CN106142583A - 一种环保型聚酯薄膜生产工艺 - Google Patents

一种环保型聚酯薄膜生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型聚酯薄膜生产工艺，技术方案包括如下步骤：选料→混配→干燥→挤出铸片→纵向拉伸→横向拉伸→测厚→牵引收卷→分切。本发明在干燥和挤出铸片的过程中选择了合适的参数。本发明具有以下优点：(1)本发明对原料进行干燥处理，减少PET分子的分解。(2)本申请采用分步法拉伸，先进行薄膜纵向拉伸，再进行薄膜横向拉伸，从而制得热稳定性好、收缩率小的薄膜，并优化了拉伸的参数。(3)合理的参数使得产品的效果更佳，强化的产品的质量。(6)为了更好地使熔体贴附于冷却辊上，BOPET薄膜生产线都是采用静电吸附的方式。

Description

一种环保型聚酯薄膜生产工艺
技术领域
本发明涉及聚酯薄膜及其制备方法，尤其涉及一种环保型聚酯薄膜生产工艺。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对环保型的包装材料的要求越来越高。PET(聚酯)是世界公认的环保绿色材料。而经过改性原材料和特殊生产工艺制成的可直接热封的聚酯薄膜，是我国薄膜产业及热封膜行业创新的一种高性能节约型和环保型新产品。
双拉聚酯薄膜(BOPET)是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为原料，采用熔融挤出法制成厚片，再经过双向拉伸工艺制得薄膜。其具有综合力学性能优良，价格低廉等优点，成为目前广泛使用的高分子薄膜材料。但BOPET薄膜的气体阻隔性、热形变尺寸稳定性表现对于高端应用领域的要求来说略有不足。
另外，现有技术中工艺流程设计不合理，本发明通过优化加工步骤，使得生产线更加的高效，并提高了产品的品质。
发明内容
为克服上述的缺点，本发明的目的是提供一种环保型聚酯薄膜生产工艺，技术方案包括如下步骤：
选料→混配→干燥→挤出铸片→纵向拉伸→横向拉伸→测厚→牵引收卷→分切。具体为：
a、选料
生产包装用BOPET薄膜的原料选用超有光聚酯切片，加入抗黏剂，即所谓的母料切片(也称为添加剂切片)。添加剂的种类很多，常用的有SiO2、CaCO3、Al2O3、高岭土等。
b、混配
添加剂切片和超有光聚酯切片需要进行混配，复合薄膜具有ABA型三层复合结构，对于A－B－A结构的三层共挤设备来说，混配在表层进行即可，一般添加剂的含量控制在400～900ppm。
c、干燥
原料在混配完成后即可进入干燥器进行干燥。要求干燥后的水分含量控制在60～70ppm。
d、挤出铸片
干燥后的原料即可进入熔融挤出机和计量泵进行定量挤出，过滤后的熔体在经过模头后由冷却辊进行急速冷却，快速跃过结晶区而达到玻璃化温度Tg以下，并形成薄膜厚片。
进一步优选，为了防止杂质进入铸片系统而影响挤出铸片质量，在计量泵后至少要安装一台过滤器，滤除杂质。
进一步优选，为了更好地使熔体贴附于冷却辊上，BOPET薄膜生产线都是采用静电吸附的方式，即在熔体和冷却辊之间施加一个外电场，以电极丝为负极、铸片辊为正极(地极)，薄膜置于该高压静电场中，两边因静电感应而产生极性相反的电荷(上正下负)，于是电极和铸片辊都会对它产生吸引力。由于薄膜和铸片辊表面的距离远小于和电极的距离，因此铸片辊对薄膜的吸引力要远大于电极对薄膜的吸引力，因此薄膜就被紧紧地吸附在辊面上。
e、纵向拉伸
制得的薄膜厚片将被立即送入纵拉机组(MDO)进行纵向拉伸。
由于PET为线性大分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单元链都有苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链，因此分子线性好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。在经过拉伸后，物理强度能够沿着拉伸方向大幅增加。纵向拉伸是通过滚筒的速度差，使得厚片在快辊和慢辊之间形成拉伸。
纵向拉伸工艺的关键在于拉伸温度和拉伸比的选择和控制。拉伸温度偏高，薄膜厚片容易被拉伸，同时分子链段的活动能力加剧，反而会破坏取向；拉伸温度偏低，拉伸应力变大，薄膜厚片会在拉伸点打滑，造成拉伸不均，导致厚度公差变大。
进一步优化，拉伸温度在80～90℃时，无定型厚片的拉伸功率最小，因此纵向拉伸温度一般控制在此范围内。
进一步优化，对于单点拉伸的纵拉机组，拉伸比一般控制在3.0～3.85。
f、横向拉伸
纵向拉伸完成后即进入横拉机组(TDO)进行横向拉伸。
对二次拉伸的平衡膜来说，横拉机组还负担着热处理的任务，因此横拉机组一般包括预热、拉伸、热定、冷却四个工艺段。横拉机组包括烘箱、链条、链铗、链轨、加热冷却系统、润滑系统和外部通风系统等装置。烘箱通过风机将加热后的空气送至不同的工艺段，形成静压风场，根据工艺的设定达到所需温度。纵拉后的薄膜厚片送至转动的链铗内，通过链轨宽度的变化达到横向拉伸的目的。由于预热、拉伸、热定型和冷却都是在一个烘箱内的，因此横向拉伸工艺参数的设定要考虑烘箱的长度、生产速度，以及热风传导和烘箱的保温情况，一般要求吹到薄膜上下表面的风温、风压和风速一致，且各区温度不能相互影响，夹子温度要尽量低。热定型的目的是消除拉伸中产生的内应力，从而制得热稳定性好、收缩率小的薄膜。
g、测厚
从横拉机组出来的薄膜不能直接收卷，需要利用测厚仪对薄膜的横向厚度进行控制。测厚仪在线测量薄膜的厚度，将结果反馈到计算机，计算机控制模头的热膨胀螺栓做出相应的变化，达到自动控制厚度的目的。
h、牵引收卷
由于包装用薄膜一般要求具有较高的表面张力，因此在牵引处还设置了电晕处理机。通过高压电弧将薄膜表面打毛，同时高压放电产生臭氧，在薄膜表面形成极性基团，提高薄膜的表面张力，使得其更适应镀铝或印刷工艺。
进一步优化，在牵引处还安装了一个切边装置，这是因为在横向拉伸过程中，靠近链铗处的薄膜不能被充分拉伸，此处的薄膜较厚，因此要利用切边装置将这部分边料切掉。切下来的边料通过粉碎机送至回收造粒机进行造粒，被二次回收利用。
收卷机现在一般采用中心收卷张力和压力，以保证收卷端面平整，松紧一致。
i、分切
根据客户的需要，收卷之后的薄膜可通过分切机分切成不同宽度规格的小卷，打包后就成为最终的产品。分切是最后一道工序，主要工艺根据不同厚度、规格的大膜卷，设定相应的速度、压力、张力等工艺参数，保证分切后的小卷符合要求。
本发明的有益效果如下：
(1)生产包装用BOPET薄膜的原料一般选用超有光聚酯切片，但如果纯用超有光聚酯切片，制得的薄膜会因为表面发黏而导致无法收卷，因此本申请加入抗黏剂，克服了该缺点。
(2)由于PET分子结构中含有酯基，对水分非常敏感，在高温下极易发生水解反应，使分子量下降。同时，在加工过程中，水分的存在将会导致气泡产生。所以，本发明对原料进行干燥处理，减少PET分子的分解。
(3)本申请采用分步法拉伸，先进行薄膜纵向拉伸，再进行薄膜横向拉伸，从而制得热稳定性好、收缩率小的薄膜，并优化了拉伸的参数。
(4)通过测厚的反馈，做出相应的变化，达到自动控制厚度的目的，实现自动化操作。
(5)在牵引处还设置了电晕处理机。通过高压电弧将薄膜表面打毛，同时高压放电产生臭氧，在薄膜表面形成极性基团，提高薄膜的表面张力，使得其更适应镀铝或印刷工艺。
(6)为了更好地使熔体贴附于冷却辊上，BOPET薄膜生产线都是采用静电吸附的方式，以电极丝为负极、铸片辊为正极(地极)，薄膜置于该高压静电场中，两边因静电感应而产生极性相反的电荷(上正下负)，于是电极和铸片辊都会对它产生吸引力。由于薄膜和铸片辊表面的距离远小于和电极的距离，因此铸片辊对薄膜的吸引力要远大于电极对薄膜的吸引力，因此薄膜就被紧紧地吸附在辊面上。
上述是发明技术方案的概述，以下结合具体实施方式，对本发明做进一步说明。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
a、选料
生产包装用BOPET薄膜的原料选用超有光聚酯切片，加入抗黏剂，即所谓的母料切片(也称为添加剂切片)高岭土。
b、混配
混配在表层进行即可，一般添加剂的含量控制在400ppm。
c、干燥
原料在混配完成后即可进入干燥器进行干燥。要求干燥后的水分含量控制在60ppm。
d、挤出铸片
干燥后的原料即可进入熔融挤出机和计量泵进行定量挤出，过滤后的熔体在经过模头后由冷却辊进行急速冷却，快速跃过结晶区而达到玻璃化温度Tg以下，并形成薄膜厚片。
为了防止杂质进入铸片系统而影响挤出铸片质量，在计量泵后至少要安装一台过滤器，滤除杂质。
BOPET薄膜生产线都是采用静电吸附的方式，即在熔体和冷却辊之间施加一个外电场，以电极丝为负极、铸片辊为正极。
e、纵向拉伸
制得的薄膜厚片将被立即送入纵拉机组(MDO)进行纵向拉伸。
拉伸温度在80℃时，无定型厚片的拉伸功率最小，因此纵向拉伸温度一般控制在此范围内。对于单点拉伸的纵拉机组，拉伸比一般控制在3.0。
f、横向拉伸
纵向拉伸完成后即进入横拉机组(TDO)进行横向拉伸。
g、测厚
从横拉机组出来的薄膜不能直接收卷，需要利用测厚仪对薄膜的横向厚度进行控制。测厚仪在线测量薄膜的厚度，将结果反馈到计算机，计算机控制模头的热膨胀螺栓做出相应的变化，达到自动控制厚度的目的。
h、牵引收卷
由于包装用薄膜一般要求具有较高的表面张力，因此在牵引处还设置了电晕处理机。通过高压电弧将薄膜表面打毛，同时高压放电产生臭氧，在薄膜表面形成极性基团，提高薄膜的表面张力，使得其更适应镀铝或印刷工艺。
i、分切
根据客户的需要，收卷之后的薄膜可通过分切机分切成不同宽度规格的小卷，打包后就成为最终的产品。
实施例2
a、选料
生产包装用BOPET薄膜的原料选用超有光聚酯切片，加入抗黏剂，即所谓的母料切片(也称为添加剂切片)CaCO3。
b、混配
混配在表层进行即可，一般添加剂的含量控制在700ppm。
c、干燥
原料在混配完成后即可进入干燥器进行干燥。要求干燥后的水分含量控制在65ppm。
d、挤出铸片
干燥后的原料即可进入熔融挤出机和计量泵进行定量挤出，过滤后的熔体在经过模头后由冷却辊进行急速冷却，快速跃过结晶区而达到玻璃化温度Tg以下，并形成薄膜厚片。
为了防止杂质进入铸片系统而影响挤出铸片质量，在计量泵后至少要安装一台过滤器，滤除杂质。
BOPET薄膜生产线都是采用静电吸附的方式，即在熔体和冷却辊之间施加一个外电场，以电极丝为负极、铸片辊为正极。
e、纵向拉伸
制得的薄膜厚片将被立即送入纵拉机组(MDO)进行纵向拉伸。
拉伸温度在85℃时，无定型厚片的拉伸功率最小，因此纵向拉伸温度一般控制在此范围内。对于单点拉伸的纵拉机组，拉伸比一般控制在3.5。
f、横向拉伸
纵向拉伸完成后即进入横拉机组(TDO)进行横向拉伸。
g、测厚
从横拉机组出来的薄膜不能直接收卷，需要利用测厚仪对薄膜的横向厚度进行控制。测厚仪在线测量薄膜的厚度，将结果反馈到计算机，计算机控制模头的热膨胀螺栓做出相应的变化，达到自动控制厚度的目的。
h、牵引收卷
由于包装用薄膜一般要求具有较高的表面张力，因此在牵引处还设置了电晕处理机。通过高压电弧将薄膜表面打毛，同时高压放电产生臭氧，在薄膜表面形成极性基团，提高薄膜的表面张力，使得其更适应镀铝或印刷工艺。
i、分切
根据客户的需要，收卷之后的薄膜可通过分切机分切成不同宽度规格的小卷，打包后就成为最终的产品。
实施例3
a、选料
生产包装用BOPET薄膜的原料选用超有光聚酯切片，加入抗黏剂，即所谓的母料切片(也称为添加剂切片)CaCO3。
b、混配
混配在表层进行即可，一般添加剂的含量控制在900ppm。
c、干燥
原料在混配完成后即可进入干燥器进行干燥。要求干燥后的水分含量控制在70ppm。
d、挤出铸片
e、纵向拉伸
制得的薄膜厚片将被立即送入纵拉机组(MDO)进行纵向拉伸。
拉伸温度在90℃时，无定型厚片的拉伸功率最小，因此纵向拉伸温度一般控制在此范围内。对于单点拉伸的纵拉机组，拉伸比一般控制在3.85。
f、横向拉伸
纵向拉伸完成后即进入横拉机组(TDO)进行横向拉伸。
g、测厚
从横拉机组出来的薄膜不能直接收卷，需要利用测厚仪对薄膜的横向厚度进行控制。测厚仪在线测量薄膜的厚度，将结果反馈到计算机，计算机控制模头的热膨胀螺栓做出相应的变化，达到自动控制厚度的目的。
h、牵引收卷
由于包装用薄膜一般要求具有较高的表面张力，因此在牵引处还设置了电晕处理机。通过高压电弧将薄膜表面打毛，同时高压放电产生臭氧，在薄膜表面形成极性基团，提高薄膜的表面张力，使得其更适应镀铝或印刷工艺。
i、分切
根据客户的需要，收卷之后的薄膜可通过分切机分切成不同宽度规格的小卷，打包后就成为最终的产品。
项目 空白 对照例1 对照例2 实施例2
平均厚度(10-6m) 29.5 29.7 29.2 29.3
横向拉伸强度(MPa) 197 201 203 230
纵向拉伸强度(MPa) 195 203 206 235
纵向热收缩率(％) 1.5 1.2 1.15 0.5
横向热收缩率(％) 1.2 0.9 0.9 0.4
备注：空白组没有干燥步骤、没有进行静电吸附；对照例1没有干燥步骤，挤出铸片进行了静电吸附；对照例2进行了干燥，但没有静电吸附。空白组、对照组1、对照组2和实施例2中其他条件、参数和步骤完全相同。各项目数据为进行多次试验，取平均值。
从表中可以看出，即进行了干燥步骤、又挤出铸片进行了静电吸附，产品在拉伸强度和热收缩率上具有表现出较好的品质。
并且，从每一个项目中，对照组1、2与空白组、试验组的具体差值，可以看出干燥步骤与挤出铸片进行了静电吸附的工艺，在产品品质提高方面具有协同的效果。
此外，还发现即进行了干燥步骤、又挤出铸片进行了静电吸附，每个数据的方差较小，说明数据更加稳定，产品的稳定性较好。
实施例1和实施例3重复以上对照试验，结果和结论相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种环保型聚酯薄膜生产工艺，包括如下步骤：
选料→混配→干燥→挤出铸片→纵向拉伸→横向拉伸→测厚→牵引收卷→分切；其特征在于：
干燥步骤中：原料在混配完成后进入干燥器进行干燥，要求干燥后的水分含量控制在60～70ppm；
挤出铸片步骤中：干燥后的原料进入熔融挤出机和计量泵进行定量挤出，过滤后的熔体在经过模头后由冷却辊进行急速冷却，快速跃过结晶区而达到玻璃化温度Tg以下，并形成薄膜厚片；BOPET薄膜生产线采用静电吸附的方式，在熔体和冷却辊之间施加一个外电场，以电极丝为负极、铸片辊为正极，薄膜置于高压静电场中，两边因静电感应而产生极性相反的电荷。
2.根据权利要求1所述的一种环保型聚酯薄膜生产工艺，其特征在于：混配时加入抗黏剂，抗黏剂选自SiO2、CaCO3、Al2O3、高岭土的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的一种环保型聚酯薄膜生产工艺，其特征在于：干燥步骤中：原料在混配完成后进入干燥器进行干燥，要求干燥后的水分含量控制在65ppm。
4.根据权利要求1所述的一种环保型聚酯薄膜生产工艺，其特征在于：纵向拉伸步骤中，拉伸温度在80～90℃，拉伸比控制在3.0～3.85。
5.根据权利要求1所述的一种环保型聚酯薄膜生产工艺，其特征在于：纵向拉伸步骤中，拉伸温度在85℃，拉伸比控制在3.5。
6.一种环保型聚酯薄膜，该薄膜按照权利要求1-5之一所述的生产工艺得到。
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