CN109776781A - 用于生产光学膜的聚酯切片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产光学膜的聚酯切片及其制备方法，①通过胶体磨循环研磨和高速搅拌分散，以及多级过滤机制，将亚微米级无机盐颗粒均匀的分散到含有少量分散剂的乙二醇溶液中，配制成稳定均一的悬浮乳化液；②在一酯化反应釜进行常压酯化反应，制备均一BHET熔融浆液；③将步骤②中反应浆液压入二酯化反应釜，并在二酯化体系中经静置、悬浮液及助剂加入、高速搅拌混合三个阶段，配制成均一混合浆液，将浆液压入缩聚反应釜；④在缩聚反应釜中通过控制温度、真空度、搅拌转速及出料功率，最终得到特性粘度0.655～0.665dl/g的高分子聚合物。本发明聚酯切片所生产的光学膜，具有高透光率、低雾度、高光泽度的特点，且均一性、耐候性良好，后期使用中添加剂不易析出。

Description

用于生产光学膜的聚酯切片及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚酯切片及其制备方法，具体说，是一种用于生产光学膜的聚酯切片及其制备方法。

背景技术

PET薄膜聚酯切片是目前应用最为广泛的一类薄膜生产原料，种类繁多、应用场景丰富，在国民生产中扮演着十分重要的角色。其中光学薄膜就是一个重要的分支，尤其是随着电子加工行业的不断崛起，显示设备轻量化、做大化的发展趋势，对材料的依赖也是越来越高。

但是，现有的聚酯切片制作的薄膜存在以下问题：

1、普通的纤维有光薄膜透光率低，雾度较高，对光线阻隔较大，不能胜任光学膜的要求。

2、传统的薄膜改性处理，薄膜在使用中的稳定性差。现在普遍采用的处理手段是，通过表面喷涂涂敷液，或者使用特殊溶液浸泡等二次处理手段来提高其光学性能，但是这样处理的一大弊端是，大部分液晶面板背光模组在工作过程中都会不同程度的发热，或者使用环境都很难理想的处于室温，这样就会不可避免的带来老化问题；二次处理的光学基膜因属于固-液吸附，在使用中很容易出现脱出现象，长时间使用就会出现布光不均，局部漏光等问题。

3、目前已有的理论研究中，有部分案例提及到使用纳米级添加剂对普通纤维有光聚酯切片在合成阶段进行改性处理，并在酯化反应投料阶段加入纳米级添加剂，针对这种操作，存在如下需要解决的问题：①在实际操作中，就纳米级添加剂来看，所能提供的分散剂都不能保证纳米颗粒在250℃左右的温度下不团聚(即抱团成为大颗粒，远远超出纳米颗粒的范畴)；②在酯化阶段加入纳米级添加剂，由于停留时间过长，且无论是介质酯化反应还是加压酯化反应(原料使用PTA和EG)，都会因为助剂的加入影响后续的光学膜用聚酯切片的色相、凝集粒子数量、二甘醇含量等，这些都是聚酯切片加工光学膜的影响因素，不能满足光学膜用聚酯切片的批量生产条件；③如果在进入预缩聚和缩聚阶段加装过滤器，实验验证无法完成正常的浆料输送，泵压非常高，这也足见其中纳米颗粒团聚的严重性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于生产光学膜的聚酯切片及其制备方法，利用本发明的聚酯切片生产加工的薄膜，无需物理涂敷、浸泡等二次加工手段，即可解决普通薄膜透光率不足的缺陷，达到光学级薄膜的指标要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，包括以下步骤：

①亚微米添加剂配制：将亚微米级金属无机盐分散到添加有质量分数1％-5％的亲水性表面活性剂的乙二醇溶液中，通过胶体磨反复循环并高速分散3-5小时，然后经0.1-1μm过滤器多级过滤，最终得到质量含量为5％-15％的乳状均一悬浮液——亚微米添加剂，留作备用；

②一酯化反应：将PTA固体粉末与乙二醇按照摩尔比1：1.24投入浆料混合罐，并由浆料混合罐均匀的泵入带有反应介质BHET的一酯化反应釜，通过常压酯化反应形成稳定均一的BHET熔融浆液；

③二酯化反应：将步骤②反应所得BHET熔融浆液压入二酯化反应釜，在二酯化反应釜保持240-250℃静置20-30分钟，期间氮气保护；将步骤①所配制的亚微米添加剂由带搅拌的容器定量称重，并通过管道泵均匀地加入到静置之后的二酯化反应釜中，同时加入反应助剂,加入完毕，保持二酯化釜内温240-250℃，并配合高速搅拌30-50分钟，期间持续氮气保护，使乙二醇蒸出量不低于所加亚微米添加剂中乙二醇总体积的95％；

④缩合聚合反应：将二酯化釜处理好的混合浆液经15-25μm不锈钢过滤器，由氮气压入缩聚反应釜，开始负压聚合反应，真空度要求≤60Pa；反应过程中控制温度3.0-3.5h均匀地升至270-290℃反应温度，并保持温度稳定，根据设备特性，通过观察缩聚反应釜搅拌电流、功率、变频数以及反应温度，判断缩聚反应终点，最终得到特性粘度在0.655-0.665dl/g光学膜用聚酯切片浆液，之后再通过铸带头、水下切粒机、干燥机和振动筛完成光学膜用聚酯切片的成品加工。

所述亚微米金属无机盐为碳酸钙或硫酸钡，粒径分布在0.1-1μm。

所述步骤①浆液配制需在3000r/min下，分散3-5小时。

二酯化反应釜所添加的助剂包括催化剂及稳定剂，催化剂在聚酯切片中的质量分数为万分之三至万分之八，稳定剂添加质量占成品聚酯切片质量分数为万分之一至万分之五。

所述催化剂为醋酸锑，稳定剂为多聚磷酸脂。

在步骤③二酯化反应中，分为三个控制阶段，阶段一：在二酯化反应釜进行浆液静置，静置时间20-30分钟；阶段二：在静置完毕后的浆液中均匀加入步骤①配制好的亚微米添加剂和提前称量好助剂，加入时间控制40-60分钟；阶段三：对加入完毕的浆液进行高速搅拌，时间控制在30-50分钟；三个阶段全程氮气保护，二酯化总停留时间90-140分钟。

所添加的亚微米添加剂中所含有的亚微米无机盐，在成品聚酯切片中所占质量分数为0.003-0.006％，即3000-6000ppm。

步骤④中，缩聚反应终温控制在278-282℃，真空度≤60Pa，通过调整缩聚搅拌变频和升温速度，确保缩聚反应时间在3-3.5h完成。

上述的制备方法制得的用于生产光学膜的聚酯切片。

本发明的有益效果是：通过引入亚微米级无机盐晶体粉末，这些晶体粉末将均匀地填充到聚酯切片链段间，原被空气占据的间隙中，利用晶体自身透光性更佳的特点，提高产品成膜后的透光率，起到增透的效果，最大限度的提高光的透过率；采取纳米级分散技术将之加工到目标粒径，在控制精准加入量的前提下，确保混入聚酯切片中后不会影响聚酯切片的内应力，亦不易脱出，以实现成膜后优异的稳定性、耐候性、均一性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

①首先将亚微米级无机盐分散到加有少量分散剂的乙二醇溶液中，配制成均一稳定的悬浮液，留作备用；②在一酯化反应釜内完成BHET浆液的反应，并将反应彻底的浆液压入二酯化反应釜；③浆液进入二酯化反应釜后经静置处理，加入步骤①所配制的悬浮液，充分混合，等到均一混合浆液，并经过滤器压入缩聚反应釜；④在缩聚反应釜，通过控制搅拌频率、升温速度以及反应真空度，完成缩聚反应，最终得到特性粘度为0.655-0.665dl/g的高分子聚合物熔体，再经铸带头、水下切粒机、干燥机、振动筛等完成聚酯颗粒加工，得到光学膜用聚酯切片。

步骤①悬浮液的配制：将亚微米添加剂进行精确称重，加入到事先调配好的乙二醇熔液中，乙二醇溶液中事先加入少量有机分散剂，协助乙二醇参与亚微米添加剂的分散，加好添加剂的乙二醇悬浮液，投加到分散槽内，开启高速搅拌(3000r/min)，同时接通胶体磨循环，连续分散3-3.5h后，经多级过滤器(孔径在0.1-1μm)过滤后导入成品罐备用。

上述步骤①中所使用的有机分散剂多以亲水性为主，推荐使用低聚乙二醇衍生物；所涉及亚微米级金属盐多为硫酸钡、碳酸钙等，这里使用的是碳酸钙，中心粒径在0.6μm左右，属于亚微米级添加剂范畴，一般添加量可控制在3000-6000ppm。

步骤④中在聚合阶段需要提前加入催化剂及稳定剂，常用催化剂有锗系、钛系、锑系等，这里考虑到经济成本以及稳定性，优先选用锑系催化剂，推荐使用乙二醇锑或醋酸锑；稳定剂多以磷系化合物为主，磷酸三甲酯、次磷酸脂等，这里使用多聚磷酸脂。

步骤②一酯化反应阶段，常压，控制温度250-260℃。

步骤③二酯化反应中，静置温度控制在240-250，氮气保护，添加剂加入温度控制245-255℃，压力常压。

步骤④缩聚反应阶段，搅拌频率依次调整顺序为25Hz，50Hz,40Hz，25Hz；通过调整频率，控制缩聚反应时间在3-3.5h之间；真空度要求60pa以下，反应温度278-282℃。

实施例1

①称取8kg的粒径为0.6μm的碳酸钙粉末，加入到150kg加有质量分数为1％聚乙二醇的乙二醇中，开启高速搅拌和循环胶体磨，分散3-3.5h左右，取样测试分散粒径是否满足中心粒径在0.6±0.1μm区间，若满足要求，将分散好的悬浮液经三级1μm的线缠绕过滤器过滤，得到备用悬浮液。

②称取2000kg的固体PTA粉末，在浆料混合罐按照PTA与EG摩尔比1：1.24进行投料，并通过常压泵均匀的泵入一酯化反应釜，控制反应温度252℃，得到均一稳定的BHET浆液。

③将步骤②得到的浆液使用氮气压入二酯化反应釜，保持温度245℃，氮气保护下静置20分钟，之后在40分钟内均匀加入配制好的悬浮液140kg和1000g的醋酸锑、150mL的多聚磷酸脂，高速搅拌30分钟后得到均一混合浆液。

④将步骤③得到的浆液经25μm不锈钢过滤器压入缩聚反应釜，在280℃温度及60pa真空度下进行缩聚反应，根据搅拌电流及功率判定出料点，满足特性粘度0.655dl/g以上时出料，再经切粒、干燥得到光学膜用聚酯切片。

按照步骤①～④的方法，实施其他2-4实例，具体数据见表1：

表1：

本发明的聚酯切片，相比普通纤维有光聚酯切片所成的薄膜，具有透光率高、低雾度、高光泽度的物理光学特点。本发明的产品则是采用固-固包覆，最大限度的保证了产品的均一稳定，耐用性更佳，稳定性出众。聚酯切片纯净度高、杂质粒子相较普通聚酯切片低20％以上，满足光学保护膜和增透膜的使用要求。

本产品加工合成过程中要求在无尘室全程封闭空间操作，避免引入杂质，影响产品质量；同时要严格控制各个阶段的温度，避免反应釜内温及外温出现超温(≥300℃)的情况，否则，产品凝集粒子将增多，亦有可能出现碳化物，无法满足光学膜的要求；另外，还要避免使用有色催化剂和调色剂，否则将会影响成膜后的光学特性，出现吸收光缺陷。

本发明的产品可充当LCD/LED中背光模组用膜以及车窗膜、玻璃幕墙用膜等，以其透光率高、无需二次处理，稳定性更佳的优势。

下面结合具体实施例进行说明：

以上实例1-4中所生产光学膜用聚酯切片，经双向拉伸，最终制得厚度在25μm的PET薄膜，对所制得的薄膜进行各项物理性能测试，测试结果汇总如下表2所列：

表2：

表2中所设计测试数据，其中厚度测试方法按照DIN53370规定执行，透光率、雾度测试方法按照ASTMD1003规定执行，光泽度测试方法按照ASTMD2457规定执行，摩擦系数测试方法按照DIN53375规定执行。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (9)

1.一种用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①亚微米添加剂配制：将亚微米级金属无机盐分散到添加有质量分数1％-5％的亲水性表面活性剂的乙二醇溶液中，通过胶体磨反复循环并高速分散3-5小时，然后经0.1-1μm过滤器多级过滤，最终得到质量含量为5％-15％的乳状均一悬浮液——亚微米添加剂，留作备用；

②一酯化反应：将PTA固体粉末与乙二醇按照摩尔比1：1.24投入浆料混合罐，并由浆料混合罐均匀的泵入带有反应介质BHET的一酯化反应釜，通过常压酯化反应形成稳定均一的BHET熔融浆液；

③二酯化反应：将步骤②反应所得BHET熔融浆液压入二酯化反应釜，在二酯化反应釜保持240-250℃静置20-30分钟，期间氮气保护；将步骤①所配制的亚微米添加剂由带搅拌的容器定量称重，并通过管道泵均匀地加入到静置之后的二酯化反应釜中，同时加入反应助剂,加入完毕，保持二酯化釜内温240-250℃，并配合高速搅拌30-50分钟，期间持续氮气保护，使乙二醇蒸出量不低于所加亚微米添加剂中乙二醇总体积的95％；

④缩合聚合反应：将二酯化釜处理好的混合浆液经15-25μm不锈钢过滤器，由氮气压入缩聚反应釜，开始负压聚合反应，真空度要求≤60Pa；反应过程中控制温度3.0-3.5h均匀地升至270-290℃反应温度，并保持温度稳定，根据设备特性，通过观察缩聚反应釜搅拌电流、功率、变频数以及反应温度，判断缩聚反应终点，最终得到特性粘度在0.655-0.665dl/g光学膜用聚酯切片浆液，之后再通过铸带头、水下切粒机、干燥机和振动筛完成光学膜用聚酯切片的成品加工。

2.根据权利要求1所述用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于,所述亚微米金属无机盐为碳酸钙或硫酸钡，粒径分布在0.1-1μm。

3.根据权利要求1所述用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于，所述步骤①浆液配制需在3000r/min下，分散3-5小时。

4.根据权利要求1所述用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于，二酯化反应釜所添加的助剂包括催化剂及稳定剂，催化剂在聚酯切片中的质量分数为万分之三至万分之八，稳定剂添加质量占成品聚酯切片质量分数为万分之一至万分之五。

5.根据权利要求4所述用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于，所述催化剂为醋酸锑，稳定剂为多聚磷酸脂。

6.根据权利要求1所述用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于，在步骤③二酯化反应中，分为三个控制阶段，阶段一：在二酯化反应釜进行浆液静置，静置时间20-30分钟；阶段二：在静置完毕后的浆液中均匀加入步骤①配制好的亚微米添加剂和提前称量好助剂，加入时间控制40-60分钟；阶段三：对加入完毕的浆液进行高速搅拌，时间控制在30-50分钟；三个阶段全程氮气保护，二酯化总停留时间90-140分钟。

7.根据权利要求6所述用于生产光学膜的聚酯切片制备方法，其特征在于，所添加的亚微米添加剂中所含有的亚微米无机盐，在成品聚酯切片中所占质量分数为0.003-0.006％，即3000-6000ppm。

8.根据权利要求1所述用于生产光学膜的聚酯切片的制备方法，其特征在于，步骤④中，缩聚反应终温控制在278-282℃，真空度≤60Pa，通过调整缩聚搅拌变频和升温速度，确保缩聚反应时间在3-3.5h完成。

9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的用于生产光学膜的聚酯切片。