CN1579742A - 一种高透明的多层共挤双向拉伸聚酯薄膜及其生产方法 - Google Patents

一种高透明的多层共挤双向拉伸聚酯薄膜及其生产方法 Download PDF

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唐延寿
王兆明
辛国
孙树贵
戴炼
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Abstract

本发明公开了一种双向拉伸聚酯薄膜，该双向拉伸聚酯薄膜包含至少三层的共挤结构。在本发明的实施方式中，双向拉伸聚酯薄膜含有两个表面层A层和C层、一个中间层B层，表面A层和C层中含有抗粘连剂，中间B层可以使用回收切片。本发明还公开了该双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，包括聚酯原料制备、挤出、铸片、拉伸、热定型、松弛、牵引、收卷等步骤。本发明的双向拉伸聚酯薄膜具有高的光泽度，低的雾度以及很好的加工性能，特别是收卷和分切性能良好，而且由于可以使用回收切片，薄膜生产成本低。本发明的薄膜可以广泛应用于包装工业领域。

Description

一种高透明的多层共挤双向拉伸聚酯薄膜及其生产方法
技术领域
本发明属于包装工业领域，涉及一种双向拉伸聚酯薄膜，进一步的，本发明涉及一种高透明、高光泽度、低雾度、加工性能良好的至少三层共挤结构的双向拉伸聚酯薄膜及其生产方法。
背景技术
具有高透明高光泽度，并且加工性能良好的双向拉伸聚酯薄膜经常被应用于包装工业领域，它可以使包装表面更具有吸引力，从而刺激消费者对该包装产品的购买欲望。
在薄膜的制造中，薄膜表面的滑爽性和耐磨性不仅影响双向拉伸聚酯薄膜的生产过程，而且直接影响最终产品的质量。为了提高薄膜的滑爽性，通常需要加入添加剂来提高薄膜表面的粗糙度，使薄膜表面形成突起，从而快速彻底排除空气。然而这些添加剂的加入在改善了薄膜收卷和分切性能的同时，也可能导致薄膜雾度升高，透明度下降。另一方面，包装工业长期以来对高透明高光泽度的聚酯薄膜有很大的需求，因此本技术领域技术人员对如何提高双向拉伸聚酯薄膜光学性能(特别是雾度和光泽度)做了一定的研究。
专利号为US5132356的专利公开了含有小玻璃珠和气相法二氧化硅的线性聚酯薄膜。添加剂的加入改善了薄膜的动摩擦系数和静摩擦系数，但是该薄膜的雾度较大并含有一定的斑点，使薄膜表面的光学性能变差。
专利号为WO99/33910的专利中，介绍了含有煅烧硅树脂粒子和气相法二氧化硅附聚物的聚酯薄膜，该薄膜透明性好并且具有较小的雾度，但是该专利没有介绍具体的量化指标，主要应用在太阳窗。
专利号为US6420019的专利公开了一种共挤透明双向拉伸聚酯薄膜，该薄膜的光泽度大于170，雾度小于2.4％，摩擦系数小于0.6，薄膜有良好的加工性能，主要应用于乳酸酪瓶盖膜，但是专利中没有提及该膜其它用途。
专利号为US2002/0160168的专利公开了一种共挤透明双向拉伸聚酯薄膜，该薄膜可以应用在包装行业以及工业领域。该薄膜有良好的加工性能，特别是膜卷的纵向条纹较少，且薄膜光泽度较高(＞170)，雾度较低(＜＝2.5％)。但是在其专利中，薄膜中间层没有使用回收切片，制造成本较高。
基于以上现有技术的不足，本领域需要一种改进的，具有更高光泽度、更高透光率、更低雾度的双向拉伸聚酯薄膜，并且其还应该具有很好的加工性能，适用于各种包装和工业领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种双向拉伸聚酯薄膜，所述的聚酯薄膜含有至少三层的共挤结构，其光泽度大于170，雾度小于2.0％。较佳地，本发明所述的聚酯薄膜光泽度大于175，雾度小于1.8％。更佳地，本发明所述的聚酯薄膜光泽度大于185，雾度小于1.5％。
作为本发明的一个实施方式，所述的聚酯薄膜含有三层共挤结构，包含两个表面层A层和C层、一个中间层B层，表面A层和C层中添加抗粘连剂；B层可添加抗粘连剂和回收切片。
本发明还提供了一种双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，该方法包括：制备至少三层结构的聚酯原料、将各层分别挤出，以及对共挤结构的熔体铸片、拉伸、热定型、松弛、牵引、收卷。
本发明的双向拉伸聚酯薄膜具有高光泽度、高透光率、低雾度，并且具有很好的加工性能，适用于各种包装和工业领域。
本发明的双向拉伸聚酯薄膜的两个表面的光泽度一般大于170，较好的大于175，最好的大于185。
本发明的双向拉伸聚酯薄膜具有很低的雾度，雾度一般小于2.0％，较好的小于1.8％，最好的小于1.5％。
本发明的双向拉伸聚酯薄膜的摩擦系数一般小于0.6，较好的小于0.55，最好的小于0.5。
本发明的双向拉伸聚酯薄膜至少有三层结构，包含两个表面层A层和C层、一个中间层B层。表面A层和C层的原料可以与中间B层不同，但最好使用与B层相同的聚酯原料。表面A层和C层中含有抗粘连剂，B层可以添加回收切片。其中，回收切片是指对聚酯薄膜的废料进行回收利用，制成的有用的聚酯切片。
本发明中，用于生产双向拉伸聚酯薄膜的原料，可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对萘二酸乙二醇酯(PEN)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及其共聚聚酯等，最好是PET。制备的方法可以是酯交换法和直接聚合法。所用聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度[η]一般为0.55-0.80，较好为0.58-0.75，最好为0.60-0.70。用于表面A层和C层与中间B层的聚酯的特性粘度不能相差很大，以免生产过程产生流动不稳定，薄膜有条纹。为了降低生产成本，在中间B层中，可以添加回收切片，回收切片的含量在0.001-30％范围内。
在本发明中，中间B层和其它各层可以含有各种添加剂，包括但不限于稳定剂，抗静电剂，润滑剂，抗氧化剂，着色剂，紫外光吸收剂，抗粘连剂等。这些添加剂可以采用母切片的方法，即在聚合过程中添加添加剂，也可以采用聚合物挤出熔融共混的方法。
典型的抗粘连剂分为有机添加剂和无机添加剂，包括但不限于碳酸钙、二氧化硅、滑石、碳酸镁、碳酸钡、磷酸钙、氧化铝、二氧化钛、碳黑、高岭土、交联聚苯乙烯颗粒、交联丙烯酸酯颗粒等。本发明所选抗粘连剂可以采用相同化学成分、不同颗粒大小的上述添加剂，也可以采用两种或两种以上不同化学成分的添加剂。这些添加剂可以采用不同的方法、以不同的浓度添加到双向拉伸聚酯薄膜的各层中，例如可采用在缩聚过程中加入含有添加剂的乙二醇液制成母切片的方法。
本发明中，中间B层的添加剂浓度一般比表面A层和C层中的添加剂浓度小。表面A层和C层中抗粘连剂的浓度一般为0.01-0.4％(重量百分比)，较好为0.02-0.3％，最好为0.04-0.2％。中间B层中抗粘连剂的浓度一般为0.001-0.1％，较好为0.001-0.05％，最好为0.001-0.02％。整个薄膜抗粘连剂的含量一般小于0.2％，较好小于0.18％，最好小于0.16％。
选用的添加剂最好是胶状或链状二氧化硅，因为它与聚酯之间有良好的粘结性，因此拉伸后孔隙较少。而孔隙是造成薄膜雾度的主要原因。为提高添加剂与聚酯之间的结合力，本发明所用二氧化硅的其中一种为纳米级二氧化硅，其尺寸一般小于100nm，较好小于60nm，最好在20-50nm范围内；同时为使所制的双向拉伸聚酯薄膜有良好的加工性能，特别是分切收卷性能，本发明也采用了微米级二氧化硅，其尺寸一般在0.5-5.0μm范围内，较好在1.0-3.0μm范围内，最好在1.2-2.5μm范围内。本发明中，纳米级的二氧化硅主要应用在表面A层和C层中，微米级二氧化硅可以应用在各层中。
本发明中，三层共挤双向拉伸聚酯薄膜的表面A层和C层的厚度，一般大于0.1μm，通常在0.2-2.5μm范围内，较好的在0.2-2.2μm范围内，最好是在0.3-1.8μm范围内。A层和C层厚度可以相同，也可不同。整个三层共挤双向拉伸聚酯薄膜的厚度，一般在6-75μm范围内，较好在8-50μm范围内，最好在10-25μm内。中间B层的厚度占所有厚度的50-95％。
本发明中，三层共挤结构的聚酯薄膜，中间B层、表面A层和C层的聚合物分别经过三个螺杆挤出机挤出，挤出机可以是单螺杆挤出机，也可以是双螺杆挤出机，聚酯原料经过干燥后的水分要小于50ppm，最好小于30ppm，聚酯原料在挤出机中熔融挤出到共挤模块后通过T型平模模头到达冷鼓铸片，冷鼓的温度一般小于50℃，最好小于30℃，为了获得良好的铸片效果，可以用静电辅助铸片或气流辅助铸片，最好为静电辅助铸片，随后经过纵向、横向双向拉伸、热定型处理、松弛、冷却、牵引、收卷。
双向拉伸通常为逐次拉伸，最好是先纵向拉伸(MD)后横向拉伸(TD)，使聚酯分子链取向，纵向拉伸可以用两个不同速度的辊按预先设定的不同拉伸倍率进行，而横向拉伸一般在带夹子的横拉烘箱里进行。
拉伸温度通常可以根据薄膜性能要求在一个较宽的范围内调整，纵拉温度一般为80-130℃，横拉温度为90-150℃，纵拉倍率一般为2.5∶1-6.0∶1，最好为3.0∶1-5.5∶1，纵拉可以分几段进行，也可以一段进行。横拉倍率一般为3.0∶1-5.0∶1，最好为3.5∶1-4.5∶1。在横拉之前，薄膜单面或两面可以用已知的涂布方式进行在线涂布处理，在线涂布处理通常被用来增强镀铝复合牢度或印刷的牢度，也可以用来提供抗静电或其他性能。
本发明的方法中，热定型的温度一般控制在150-250℃，热定型时间一般为0.1-10秒。在双向拉伸之后，通常薄膜单面或双面要进行电晕处理，使聚酯薄膜的表面张力在52mN/m以上。
本发明所制得的双向拉伸聚酯薄膜不仅具有良好的光学性能，例如很高的光泽度和透明度，很低的雾度，而且具有良好的可加工性，特别是收卷分切性能良好，其具体特征指标见表1。
表1  本发明的双向拉伸聚酯薄膜的具体特征指标
项目 发明指标 较好 最好 单位 测试方法
厚度 6-75 8-50 10-25 μm GB/T6672-2001
光泽度(60°) ＞170 ＞175 ＞185 - GB/T2410-1980
雾度 ＜2.0 ＜1.8 ＜1.5 ％ GB/T2410-1980
摩擦系数(动) ＜0.6 ＜0.55 ＜0.5 - GB/T10006-1988
添加剂含量 表面层 0.01-0.4 0.02-0.3 0.04-0.2 ％ -
中间层 0.001-0.1 0.001-0.05 0.001-0.02 ％ -
总量 ＜0.2 ＜0.18 ＜0.16 ％ -
添加剂尺寸 纳米级颗粒 ＜100 ＜60 20-50 nm -
微米级颗粒 0.5-5.0 1.0-3.0 1.2-2.5 μm -
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明：
实施例1 聚酯原料的制备
将两种不同粒径的二氧化硅混合在乙二醇中配制成二氧化硅的乙二醇悬浮液，按照常规的聚合物合成方法—直接聚合法(PTA法)生产聚酯切片，首先进行酯化反应，然后进行缩聚反应，在缩聚之前加入含有二氧化硅的乙二醇悬浮液和已有技术中的缩聚催化剂、稳定剂，在280℃，真空度10-66.7Pa，搅拌速度40rpm，反应时间在2-3小时之间，制得母切片。母切片M1(IV＝0.63)中含有富士硅S350(粒径为1.8μm)3000ppm，母切片M2(IV＝0.63)中含有富士硅S350(粒径为1.8μm)2000ppm，德固萨OX-50(粒径为50nm)1000ppm。本发明所用的聚酯切片原料见表2。
                      表2 本发明所用的聚酯切片原料
 编号     原料                       特性
F 仪征大有光切片 IV＝0.63
R 回收切片 含有富士硅S350(粒径为1.8μm)600ppm IV＝0.58
M1 母切片1 含有富士硅S350(粒径为1.8μm)3000ppm IV＝0.63
M2 母切片2 含有富士硅S350(粒径为1.8μm)2000ppm德固萨OX-50(粒径为50nm)1000ppm IV＝0.63
实施例2不同原料和参数下双向拉伸聚酯薄膜的性能测试、其与比较例的薄膜结构以及薄膜性能的比较
本实施例中，描述了大量的实验数据和实验结果，逐项改变本发明的双向拉伸聚酯薄膜的各项参数并列出了由此产生的薄膜性能，用以证明生产本发明的双向拉伸聚酯薄膜所需最佳的参数，并且还可了解本发明的双向拉伸聚酯薄膜与比较例的薄膜在结构和性能上存在的差别。以下所述E1-E7为对本发明的三层共挤聚酯薄膜改变不同原料和参数的实验测试；以下所述的C1为比较例的薄膜的实验测试。各例获得的薄膜的具体结构和性能列于表3和表4。
E1：
三层共挤聚酯薄膜为ABC结构，其中间层B层所用原料为切片F，表面A层和C层所用原料都是60％(wt％)的切片F和40％(wt％)的切片M1。B层原料经过结晶干燥后通过挤出机熔融挤出，A层和C层原料通过双螺杆挤出机熔融挤出，三层原料通过配有共挤配料块的共挤模头，静电吸附在冷鼓上铸片，厚片经过纵向拉伸、横向拉伸、热定型、松弛、牵引、收卷制成厚度为12μm的聚酯薄膜，其中A层和C层厚度均为1.5μm。薄膜具有很高光泽度，很低雾度，但加工性能一般，大膜卷表观基本正常。
E2：
除了表面A层和C层厚度只有1.0μm外，其余条件与E1相同。薄膜具有非常高的光泽度和非常低的雾度，但加工性能较差，膜卷表观有少许纵向条纹，分切时有轻微翘边。
E3：
除了表面A层和C层所用原料都由40％(wt％)的切片F和60％(wt％)的切片M1构成之外，其余条件与E1相同，薄膜光泽度较高，雾度较低，加工性能较好，收卷基本正常。
E4：
除了表面A层和C层所用原料都由60％(wt％)的切片F和40％(wt％)的切片M2构成之外，其余条件与E1相同。薄膜具有很高的光泽度，很低的雾度，加工性能非常好。
E5：
除了中间层B层的原料由95％(wt％)的切片F和5％(wt％)的切片M1构成之外，其余条件与E4相同。薄膜的光泽度较高，雾度较低，加工性能非常好。
E6：
除了中间层B层的原料由80％(wt％)的切片F和20％(wt％)的切片R构成之外，其余条件与E4相同。薄膜的光泽度较高，雾度较低，加工性能良好。
E7：
薄膜厚度为16μm，其中A层和C层厚度都为1.5μm，其余条件与E4相同。薄膜光泽度较高，雾度较低，加工性能非常好。
C1：
薄膜中间层B层的原料由70％(wt％)的切片F和20％(wt％)的切片R以及10％(wt％)的切片M1构成，表面A层和C层由原料都由60％(wt％)的切片F和40％(wt％)的切片M1构成。薄膜的光泽度明显降低，雾度增加。
表3本发明的三层共挤聚酯薄膜以及比较例的薄膜结构
举例 厚度/μm        每层厚度/μm          每层添加剂       添加剂尺寸/μm         添加剂含量/ppm
  A  B   C    A    B    C    A     B    C    A   B    C
 E1  12  1.5  9  1.5  S350  没有  S350  1.8   1.8  1200  0  1200
 E2  12  1.0  10  1.0  S350  没有  S350  1.8   1.8  1200  0  1200
 E3  12  15  9  1.5  S350  没有  S350  1.8   1.8  1800  0  1800
E4 12 15 9 1.5  S350OX50 没有  S350OX50  1.80.05   1.80.05  800400 0  800400
E5 12 1.5 9 1.5  S350OX50 S350  S350OX50  1.80.05 1.8   1.80.05  800400 150  800400
E6 12 1.5 9 1.5  S350OX50 S350  S350OX50  1.80.05 1.8   1.80.05  800400 120  800400
E7 16 1.5 13 1.5  S350OX50 没有  S350OX50  1.80.05   1.80.05  800400 0  800400
 C1  12  1.5  9  1.5  S350  S350  S350  1.8   1.8   1.8  1200  420  1200
               表4本发明的三层共挤聚酯薄膜以及比较例的薄膜性能
 举例  摩擦系数(动)   雾度/％  光泽度(60°)    收卷性能    分切效果
 E1  0.48  1.7  185  +(+)  +(+)
 E2  0.50  1.4  192  +  +
 E3  0.45  2.0  180  ++(+)  ++(+)
 E4  0.43  1.3  191  +++(+)  +++(+)
 E5  0.42  1.8  183  ++++  ++++
 E6  0.44  1.7  187  +++  +++
 E7  0.43  1.8  183  +++(+)  +++(+)
 C1  0.42  2.8  140  ++++  ++++
注：++++：不会粘辊，收卷不会发粘，没有纵向条纹，非常好的加工性能。
    +++ ：不会粘辊，收卷不会发粘，没有纵向条纹，好的加工性能。
    ++  ：不会粘辊，收卷不会发粘，没有纵向条纹，加工性能尚可。
    +   ：不会粘辊，收卷不会发粘，有少许纵向条纹，加工性能尚可。
    -   ：易粘辊，收卷易发粘，有纵向条纹，加工性能较差。

Claims (27)

1.一种双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚酯薄膜含有至少三层的共挤结构，所述的聚酯薄膜的光泽度大于170，雾度小于2.0％。
2.根据权利要求1所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚酯薄膜光泽度大于175，雾度小于1.8％。
3.根据权利要求2所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚酯薄膜光泽度大于185，雾度小于1.5％。
4.根据权利要求1所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚酯薄膜含有三层共挤结构，包含两个表面层A层、C层和一个中间层B层，表面层A层和C层中中含有抗粘连剂。
5.根据权利要求4所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述聚酯薄膜的B层中含有抗粘连剂和回收切片，所述的回收切片是指对聚酯薄膜的废料进行回收利用后制成的有用的聚酯切片，回收切片的含量在0.001-30％范围内。
6.根据权利要求4所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述聚酯薄膜A层和C层中含有的抗粘连剂选自碳酸钙、二氧化硅、滑石、碳酸镁、碳酸钡、磷酸钙、氧化铝、二氧化钛、碳黑、高岭土、交联聚苯乙烯颗粒、交联丙烯酸酯颗粒中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述聚酯薄膜A层和C层中含有的抗粘连剂为胶状或链状二氧化硅。
8.根据权利要求4所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述聚酯薄膜的中间B层和其它各层含有添加剂，所述的添加剂为稳定剂、抗静电剂、润滑剂、抗氧化剂、着色剂、紫外光吸收剂、抗粘连剂中的一种或几种。
9.根据权利要求4所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：表面A层和C层的厚度在0.1-2.5μm范围内。
10.根据权利要求9所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：表面A层和C层的厚度在0.2-2.2μm范围内。
11.根据权利要求10所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：表面A层和C层的厚度在0.3-1.8μm范围内。
12.根据权利要求4所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：整个三层共挤双向拉伸聚酯薄膜的厚度在6-75μm范围内，中间B层厚度占整个厚度的50-95％。
13.根据权利要求12所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：整个三层共挤双向拉伸聚酯薄膜的厚度在8-50μm范围内。
14.根据权利要求13所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：整个三层共挤双向拉伸聚酯薄膜的厚度在10-25μm范围内。
15.根据权利要求1所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚酯薄膜的生产原料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、或其共聚聚酯中的一种或几种。
16.根据权利要求15所述的双向拉伸聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚酯薄膜的生产原料是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
17.一种双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：该方法包括制备至少三层结构的聚酯原料、将各层分别挤出，以及对共挤结构的熔体铸片、拉伸、热定型、松弛、牵引、收卷。
18.根据权利要求17所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：制备三层结构的聚酯原料、将三层分别挤出，以及对共挤结构的熔体铸片、双向拉伸、热定型、松弛、牵引、收卷。
19.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：聚酯薄膜的中间B层和表面A层和C层的聚合物分别经过三个螺杆挤出机挤出。
20.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：聚酯原料经过干燥后的水分小于50ppm。
21.根据权利要求19所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：聚酯原料经过干燥后的水分小于30ppm。
22.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：铸片时冷鼓的温度小于50℃。
23.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：铸片时冷鼓的温度小于30℃。
24.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：所述的双向拉伸的顺序为先纵向拉伸后横向拉伸；纵拉温度为80-130℃，横拉温度为90-150℃，纵拉倍率为2.5∶1-6.0∶1，横拉倍率为3.0∶1-5.0∶1。
25.根据权利要求24所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：纵拉倍率为3.0∶1-5.5∶1，横拉倍率为3.5∶1-4.5∶1。
26.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：双向拉伸后，对薄膜单面或双面进行电晕处理，使聚酯薄膜的表面张力在52mN/m以上。
27.根据权利要求18所述的双向拉伸聚酯薄膜的生产方法，其特征在于：热定型的温度控制在150-250℃，热定型时间为0.1-10秒。
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