CN104228250B - 一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜及其制备方法，该薄膜由上表层、芯层和下表层构成，所述芯层的组份为聚酯切片，所述上、下表层的组份均是由改性硅溶胶聚酯抗粘剂和聚酯切片构成，其中改性硅溶胶聚酯抗粘剂的质量百分含量为10~50wt%；所述改性硅溶胶聚酯抗粘剂是由改性硅溶胶2~5wt%，二氧化硅0.25-0.4？wt%，聚对苯二甲酸乙二醇酯为余量。所以本发明通过在薄膜的上、下表面中引入改性硅溶胶聚酯抗粘剂，提高薄膜表面憎水性，降低表面张力。再进行制备方法改进，使得产出低表面能双向拉伸聚酯薄膜具有表面张力小、静电低、高净度、热稳定性高、拉伸强度大、挺度高等特点，主要应用在手机保护膜基膜等领域。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜及其制备方法。
背景技术
随着塑料薄膜领域的飞速发展，人们对所使用薄膜也提出越来越高的要求，普通包装用双向拉伸聚酯薄膜市场已经供过于求，但在某些特殊领域的高端产品依然较为缺乏，例如手机保护膜基膜领域要求薄膜的表面张力小、静电小、洁净度高等特殊要求。一般用于手机保护基膜领域的低表面能双向拉伸聚酯薄膜要求表面电晕值≤37dyn、静电≤1kV、洁净度10㎡内粉尘数量＜2个，同时对薄膜的热稳定性、拉伸强度、挺度等都有较高要求。
而目前现有的双向拉伸聚酯薄膜的表面张力、静电值和洁净度均不符合高端领域对聚酯薄膜的要求，如现有的双向拉伸聚酯薄膜的表面张力最小为42dyn（达因水检测），受到聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的影响，很难在此基础上再进行降低；另外由于聚酯材料属于高极性材料，在制膜过程中与橡胶辊等摩擦，产生静电，一般母卷成品静电值都超过10kV，静电过大，在后续加工（如印刷、预涂、涂胶等）过程中会产生不均匀现象，严重影响产品质量。聚酯薄膜生产线由于横向拉伸低聚物叶聚集产生的粉尘，很难清理干净，多数厂家采用传统的定期清理方式，费时费力，取得的效果甚微。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜及其制备方法。
本发明主要技术方案为：
一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜，该薄膜由上表层、芯层和下表层构成，所述芯层的组份为聚酯切片，所述上、下表层的组份均是由改性硅溶胶聚酯抗粘剂和聚酯切片构成，其中改性硅溶胶聚酯抗粘剂的质量占上表面或下表层总质量百分比为10~50%wt；
所述改性硅溶胶聚酯抗粘剂是由下述原料按质量百分比混合制备而成：
改性硅溶胶2~5%，
二氧化硅0.25-0.4%，
聚对苯二甲酸乙二醇酯为余量；
所述改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、丙基三甲氧基硅烷（KH570）、乙烯基三乙氧基硅烷(ETES)和酸性硅溶胶这四种物质按质量比为1:1-1.5:1.2-1.7:1.6-2于35℃～45℃温度下混合制备而成。
进一步方案，所述薄膜在温度25℃、湿度50%环境下，其表面张力值最低为35dyn、母卷成品的静电≤1kV；所述薄膜的表面洁净度10㎡内粉尘数量＜2个。
所述薄膜的厚度为12~25μm。
所述二氧化硅的粒径为1.5～2μm。
本发明的另一个发明目的是提供一种制备上述低表面能双向拉伸聚酯薄膜的方法，步骤如下：
（1）将聚酯切片于流化床以140～160℃的温度干燥4～5小时；
（2）将干燥的聚酯切片在主挤出机中加热成熔融状态作为芯层的主挤熔体；将改性硅溶胶聚酯抗粘剂和聚酯切片按配比分别加入两台辅助挤出机中经熔融、抽真空处理后，除去原料中的低聚物、水份和杂质后得到作为上、下表层熔体；
（3）将主挤熔体与上、下表层熔体分别在三层模头中汇合挤出混合熔体，其三层模头的温度为270～290℃；
（4）将混合熔体通过静电吸附丝电离空气形成正负电荷，与接地的冷辊表面紧密贴附而形成铸片；
（5）将铸片从冷辊上剥离形成片材再进入纵向拉伸区域，经预热后再进入纵向拉伸区域，通过双点拉伸方式完成4.5倍拉伸，冷却至常温；
（6）将纵向拉伸后的片材经预热后进入横向拉伸区域，完成3.8倍拉伸；再经200℃-250℃热定型成薄膜，同时在热定型区域的换风管箱的前部加入催化剂，将横向拉伸的片材中的低聚物催化分解为水和二氧化碳；在牵引入口处增加粉尘吸附装置对薄膜进行吸尘处理和除静电设备消除薄膜静电；
（7）将经热定型后的薄膜经过牵引测厚仪检测反馈至三层模头，自动调整其挤出混合溶体的厚度，形成厚度均匀的低表面能双向拉伸聚酯薄膜。
进一步，所述步骤（2）中主挤熔体的水分含量≤50ppm，并经15μ碟片式过滤器过滤。
进一步，所述步骤（4）中静电贴附丝的电压为8.5～10.5kV、电流为9～12mA、运行速度为10±1mm/mim，静电吸附丝距冷辊唇口距离为61mm±1mm。
进一步，所述步骤（5）中预热的温度为56～96℃，纵向拉伸区域的温度为100～114℃。
进一步，所述步骤（6）中预热的温度为105～115℃，横向拉伸区域的温度为110～120℃；所述催化剂的有效成分为铂金。
本发明中的聚酯切片化学名称为聚对苯二甲酸乙二醇酯，简称PET。
本发明根据然界中的荷叶、水稻叶等植物的表面因其具有粗糙的表面结构及低表面张力的蜡状物,而使得其表面张力与静电均小且洁净度高。本发明据此入改性硅溶胶聚酯抗粘剂对薄膜表面进行憎水改性，从而提高薄膜的憎水性，并降低其表面能。物质表面分子由于受力不平衡产生一种向内收缩的势能，即表面能。表面能的高低与表面憎水性能密切相关，憎水性越强，表面张力越小。
本发明制备的薄膜在温度25℃、湿度50%环境下的表面张力值最低为35dyn，母卷成品的静电≤1kV。
改性硅溶胶聚酯抗粘剂的制备方法是先将甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、丙基三甲氧基硅烷（KH570）乙烯基三乙氧基硅烷(ETES)和酸性硅溶胶这四种物质按质量比为1:1-1.5:1.2-1.7:1.5-2，在35～45℃、PH=3时匀速搅拌反应2小时，制得改性硅溶胶；再将改性硅溶胶放入含有抗粘剂二氧化硅的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体中，混合均匀，通过真空除去水、低聚物和杂质后，挤出切粒后形成改性硅溶胶聚酯抗粘剂。
由于甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、丙基三甲氧基硅烷（KH570）乙烯基三乙氧基硅烷(ETES)和酸性硅溶胶具有大量非极性基团物质，其表面能较低，所以制备的改性硅溶胶聚酯抗粘剂的表面能也较低。将改性硅溶胶聚酯抗粘剂与聚酯切片混合成上、下表面溶体，改性硅溶胶聚酯抗粘剂均匀分布在薄膜两表面，使薄膜表面张力小、摩擦小。同时在薄膜生产设备的牵引入口处增加粉尘吸附装置对薄膜进行吸尘处理和除静电设备消除薄膜静电，使生产出来的薄膜表面洁净且静电小。
由于本发明制备的薄膜表面张力小、摩擦小，使其在收卷过程易出现跑边现象，既母卷端面不齐，故在生产低表面能双向拉伸聚酯薄膜时需要加大收卷张压力，同时调整接触辊速比，使紧压母卷的同时不能发生类似共振现象，保证母卷质量。
所以本发明通过在薄膜的上、下表面中引入改性硅溶胶聚酯抗粘剂，提高薄膜表面憎水性，降低表面张力。再进行制备方法改进，使得产出低表面能双向拉伸聚酯薄膜具有表面张力小（其表面张力最低可达到35dyn）、静电低、高净度、热稳定性高、拉伸强度大、挺度高等特点，主要应用在手机保护膜基膜等领域。
具体实施方式
以下所述的实施方案，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。
下面实施例中所使用的改性硅溶胶聚酯抗粘剂是按下面方法制备而成的：
1、先将甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、丙基三甲氧基硅烷（KH570）乙烯基三乙氧基硅烷(ETES)和酸性硅溶胶这四种物质按质量比为1:1-1.5:1.2-1.7:1.5-2，在35～45℃、PH=3时匀速搅拌反应2小时，制得改性硅溶胶；
2、再将质量百分比为2~5%改性硅溶胶放入0.25-0.4%二氧化硅和余量为聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体中，混合均匀，通过真空除去水、低聚物和杂质后，挤出切粒后形成改性硅溶胶聚酯抗粘剂。
实施例1
一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其中按重量百分比计：上表层由改性硅溶胶聚酯抗粘剂为10%wt，余量为聚酯切片构成；下表层由改性硅溶胶聚酯抗粘剂为25%wt，余量为聚酯切片构成；芯层为100%聚酯切片。
该薄膜按下列方法进行制备：
（1）将聚酯切片于流化床以140～160℃的温度干燥4～5小时；
（2）将干燥的聚酯切片在主挤出机中加热成熔融状态，并经15μ碟片式过滤器过滤后使其水分含量≤50ppm，作为芯层的主挤熔体；将改性硅溶胶聚酯抗粘剂和聚酯切片按配比分别加入两台辅助挤出机中经熔融、抽真空处理后，除去原料中的低聚物、水份和杂质后得到作为上、下表层熔体；
（3）将主挤熔体与上、下表层熔体分别在三层模头中汇合挤出混合熔体，其三层模头的温度为270～290℃；
（4）将混合熔体通过电压为8.5～10.5kV、电流为9～12mA、运行速度为10±1mm/mim的静电吸附丝电离空气形成正负电荷，，静电吸附丝距冷辊唇口距离为61mm±1mm；并与接地的冷辊表面紧密贴附而形成铸片；
（5）将铸片从冷辊上剥离形成片材再进入纵向拉伸区域，经56～96℃预热后再进入温度为100～114℃纵向拉伸区域，通过双点拉伸方式完成4.5倍拉伸，冷却至常温；
（6）将纵向拉伸后的片材经105～115℃预热后进入温度为110～120℃横向拉伸区域，完成3.8倍拉伸；再经200℃-250℃热定型成薄膜，同时在热定型区域的换风管箱的前部加入催化剂铂金，将横向拉伸的片材中的低聚物催化分解为水和二氧化碳；在牵引入口处增加粉尘吸附装置对薄膜进行吸尘处理和除静电设备消除薄膜静电；
（7）将经热定型后的薄膜经过牵引测厚仪检测反馈至三层模头，自动调整其挤出混合溶体的厚度，形成厚度均匀的低表面能双向拉伸聚酯薄膜。
实施例2
一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其中按重量百分比计：上表层由改性硅溶胶聚酯抗粘剂为30%wt，余量为聚酯切片构成；下表层由改性硅溶胶聚酯抗粘剂为40%wt，余量为聚酯切片构成；芯层为100%聚酯切片。其生产方法与实施例1同。
实施例3
一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其中按重量百分比计：上表层由改性硅溶胶的聚酯抗粘剂为35%wt，余量为聚酯切片构成；下表层由改性硅溶胶的聚酯抗粘剂为50%wt，余量为聚酯切片构成；芯层为100%聚酯切片。其生产方法与实施例1同。
实施例4
其中两台辅助挤出机中将含除去水、低聚物和杂质后，挤出切粒后形成含一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其中按重量百分比计：上表层由改性硅溶胶的聚酯抗粘剂为40%wt，余量为聚酯切片构成；下表层含改性硅溶胶的聚酯抗粘剂为45%wt，余量为聚酯切片构成；芯层为100%聚酯切片。其中生产方法与实施例1同。
对比例1
一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其中按重量百分比计：上表层含普通聚酯抗粘剂为70%wt，余量为聚酯切片构成；下表层含普通聚酯抗粘剂为65%wt，余量为聚酯切片构成；芯层为100%聚酯切片。其生产方法与实施例1同。
对比例2
一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其中按重量百分比计：上表层含普通聚酯抗粘剂为70%wt，余量为聚酯切片构成；下表层含普通聚酯抗粘剂为65%wt，余量为聚酯切片构成；芯层为100%聚酯切片。其生产方法与实施例1同，但将生产线除静电与消除粉尘设施关闭。
将上述实施例1-4和对比例1-2所制备的薄膜分别检测其表面张力、静电和洁净度。其中表面张力是通过《塑料膜和片润湿张力的测定方法》（GB/T14216-2008）进行检测；静电是通过表面静电检测方法进行检测其表面静电，具体为：成品膜卷两端各平均分成5个区域，在这个5个区域内各测5个点的静电值，然后取平均值，静电检测仪器精度为0.01kV。洁净度是通过目测计数方式得到。具体结果如下表1所示。
表1：样品检测对比表
结论：由上表1可以看出本发明实施例1-4薄膜添加改性硅溶胶抗粘剂产出薄膜表面张力与表面静电均小，且表面洁净度高。
而对比例1因加入的是普通聚酯抗粘剂，制备出的薄膜表面张力变大，表面静电由于摩擦度升高。表面洁净度由于设备控制相同，洁净度较高。
对比例2由于配方调整薄膜表面张力变大，由于生产线除静电、消除粉尘设备关闭，薄膜表面张力大、静电大，且其洁净度差。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低表面能双向拉伸聚酯薄膜，该薄膜由上表层、芯层和下表层构成，其特征在于：所述芯层的组份为聚酯切片，所述上、下表层的组份均是由改性硅溶胶聚酯抗粘剂和聚酯切片构成，其中改性硅溶胶聚酯抗粘剂的质量占上表面或下表层总质量百分比为10~50%；
所述改性硅溶胶聚酯抗粘剂是由下述原料按质量百分比混合制备而成：
改性硅溶胶2~5%，
二氧化硅0.25-0.4%，
聚对苯二甲酸乙二醇酯为余量；
所述改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和酸性硅溶胶这四种物质按质量比为1:1-1.5:1.2-1.7:1.6-2于35℃～45℃温度下混合制备而成。
2.根据权利要求1所述的低表面能双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述薄膜在温度25℃、湿度50%环境下，其表面张力值最低为35dyn/cm、母卷成品的静电≤1kV；所述薄膜的表面洁净度10㎡内粉尘数量＜2个。
3.根据权利要求1所述的低表面能双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述薄膜的厚度为12~25μm。
4.根据权利要求1所述的低表面能双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述二氧化硅的粒径为1.5～2μm。
5.一种制备如权利要求1所述的低表面能双向拉伸聚酯薄膜的方法，其特征在于：步骤如下：
（1）将聚酯切片于流化床以140～160℃的温度干燥4～5小时；
（2）将干燥的聚酯切片在主挤出机中加热成熔融状态作为芯层的主挤熔体；将改性硅溶胶聚酯抗粘剂和聚酯切片按配比分别加入两台辅助挤出机中经熔融、抽真空处理后，除去原料中的低聚物、水份和杂质后得到作为上、下表层熔体；
（3）将主挤熔体与上、下表层熔体分别在三层模头中汇合挤出混合熔体，其三层模头的温度为270～290℃；
（4）将混合熔体通过静电吸附丝电离空气形成正负电荷，与接地的冷辊表面紧密贴附而形成铸片；
（5）将铸片从冷辊上剥离形成片材再进入纵向拉伸区域，经预热后再进入纵向拉伸区域，通过双点拉伸方式完成4.5倍拉伸，冷却至常温；
（6）将纵向拉伸后的片材经预热后进入横向拉伸区域，完成3.8倍拉伸；再经200℃-250℃热定型成薄膜，同时在热定型区域的换风管箱的前部加入催化剂，将横向拉伸的片材中的低聚物催化分解为水和二氧化碳；在牵引入口处增加粉尘吸附装置对薄膜进行吸尘处理和除静电设备消除薄膜静电；
（7）将经热定型后的薄膜经过牵引测厚仪检测反馈至三层模头，自动调整其挤出混合溶体的厚度，形成厚度均匀的低表面能双向拉伸聚酯薄膜。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中主挤熔体的水分含量≤50ppm，并经15μ碟片式过滤器过滤。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中静电吸附丝的电压为8.5～10.5kV、电流为9～12mA、运行速度为10±1mm/mim，静电吸附丝距冷辊唇口距离为61mm±1mm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中预热的温度为56～96℃，纵向拉伸区域的温度为100～114℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中预热的温度为105～115℃，横向拉伸区域的温度为110～120℃；所述催化剂的有效成分为铂金。
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