BOPET薄膜,全名雙向拉伸聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜(Biaxially Oriented Polyethylene Terephthalate),是由對苯二甲酸和乙二醇反應得到的聚酯樹脂制成的薄膜材料。

 

BOPET薄膜具有以下的性質:

質地透明,具有良好的光學性能,能夠提供較高的光學清晰度和折射率。

具有優異的機械性能,如高強度、高韌性和耐沖擊性。優異的熱穩定性,耐高溫熱封、耐低溫抗凍性能。

抗化學腐蝕性強,具有良好的耐酸、耐堿性。具有優秀的屏蔽性能,可防止氧氣、水汽等外部物質對包裝物的滲透和污染。

 

BOPET薄膜在以下領域:

印刷行業、電子行業、影視行業、光伏行業獲得廣泛應用。

 

BOPET薄膜的制法主要分為兩個步驟:

拉伸和取向。將PET原料通過熔融方式制成片狀膜,然后通過一系列的拉伸和冷卻過程,使薄膜在縱向和橫向上均勻拉伸并取向,形成具有雙向拉伸性質的BOPET薄膜。

 

一、BOPET的原料切片

BOPET生產用原料切片,無論是單層還是共擠復合膜,均使用兩種或多種切片原料,根據薄膜品種不同,幾種切片使用配比不相同。

第一種,含較高濃度添加劑的樹脂,主要用于改進產品的性能或加性能,俗稱抗粘母粒切片,使用量約為10%~30%(質量分數);

第二種,不含任何添加劑的超有光切片,俗稱光料或白切片,使用量為40%~90%(質量分數);

第三種,廢膜制得的回收切片,俗稱回收料,使用為0~45%(質量分數)。在性能要求較高的薄膜品種生產時不添加回料,如電容膜。

第四種,特種功能薄膜除了使用上述三種原料切片外,還會使用具有特種功能的母粒切片,如抗靜電母粒、耐磨母粒、抗紫外母粒等。

膜用聚酯有光切片及抗粘母粒切片,一般采用 PTA 直接酯化法制備得到,膜級切片質量指標是引用纖維級的質量標準,所以,有的膜級與纖維級不分牌號,共用相同質量指標。

膜級聚酯切片質量標準見國標GB/T17932-2013,主要品質指標見表1和表2。

表1 膜級有光聚酯切片質量指標(GB/T 17932-2013)

 

表2 膜用母粒聚酯切片質量指標(GB/T 17932-2013)

 

二、抗粘母粒切片

與其他的塑料薄膜一樣,PET薄膜也要使用抗粘連添加劑,以解決薄膜生產及應用過程中的粘連問題。未加抗粘連劑的塑料薄膜在收卷過程和成卷后,膜層間受壓易發生“粘連”,膜越薄,粘連現象越厲害。粘連使后道加工使用困難,輕者使放卷展開速度受到影響,嚴重時無法展開使用。

一般根據薄膜用途、性能要求不同,在聚酯樹脂中加人不同種類的抗粘連劑。

抗粘連劑分為:無機類、有機類、熱固性有機高分子類、有機-無機復合類、有機硅樹脂類。常用抗粘劑一般以無機類、有機類為主。

對于光學性能要求高的薄膜,抗粘劑在起到防粘作用的同時,不能影響薄膜的性能,特別是光學性能,因而抗粘劑的折射率要與 PET的折射率1.64(25°)相接近,兩者的折射率越接近,則對薄膜的光學性能影響就越小。對于光學性能要求低的薄膜,可根據性能要求選擇相當折射率的抗粘劑,常用抗粘劑的折射率如表3所示。

表3 幾種抗粘劑的折射率

 

PET聚酯薄膜中最常用的抗粘劑為 SiO2。SiO2是一種具有特殊粒子結構形態和性能的松軟顆粒,一般由納米級的 SiO2靠添加劑自身的聚集能形成。SiO2粒子多孔有間隙、比表面積很大。

常用 SiO2的指標如表 4所示。SiO2粒子在薄膜表面產生凸起,提高薄膜表面的粗糙度,達到抗黏結效果;聚合物在加工過程中大分子鏈的末端被SiO2顆粒的孔隙吸入減少分子間的纏繞,也從另一方面起到抗粘作用。

表4 常用SiO2的質量指標

 

SiO2抗粘劑粒徑主要有6.0μm、4.5μm、3.9μm、2.0μm,常用粒徑為3.9μm,不同粒徑用途不一樣,主要取決于薄膜的品種及加工要求。

抗粘母粒切片是在普通聚酯合成過程中加入一定含量的抗粘連劑,生產工藝與常規聚酯相同,常規指標與普通膜級聚酯有光切片相當。國內各家母粒切片的質量指標如表5所示。母粒切片中SiO2的含量一般采用國標GB/T14190-2017纖維級聚酯(PET)切片試驗方法中所述灼燒法來粗略判斷。

表5 膜級抗粘母粒FG610質量指標(儀征化纖)

三、BOPET的切片基料

膜用聚酯切片,不論是白切片還是母粒,其性能直接關系制膜過程及制得薄膜的性能,無論哪個指標的變化均對薄膜性能如霧度、拉伸強度、表面性能等產生相應影響。

比如,黏度會影響擠出過程及薄膜的力學性能,DEG含量會影響切片熔點及擠出過程,端羧基會影響切片的熱穩定性及薄膜的回用性能等。

表6 膜級基料切片FG600質量標準(儀征化纖)

特性黏度 [η]

特性黏度是滿足薄膜力學性能要求和制定擠出拉伸工藝條件的重要依據之一。

黏度低時,熔體流動較快,厚度均勻性較差,制得薄膜的強度較低;黏度較高時,熔體流動性變差,流速較慢,擠出片材易出現條紋,拉伸應力相對增加,能耗同時增大制得薄膜的強度并不能明顯增高。

膜用聚酯的特性黏度中心值一般為0.60~0.68dl/g,隨著薄膜應用領域及產品開發的要求,黏度為0.7~0.8d/g的也有需求。

黏度測試采用國標GB/T14190-2017中所述毛細管黏度計法。

熔點 Tm

聚酯的熔點由品種及化學結構決定,與二甘醇(DEG)含量密切相關。熔點低,表明合成反應不均勻,副反應較多,分子量分布不均勻,雜質較多支化、凝膠物多,聚酯的耐熱性能下降。根據熔點可以粗略判斷聚酯的品質,并設定擠出工藝溫度。

一般膜用聚酯的熔點在258~261℃。

熔點測試采用國標GB/T14190-2017中所述顯微鏡法。

端羧基[COOH]含量

在PTA直接酯化路線中,端羧基的來源有兩個:一是由于熱裂解作用使鏈端基裂解、環化產生,二是未反應的PTA殘留。端羧基含量大小表示樹脂熱降解、氧化降解、降解的程度。

羧基含量對聚酯的熔體流動性及結晶性能有明顯的作用,同時會降低薄膜的絕緣性能,體積電阻降低對于高壓靜電吸附的成膜性是有利的。

端羧基某種程度上反映聚酯的分子量分布情況,分子量分布對高聚物體黏度和流動行為有影響。一般膜用聚酯端羧基含量在25~40mol/t。端羧基測試采用國標GB/T14190-2017中所述容量滴定法。

二甘醇 DEG

聚酯合成過程中由于原料乙二醇(EG)的分子間脫水反應生成一縮乙二醇(DEG),因而PET分子鏈中會含有DEG鏈段。

DEG的存在可導致熔點下降,熱穩定性及光老化性能下降(C-O的鍵能最低),一定量的DEG使分子鏈的柔性增大利于擠出,使聚酯結晶速率變慢利于拉伸,因面DEG含量不是越低越好,主要是要控制穩定。

對于熱性能要求不高的薄膜產品生產時,切片的DEG含量可控制在1.2%左右,最高不超過1.5%,但對于絕緣材料用薄膜生產時,切片的DEG含量要求低些,在1.0%以下。

二甘醇測試采用國標GB/T14190-2017中所述甲醇酯降解法。

灰分

聚酯中的灰分包括催化劑分解生成的金屬氧化物、機械雜質及無機添加劑等。

灰分在加工過程中會影響結晶性能,影響薄膜性能指標,嚴重的會影響拉伸過程,引起破膜。

由于催化劑用量較少,抗粘母粒切片用灰分含量來粗略判斷添加劑的含量。一般母粒切片的添加劑含量在3000mg/kg左右,光料灰分含量小于0.05%。

灰分測試采用國標GB/T14190-2017中所述灼燒法。

水含量

聚酯在高溫下極易水解,進入擠出機前需進行干燥去除切片所吸附的絕大部分水分。一般控制指標為小于0.4%。

切片中的水含量會影響到擠出的效果,如果水含量太高,擠出機排氣過程中不能完全脫去其中水分,擠出厚片中會出現氣泡,引起分子量下降,色澤發黃,嚴重的甚至影響成膜性。

切片的含水率直接影響干燥的效果,所以盡可能降低切片中的水含量。

水分測試采用國標GB/T14190-2017中所述重量法。

凝聚粒子和雜質粒子

凝聚粒子是指大于某個尺寸(10μm)的非聚酯粒子,主要是分散不好或凝聚的添加劑,也包括部分凝膠或炭化粒子,其數量以每毫克含有多少粒子來計算。

凝聚粒子越多,熔體過濾器就越易堵塞,切換周期縮短,影響產量及質量,增加消耗。一般凝聚粒子的指標為小于1.0個/mg。

雜質粒子包括凝膠、黑點子、白點子等,其尺寸大于10μm,與熔體過濾器濾網孔徑相當,有的甚至達到毫米級。雜質粒子會嚴重影響成膜性及膜品質指標。

凝膠是交聯了的樹脂,無熔點、不溶于溶劑,呈淡黃或棕紅色膠粒狀,有彈性,在一定壓力下能夠穿過過濾網。

黑點子是樹脂深度熱氧化降解后形成的炭化物,也可能來自PTA的結垢。

白點子是高度結晶的PEI小顆粒,其結晶熔點遠高于PET的熔點,在熔融加工過程中不能熔融。

有些廠家提出與雜質粒子相應的異色粒子指標,為0個/100g。

凝聚粒子測試采用國標GB/T14190-2017中所述顯微鏡法。