專利名稱：一種具有增強(qiáng)型表面金屬附著性的聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向拉伸聚酯薄膜的生產(chǎn)方法，特別是一種采用在線涂布技術(shù)進(jìn)行薄膜表面化學(xué)處理，使薄膜具有增強(qiáng)型表面金屬附著性及熱穩(wěn)定性的雙向拉伸聚酯薄膜生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
雙向拉伸聚酯薄膜經(jīng)常被用作與金屬復(fù)合的基材，比如在包裝方面用于鍍鋁復(fù)合，在激光鐳射方面用于涂覆金屬粉末等。這些復(fù)合材料在本身加工或使用場(chǎng)合中往往要經(jīng)歷加工溫度較高、條件較復(fù)雜的工藝過程。這就要求聚酯薄膜表面具不但要有高的金屬附著性，同時(shí)還要求在高溫下仍然具有穩(wěn)定的附著性能，不至于在加工或使用過程中使金屬層從薄膜表面脫落下來。
就目前廣泛用于食品包裝方面的鍍鋁復(fù)合薄膜來說，食品包裝后往往還要經(jīng)歷一道高溫蒸煮殺菌工序，如果鍍鋁膜在高溫下不穩(wěn)定，會(huì)使鍍鋁層脫落下來而失去對(duì)包裝物的保護(hù)作用。普通的鍍鋁用聚酯薄膜通過電暈處理增加表面極性來提高薄膜與鋁層的附著性，這種薄膜不但與鍍鋁層的附著性不高，而且還會(huì)隨著貯存時(shí)間的增長表面極性會(huì)逐漸減弱或消失而影響薄膜與鋁層復(fù)合性。此外，普通鍍鋁膜在高溫下性能也很不穩(wěn)定，很難保證加工過程中鍍鋁層不會(huì)脫落下來。因此，普通薄膜無法用于高溫蒸煮的包裝用鍍鋁基膜。我們生產(chǎn)的在線涂布型聚酯薄膜，由于其表面涂覆有一層特殊的化學(xué)物質(zhì)，使薄膜表面具有增強(qiáng)的金屬附著性能。該種薄膜不像普通電暈薄膜那樣，其表面性能不會(huì)有時(shí)效性的缺點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)樗扛驳幕瘜W(xué)物質(zhì)具有很好的高溫穩(wěn)定性，使鍍鋁膜在高溫下仍能表現(xiàn)出好的鍍鋁復(fù)合性能。該種薄膜非常適合用于像咖啡、榨菜、肉食品等要求加工溫度比較高、條件比較苛刻的包裝用鍍鋁復(fù)合基膜。
涂布型聚酯薄膜的基本結(jié)構(gòu)為雙向拉伸聚酯薄膜基材，化學(xué)物質(zhì)涂覆層、鍍鋁層和油墨印刷層或其它的薄膜復(fù)合層。在這一復(fù)合結(jié)構(gòu)中，最重要的是第二層，即化學(xué)物質(zhì)涂覆層，它不僅起到增強(qiáng)金屬涂覆層和薄膜基材層之間復(fù)著力的作用，而且能保證在某些特殊情況下(如高溫、潮濕等)使這種復(fù)著力仍然保持穩(wěn)定的性能。在普通的鍍鋁用聚酯薄膜中，金屬層直接附著于薄膜基材上，其性能往往不盡如人意，并且不能用于某些要求較高的特殊場(chǎng)合中。
要制備上述結(jié)構(gòu)的聚酯薄膜，有兩方面的要點(diǎn)一方面是工藝程序的制定，另一方面是涂布材料的選擇及其配方的開發(fā)。在工藝上，也可以采用傳統(tǒng)的離線涂布方式，但離線涂布是在薄膜生產(chǎn)完成之后再進(jìn)行的，其工藝過程相對(duì)繁雜，再加上涂布用量較多，導(dǎo)致生產(chǎn)成本很高，最終產(chǎn)品的價(jià)格難以為用戶所接受。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明公開一種具有增強(qiáng)型表面金屬附著性的聚酯薄膜。薄膜經(jīng)雙向拉伸工藝生產(chǎn)，有一表面經(jīng)在線涂布工藝處理涂覆上一層聚酯樹脂化學(xué)物質(zhì)。該薄膜基材還具備如下性能拉伸強(qiáng)度(橫向、縱向)大于200MPa，斷裂伸長率(橫向、縱向)大于90％，霧度小于3.0％，表面摩擦系數(shù)小于0.5，150℃、30min下的加熱收縮率橫向小于1.0％、縱向小于2.5％。該薄膜適用于要求鍍鋁復(fù)合性高、在高溫加工條件下性能穩(wěn)定的包裝基膜。
本發(fā)明中，生產(chǎn)的雙向拉伸聚酯薄膜經(jīng)在線涂布工藝處理，在一表面涂覆上一層聚酯樹脂類材料，使薄膜具有特殊的表面性能。涂布層干燥后厚度為0.03-0.08μm，涂布后的表面潤濕張力大于44mN/m，一般大于48mN/m。聚酯薄膜具有較低的霧度，一般情況小于3.5％，最好的情況小于3.0％。聚酯薄膜表面的摩擦系數(shù)一般小于0.55，最好情況下小于0.5，低的摩擦系數(shù)有利于聚酯薄膜的收卷和分切，保證聚酯薄膜的優(yōu)良加工性能。聚酯薄膜具有較低的熱收縮率，在150℃下加熱30min，橫向熱收縮率小于1.0％、縱向小于2.5％。特殊的表面涂布材料性能以及薄膜較低的熱收縮率保證了聚酯薄膜在高溫鍍鋁加工過程中的優(yōu)異性能，也保證了鍍鋁膜在高溫使用環(huán)境中仍能表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。
本發(fā)明中，用于生產(chǎn)雙向拉伸聚酯薄膜的聚酯原料，一般為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對(duì)萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其共聚改性聚酯，最好為PET或PEN。聚酯原料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般要求大于65℃，最好大于70℃，熔點(diǎn)一般要求大于250℃，最好大于260℃，其他性能指標(biāo)必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
涂布材料一般采用可水溶或可分散于水中的高分子物質(zhì)，一般配成重量百分比為5％-30％的水溶液，具體濃度視原料的性能而定。要求涂布液具有較低的粘度、易于在薄膜上鋪展開、與薄膜在橫拉階段的拉伸性能相似等性能。本發(fā)明中使用的涂布材料為聚酯樹脂類WB 630-100，配制成10％的水溶液。假如涂布材料影響薄膜的加工性能，涂布液中可加入適量的滑爽劑和抗粘連劑。
聚酯的加工生產(chǎn)方法采用雙向拉伸工藝，可以是單層擠出結(jié)構(gòu)，也可以是三層共擠結(jié)構(gòu)的聚酯薄膜。本發(fā)明使用三層共擠結(jié)構(gòu)，三層結(jié)構(gòu)的聚酯薄膜含兩個(gè)表面層A和C，中間為B層。三層結(jié)構(gòu)的聚酯原料分別由三臺(tái)擠出機(jī)擠出，擠出機(jī)可以是單螺桿擠出機(jī)，也可以是雙螺桿擠出機(jī)。A和C可以分別設(shè)定各自的擠出量，A層和C層的厚度通常大于0.1μm，一般在0.2μm-3.0μm之間，最好為0.3μm-2.0μm，A層和C層結(jié)構(gòu)可以不同。中間層B的厚度通常大于0.5μm，一般為0.5μm-15μm，最好為1.0μm-10μm。中間層B與表面層A、C的材料可以不同，薄膜的總體厚度根據(jù)用戶使用需要而改變，從6μm-75μm，一般為8μm-50μm，最好為10μm-25μm，中間層B的厚度一般占整個(gè)薄膜厚度的50％到95％。
三層結(jié)構(gòu)的兩個(gè)表面層中至少有一層含有抗粘連劑，有利于聚酯薄膜的加工和使用，每層用的材料均為聚酯。通常用的抗粘連劑為無機(jī)粒子或有機(jī)粒子，比如碳酸鈣、二氧化硅、粘土、碳酸鎂、硫酸鈣、磷酸鈣、三氧化鋁等無機(jī)粒子或交聯(lián)聚苯乙烯、交聯(lián)聚內(nèi)烯酸酯粒子等有機(jī)粒子?？梢赃x擇一種或兩種以上粒子作為抗粘連劑，或者選擇一種類型相同但粒徑不同的粒子混合，抗粘連劑可以是在聚酯聚合時(shí)加入制成母料，也可以采用擠出共混的方式加入，通常采用制成母料的方法加入抗粘連劑?？拐尺B劑粒子在表面層A和C中加入濃度為重量百分比0.01-0.4％。，一般為0.02-0.30％。
聚酯原料經(jīng)過干燥后的要求水分含量小于50ppm，最好小于30ppm。聚酯原料在擠出機(jī)中熔融擠出到共擠模塊后通過T型平模模頭到達(dá)冷鼓鑄片，冷鼓的溫度一般小于50℃，最好小于30℃。為了獲得良好的鑄片效果，可以用靜電輔助鑄片或氣流輔助鑄片，最好為靜電輔助鑄片，隨后經(jīng)過縱向拉伸、涂布處理、橫向拉伸、熱定型處理、松弛、冷卻、牽引、收卷。
在線涂布處理工序在薄膜厚片縱向拉伸之后及橫向拉伸之前進(jìn)行，膜片通過涂布機(jī)時(shí)將膜片壓在涂布輥上進(jìn)行涂布，涂布輥將液槽中的涂布液帶至膜片表面。涂布輥的速度與生產(chǎn)線速度一致，膜片涂布之后的干燥過程與薄膜橫拉之后的干燥過程一同完成。
雙向拉伸通常為逐次拉伸，最好是先進(jìn)行縱向拉伸(MD)后進(jìn)行橫向拉伸(TD)，使聚酯分子鏈取向。縱向拉伸可以用兩個(gè)不同速度的輥按預(yù)先設(shè)定的不同拉伸倍率進(jìn)行，而橫向拉伸一般在帶夾子的橫拉烘箱里進(jìn)行。拉伸溫度通?？梢愿鶕?jù)薄膜性能要求在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)調(diào)整，縱拉溫度一般為80-140℃，橫拉溫度為90-150℃，縱拉倍率一般為2.0∶1到6.0∶1，最好為2.5∶1到5.5∶1，縱拉可以分幾段進(jìn)行，也可以一段進(jìn)行。橫拉倍率一般為3.0∶1到5.0∶1，最好為3.5∶1到4.5∶1。
薄膜拉伸之后的熱定型段溫度一般控制在150℃至250℃之間，在聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上以及熔點(diǎn)以下進(jìn)行熱定型有利于將薄膜中的拉伸取向轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶取向，降低薄膜的熱收縮率。熱定型的時(shí)間一般為1s-10s，在一定溫度下，時(shí)間越長，越有利于薄膜的結(jié)晶取向。
松弛的位置與時(shí)間長短和松弛率的大小，直接影響薄膜的熱收縮率。松弛一般可以在縱拉與橫拉之間，橫向拉伸結(jié)束與熱定型段之間，及熱定型段與冷卻段之間進(jìn)行?？v拉與橫向之間的松弛率一般小于1％，最好小于0.8％。橫拉結(jié)束到熱定型之間的松弛率一般為0％-5％，最好是0.5％-4％，時(shí)間一般為0.0s-1.5s，最好為0.5s-1.5s，溫度一般為100℃-180℃，最好為120℃-170℃。熱定型段的松弛一般為0％-8％，最好為1％-5％，時(shí)間一般為0.0s-3s，最好為1.5s-3s。冷卻段的松弛率一般為0.5％-8％，最好是1.0％-6％，時(shí)間一般為0.0s-5s，最好為0.5s-5s。
橫拉段結(jié)束后的雙向拉伸聚酯薄膜到收卷的牽引段，可以用高壓電暈對(duì)薄膜非涂布面進(jìn)行處理，也可以不用電暈處理，視薄膜的用途而定。如果進(jìn)行電暈，通常控制電暈處理的密度或電壓使薄膜的表面張力大于45mN/m(達(dá)因)，最好大于50mN/m。


圖1是在線涂布型聚酯薄膜的基本結(jié)構(gòu)及用于金屬復(fù)合示意中雙向拉伸聚酯薄膜基材1化學(xué)物質(zhì)涂覆層2金屬涂覆層3 其他涂覆層具體實(shí)施例方式
結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明發(fā)明的技術(shù)解決方案涂布液的制備涂布液是10％的聚酯樹脂溶液，主要成分為WB 630-100(100％聚酯樹脂)，溶劑為水、異丙醇(IPA)和Tert Butyl Cellusolve(ETB，作用是促進(jìn)樹脂在水中的溶解能力)的混合液。具體制備過程為將水、IPA、ETB混合液加熱至80℃，加入聚酯樹脂固體，在90℃下繼續(xù)加熱攪拌3-5個(gè)小時(shí)，冷卻后過濾備用。
聚酯薄膜的加工過程按如上所述的工藝條件，聚酯原料通過擠出機(jī)熔融擠出，通過配有共擠配料塊的共擠模頭，靜電吸附在冷鼓上鑄片，厚片經(jīng)過縱向拉伸、在線涂布處理、橫向拉伸、熱定型、松弛、牽引、收卷制成厚度為12μm的聚酯薄膜。
表1-4分別是舉例中所用原料、工藝及產(chǎn)品性能檢測(cè)情況。
表1舉例所用涂布液原料配比情況(IPA∶ETB＝2∶1)

表2舉例所用原料情況

表3舉例所用生產(chǎn)工藝條件

表4舉例關(guān)鍵性能指標(biāo)

權(quán)利要求
1.一種具有增強(qiáng)型表面金屬附著性的聚酯薄膜，所述的聚酯薄膜為雙向拉伸聚酯薄膜，其特征在于所述的聚酯薄膜為有一面經(jīng)過在線涂布處理，另一面可以電暈處理，也可以不經(jīng)過電暈處理，其在線涂布處理面的表面潤濕張力不小于44mN/m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線涂布聚酯薄膜，其特征在于所述聚酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于75℃，熔點(diǎn)大于260℃。
3.一種生產(chǎn)如權(quán)利要求1或2所述的在線涂布聚酯薄膜的方法，包括共擠、鑄片、縱拉、在線涂布、橫拉、熱定型、松弛、牽引以及收卷的處理過程，其特征在于所述的聚酯薄膜有一面經(jīng)在線涂布處理，另一面可以電暈處理也可以不用電暈處理，所用的涂布材料為聚酯樹脂類。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于所述的聚酯樹脂類涂布材料為可水溶的高分子材料，其水溶性重量百分比大于20％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于所述的聚酯樹脂類涂布液中，樹脂在溶液中的重量百分含量在5％-20％之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于涂覆在聚酯薄膜上的涂布材料干燥后涂布層厚度在0.03μm-0.1μm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于所述的聚酯薄膜雙向拉伸工藝是先進(jìn)行縱向拉伸，然后進(jìn)行橫向拉伸，在線涂布工藝是在薄膜縱向拉伸之后以及橫向拉伸之前進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于所述的縱向拉伸的溫度為80-140℃，橫向拉伸溫度為90-150℃；縱向拉伸倍率為2.5∶1-5.5∶1，橫向拉伸倍率為3.5∶1-4.5∶1；熱定型溫度為150-240℃，熱定型時(shí)間為1-10秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于所述的松弛處理工藝分別在縱拉與橫拉之間、橫拉結(jié)束與熱定型之間以及熱定型與冷卻之間進(jìn)行，在橫拉結(jié)束到熱定型之間的松弛溫度為120-190℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)聚酯薄膜的方法，其特征在于所述的松弛處理工藝中，縱拉與橫拉之間的松弛率小于1.0％，橫拉結(jié)束與熱定型之間松弛率為0.01-4.0％，松弛時(shí)間為0.0-1.5秒，熱定型與冷卻之間的松弛率為1.0-6.0％，松弛時(shí)間為0.5-3.0秒，冷卻段的松弛率為1.0-6.0％，松弛時(shí)間為0.5-3.0秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有增強(qiáng)型表面金屬附著性的聚酯薄膜，該薄膜在生產(chǎn)過程中經(jīng)在線涂布工藝處理，其表面涂覆上一層特殊的化學(xué)物質(zhì)，使薄膜具有增強(qiáng)的表面金屬附著性以及高溫使用場(chǎng)合下較高的熱穩(wěn)定性；本發(fā)明還公開了該聚酯薄膜的生產(chǎn)方法。
文檔編號(hào)B29C55/12GK1896126SQ200510027768
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者徐志強(qiáng), 覃永新, 孫樹貴, 唐延壽, 辛國 申請(qǐng)人:上海紫東薄膜材料股份有限公司