一转动的冷却滚筒上，形成无定型的厚片；将此厚片加热到约75℃，纵向拉伸2.8倍；将纵向拉伸后的聚合物膜片送到横向拉幅机中，在90℃条件下横向拉伸3.3倍；将双轴拉伸取向的聚合物膜在150℃热定型，冷却、收卷，得到厚度为60um的聚合物薄膜。
该聚合物薄膜为热封层/基层/热封层三层结构，可热到层的厚度为12um。
实施例2
将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯SKC PETG S2008在70℃干燥6小时，将特性粘度为0.7dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯在180℃结晶干燥3小时后冷却到80℃，将上述二种原料以94：6(重量比)混合均匀，送入单螺杆挤出机，在290℃条件下熔融；将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯SKC PETG S2008和占热封层重量0.5％的母料聚酯切片Eastman C0025混合均匀，在50℃条件下进行干燥处理，然后送入双螺杆挤出机在260℃条件下熔融；将上述两种熔融物料通过一共挤模头，流延到一转动的冷却滚筒上，形成无定型的厚片；将此厚片加热到约80℃，纵向拉伸3.0倍；将纵向拉伸后的聚合物膜片送到横向拉幅机中，在110℃条件下横向拉伸3.3倍；将双轴拉伸取向的聚合物膜在150℃热定型，冷却、收卷，得到厚度为100um的聚合物薄膜。
该聚合物薄膜为热封层/基层/热封层三层结构，可热封层的厚度为2um。
实施例3
将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯SKC PETG S2008在50℃干燥6小时，将特性粘度为0.6dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯在150℃结晶干燥4小时后冷却到55℃，将上述二种原料以90：10(重量比)混合均匀，送入单螺杆挤出机，在270℃条件下熔融；将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯Eastman PETG6763和占热封层重量2.0％的母料聚酯切片Eastman C0050混合均匀，不经过干燥处理，直接送入双螺杆挤出机在255℃条件下熔融；将上述两种熔融物料通过一共挤模头，流延到一转动的冷却滚筒上，形成无定型的厚片；将此厚片加热到约70℃，纵向拉伸3.5倍；将纵向拉伸后的聚合物膜片送到横向拉幅机中，在100℃条件下横向拉伸4.0倍；将双轴拉伸取向的聚合物膜在190℃热定型，冷却、收卷，得到厚度为60um的聚合物薄膜。
该聚合物薄膜为热封层/基层/热封层三层结构，可热封层的厚度为9um。
实施例4
将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯PETG在80℃干燥8小时，将特性粘度为0.55dl/g的聚对萘二甲酸乙二醇酯在165℃结晶干燥4小时后冷却到80℃，将上述二种原料以99：1(重量比)混合均匀，送入单螺杆挤出机，在270℃条件下熔融；将常州某厂生产1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯PETG和占热封层重量0.3％的母料聚酯切片EastmanC0030混合均匀，在80℃条件下干燥处理，然后送入双螺杆挤出机在265℃条件下熔融；将上述两种熔融物料通过一共挤模头，流延到一转动的冷却滚筒上，形成无定型的厚片；将此厚片加热到约80℃，纵向拉伸2.8倍；将纵向拉伸后的聚合物膜片送到横向拉幅机中，在100℃条件下横向拉伸3.0倍；将双轴拉伸取向的聚合物膜在150℃热定型，冷却、收卷，得到厚度为60um的聚合物薄膜。
该聚合物薄膜为热封层/基层/热封层三层结构，可热封层的厚度为10um。
实施例5
将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯PETG在65℃干燥12小时，将特性粘度为0.85dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯在175℃结晶干燥4小时后冷却到70℃，将上述二种原料以85∶15(重量比)混合均匀，送入单螺杆挤出机，在300℃条件下熔融；将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯Eastman PETG6763和占热封层重量1.05％的母料聚酯切片EastmanC0047混合均匀，在65℃条件下干燥处理，然后送入双螺杆挤出机在270℃条件下熔融；将上述两种熔融物料通过一共挤模头，流延到一转动的冷却滚筒上，形成无定型的厚片；将此厚片加热到约100℃，纵向拉伸3.8倍；将纵向拉伸后的聚合物膜片送到横向拉幅机中，在110℃条件下横向拉伸4.0倍；将双轴拉伸取向的聚合物膜在180℃热定型，冷却、收卷，得到厚度为50um的聚合物薄膜。
该聚合物薄膜为热封层/基层/二层结构，可热封层的厚度为8um。
实施例6
将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯Eastman PETG6763在65℃干燥12小时，将特性粘度为0.5dl/g的聚对萘二甲酸乙二醇酯在170℃结晶干燥4小时后冷却到70℃，将上述二种原料以80：20(重量比)混合均匀，送入单螺杆挤出机，在280℃条件下熔融；将1，4-环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯SKC PETG S2008和占热封层重量5％的母料聚酯切片Eastman C0005混合均匀，不经过干燥处理，直接送入双螺杆挤出机在260℃条件下熔融；将上述两种熔融物料通过一共挤模头，流延到一转动的冷却滚筒上，形成无定型的厚片；将此厚片加热到约80℃，纵向拉伸3.0倍；将纵向拉伸后的聚合物膜片送到横向拉幅机中，在110℃条件下横向拉伸3.3倍；将双轴拉伸取向的聚合物膜在200℃热定型，冷却、收卷，得到厚度为60um的聚合物薄膜。
该聚合物薄膜为热封层/基层/热封层三层结构，可热封层的厚度为10um。

Claims (7)

1.一种具有热封层的聚合物薄膜，由基层和热封层组成，所述热封层为脂族二醇和脂环族二醇同一种二羧酸形成的非结晶性共聚酯，其特征在于，所述基层由非结晶性共聚酯和结晶性聚酯组成，基层中非结晶性共聚酯为脂族二醇和脂环族二醇同一种二羧酸形成的共聚酯，结晶性聚酯为一种二羧酸与选自脂族的一种或多种二醇聚合形成的聚酯；所述基层中非结晶性共聚酯与结晶性聚酯的重量百分比为80～99：1～20；所述热封层中含有以非结晶性共聚酯为载体的母料聚酯，所述母料聚酯为Eastman 6763 C0005、Eastman 6763 C0030、Eastman 6763 C0047、Eastman 6763C0025、Eastman 6763 C0050或Eastman 6763 C0055；所述母料聚酯的添加量为热封层重量的0.3％～5％。
2.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其特征在于，所述基层中非结晶性共聚酯与结晶性聚酯的重量百分比为90～99：1～10。
3.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其特征在于，所述基层中非结晶性共聚酯为1，4—环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，结晶性聚酯为对苯二甲酸乙二醇酯或对萘二甲酸乙二醇酯。
4.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其特征在于，所述母料聚酯的添加量为热封层重量的0.5％～2％。
5.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其特征在于，所述热封层中非结晶性共聚酯为1，4—环己烷二甲醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
6.根据权利要求1所述的聚合物薄膜，其特征在于，所述聚合物薄膜为包括基层和热封层在内的二层结构、三层结构或多层结构，热封层分布在基层的一面或两面。
7.一种如权利要求1、2、3、4、5或6所述聚合物薄膜的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a.将基层结晶性聚酯在150℃～180℃干燥后冷却到70℃左右，将非结晶性聚酯在50℃～80℃干燥，然后送入挤出系统，在250℃～300℃熔融；将热封层原料经过50℃～80℃预干燥或不经过干燥，然后送入挤出系统，在240℃～270℃熔融；
b.基层和热封层的熔体物料经共挤模头，在冷却辊上形成聚合物薄膜厚片；
c.将厚片预热，纵向拉伸2.8～3.8倍；
d.将纵向拉伸后的膜片预热后，横向拉伸3.0～4.0倍；
e.将拉伸后的薄膜在80℃～230℃热定型，冷却，收卷，得到具有热封层的聚合物薄膜。
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