本发明涉及一种含有玻璃球的线性聚酯薄膜或薄片,所说玻璃球具有一定的粒子大小分布并占聚酯薄膜重量的一定比例。玻璃球的加入,改善了薄膜的几种性能,包括薄膜的动摩擦系数。
最好是,本发明将一种控制了粒子大小分布和添加量的第二添加剂-烟化二氧化硅-也添加到薄膜中。烟化二氧化硅的额外加入改善了聚酯薄膜的几种性能,其中包括薄膜的静摩擦系数。
本发明的一个实施例涉及一种含有微小玻璃球的线性聚酯薄膜,所说微小玻璃球的平均粒子大小约为2-3微米(D50=2-3微米),而且,其粒子大小分布如下:99.9%的粒子大小约8微米,75%的粒子小于约5微米,50%的粒子小于约2微米。玻璃球的含量极小,约为薄膜重量的百万分之1~30(ppm);玻璃球的含量理想的是占薄膜重量的3-30ppm,最好是占薄膜重量的6~20ppm。
含有具有上述粒子大小分布和用量的玻璃球的线性聚酯薄膜将具有改善的加工性能,比如,改善的卷绕和切割性能。作为对也掺有类似的粒子大小的玻璃球、只是用量非常大-约占薄膜重量的0.2~0.9%-的现有聚酯薄膜的一种改进,本发明的薄膜没有大的表面粗糙度,而这种大的表面粗糙度是薄膜在某些应用方面所不希望有的,比如,当需要有一个光滑的镀金属的复合薄膜时。例如,当接着对薄膜镀金属时,本发明的聚酯薄膜将没有这些缺陷:比如,卷绕故障,在膜的表面上有粘附的小疙瘩、有箭头状或针状。
本发明的另一个实施例涉及一种除含有第一个实施例中所述的粒子大小分布和用量的玻璃球之外,还含有作为薄膜第二添加剂的、附聚的烟化二氧化硅颗粒的聚酯薄膜,所说附聚的烟化二氧化硅颗粒的粒子大小分布为:100%的粒子小于1微米,而它们的平均粒子大小约为0.10~0.50微米,用量约为薄膜重量的0.01~0.02%。比较理想的是,附聚的烟化二氧化硅颗粒的粒子大小分布为:100%的粒子小于1微米,而它们的平均粒子大小约为0.20~0.40微米。薄膜中烟化二氧化硅的含量理想的是占薄膜重量的0.015~0.018%。最理想的是,附聚的烟化二氧化硅颗粒的粒子大小分布为:100%的粒子小于1微米,而它们的平均粒子大小约为0.25~0.35微米。构成上述烟化二氧化硅颗粒的附聚体的单个的或者分立的烟化二氧化硅颗粒一般具有0.05微米左右的粒子大小。但是,正如以前所述,烟化二氧化硅极少以如此小的、分立的颗粒存在。如此小尺寸的颗粒通常以两个或两个以上的散粒附聚体的形式存在。
既含有玻璃球,又含有烟化二氧化硅添加剂的聚酯薄膜将具有非常接近于不含添加剂的双轴取向的聚酯薄膜的折散率的折射率。这种薄膜是非常非常透明的,因此,它具有极小的浊度。再者,以上述的粒子大小分布和用量加入烟化二氧化硅,使得薄膜具有改善了的静摩擦系数。
用于本发明试验中的玻璃球是市售的,并且具有象用传统的装置、比如Malvern粒子大小分析仪所测定的那样的粒子大小分布。这些玻璃球是固体的,而且不限制任何化学成分,它们可以具有光滑的表面,也可以具有腐蚀过的表面。球的表面可用使玻璃球同硝酸接触一段时间的办法来腐蚀,时间的长短应足以在球的表面产生理想程度的腐蚀。具有腐蚀过的表面的玻璃球是最理想的。玻璃球在形状上基本上呈球形,关于粒子大小,以微米来表示玻璃球的直径。理想的玻璃球是PQ公司的一家分公司-Potters工业股份有限公司以Spheriglass为品名出售的玻璃球。
当四氯化硅在氢火焰上反应,形成单个的、球状的二氧化硅液滴时就生成了烟化的二氧化硅。这些液滴碰撞和聚结就形成了比较大的滴,随着这些滴的冷却并开始凝固,虽继续碰撞,但它们只粘附而不聚结,结果形成了固体的聚集体,这些聚集体又继续碰撞,就形成了被称为附聚体的球。烟化二氧化硅的粒子大小是指单个的、冷却后的球形滴的粒子大小。
可将要求量的玻璃球和烟化二氧化硅在薄膜生产过程中聚合物挤压之前的任意时刻添加到聚酯薄膜的成膜材料中。在本发明的一般试验中,比较理想的是在用聚合法生产聚合物期间将玻璃球和烟化二氧化硅掺入聚合物中。一种简便的生产工艺是将颗粒添加到用于聚合物生产的缩聚混合物中。业已发现,特别理想的是在聚合物生产期间,在形成单体的酯内交换反应之后,以浆的形式把玻璃球和烟化二氧化硅加入。例如,可在缩聚开始之前,将颗粒以在甘醇中的浆的形式加入,由此形成聚酯。
用来生产合成线性聚酯薄膜的聚合物对于本领域熟练技术人员来说都是已知的,而且,可以通过一个或多个二羧酸或者它们的低级烷基(至多6个碳原子)二酯的缩合而获得,例如,由对苯二酸、间苯二酸、苯二甲酸、2,5-,2,6-或2,7-萘二甲酸、丁二酸、癸二酸、己二酸、壬二酸、4,4′-联苯二羧酸、六氢化对苯二甲酸或者1,2-双对羧基苯氧乙烷(选择的带有一元羧酸加新戊酸)与一个或多个二元醇,例如,乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇和1,4-环己烷二甲醇缩合。
根据本发明的配方制备的聚酯薄膜可进行单轴或双轴取向,但最理想的是用在薄膜平面内相互垂直的两个方向上拉伸的办法双轴取向,以获得令人满意的综合的机械和物理性能。理想的是,用在两个相互垂直的方向上顺序拉伸的方式使薄膜取向,通常是在70~250℃温度条件下进行。这种拉伸方式在很多专利中都描述过,例如,英国专利GB-838,708。这些技术是聚酯薄膜生产领域的熟练技术人员所公知的。
可选择地将传统的涂层剂涂敷于聚酯薄膜上。添加这样的涂层剂一般是为了改善粘合性或抗静电性能。这些涂层剂的化学成分对于本领域熟练技术人员来说都是公知的,而且,在很多专利和出版物上都描述过。涂层剂可以涂敷到单轴取向的或者双轴取向的薄膜基片上。在同步拉伸双轴取向处理中,涂层剂可以在拉伸作业开始之前或者在拉伸作业结束之后涂敷到基片上。在顺序拉伸双轴取向处理中,涂层剂最好是在两个拉伸步骤之间-即双轴拉伸作业中的纵向和横向拉伸之间涂敷到薄膜基片上。这样的拉伸和涂层顺序特别适合于涂层的聚对苯二甲酸乙酯薄膜的生产。比较理想的是,在一组转动辊的作用下,先对薄膜纵向拉伸,然后用涂层剂涂层,最后,在一个展幅机炉内进行横向拉伸。最好是紧接着对涂层薄膜进行热固定。
可以用任何合适的、传统的涂层技术,比如:浸涂、逆向转辊涂层或者缝隙涂层等把选择的涂层剂以水分散体或者在有机溶剂中的溶液形式涂敷到聚酯薄膜基片上。
在顺序拉伸和/或热固定期间,施加在涂层薄膜上的温度在干燥水介质或者在使用溶剂的情况下干燥溶剂方面是有效的,而且,在涂料的凝固和形成连续的、均匀层方面也是有效的。
一种用于本发明的聚酯薄膜的、理想的粘附涂料或粘附层是从具有超级粘附性能的成膜粘附层聚合物生产出来的。合适的粘附层聚合物包括至少一种由丙烯酸的酯衍生的单体,特别是从那些烷基中至多含有10个碳原子的烷基酯-例如:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、三丁基、己基、2-乙基己基、庚基和正辛基的酯衍生的单体。烷基丙烯酸酯例如由丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯与烷基异丁烯酸酯一起衍生的聚合物是最理想的。含有丙烯酸乙酯和异丁烯酸甲酯的聚合物是最最理想的。丙烯酸酯单体的含量最好占30~65%(摩尔)的比例,而异丁烯酸酯单体的含量最好占20~60%(摩尔)的比例。
适用于粘附层聚合物制备的其它单体包括:丙烯腈、甲基丙烯腈、卤代丙烯腈、卤代甲基丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙醇丙烯酰胺、N-丙醇丙烯酰胺、N-乙醇甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、亚甲基丁二酸、亚甲基丁二酸酐以及亚甲基丁二酸的半酯,这些单体最好作为选择添加的单体同丙烯酸的酯和/或异丁烯酸的酯以及它们的衍生物共聚。
粘附层聚合物的其它可选择的单体包括乙烯基酯,比如:乙烯基乙酸酯、乙烯基氯乙酸酯和乙烯基甲苯酸酯、乙烯基吡啶、乙烯基氯、亚乙烯基二氯、马来酸、马来酐;苯乙烯和苯乙烯的衍生物,如:氯苯乙烯、羟基苯乙烯,以及烷基化苯乙烯,其中,烷基至多含有1-10个碳原子。
一种比较理想的粘附层聚合物是从3种单体衍生而来的,这三种单体是:(1)35~60%(摩尔)的丙烯酸乙酯,(2)30~55%(摩尔)的甲基丙烯酸甲酯,以及(3)2~20%(摩尔)的甲基丙烯酰胺。
粘附层聚合物的分子量可以在一个非常宽的范围内变化,但是,较理想的是在40,000~300,000范围内,最理想的是在50,000~200,000范围内。
如果需要,任意选择的涂料配方中还可含有一种交联剂,它的作用是在涂层内形成交联键,借此改善对聚合的薄膜基片的粘附力。此外,交联剂最好能够内交联,以防止溶剂的渗入。能交联的涂料配方的交联能够以常规的拉伸和/或热固定的温度实现。合适的交联剂可以包括环氧树脂、醇酸树脂;胺的衍生物,如:六甲氧基甲基蜜胺;和/或胺,如蜜胺、二嗪、尿素、环乙烯尿素、环丙烯尿素、硫脲、环乙烯硫脲、烷基蜜胺、芳基蜜胺、苯并胍胺、胍胺、烷基胍胺和芳基胍胺与醛,如甲醛的缩合产物。一种有用的缩合产物是蜜胺与甲醛的缩合产物。
缩合产物也可以是烷氧基化的。交联剂的用量至多占选择的涂料配方中聚合物重量的25%。最好用催化剂来促进交联剂的交联作用。对于蜜胺甲醛的交联来说,理想的催化剂包括:氯化铵、硝酸铵、硫氰酸铵、磷酸二氢铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、对甲苯磺酸、通过与一种碱反应而稳定化的马来酸,以及对甲苯磺酸吗啉。
最好是,生产出的本发明的未涂层聚酯薄膜具有约98~500gauge的厚度。
理想的是以0.01~10毫克/平方分米(mg/dm2)的涂层重量将涂料涂敷到聚酯薄膜上。最理想的是0.5~2.0mg/dm2。
尽管涂层的厚度既不应当小于基片厚度的0.004%也不应当大于基片厚度的10%,但是,聚酯基片的厚度与层涂厚度的比率仍可以在一个很宽的范围内变化。试验中发现,涂层厚度理想的是至少0.01微米,而且,至多不超过1.0微米。
在把涂料沉积到聚酯基片上之前,如果需要的话,可对基片暴露的表面进行化学的或物理的表面改性处理,以便促进该表面与接着涂敷的涂层之间的粘合。基片表面的改性,可以通过火焰处理、离子轰击、电子束处理或紫外光处理等办法来进行。理想的处理是让基片暴露的表面经受伴有电晕放电的高压电胁强处理,因为这种处理既简便又高效。另一种可选择的方案是,用一种已知的对基片聚合物有溶解或者膨胀作用的试剂对基片进行预处理。这种特别适合于对聚酯基片进行处理的试剂包括:溶解于普通有机溶剂中的卤代酚,比如,溶解于丙酮或甲醇中的对氯间甲酚(p-chloro-m-cresol)、2,4-二氯苯酚、2,4,5-或2,4,6-三氯苯酚、或者4-氯代间苯二酚溶液。
可将选择的涂层涂敷到聚酯基片的一个或两个表面上,而这一个或两个涂层又可以被另外的材料涂敷。这样,原始涂层的作用是作为有助于另外的涂层随后沉积的底层。
用来构成复合薄膜的聚酯薄膜基片中的一个或多个聚合层以及任何选用的涂层通常都可含有热塑性聚酯薄膜生产中任何惯用的添加剂。因此,这些试剂,如染料、空隙剂、润滑剂、抗氧化剂、抗粘连剂、表面活性剂、滑移助剂、光泽改善剂、降解助剂、紫外光稳定剂、粘度调节剂、以及分散稳定剂都可以适量地掺混到聚酯薄膜基片和/或涂层中。
参照下面介绍本发明的几个实施例的特定例子,能更好地理解本发明。
例1
把由Potters工业股份有限公司以“SPHERIGLASS E250P2BH”为品名销售的固体玻璃球与乙二醇混合,形成一种固体含量约为1.0%的浆,所说玻璃球的粒子大小分布为:99.9%的粒子小于7.2微米,75%的粒子小于5微米,50%的粒子小于2.0微米,而平均粒子大小为2.2微米(D50=2.2微米)。将该浆在一台5加伦的“ROSS”混合器中在高切力的条件下混合1小时。把混合后的浆泵入聚对苯二甲酸乙酯(单体)中。玻璃球的加入量占挤压后所获得的薄膜重量的百万分之6(6ppm)。当玻璃球加入之后,将常规的聚合催化剂加进反应混合物中。将所得的PET聚合物用常规的薄膜生产技术挤压到一个冷却的骤冷表面上,并双轴取向。然后,使熔融的单体在285~290℃的温度和约0.5mmHg的压力条件下聚合。将所得的聚对苯二甲酸乙酯冷却并转变成小片。
然后,将干燥后的小片在285℃的温度条件下挤压成薄膜,并用在相互垂直的两个方向上顺序拉伸的办法进行双轴取向,在每一个拉伸方向上的拉伸比均为2.9∶1,随后用225℃的温度进行热固定。最后获得的填充了的薄膜产品具有的总厚度为200gauge,而且,将其与由同样的聚酯聚合物,以同样的方法生产的相同的非填充的200gauge薄膜相比鉴定其光学性能。用Gardner浊度计测量的结果是,这两种薄膜均具有仅0.25%的极低的整体浊度。除了优良的透明度外,填充的聚酯薄膜还具有优良的光泽。还对填充了的薄膜的卷绕性能作了鉴定,并发现,能以高的卷绕速度产生光滑的膜滚,没有可观察到的界面粘连表面缺陷,比如,箭头体、粘着的小疙、针状体或者重叠等。把填充了的薄膜表面用常规技术镀以铝,铝层的表面未发现有小斑点。
例2
按照例1所述的方法,不同的是既掺混了6ppm例1中所用的玻璃球,又掺混了165ppm的由De Gussa公司销售的型号为Aerosil OX50的烟化的二氧化硅,生产第二种填充了的双轴取向的聚对苯二甲酸乙酯(聚酯)薄膜。烟化的二氧化硅具有0.050微米的单粒子尺寸。在ROSS高速混合器中分别以4%和1%的固体浓度制备烟化二氧化硅和玻璃球的乙二醇浆。将浆添加到熔融的单体中。然后,让熔融的单体在285℃~290℃的温度和约0.5mmHg的压力条件下聚合。将获得的聚对苯二甲酸乙酯冷却,并转变成小片。
然后,将干燥后的小片在285℃的温度条件下挤压成薄膜,并用在相互垂直的两个方向上顺序拉伸的办法进行双轴取向,在每一个拉伸方向上的拉伸比均为2.9∶1,拉伸之后,用225℃的温度进行热固定,获得厚度为200gauge的薄膜。对薄膜的卷绕和光学性能进行了鉴定,结果发现,其显示出优良的光学和卷绕性能。与例1中所制备的非填充薄膜相比,虽在透明度方面略有降低(本例中为0.3%,例1中为0.25%),不过,该透明度仍然是优良的。
例3
通过掺混3ppm例1中所用的玻璃球和83ppm例2中的烟化二氧化硅制备另外的填充的双轴取向的聚对苯二甲酸乙酯(聚酯)薄膜。在ROSS高速混合器中,分别以4%和1%的固体浓度制备烟化二氧化硅和玻璃球的乙二醇浆。将浆添加到熔融的单体中。然后,让熔融的单体在285~290℃的温度和约0.5mmHg的压力下聚合。将所得的聚对苯二甲酸乙酯冷却,并转变成小片。
将干燥后的小片在285℃的温度条件下挤压成薄膜,并用在相互垂直的两个方向上顺序拉伸的办法进行双轴取向,在每一个拉伸方向上的拉伸比均为2.9∶1,随后以225℃的温度进行热固定,获得厚度为200gauge的薄膜。对该膜的卷绕和光学性能进行鉴定,结果发现,其显示出优良的光学和卷绕性能。与例1中制备的非填充薄膜相比,透明度几乎相同,而且获得了良好的卷绕性能。
例4
除了把6ppm的由“Potters工业股份有限公司”以“SPHERIGLASS E250P2BH”的品名销售的玻璃球和165ppm的由“Cabot公司”销售的Cab-o-sil L90(初始粒子尺寸为27毫微米,平均附聚体尺寸=220~250毫微米)用作填料之外,重复例3的步骤。也获得了具有优良光学透明度和良好卷绕性能的薄膜。当把薄膜表面镀以铝再镀以金之后,未观察到小斑点。
例5
在例1-3中生产出的薄膜的一个面上涂敷常用的抗静电涂料组分。得到了具有优良透明度、优良卷绕性能和抗静电性能的薄膜。当把薄膜的未涂敷的一面镀以铝再镀以金之后,未观察到小斑点。
例6
在例1~3中生产出的薄膜的一个面上涂敷增强粘合力的涂料。获得了具有良好透明度、良好卷绕和良好粘合性能的薄膜。当把薄膜的未涂敷的一面镀以铝再镀以金之后,未观察到小斑点。