CN104513401A - 强亲水性聚对苯二甲酸乙二醇酯透明薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强亲水性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)透明薄膜及其制备方法。该薄膜由PET与表面活性剂组成，表面活性剂与PET的质量之比为1:1000～10:100，利用表面活性剂改性PET薄膜，不仅保持了PET薄膜的高透明性，而且有效提高了其亲水性，降低了其在空气中对水的接触角，因此具有良好的应用前景，尤其适用于在潮湿、高雾气等环境中使用的透明防护、包装装饰、屏幕保护、光学级镜面表面保护等领域。
Description
技术领域
本发明涉及聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜技术领域，尤其涉及一种强亲水性聚对苯二甲酸乙二醇酯透明薄膜及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯是热塑性聚酯中的主要品种，简称PET，具有以下性能：(1)分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性；(2)具有良好的光学性能和耐候性，非晶态的PET具有良好的光学透明性；(3)具有优良的耐磨耗摩擦性、尺寸稳定性及电绝缘性。因此，PET薄膜(又名耐高温聚酯薄膜)具有优异的物理性能、化学性能、尺寸稳定性、透明性及可回收性，可广泛应用于磁记录、感光材料、电子、电气绝缘、工业用膜、包装装饰、屏幕保护、光学级镜面表面保护等领域。
在实际应用中，往往需要PET薄膜不仅具有高透明性，还兼具亲水性能以便于在潮湿、高雾气等环境中使用，例如当PET薄膜用于车窗、门窗表面的保护膜时，因薄膜的亲水性而具有防雾功能。
目前，多采用对PET薄膜进行改性以提高其亲水性，主要的改性方法包括化学接枝改性、紫外光辐照接枝改性、高能射线辐照接枝改性、等离子体处理接枝改性以及臭氧氧化改性等。但是，这些改性方法存在加工温度高、加工机械要求高、工艺条件复杂、仪器要求高等问题。
发明内容
针对上述技术关于PET薄膜的亲水性改性技术现状，本发明旨在提供了一种强亲水性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)透明薄膜，该薄膜简单易制备，不仅具有高透明性，而且具有强亲水性。
为了实现上述技术目的，本发明人创新性地将表面活性剂加入PET中，利用表面活性剂改性PET薄膜的亲水性。其思路是：表面活性剂一般具有亲水端和亲油端，将表面活性剂2与PET基体1混合制备薄膜时，其亲油端趋向于伸入PET固相中，而亲水端则趋向于伸出PET，留在空气相中，因此形成图1所示的结构，正是由于薄膜表面存在该亲水端，能够大大提高薄膜的亲水性，降低其对水的接触角。同时，为了使PET薄膜兼具透明性与亲水性，需要协调表面活性剂与PET质量，因为一方面需要表面活性剂在PET薄膜的表面浓度达到最大以提高其亲水性，另一方面还需要控制表面活性剂质量，以免大量胶束态表面活性剂存在影响PET的强度和透光性能。经过大量实验反复验证，本发明人发现当表面活性剂与PET的质量之比为1:1000～10:100时，能够兼顾PET薄膜的透明性与亲水性。
即，本发明的技术方案是：一种强亲水性PET透明薄膜，由PET与表面活性剂组成，PET与表面活性剂的质量之比为1:1000～10:100。
所述的表面活性剂不限，包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。阳离子型表面活性剂包括但不限于十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵等。阴离子型表面活性剂包括但不限于十二烷基苯磺酸钠、十六酸钠、十四烷基磺酸钠等。非离子型表面活性剂包括但不限于OP-10乳化剂、月桂醇聚氧乙烯醚等。
本发明还提供了一种强亲水性PET透明薄膜的制备方法，该方法将表面活性剂溶解在PET溶液中，得到混合溶液，然后将混合溶液涂布、流延或者喷涂在基体表面，最好干燥固化，即得到强亲水性PET透明薄膜。
PET溶液中的溶剂不限，该溶剂能够溶剂PET，包括但不限于苯酚与四氯乙烷的混合溶剂、邻氯苯酚、三氟乙酸等。
作为优选，该溶剂为四氯乙烷和苯酚的混合溶剂，其中苯酚的质量百分含量为50％～60％。在制备四氯乙烷和苯酚的混合溶剂时，由于苯酚的熔点为40℃，在室温下呈固态，因此作为优选，优选将苯酚在高于其熔点的水浴或油浴中回流加热，然后与四氯乙烷混合。更优选地，水浴或油浴的温度为50℃～80℃。
作为优选，PET溶液中的PET的质量百分含量为5％～20％，进一步优选为6％～15％，更优选为8％～12％。
作为优选，在温度为60℃～100℃条件下，将表面活性剂溶解在PET溶液中。该温度进一步优选为70℃～90℃，更优选为75℃～85℃。
作为优选，表面活性剂与PET的质量之比为5:1000～5:100。
将混合溶液涂布、流延或者喷涂在基体表面干燥固化为薄膜时，由于混合溶液的成份较复杂，在干燥固化的过程中对温度、气压的要求很高，温度过低则固化时溶剂无法有效挥发，温度过高或者气压过低，生成的薄膜容易产生孔洞而影响薄膜的亲水性和透光性。为此，本发明人经过大量反复试验得到：当PET溶液中的溶剂选择为四氯乙烷和苯酚的混合溶剂时，在干燥固化过程中，气压保持在0Pa±1Pa，固化温度选择为55℃～65℃，优选为60±1℃时，维持20～40min，固化效果最佳。
综上所述，本发明利用表面活性剂改性PET薄膜的亲水性，不仅保持了PET薄膜的高透明性，例如，透过张贴该表面活性剂改性PET膜的玻璃可以清晰看到玻璃后面的字体，而且有效提高了其亲水性，降低了其在空气中对水的接触角，例如当添加占PET质量5％的表面活性剂时，能够使PET薄膜在空气中对水的接触角降低40°以上，接触角达到40°以下。另外，制备该表面活性剂改性PET薄膜不仅原料成本低廉，同时操作简单易行，因此具有良好的应用前景，尤其适用于在潮湿、高雾气等环境中使用的透明防护、包装装饰、屏幕保护、光学级镜面表面保护等领域。
附图说明
图1是本发明强亲水性PET透明薄膜的结构示意图；
图2是对比实施例1中制得的PET薄膜的亲水性接触角；
图3是本发明实施例1中制得的强亲水性PET透明薄膜的亲水性接触角；
图4是本发明实施例2中制得的强亲水性PET透明薄膜的亲水性接触角；
图5是本发明实施例3中制得的强亲水性PET透明薄膜的亲水性接触角；
图6是本发明实施例4中制得的强亲水性PET透明薄膜的亲水性接触角；
图7是对比实施例1、实施例1-4中制得的PET透明薄膜的透明性对比图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
图1中的附图标记为：1-PET基体，2-表面活性剂。
对比实施例1：
本实施例是下述实施例1-4的对比实施例。
本实施例中，PET薄膜为未经表面活性剂改性的PET薄膜，其制备方法如下：
(1)(室温下苯酚是固态，熔点为40℃)将苯酚在50℃～80℃水浴或油浴中回流加热2小时，然后将四氯乙烷加入到苯酚中磁力搅拌，苯酚和四氯乙烷的质量比为1:1，搅拌速率为600转/分钟，搅拌20分钟，得到混合均匀的四氯乙烷和苯酚的混合溶液。
(2)在18g四氯乙烷和苯酚的混合溶液中加入2gPET，80℃回流冷凝加热，磁力搅拌4小时，搅拌速率为800转/分钟，得到均匀的PET溶液。
(3)取出部分均匀的PET溶液中，将其滴加在干净的玻璃片上，用50μm的涂布器，将其涂布均匀。
(4)将涂有混合溶液A的玻璃片置于60℃的真空烘箱中，抽真空至气压为0.02MPa，保持45分钟以上，得到PET薄膜，其厚度为50μm。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角如图2所示，为79.02°。
实施例1：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂OP-10组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:5。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法如下：
(1)与对比实施例1中的步骤(1)相同，得到混合均匀的四氯乙烷和苯酚的混合溶液。
(2)与对比实施例1中的步骤(2)相同，得到均匀的PET溶液。
(3)在PET溶液中加入0.1g的表面活性剂OP-10，磁力搅拌1小时，搅拌速率为600转/分钟，得到均匀的混合溶液A。
(4)取出部分均匀的混合溶液A，将其滴加在干净的玻璃片上，用50μm的涂布器，将其涂布均匀。
(5)将涂有混合溶液A的玻璃片置于60℃的真空烘箱中，抽真空至气压为0.02MPa，保持45分钟以上，得到表面活性剂改性的PET薄膜。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角如图3所示，为24.64°。
实施例2：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十二烷基苯磺酸钠组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:5。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(3)中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角如图4所示，为33.49°。
实施例3：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十六烷基三基溴化铵组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:5。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(3)中，表面活性剂为十六烷基三基溴化铵。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角如图5所示，为13.49°。
实施例4:
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:5。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是在步骤(3)中，表面活性剂为十四烷基三甲基氯化铵。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角如图6所示，为32.34°。
将上述对比实施例1以及实施例1-4中制得的玻璃基底上PET薄膜置于印有文字的纸张表面，如图7所示，可以清晰看到玻璃后面的文字。
实施例5：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:2。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例4基本相同，所不同的是在步骤(3)中，在PET溶液中加入0.04g的表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角为59.36°。
实施例6：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:1。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例4基本相同，所不同的是在步骤(3)中，在PET溶液中加入0.02g的表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角为60.73°。
实施例7：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵组成，PET与表面活性剂的质量之比为1000:5。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例4基本相同，所不同的是在步骤(3)中，在PET溶液中加入0.01g的表面活性剂十四烷基三甲基氯化铵。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角为62.92°。
实施例8：
本实施例中，PET薄膜为表面活性剂改性的PET薄膜，由PET与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵组成，PET与表面活性剂的质量之比为100:1。
该表面活性剂改性的PET薄膜的制备方法与实施例3基本相同，所不同的是在步骤(3)中，在PET溶液中加入0.02g的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵。
经测试，上述制得的PET薄膜在空气中与水的接触角为68.19°°
将上述实施例5-8中制得的玻璃基底上PET薄膜置于印有文字的纸张表面，类似图7所示，可以清晰看到玻璃后面的文字。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种强亲水性PET透明薄膜，其特征是：由PET与表面活性剂组成，表面活性剂与PET的质量之比为1:1000～10:100。
2.如权利要求1所述的强亲水性PET透明薄膜，其特征是：表面活性剂与PET的质量之比为5:1000～5:100。
3.如权利要求1所述的强亲水性PET透明薄膜，其特征是：所述的表面活性剂包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂。
4.如权利要求所述的强亲水性PET透明薄膜，其特征是：阳离子型表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵；阴离子型表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十六酸钠、十四烷基磺酸钠；非离子型表面活性剂包括OP-10乳化剂、月桂醇聚氧乙烯醚。
5.一种强亲水性PET透明薄膜的制备方法，其特征是：将表面活性剂溶解在PET溶液中，得到混合溶液，然后将混合溶液涂布、流延或者喷涂在基体表面，最后干燥固化，即得到强亲水性PET透明薄膜。
6.如权利要求5所述的强亲水性PET透明薄膜的制备方法，其特征是：所述PET溶液中的溶剂为苯酚与四氯乙烷的混合溶剂、邻氯苯酚、三氟乙酸。
7.如权利要求5所述的强亲水性PET透明薄膜的制备方法，其特征是：所述PET溶液中PET的质量百分含量为5％～20％，进一步优选为6％～15％，更优选为8％～12％。
8.如权利要求5所述的强亲水性PET透明薄膜的制备方法，其特征是：在温度为60℃～100℃条件下，将表面活性剂溶解在PET溶液中；该温度进一步优选为70℃～90℃，更优选为75℃～85℃。
9.如权利要求5所述的强亲水性PET透明薄膜的制备方法，其特征是：所述的表面活性剂与PET的质量之比为1:1000～10:100，优选为5:1000～5:100。
10.如权利要求5至9中任一权利要求所述的强亲水性PET透明薄膜的制备方法，其特征是：所述的表面活性剂包括阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂；作为优选，阳离子型表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵；阴离子型表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十六酸钠、十四烷基磺酸钠；非离子型表面活性剂包括OP-10乳化剂、月桂醇聚氧乙烯醚。
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