BOPET 薄膜透明度影响因素及提高方法

谢亚芬

(江阴职业技术学院 ,  江苏 江阴 214431)

摘要 :  重点分析了原材料、助剂和生产工艺条件对 BOPET 薄膜透明度的影响 ;  介绍了提高透明度的措施。主要 措施有选用合适的原料并充分干燥、加入适量和恰当品种的添加剂和采用合适的加工工艺条件等。

关键词 :  BOPET;  薄膜 ;  透明度 ;  雾度

双轴定向拉伸聚酯薄膜 ( 简称 BOPET 薄膜)   由无定形聚酯 (PET)   切片经熔融挤出、在纵横双轴方  向进行拉伸定向而制成。具有透明度高、无毒无味、拉伸强度大、挺度佳、、抗翘曲度好、不易破损、阻 氧性和阻湿性好、耐寒、耐热 ,  且耐化学腐蚀及尺寸 稳定好等优点性 ,  从而在电子、电气、绝缘、磁记录 材料、感光材料、胶片、标牌、装饰、转移基材及各 类包装等领域得到日益广泛的应用。聚酯是透明性很 好的塑料之一 ,  这给制造高透明的制品提供了首要的 条件 ;  但若原料选用不合理、加工工艺条件不当 ,  也 不能生产出高透明的制品。本文主要阐述影响BOPET 薄膜透明度的因素及提高透明度的措施。

1、影响 BOPET 薄膜透明度的因素

1.1原材料的影响

1.1.1 PET树脂的影响

PET 是具有对称性芳环结构的线型大分子 ,  并具 有高度的立体规整性 ,  所有的芳环几乎处于同一个平 面上 ;  这使得相邻大分子的凹凸部分便于彼此镶嵌 , 从而具有紧密敛集能力与结晶倾向 ;  故 PET 具有很 强的结晶性 ;  而结晶性对透明性的影响最大。

由缩聚反应制得的 PET 树脂是从低摩尔质量到 高摩尔质量的分子集合体 ;  因此 ,  存在摩尔质量分布的问题。而摩尔质量分布对透明性也有一定的影响。 PET 的分子链节是通过酯基相互连接的 ,  故其许多重要性质均与酯键的存在有关。如酯键在高温和水或乙二醇等存在下 ,  会发生降解 ,  而降解产生的低分 子物对透明性也有不同程度的影响。

1.1.2 助剂的影响

在生产BOPET薄膜时 ,  为了调整薄膜的表面结构、 改善薄膜的某些物理性能 (如表面静电、表面摩擦系  数)  和有利于薄膜的后加工 ,  往往需加入一定量的助  剂。助剂是影响薄膜透明度的因素之一 ,  助剂选用不当  和添加量过大将严重影响BOPET薄膜的透明度。

1.2 生产工艺条件的影响

1.2.1 原料干燥工序

若 PET 干燥不充分 ,  原料中水分含量过高 ,  则 在挤出一铸片时 ,  片材会出现云雾现象 ,  从而影响片 材的透明性 ;  另一方面 ,  由于挤出一铸片时挤出机最 高温度达 290   ℃,  而 PET 是一种易水解的结晶聚合 物 ,  在较高温度和水分存在的会发生水解、热氧降解 等反应 ,  反应生成的低分子物在一定程度上也会影响 BOPET 薄膜的透明性。

1.2.2 挤出一铸片工序

欲制得透明度高的 BOPET 薄膜 ,  首先必须制得透明、光滑的高质量片材。片材的厚度不当、冷却系 统的冷却效果不佳和机头加热温度的控制精度、机头 内腔的光洁度及加工精度不高 ,  以及片材的挤出速度 过高将严重影响片材的透明度。实践证明 ,  随着片材 挤出速度的增加 ,  片材的透明度随之下降。主要原 因是 :  1、增加挤出速度需提高螺杆转速 ,  易使 PET 塑化不均 ;  2、成型周期缩短 ,  片材不能充分冷却 ;  3、PET熔料挤出速度加快后 ,  熔融 PET 树脂产生不 规则料流 ,  在冷却前得不到充分缓和 ,  表面质量差 ,引起透明性的降低。挤出速度与制品的雾度的关系如 图 1 。

图 1    挤出速度与制品雾度的关系

1.2.3 拉伸工序

预热 :  片材拉伸之前需进行预热 ,  预热时间和预 热温度对 BOPET 薄膜的透明性也有一定的影响。预 热时间过短 ,  PET 片材在拉伸时会出现冷拉伸 ,  从而 导致发白现象 ;  过长则片材会有足够的时间结晶。预 热温度过高 ,  聚合物分子运动能力增加 ,  容易形成较 大或较多晶粒 ,  使片材雾度增加。

拉伸 :  拉伸取向使 PET 分子有序排列 ,  促进结

晶 ,  所形成的晶体称为诱导晶体 ,  因其晶粒很小不会 折射光线 ,  故取向后 ,  制品透明性较好。大量实践表 明 :  拉伸倍率越大 ,  透明性越好 ;  但拉伸比过大时 , 制品被过度拉伸会出现泛白现象 ,  从而影响 BOPET 薄膜的透明性。

2、提高透明度的措施

2.1 合理选用原料及助剂

2.1.1 合理选用原料

聚酯的性能特别是结晶度对光的散射产生影响 , 从而会影响薄膜的雾度即透明度。PET 的结晶度与薄 膜的雾度之间的关系如图 2 。从图 2 中可看出 :  PET 的结 晶 度 提 高 ,  则 BOPET 薄 膜 的 雾 度 增 加 ,   即 BOPET 的透明度下降 ;  因此 ,  在保证薄膜质量的前 提下 ,  尽可能选用结晶度较低的 PET 原料。

图 2    PET结晶度与薄膜的雾度之关系

2.1.2 优选合适的的助剂并合理配方

BOPET 薄膜常用的助剂有二氧化硅、碳酸钙、 氧化铝、高岭土等无机粒子和交联聚苯乙烯等有机粒  子。由于有机助剂的折射率与 PET 树脂相近 ,  且与PET树脂的相容性较好 ,  故对产品的透明性影响相对较小。因此在配方中应尽可能选用有机助剂 ,  不用或少用无机助剂。

BOPET 薄膜的透明度还与助剂的含量有关。随着助剂含量的增加 ,  散射光增大 ,  薄膜的雾度随之上 升 ;  因此 ,  生产 BOPET 薄膜时 ,  应合理配方 ,  尽可 能不过量添加助剂。

2.2 充分干燥原料

聚酯切片干燥前一般水含量为 014 % ,  欲制得透 明度较高的 BOPET 薄膜 ,  原料的最终水含率必须小 于 20 mg/ kg。因此 ,  选择合适高效的干燥设备和适宜 的干燥条件是保证充分干燥的关键。大多数 BOPET 薄膜生产线都是采用气流干燥法进行干燥。故影响 PET切片干燥质量的因素主要有干燥温度、干燥时间 以及干燥气体的湿含量。

PET树脂的水含量随着干燥温度的升高而降低 ; 随干燥时间增加而降低 ,  但当干燥时间达到一定值 后 ,  含水量就不再降低。

气流干燥过程中 ,  加热空气的湿含量是影响切片 中水分蒸发速度的重要因素。加热空气湿含量越低 , 与切片湿含量的差值越大 ,  切片中的水分就越容易蒸 发而被空气带走[2 ] 。实践证明 :  采用露点温度低于 -   40  ℃的加热空气、干燥时间为 4 h ,  即能满足生产较 高透明度的 BOPET 的质量要求。

2.3 严格控制片材的质量

片材的质量特别是透明度是影响 BOPET 透明度 的重要因素之一。适当的片材厚度、冷却效果好的冷 却系统和机头加热温度的控制精度、机头内腔的光洁 度及加工精度高是制得高透明度片材的前提条件。而合适的铸片工艺条件是关键。由实践得出的合适的挤 出铸片工艺条件见表 1 。同时 ,  应考虑挤出设备的生 产能力和冷却设备 (冷却转鼓)   的冷却效果 ,  控制片 材的结晶度小于 3 %。

表 1    PET铸片工艺条件

2.4 严格控制拉伸工艺条件

PET 的玻璃化温度 Tg  为 67   ℃,  熔点 Tm  为 260 ℃,  最大结晶速度时的结晶温度为 190  ℃。拉伸工艺条件主要与上述温度相关。欲制得较高透 明度 的 BOPET 薄膜 ,  应严格控制拉伸工艺条件。

2.4.1 纵向拉伸

片材在拉伸之前需进行预热 ,  直到拉伸之前纵向 拉伸预热区预热辊的温度逐渐递增 ,  为使片材在短时 间内达到内外温度分布均匀 ,  可利用红外加热器进一 步加热 ,  使预热温度控制在 82   ℃左右 ;  拉伸温度小于 90  ℃;  拉伸比不能过大 ,  一般小于 317 。在此条件 下纵向拉伸后的薄膜需在小于 35   ℃的温度下骤冷 , 以降低结晶速率 ,  并为横向拉伸创造好的加工条件。

2.4.2 横向拉伸

经纵向拉伸的片材进入横向拉伸后 ,  需要经过预 热、拉伸、热处理和冷却四个阶段。其预热温度应控 制在 82～90   ℃;  拉伸温度控制在 95～110   ℃;  拉伸 比也不能过大 ,  一般小于 4 ;  热定型温度应尽可能避

开最大结晶速度时的结晶温度 190  ℃。

 3、结论

在 BOPET 薄膜生产过程中 ,  选用合适的原料并 充分干燥 ;  加入适量和恰当品种的添加剂 ;  采用合适 的加工工艺条件 ,  可以生产出低雾度即高透明度的 BOPET 薄膜。

参考文献

1. 尹燕平  双向拉伸塑料薄膜  北京   化学工业出版社  1999
   

2. 王怀亮  胡金刚   塑料包装  1998，8（3） ：35

（本文于2004-12-15 收到）

博禄公司石油化工设施

鲁韦斯 (Ruwais)  ,  阿布经 ,  阿联酋

博禄公司由两个实体构成 ,  位于阿联酋阿布扎比鲁伟斯生产基地的制造企业 —阿布扎比聚合物有限公司 (博禄)  ,  以及位于新加坡的市场销售公司 —博禄私人有限公司。

博禄公司竞争战略的一个重要支柱就是其在阿联酋阿布扎比鲁韦斯 (Ruwais)   投资 12 亿美元建设的石油 化工生产设施。该设施由阿布扎比聚合物有限公司运作 ,  这也是中东地区首个引进北欧化工公司专有技术 Borstar 双峰培强聚乙烯聚合技术的企业。工厂在 2001 年底开始试运行并于 2002 年 10 月正式投产。它采用北欧 化工公司的北里双峰技术生产增强聚乙烯以满足中东和亚太地区的包装及管道工业对于材料的需求。

2005 年初 ,  该工厂成功进行了运作四年以来的首次停车检修 ,  这次检修共动用了 3 000 名工人 ,  31 天的时 间来完成 ,  比计划中的完成时间减少了 6 天 ,  博禄公司也利用这次机会完成了改进产能瓶颈的项目实施从而将 聚乙烯的生产能力扩大到年产 58t 。

生产能力  包括一个 60 万t 乙烯原料裂解装置以及上北星双峰聚乙烯生产线 ,  每个生产线具有 2215 万 t 的双峰高密度和北星双峰增加聚乙烯的生产能力。2005 年第一季度的改进产能瓶颈的行动将聚乙烯的产能扩 大到了 58 万吨。

地点  坐落于鲁韦斯 (Ruwais)   的石油化工生产设施占地 216 平方公里 ,  大约在阿联酋阿布扎比城以西 250 公里。

其他设施  鲁韦斯 (Rusais)   工厂还包括与聚乙烯生产相关的物料处理和配送设施。

关于博禄  博禄将欧洲最先进的技术带入中东最现代化的工厂 ,  并成为聚烯烃工业的一股推动力。公司成 立于 1998 年 5 月 ,  是丹麦的北欧化工公司 (Busais)   及阿拉伯联合酋长国的阿布扎比国家石油公司 (ADNOC)  的合资公司 ,  其中北欧化工公司是欧洲最大的聚烯烃生产商之一。现在 ,  博禄公司在其位于阿联酋阿布扎比的 鲁韦斯 (Rusais)   投资 12 亿美元兴建了石油化工设施 ,  用于生产 Borstar    北星双峰增强聚乙烯。在销售自己的 聚乙烯产品之外 ,  博禄公司还在中东和亚太地区为北欧化工公司的专用聚烯烃产品提供销售和市场服务。