CN104263273B - 一种高阻隔聚酯薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法和应用,该聚酯薄膜由表层和贴合层组成;表层为一层聚萘二甲酸乙二醇酯层,且聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:抗粘连剂为300‑3000ppm,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.70‑99.97%;贴合层为至少一层经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层,且经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:抗粘连剂为300‑3000ppm,余量为经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯;其中,经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5‑1.5dL/g。本发明的高阻隔聚酯薄膜,兼顾了PET的经济性及PEN的耐热性和阻隔性,具有断裂伸长率大、韧性好,成本低廉,能解决在高速生产中产生膜屑的问题,能够满足食品、饮料金属罐包装的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法和应用,属于薄膜技术领域。
背景技术
用于食品、饮料包装的金属罐,为保证其内容物的安全性和可印刷性,目前最常见方法就是在金属罐内壁涂布溶剂型涂料。但是,该方法存在诸多问题,例如:涂布过程中有机溶剂的挥发,涂料价格较高,涂布工艺复杂等。为了解决上述问题,人们研究出通过热贴合的方法将塑料薄膜贴合在金属板上来解决涂料铁应用在食品包装上存在的问题。该方法制得的覆膜铁具有诸多优点,例如:薄膜与金属板之间的结合力好,印刷方便,成型时不会发生薄膜的剥离、龟裂,金属罐内灌装的食品风味不会遭到破坏等。
目前,对覆膜铁用薄膜来说,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的双轴拉伸薄膜因其物理化学特性、机械特性优越,制造成本低得到了人们的广泛应用。但是,该聚酯薄膜与金属板贴合形成的覆膜铁,在后期深加工成型设备高速运转时,模具与覆膜铁所成型的金属罐之间摩擦会产生一定热量,因聚酯薄膜的玻璃化转变温度较低,会直接导致采用覆膜铁进行制盖及封盖过程中产生大量的膜屑,这会对批量化生产及食品安全造成极大危害。因此,如何制造出一种既成本低廉、又在高速生产中有效避免膜屑产生的薄膜,一直是人们亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法和应用,该聚酯薄膜不仅成本低廉,而且能解决在高速生产中产生膜屑的问题,能够满足食品包装的要求。
本发明提供了一种高阻隔聚酯薄膜,所述高阻隔聚酯薄膜由表层和贴合层组成;其中,
所述表层为一层聚萘二甲酸乙二醇酯层,且所述聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:抗粘连剂为300-3000ppm,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.70-99.97%;
所述贴合层为至少一层经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层,且所述经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:抗粘连剂为300-3000ppm,余量为经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯;
其中,所述经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5-1.5dL/g。
在本发明中,所述高阻隔聚酯薄膜中,聚萘二甲酸乙二醇酯层中的重要组分聚萘二甲酸乙二醇(缩写:PEN),聚对苯二甲酸乙二醇酯层中的重要组分聚对苯二甲酸乙二醇酯(缩写:PET)。PEN与PET的分子结构相似,但是在PEN的分子结构中,由刚性更大的萘环代替了PET中的苯环。由于萘环比苯环具有更稳定的共振结构、刚性更大的分子链以及更趋于平面状的结构,所以PEN的玻璃化转变温度(Tg)和熔点均高于PET,其玻璃化转变温度可达到120℃左右,强度及刚性也均高于PET,且尺寸稳定性好。从阻隔性来讲,其PEN的透气性约为PET的1/5。
本发明所使用的经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔点为220-260℃。在本发明中,该熔点的经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的改性聚酯层更适合制作食品包装用薄膜。
经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯是通过改性单体对聚对苯二甲酸乙二醇酯改性的产物,其中所述改性单体包括间苯二甲酸、丁二醇酯、丙二醇酯或环己烷对二甲醇酯,且改性单体的重量百分含量为0-30%。在本发明中,经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯可以通过商购得到,或者按照所公开记载的方法制备得到,即,利用选定的改性单体与对苯二甲酸和乙二醇组成的反应原料,经酯化和缩聚反应过程而获得。具体地:将对苯二甲酸、乙二醇以及改性单体(如:间苯二甲酸、丁二醇酯、丙二醇酯或环己烷对二甲醇酯)通过酯化、缩聚反应,生成改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
本发明的高阻隔聚酯薄膜,在获得较高的玻璃砖化温度同时,为减少或避免高阻隔聚酯薄膜间的粘连,在经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的聚酯中添加抗粘连剂,以增加薄膜表面的粗糙度,其抗粘连剂具体为SiO2、CaCO3和滑石粉中的一种或多种。
本发明的高阻隔聚酯薄膜的厚度为10-30μm,其中所述聚萘二甲酸乙二醇酯层厚度为所述高阻隔聚酯薄膜厚度的10-70%。
本发明还提供了上述高阻隔聚酯薄膜的制备方法,包括如下步骤:
将聚萘二甲酸乙二醇酯层组分和经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层组分分别混合、烘干、通过螺杆挤出机挤出、粘连成为一体后冷却成铸片;
所述铸片经纵向拉伸、横向拉伸成膜,然后将拉伸后的薄膜热定型;
热定型后的薄膜进行冷却、收卷和分切。
进一步地,烘干温度为130-150℃,烘干时间不少于4h。
进一步地,所述铸片厚度控制在0.1-0.4mm,可使高阻隔聚酯薄膜的厚度控制在10-30μm。
进一步地,所述纵向拉伸预热温度为70-120℃,拉伸比为2.5-4.5;所述横向拉伸预热温度为80-150℃,拉伸比为2.5-4.5。
进一步地,所述热定型温度为170-230℃,热定型时间为5-15s。
本发明还提供了一种覆膜金属板,利用上述高阻隔聚酯薄膜热贴合在金属板上,其中,所述高阻隔聚酯薄膜的贴合层一侧贴合于所述金属板。本发明结合PET及PEN的特性,通过熔融共挤出-双向拉伸制成高阻隔聚酯薄膜,PET作为与金属板的贴合层,该高阻隔聚酯薄膜即兼顾了PET优异的贴合性及经济性,同时高玻璃化转变温度、高熔点的PEN作为表层,其具有的耐热性避免了高速生产过程中膜屑的产生,同时又赋予高阻隔性。
本发明的高阻隔聚酯薄膜,兼顾了PET的经济性及PEN的耐热性和阻隔性,具有断裂伸长率大、韧性好,成本低廉,后期覆膜金属板耐深加工,能解决在高速生产中产生膜屑的问题,能够满足食品、饮料金属罐包装的要求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种高阻隔聚酯薄膜,由表层和贴合层组成;其中,
表层为一层聚萘二甲酸乙二醇酯层,且聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:500ppm SiO2粉体,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.70%;
贴合层为一层经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层,且经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:500ppm SiO2粉体,余量为间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(其中,间苯二甲酸的质量百分含量为15%);间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5-1.5dL/g,熔点为220-260℃;
高阻隔聚酯薄膜的制备方法:将间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层组分和聚萘二甲酸乙二醇酯层组分分别混合,然后将它们放置于沸腾床上烘干,烘干温度130℃,烘干时间5h。
采用具有多个模口的挤出机,模口数至少二个或更多,根据实际制膜层数的需要而确定(下同)。本实施例利用螺杆挤出机A、B两层模口,将烘干后的间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯和SiO2粉体的混合物经A层模口相连的挤出机挤出;将聚萘二甲酸乙二醇酯和SiO2粉体的混合物经B层模口的挤出机挤出,间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚萘二甲酸乙二醇酯在挤出机口粘连在一起,急冷后形成具有两层结构的高阻隔聚酯薄膜铸片,挤出机挤出温度为120-310℃,挤出机螺杆转速为60-120转/min,经测量:铸片厚度为0.20mm。将铸片首先纵向拉伸,纵拉预热温度为70℃,拉伸比2.5,然后横向拉伸,横拉预热温度为80℃,拉伸比3.0。拉伸后的薄膜在190℃热定型,热定型时间10s,最后薄膜进行冷却、收卷和分切。通过上述方法制得的高阻隔聚酯薄膜性能测试如表1所示:
表1实施例1高阻隔聚酯薄膜性能测试
实施例2
本实施例提供了一种高阻隔聚酯薄膜,由表层和贴合层组成;其中,
表层为一层聚萘二甲酸乙二醇酯层,且聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:1000ppm SiO2粉体,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.80%;
贴合层为二层经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层,且经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:1000ppm SiO2粉体,余量为间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(其中,间苯二甲酸的质量百分含量为20%);间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5-1.5dL/g,熔点为220-260℃;
高阻隔聚酯薄膜的制备方法:将间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层组分和聚萘二甲酸乙二醇酯层组分分别混合,然后将它们放置于沸腾床上烘干,烘干温度150℃,烘干时间4h。
利用挤出机A、B、C三层模口,将烘干后的间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯和SiO2粉体经A、B层模口相连的挤出机挤出;将聚萘二甲酸乙二醇酯和SiO2粉体经C层模口的挤出机挤出,间苯二甲酸改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚萘二甲酸乙二醇酯在挤出机口粘连在一起,急冷后形成具有三层结构的高阻隔聚酯薄膜铸片,挤出机挤出温度为120-310℃,挤出机螺杆转速为60-120转/min,经测量:铸片厚度为0.30mm。将铸片首先纵向拉伸,纵拉预热温度为100℃,拉伸比3,然后横向拉伸,横拉预热温度为120℃,拉伸比3.5。拉伸后的薄膜在210℃热定型,热定型时间12s,最后薄膜进行冷却、收卷和分切。通过上述方法制得的高阻隔聚酯薄膜性能测试如表2所示:
表2实施例2高阻隔聚酯薄膜性能测试
实施例3
本实施例提供了一种高阻隔聚酯薄膜,由表层和贴合层组成;其中,
表层为一层聚萘二甲酸乙二醇酯层,且聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:2000ppm CaO3粉体,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.97%;
贴合层为三层经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层,且经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:2000ppm CaO3粉体,余量为丁二醇酯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(其中,丁二醇酯的重量百分含量为25%);丁二醇酯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5-1.5dL/g,熔点为220-260℃;
高阻隔聚酯薄膜的制备方法:将丁二醇酯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层组分和聚萘二甲酸乙二醇酯层组分分别混合,然后将它们放置于沸腾床上烘干,烘干温度150℃,烘干时间5h。
利用挤出机A、B、C、D四层模口,将烘干后的丁二醇酯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯酯和CaO3粉体经A、B、C三层模口相连的挤出机挤出;将聚萘二甲酸乙二醇酯和CaO3粉体经D层模口的挤出机挤出,丁二醇酯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚萘二甲酸乙二醇酯在挤出机口粘连在一起,急冷后形成具有四层结构的高阻隔聚酯薄膜铸片,挤出机挤出温度为120-310℃,挤出机螺杆转速为60-120转/min,经测量:铸片厚度为0.35mm。将铸片首先纵向拉伸,纵拉预热温度为120℃,拉伸比4,然后横向拉伸,横拉预热温度为140℃,拉伸比4。拉伸后的薄膜在220℃热定型,热定型时间14s,最后薄膜进行冷却、收卷和分切。通过上述方法制得的高阻隔聚酯薄膜性能测试如表3所示:
表3实施例3高阻隔聚酯薄膜性能测试
实施例4
本实施例提供了一种高阻隔聚酯薄膜,由表层和贴合层组成;其中,
表层为一层聚萘二甲酸乙二醇酯层,且聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:2500ppm CaO3粉体,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.97%;
贴合层为一层聚对苯二甲酸乙二醇酯层,且聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:2500ppm CaO3粉体,余量为聚对苯二甲酸乙二醇酯;聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5-1.5dL/g,熔点为220-260℃;
高阻隔聚酯薄膜的制备方法:将聚对苯二甲酸乙二醇酯层组分和聚萘二甲酸乙二醇酯层组分分别混合,然后将它们放置于沸腾床上烘干,烘干温度130℃,烘干时间5h。
利用挤出机A、B两层模口将烘干后的聚对苯二甲酸乙二醇酯和CaO3粉体经A层模口相连的挤出机挤出;将聚萘二甲酸乙二醇酯和CaO3粉体经B层模口的挤出机挤出,聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚萘二甲酸乙二醇酯在挤出机口粘连在一起,急冷后形成具有两层结构的高阻隔聚酯薄膜铸片,挤出机挤出温度为120-310℃,挤出机螺杆转速为60-120转/min,经测量:铸片厚度为0.20mm。将铸片首先纵向拉伸,纵拉预热温度为70℃,拉伸比2.5,然后横向拉伸,横拉预热温度为80℃,拉伸比3.0。拉伸后的薄膜在190℃热定型,热定型时间10s,最后薄膜进行冷却、收卷和分切。通过上述方法制得的高阻隔聚酯薄膜性能测试如表4所示:
表4实施例4高阻隔聚酯薄膜性能测试
将上述1-4实施例中制备的高阻隔聚酯薄膜贴在金属板上,制作覆膜金属板,其中,所述高阻隔聚酯薄膜的贴合层一侧贴合于所述金属板。
将实施例1-4制备的高阻隔聚酯薄膜在240℃、6kg压力下热贴合于厚度为0.20mm的金属板(如:镀铬薄钢和薄铝板)表面上,用冲杯实验机将贴合了该高阻隔聚酯薄膜的金属板冲成直径30mm、深8mm的杯形试样(覆膜金属板与冲头不涂润滑油)。
采用本发明制备的覆膜金属板在冲击过程中聚酯薄膜与金属板之间无分离、脱粘、而且无膜屑的产生。将该杯形试样置于121℃蒸馏水中蒸煮30min,实施例1-4所制备的聚酯薄膜表面不起皱、不与金属板分离。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种高阻隔聚酯薄膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将聚萘二甲酸乙二醇酯层组分和经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层组分分别混合、烘干、通过螺杆挤出机挤出、粘连成为一体后冷却成铸片;所述烘干温度130-150℃,烘干时间不少于4h;所述铸片厚度控制在0.1-0.4mm;所述铸片经纵向拉伸、横向拉伸成膜,然后将拉伸后的薄膜热定型;所述纵向拉伸预热温度为70-120℃,拉伸比为2.5-4.5,所述横向拉伸预热温度为80-150℃,拉伸比为2.5-4.5;所述热定型温度为170-230℃,热定型时间为5-15s;热定型后的薄膜进行冷却、收卷和分切;
其中,所述聚萘二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:抗粘连剂为300-3000ppm,余量为聚萘二甲酸乙二醇酯为99.70-99.97%;
所述经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯层包括如下重量百分比的组分:抗粘连剂为300-3000ppm,余量为经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯;所述抗粘连剂为SiO2、CaCO3和滑石粉中的一种或多种;所述经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯是通过改性单体对聚对苯二甲酸乙二醇酯改性的产物,其中所述改性单体包括间苯二甲酸、丁二醇酯、丙二醇酯或环己烷对二甲醇酯,且改性单体的重量百分含量为0-30%;所述经改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘数为0.5-1.5dL/g,熔点为220-260℃;
所述高阻隔聚酯薄膜的厚度为10-30μm,所述聚萘二甲酸乙二醇酯层的厚度为所述高阻隔聚酯薄膜厚度的10-70%。
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