CN106313828B - Petg/pet/petg共挤膜片及其挤出成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了PETG/PET/PETG共挤膜片及其挤出成型工艺，膜片分为外层和芯层，外层各组分含量如下：PETG树脂95.8‑97.8wt%，抗氧剂1.6‑2.7wt%，UV吸收剂0.1‑0.5wt%，抗静电剂0.5‑1.0wt%；芯层各组分含量如下：PET树脂90.1‑94.4wt%，消光剂5‑8wt%，成核剂0.4‑1.0wt%，抗氧剂0.2‑0.9wt%。本发明膜片力学性能、热封装性及耐热性能优异，成本低；工艺流程简单，容易实现工业化生产，具有较高的工业应用价值。

Description

PETG/PET/PETG共挤膜片及其挤出成型工艺
技术领域
本发明属于热塑性聚酯技术领域，具体涉及PETG/PET/PETG共挤膜片及其挤出成型工艺。
背景技术
目前智能卡已广泛应用于生活中的各个领域，随着安全、信息、金融等产业的发展，用量将进一步增加。但是PVC材料，耐热性、挺度等性能只能满足通常环境下使用，对于高温、高寒等苛刻环境难以适用。
聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇(PETG)是一种改性聚酯，由对苯二甲酸、乙二醇、1,4-环己烷二甲醇共聚得到，具有透光率高，耐候性好和可热封性。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种用途广泛的聚酯材料，是一种结晶性高分子聚合物，力学性能优异、挺度高、耐热性较好。由于PETG、PET燃烧或分解后产生CO2和H2O，因而被认为是一种性能优异的环保材料。将两种材料通过共挤方式制备IC卡基材，可以利用PETG的热封装性实现耐高温PET材料的热压成卡。
目前公开一些PETG/PET共挤材料，如申请号201410408603.5《一种具备数码印刷功能的PET/PETG 共挤透明薄膜》，该专利提出了一种通过共挤及异步双向拉伸方式实现PET热封装，该专利技术所述材料热封层为PETG，热封层中含有硅母料，主要起到爽滑作用，根据公安部第一研究所王成的《智能卡行业中影响卡体黏合强度的因素及化学分析在智能卡制作中的应用》(塑料工业,第36卷增刊，146-149页)一文，含硅爽滑剂会对智能卡热封装产生不利影响。该材料采用双向拉伸工艺实现，双向拉伸工艺会导致材料呈明显的各向异性，材料纵、横向不均匀，在制卡热合过程中会造成卡体翘曲。该材料为两层结构，面层（PET）及底层（PETG），PET具有结晶性、PETG为非结晶性材料，结晶性的不同会导致材料面层与底层产生内应力，造成材料翘曲。
发明内容
本发明的目的是针对目前PETG/PET共挤材料的不足，根据智能卡用聚合物膜片的性能特点和加工方法的需求，提供一种PETG/PET/PETG共挤膜片及其挤出成型工艺，采用PETG、PET树脂，选用适当的加工助剂和功能性助剂，获得了适用于挤出成型的PETG/PET/PETG共挤膜片材料及其挤出成型工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
PETG/PET/PETG共挤膜片，分为外层和芯层，外层各组分含量如下：PETG树脂95.8-97.8 wt %，抗氧剂1.6-2.7wt %，UV吸收剂0.1-0.5wt %，抗静电剂0.5-1.0 wt %；
芯层各组分含量如下：PET树脂90.1-94.4 wt %，消光剂5-8wt %，成核剂0.4-1.0wt %，抗氧剂0.2-0.9wt %。
所述的PETG树脂特性粘度为0.70-0.80dl/g。
所述的PET树脂为有光、半消光中的一种或几种,特性粘度为0.68-0.75dl/g。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂中的至少一种，例如抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂300、抗氧剂1076。
所述UV吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、聚丁二酸(4―羟基-2,2,6,6-四甲基―1―乙醇)酯中至少一种。
抗静电剂为乙氧基化烷基胺类中的至少一种,例如：乙氧基十八烷基胺，乙氧基椰油烷基胺。
所述消光剂为TiO2、SiO2中的至少一种，粒径小于100纳米。
所述成核剂为乙烯基离聚体、苯乙烯基离聚体中的至少一种，例如：聚乙烯接枝马来酸锌离聚体、聚苯乙烯接枝马来酸锌离聚体，接枝率1.3-1.6%。
膜片厚度范围100-400微米，外层每侧厚度大于20微米，芯层PET结晶度为35-40%，晶体尺寸2-5微米。
所述PETG/PET/PETG共挤膜片的挤出成型工艺，包括如下步骤：
1）将PETG树脂干燥后，与增塑剂、润滑剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和抗静电剂通过高速混合机充分混合，得PETG混合料，加入挤出机熔融塑化；
2）将PET树脂干燥后，与增塑剂、润滑剂、抗氧剂、抗静电剂通过高速混合机充分混合，得PET混合料，加入挤出机熔融塑化；
3）将步骤1）和步骤2）熔融塑化后的物料经过共挤口模流延、冷却、回火、测厚、牵引、卷取、分切工序，得到不同厚度规格的PETG/PET/PETG共挤膜片。
步骤1）中挤出机温度200-240℃，转速30-60 rpm；步骤2）中挤出机温度200-260℃，转速为20-70 rpm。
步骤3）中共挤口模成型温度240-255℃；冷却温度30-50℃；回火温度100-130℃。
步骤3）中的冷却通过三辊压光机进行，其中冷却辊及压辊为磨砂面，片总厚度范围100-400微米，外层PETG每一侧厚度大于20微米。由于PETG为非结晶性材料，PET为结晶性材料，为了控制膜片整体的热性能，可通过控制芯层PET结晶度来进行，结晶度范围为35-40%。由于PET材料配方及工艺条件对结晶过程中晶体尺寸有较大影响，进而会影响PET的韧性，因此需控制晶体尺寸2-5微米。
步骤3）中回火采用2节式回火箱，每节温度可以单独设定。
本发明无需加入爽滑剂，即可避免材料的黏结。采用挤出、压花方式实现材料成型，不拉伸，材料性能均匀呈各向同性。通过三层共挤方式实现PET材料的热封装，材料结构对称，不产生翘曲。采用本发明所述方法制备的PETG/PET/PETG共挤膜片，能够满足制卡工艺要求及智能卡使用要求。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
本发明提供了一种适于使用挤出法成型的智能卡用PETG/PET/PETG共挤膜片材料。PETG、PET是两种性能优异的环保热塑性脂肪族聚酯。本发明所提供的材料组成，可以拓展目前智能卡基材种类及智能卡应用范围，并减少环境污染。
本发明提供一种PETG/PET/PETG共挤膜片材料的挤出成型工艺，所制备的PETG/PET/PETG共挤膜片力学性能优异、回弹性好，具有较好的耐热性及热封装性；该共挤膜片可广泛用做智能卡基材、印刷膜片、装饰膜片等。
本发明所提供的PETG/PET/PETG共挤膜片的材料组成中的各种原材料均为商业化产品，原料容易获得，具有优异的工业应用价值。
本发明所提供的PETG/PET/PETG共挤膜片的挤出成型工艺，流程简单易行，容易实现工业化生产。
附图说明
图1 本发明PETG/PET/PETG共挤膜片结构示意图，膜片为三层结构，中间层为芯层PET层，上下两层为外层PETG层。
具体实施方式
下面给出的实施例是对本发明的具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
以下实施例中采用的挤出成型机为上海淳迪塑胶机械有限公司共挤流延生产线，采用10区模体+一1区模唇自动型流延模具，三辊压光机为上海淳迪塑胶机械有限公司提供的水平式三辊压光机，生产线加热方式为电加热。
实施例中物料每份10kg。所用PETG为美国伊士曼化工有限公司GS3型，PET树脂为三房巷集团公司CZ-5022，其他材料均为商业化产品。膜片的厚度通过共挤口模间距控制，为了便于性能比较，以下实施例中均控制膜片厚度为180 μm，各层厚度分配比例为外层36μm-芯层108μm-外层36μm。
实施例1：PETG/PET/PETG共挤膜片配方1及其挤出成型工艺
材料配方：外层：GS3树脂97.8 wt %，抗氧剂1010 1.6wt %，UV吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.1wt %，抗静电剂乙氧基十八烷基胺0.5 wt %；
芯层：CZ-5022树脂94.4 wt %，消光剂TiO2 5wt %，成核剂聚乙烯接枝马来酸锌离聚体0.4wt %，抗氧剂168 0.2wt %。
挤出成型工艺：
A. 原材料准备：按配方称取原材料，PETG、PET树脂干燥至水分含量0.3%；
B. 物料混合：采用高速混合机分别对物料进行两段混合过程。外层PETG:高速混合段：物料温度70℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；芯层PET:高速混合段：物料温度90℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；
C. 物料熔融塑化：外层PETG采用单螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为200℃（一区）、210℃（二区）、210℃（三区）、230℃（四区）、230℃（五区）、240℃（六区）、250℃（七区），240℃（八区），螺杆转速60rpm；芯层PET采用双螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为200℃（一区）、220℃（二区）、220℃（三区）、240℃（四区）、240℃（五区）、250℃（六区）、260℃（七区），250℃（八区），螺杆转速70rpm；
D. 模头温度：共挤模头温度为245℃；
E. 冷却:三个辊筒采取水平式排列，其温度控制为：定型辊50℃，中辊40℃，出片辊30℃；冷却后采用ES-2025感应式抗静电棒进行静电消除（工作电压AC220V，输出电压0-5kV，长度1100mm）；
F. 回火：设定温度100℃（第一节）、120℃（第二节）
G.牵引、卷取、分切。
实施例2：PETG/PET/PETG共挤膜片配方2及其挤出成型工艺
材料配方：外层：GS3树脂95.8 wt %，抗氧剂1010 2.7wt %，UV吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5wt %，抗静电剂十八烷基胺1.0 wt %；
芯层：CZ-5022树脂90.1 wt %，消光剂TiO2 8wt %，成核剂聚乙烯接枝马来酸锌离聚体1.0wt %，抗氧剂168 0.9wt %。
挤出成型工艺：
A. 原材料准备：按配方称取原材料，PETG、PET树脂干燥至水分含量0.3%；
B. 物料混合：采用高速混合机分别对物料进行两段混合过程。外层PETG:高速混合段：物料温度70℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；芯层PET:高速混合段：物料温度90℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；
C. 物料熔融塑化：外层PETG采用单螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为205℃（一区）、215℃（二区）、230℃（三区）、240℃（四区）、240℃（五区）、250℃（六区）、250℃（七区），240℃（八区），螺杆转速30rpm；芯层PET采用双螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为205℃（一区）、230℃（二区）、230℃（三区）、250℃（四区）、250℃（五区）、260℃（六区）、260℃（七区），250℃（八区），螺杆转速20rpm；
D. 模头温度：共挤模头温度为250℃；
E. 冷却:三个辊筒采取水平式排列，其温度控制为：定型辊50℃，中辊40℃，出片辊30℃；冷却后采用ES-2025感应式抗静电棒进行静电消除（工作电压AC220V，输出电压0-5kV，长度1100mm）；
F. 回火：设定温度100℃（第一节）、130℃（第二节）
G.牵引、卷取、分切
实施例3：PETG/PET/PETG共挤膜片配方3及其挤出成型工艺
材料配方：外层：GS3树脂97.0 wt %，抗氧剂1010 1.6wt %，UV吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5wt %，抗静电剂十八烷基胺0.9 wt %；
芯层：CZ-5022树脂93.9 wt %，消光剂TiO2 5.3wt %，成核剂聚乙烯接枝马来酸锌离聚体0.5wt %，抗氧剂168 0.3wt %。
挤出成型工艺：
A. 原材料准备：按配方称取原材料，PETG、PET树脂干燥至水分含量0.3%；
B. 物料混合：采用高速混合机分别对物料进行两段混合过程。外层PETG:高速混合段：物料温度70℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；芯层PET:高速混合段：物料温度90℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；
C. 物料熔融塑化：外层PETG采用单螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为210℃（一区）、220℃（二区）、230℃（三区）、230℃（四区）、240℃（五区）、240℃（六区）、250℃（七区），240℃（八区），螺杆转速40rpm；芯层PET采用双螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为210℃（一区）、230℃（二区）、230℃（三区）、240℃（四区）、240℃（五区）、250℃（六区）、250℃（七区），250℃（八区），螺杆转速45rpm；
D. 模头温度：共挤模头温度为245℃；
E. 冷却:三个辊筒采取水平式排列，其温度控制为：定型辊50℃，中辊40℃，出片辊30℃；冷却后采用ES-2025感应式抗静电棒进行静电消除（工作电压AC220V，输出电压0-5kV，长度1100mm）；
F. 回火：设定温度100℃（第一节）、120℃（第二节）；
G.牵引、卷取、分切
实施例4：PETG/PET/PETG共挤膜片配方4及其挤出成型工艺
材料配方：外层：GS3树脂96.6 wt %，抗氧剂1010 1.4wt %、抗氧剂168 0.6wt %，UV吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5wt %，抗静电剂十八烷基胺0.9wt %；
芯层：CZ-5022树脂94.4 wt %，消光剂TiO2 5wt %，成核剂聚乙烯接枝马来酸锌离聚体0.4wt %、聚苯乙烯接枝马来酸锌离聚体0.2wt %，抗氧剂168 0.2wt %。
挤出成型工艺：
A. 原材料准备：按配方称取原材料，PETG、PET树脂干燥至水分含量0.3%；
B. 物料混合：采用高速混合机分别对物料进行两段混合过程。外层PETG:高速混合段：物料温度70℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；芯层PET:高速混合段：物料温度90℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；
C. 物料熔融塑化：外层PETG采用单螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为200℃（一区）、210℃（二区）、210℃（三区）、230℃（四区）、230℃（五区）、240℃（六区）、250℃（七区），240℃（八区），螺杆转速30rpm；芯层PET采用双螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为200℃（一区）、220℃（二区）、220℃（三区）、240℃（四区）、240℃（五区）、250℃（六区）、260℃（七区），250℃（八区），螺杆转速45rpm；
D. 模头温度：共挤模头温度为245℃；
E. 冷却:三个辊筒采取水平式排列，其温度控制为：定型辊50℃，中辊40℃，出片辊30℃；冷却后采用ES-2025感应式抗静电棒进行静电消除（工作电压AC220V，输出电压0-5kV，长度1100mm）；
F. 回火：设定温度110℃（第一节）、130℃（第二节）；
G.牵引、卷取、分切。
实施例5：PETG/PET/PETG共挤膜片配方5及其挤出成型工艺
材料配方：外层：GS3树脂97.8 wt %，抗氧剂1010 1.6wt %，UV吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.1wt %，抗静电剂十八烷基胺0.5 wt %；
芯层：CZ-5022树脂93.0 wt %，消光剂TiO2 4wt %、SiO2 1wt %，成核剂聚乙烯接枝马来酸锌离聚体0.6wt %，抗氧剂168 0.4wt %。
挤出成型工艺：
A. 原材料准备：按配方称取原材料，PETG、PET树脂干燥至水分含量0.3%；
B. 物料混合：采用高速混合机分别对物料进行两段混合过程。外层PETG:高速混合段：物料温度70℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；芯层PET:高速混合段：物料温度90℃，主轴转速1500rpm，混合时间30min；低速混合段：物料温度40℃，主轴转速80rpm，混合时间15min；
C. 物料熔融塑化：外层PETG采用单螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为200℃（一区）、210℃（二区）、210℃（三区）、230℃（四区）、230℃（五区）、240℃（六区）、250℃（七区），240℃（八区），螺杆转速30rpm；芯层PET采用双螺杆排气挤出机进行熔融挤出塑化，挤出机工作温度分布为200℃（一区）、220℃（二区）、220℃（三区）、240℃（四区）、240℃（五区）、250℃（六区）、260℃（七区），250℃（八区），螺杆转速45rpm；
D. 模头温度：共挤模头温度为255℃；
E. 冷却:三个辊筒采取水平式排列，其温度控制为：定型辊50℃，中辊40℃，出片辊30℃；冷却后采用ES-2025感应式抗静电棒进行静电消除（工作电压AC220V，输出电压0-5kV，长度1100mm）；
F. 回火：设定温度100℃（第一节）、120℃（第二节）
G.牵引、卷取、分切
表1给出了上述5个实施例所获得的PETG/PET/PETG共挤膜片的性能测试结果。按照本发明提供的配方和制备方法获得的PETG/PET/PETG共挤膜片可实现在较宽范围内的性能调整，材料具有优良的力学性能、热封装性及较高的耐热性，可广泛用作智能卡基片、印刷膜片、装饰膜片等。
表1PETG/PET/PETG共挤膜片的性能
拉伸强度(MPa) 拉伸模量(MPa) 拉伸断裂伸长率（%） 维卡耐热温度（℃） 热封强度N/cm（140℃/5MPa） 尺寸稳定性(制成标准卡)
实施例1 52.76 2756.9 62 108.3 破坏 1mm
实施例2 54.95 2829.7 58 105.6 破坏 1.5mm
实施例3 47.03 2513.3 56 103.4 破坏 1.5mm
实施例4 49.24 2665.8 54 99.5 破坏 1mm
实施例5 51.37 2753.5 51 95.8 破坏 1mm
测试方法：拉伸强度、拉伸模量、拉伸断裂伸长率按照GB/T1040.3测定，维卡耐热温度按照GB/T1633测试，热封强度（剥离强度）、尺寸稳定性按照GB14916相应条款执行。

Claims (9)

1.用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片，其特征在于：膜片分为外层和芯层，外层各组分含量如下：PETG树脂95.8-97.8 wt %，抗氧剂1.6-2.7wt %，UV吸收剂0.1-0.5wt %，抗静电剂0.5-1.0 wt %；
芯层各组分含量如下：PET树脂90.1-94.4 wt %，消光剂5-8wt %，成核剂0.4-1.0wt %，抗氧剂0.2-0.9wt %；
所述膜片的厚度范围为100-400微米，外层每侧厚度大于20微米，芯层PET结晶度为35-40%，晶体尺寸2-5微米；
所述的PETG树脂特性粘度为0.70-0.80dl/g，所述的PET树脂特性粘度为0.68-0.75dl/g；所述PETG/PET/PETG共挤膜片通过如下方法制备得到：
将PETG树脂干燥后，与抗氧剂、UV吸收剂和抗静电剂通过高速混合机充分混合，得PETG混合料，加入挤出机熔融塑化；
将PET树脂加入挤出机，消光剂、成核剂、抗氧剂通过侧喂料系统定量加入挤出机，熔融塑化；
将上述熔融塑化后的物料经过共挤口模流延、冷却、回火、测厚、牵引、卷取、分切工序，得到不同厚度规格的PETG/PET/PETG共挤膜片。
2.根据权利要求1所述的用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂中的一种或多种，抗静电剂为乙氧基化烷基胺类中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片，其特征在于：所述UV吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、聚丁二酸(4―羟基-2,2,6,6-四甲基―1―乙醇)酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片，其特征在于：所述消光剂为TiO2、SiO2中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片，其特征在于：所述成核剂为乙烯基离聚体、苯乙烯基离聚体中的一种或多种。
6.权利要求1~5中任意一项所述用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片的挤出成型工艺，其特征在于包括如下步骤：
1）将PETG树脂干燥后，与抗氧剂、UV吸收剂和抗静电剂通过高速混合机充分混合，得PETG混合料，加入挤出机熔融塑化；
2）将PET树脂加入挤出机，消光剂、成核剂、抗氧剂通过侧喂料系统定量加入挤出机，熔融塑化；
3）将步骤1）和步骤2）熔融塑化后的物料经过共挤口模流延、冷却、回火、测厚、牵引、卷取、分切工序，得到不同厚度规格的PETG/PET/PETG共挤膜片。
7.权利要求6所述用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片的挤出成型工艺，其特征在于：步骤1）中挤出机温度200-240℃，转速30-60 rpm；步骤2）中挤出机温度200-260℃，转速为20-70 rpm。
8.权利要求6所述用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片的挤出成型工艺，其特征在于：步骤3）共挤口模成型温度240-255℃；冷却温度30-50℃。
9.权利要求6所述用于智能卡的PETG/PET/PETG共挤膜片的挤出成型工艺，其特征在于：冷却采用三辊压光机进行，压光机的冷却辊及压辊为磨砂面，膜片厚度范围100-400微米，外层每侧厚度大于20微米，芯层PET结晶度为35-40%，晶体尺寸2-5微米。
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