一種消光白色聚酯薄膜及其製備方法與流程
2024-01-21 18:12:15
本發明涉及聚酯薄膜及其製備方法，尤其涉及了一種消光白色聚酯薄膜及其製備方法。
背景技術：
消光白色聚酯薄膜主要應用於書冊、廣告冊、禮品袋等的紙塑複合，甚至替代紙張使用，市場廣闊。其在性能上要求具有良好的消光效果，消光度均勻，表面細膩，霧度性能優異；消光面具有良好的印刷、複合性能，表面貼合平整；挺度好，儘量減小厚度，易於複合加工；力學性能優異、耐久性好；外觀無疵點，尤其是與深色紙類的複合；消光面上UV(紫外光)油墨或燙金加工性能好。目前國內市場上現有的消光白色聚酯薄膜是在BOPET膜(雙向拉伸聚酯膜)的表面通過塗布法製備白色消光層，以達到消光的效果，這種工藝製備方法存在如下缺點：一方面製備所得的白色消光層由於附著力不佳容易發生脫落，而且存在二次汙染；另一方面，對消光白色聚酯薄膜的膜表面粗糙度控制不適當，表面粗糙度太小容易造成在卷膜過程中膜面互相貼合，而表面粗糙度過大則會造成表面印刷字體圖案的著色不勻現象；採用塗布法製備得到的消光白色聚酯薄膜的透光率為25～50％，光澤度為20～50％，粗糙度Ra為0.1～0.5，而消光白色聚酯薄膜的膜表面粗糙度Ra為0.08～0.16具有較好的可印刷性和後續加工性。
現在，國家對資源的高效利用和環境保護越來越注重，研究開發環保性強、資源利用率高、品質高的消光白色聚酯薄膜是必然趨勢。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中白色消光層附著力不佳、易產生二次汙染的缺點，提供了一種消光白色聚酯薄膜，節省了離線塗布的後序工藝以及避免了二次加工的汙染，減少了資源浪費，且環保、生產成本低。本發明主要用於書冊、廣告冊、禮品袋等的紙塑複合，甚至替代紙張使用。本發明製備得到的消光白色聚酯薄膜霧度、透光率、光澤度可控。
為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決：
一種消光白色聚酯薄膜，包括ABC三層結構，B層為中間芯層，材料為超有光聚酯切片；A層為上表層白色消光層，材料為消光白色母粒；C層為下表層白色消光層，材料為消光白色母粒，消光白色母粒是由聚酯切片、二氧化矽中空微球、鈦白粉及矽烷偶聯劑熔融共混造粒所得。
作為優選，B層厚度佔60％～80％，A層厚度佔10％～20％，C層厚度佔10％～20％。
一種消光白色聚酯薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟一：首先將聚酯切片加入磨粉機中磨成粒徑為200～300nm的聚酯粉末，之後將質量百分比為35％～50％的聚酯粉末、質量百分比為9％～15％的二氧化矽中空微球、質量百分比為40％～50％的鈦白粉、質量百分比為0.5％～1％的矽烷偶聯劑均加入混料器中，先以2500～2700r/min的轉速混料10～15min，然後將轉速調至20～25r/min，混料1～2min，最後將混好的原料加入擠出機中，在250℃～280℃熔融擠出，製備得到消光白色母粒。通過矽烷偶聯劑對中空二氧化矽進行改性，在二氧化矽的表面引入羧基，使二氧化矽與聚酯基體間以化學鍵結合，從而極大的增加了二氧化矽中空微球與聚酯的相容性，使得薄膜具有優異的附著性、光澤度及色澤；鈦白粉是一種遮光率比較強的遮光材料，製備消光白色母粒時加入鈦白粉再通過控制消光白色母粒的添加量可以有效的控制薄膜的透光率；
步驟二：將上、下表層白色消光層的消光白色母粒與中間芯層的超有光聚酯切片分別送入三層共擠雙向拉伸設備，其中B層即中間芯層，由主擠出機—單螺杆擠出機擠出；A層與C層即上、下表層白色消光層由輔助擠出機—雙螺杆擠出機擠出；
步驟三：將上、下表層白色消光層與中間芯層在260～280℃擠出熔融，熔體先經精度為15um～40um的過濾器過濾，後再經過25℃～35℃冷卻鑄片生成PET片材；
步驟四：鑄成的PET片材先經70℃～80℃預熱，80℃～90℃預熱縱向拉伸和25℃～30℃冷卻定型；
步驟五：定型後的PET片材再通過110℃～115℃預熱橫向拉伸和235℃～250℃定型處理；
步驟六：最後經過牽引除去廢邊、電暈處理再進行收卷卷取製得厚度為50um～100um的消光白色聚酯薄膜。
作為優選，二氧化矽中空微球的粒徑為2.0um～5.0um，鈦白粉的粒徑為0.1um～0.3um；
作為優選，磨粉機的中心轉速為2000～2970r/min，電機功率為75～80KW。
作為優選，主擠出機及兩臺輔助擠出機擠出的材料質量比為60～80：10～20：10～20。
在聚酯切片的市場中，「大有光」、「半消光」和「有光」等字樣都是針對聚酯切片中的TiO2含量而言的。「大有光」(或稱為「超有光」)聚酯切片中的TiO2含量為零；「有光」聚酯切片中的TiO2含量為0.10％；「半消光」聚酯切片中的TiO2含量為0.29～0.35％；「全消光」聚酯切片中的TiO2含量為2.4％～2.5％。PET為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
本發明由於採用了以上技術方案，具有顯著的技術效果：以PET樹脂為基料，以經矽烷偶聯劑改性的二氧化矽中空微球為消光劑，納米二氧化鈦為遮光劑，相互熔融混合，達到均勻共混，製備白色消光層，是一次性製備成型的，相比二次離線塗布加工製得的消光白色聚酯薄膜而言，不僅在產品品質上得到很大的提高，還在節能、降耗、環保方面具有明顯的社會效益，主要體現在：(1)在寬幅生產線批量生產，生產線智能化程度高人工少，避免了離線塗布的後序工藝，薄膜寬，車速快，產量高，單位生產成本低；(2)一次性製備成型，加工成本低；添加劑在薄膜內添加，添加劑不容易脫落，不需要溶劑溶解，安全環保；減少二次加工所需的人、物、能的消耗，同時因不用含有滷素的塗布液避免了對環境造成汙染。其次，可以通過對縱向拉伸、橫向拉伸的比率、溫度等具體工藝參數進行調整，實現消光白色聚酯薄膜的霧度、透光率、光澤度可控。本發明具有良好的印刷、複合性能，表面低光澤、高霧度，抗靜電性、易褶性好，還在節能、降耗、環保方面具有明顯的社會效益。
具體實施方式
下面實施例是對本發明進一步詳細描述，但不是限制本發明的範圍。
本發明各實施例中，所得的消光白色聚酯薄膜的拉伸強度、斷裂伸長率按照GB/T1040.3-2006標準，採用LRX型的拉伸測試儀進行測量；熱收縮率按照GB/T16958-2008標準，採用國產鹽城化纖機械廠生產的PX(J)-1型烘箱進行測量；摩察係數按照GB/T10006-1988標準，採用FP-2250型的摩擦係數測試儀進行測量；霧度、透光率按照GB/T2410-2008標準；光澤度按照GB/T8807-1988標準，採用德國BYY-Gardner GmbH公司生產的霧度計、光澤度計進行霧度及光澤度和透光率的測量；潤溼張力按照GB/T14216-2008標準，採用達因筆進行測量。
實施例1
一種消光白色聚酯薄膜，包括ABC三層結構，B層為中間芯層，材料為超有光聚酯切片；A層為上表層白色消光層，材料為消光白色母粒；C層為下表層白色消光層，材料為消光白色母粒，消光白色母粒是由聚酯切片、二氧化矽中空微球、鈦白粉及矽烷偶聯劑熔融共混造粒所得。
B層厚度佔60％～80％，A層厚度佔10％～20％，C層厚度佔10％～20％。
一種消光白色聚酯薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟一：首先將聚酯切片加入磨粉機中磨成粒徑為200～300nm的聚酯粉末，之後將質量百分比為35％～50％的聚酯粉末、質量百分比為9％～15％的二氧化矽中空微球、質量百分比為40％～50％的鈦白粉及質量百分比為0.5％～1％的矽烷偶聯劑加入混料器中，先以2500～2700r/min的轉速混料10～15min，然後將轉速調至20～25r/min，混料1～2min，最後將混好的原料加入擠出機中，在250℃～280℃熔融擠出，製備得到消光白色母粒；
步驟二：將上、下表層白色消光層的消光白色母粒混合後與中間芯層的超有光聚酯切片分別送入三層共擠雙向拉伸設備，其中B層即中間芯層，由主擠出機—單螺杆擠出機擠出；A層與C層即上、下表層染色層由輔助擠出機—雙螺杆擠出機擠出；
步驟三：將上、下表層白色消光層的消光白色母粒與中間芯層的超有光聚酯切片在260℃～280℃擠出熔融，熔體先經精度為15um～40um的過濾器過濾，後再經過25℃～35℃冷卻鑄片生成PET片材；
步驟四：鑄成的PET片材先經70℃～80℃預熱，80℃～90℃預熱縱向拉伸和25℃～30℃冷卻定型；
步驟五：定型後的PET片材再通過110℃～115℃預熱橫向拉伸和235℃～250℃定型處理；
步驟六：最後經過牽引除去廢邊、電暈處理再進行收卷卷取製得厚度為50～100um的消光白色聚酯薄膜。
二氧化矽中空微球的粒徑為3.0um～5.0um，鈦白粉的粒徑為0.2um～0.3um。
磨粉機的中心轉速為2000～2970r/min，電機功率為75～80KW
本發明以PET樹脂為基料，以經矽烷偶聯劑改性的二氧化矽中空微球為消光劑，納米二氧化鈦為遮光劑，相互熔融混合，達到均勻共混，製備白色消光層A層與C層，上下表面白色消光層與B層為中間芯層的超有光聚酯切片融合，製得厚度50um～100um高霧度、低光澤度、低透光率的消光白色聚酯薄膜，薄膜具有霧度＞90％、透光率＜9％、光澤度＜46％，可以達到與紙張一樣的效果。有效的改善已有消光白色聚酯薄膜光澤度高、透光率高、容易脫落的缺點。
主擠出機及兩臺輔助擠出機擠出的材料質量比為60～80：10～20：10～20。通過採用三層共擠雙向拉伸工藝，控制薄膜主、輔擠出機比例，通過拉伸、定型、牽引、切邊、電暈處理過程，以製得低光澤度、低透光率的消光白色聚酯薄膜。
實施例2
一種消光白色聚酯薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟一：首先將聚酯切片加入到磨粉機中磨成粒徑為200～300nm的聚酯粉末，磨粉機的中心轉速為2000r/min，電機功率為75KW。按質量百分比，之後將44.2％的聚酯粉末、15％的二氧化矽中空微球、40％的鈦白粉、0.8％的HK570矽烷偶聯劑加入混料器中，先以2500r/min的轉速混料13min，然後將轉速調至20r/min，混料2min，最後將混好的原料加入擠出機中，在250℃～280℃熔融擠出，製備得到消光白色母粒；
步驟二：將步驟一製備得到的消光白色母粒按質量百分比為100％通過精確稱量設備進行計量後加入到輔助雙螺杆擠出機進行擠出(A層)；主擠出機(B層)的原料配比按質量百分比為100％的超有光聚酯切片，原料通過精確計量後送入主擠出機；輔助雙螺杆擠出機(C層)的原料配比按質量百分比為100％步驟一所製備得到的消光白色母粒，原料通過精確計量後送入擠出機擠出。主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的質量比為15：70：15，50um薄膜A層白色消光層厚度為7.5um，C層白色消光層厚度為7.5um；
步驟三：將上、下表層白色消光層與中間芯層的超有光聚酯切片在260℃～280℃擠出熔融，熔體先經精度為20um的過濾器過濾，後再經過30℃冷卻鑄片生成PET片材；
步驟四：鑄成的PET片材進行預熱、縱向拉伸，縱向拉伸預熱溫度為80℃，拉伸溫度為90℃，拉伸倍率為3.0倍，縱向拉伸後25℃冷卻定型；
步驟五：定型後的PET片材再進行橫向拉伸，預熱、橫向拉伸溫度為115℃，拉伸倍率為3.8倍，拉伸後在245℃溫度下進行薄膜定型處理；
步驟六：最後通過牽引站除去廢邊、電暈、檢測厚度等，再進行收卷製得總厚度為50um的消光白色聚酯薄膜。
實施例3
本實施例與實施例2的區別在於主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機擠出材料的質量比為15:65:20，50um的薄膜A層白色消光層厚度為7.5um，C層白色消光層厚度為10um。
實施例4
本實施例與實施例2的區別在於主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機擠出材料的質量比為18:64:18，50um的薄膜A層白色消光層厚度為9.0um，C層白色消光層厚度為9.0um。
如表1:採用性價比較好的合成消光白色母粒生產同一薄膜厚度和生產工藝，不同白色消光層厚度結構分布生產消光白色聚酯薄膜實施例比較表：
表1不同白色消光層厚度結構分布生產消光白色聚酯薄膜實施例比較表
實施例5
一種消光白色聚酯薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟一：首先將聚酯切片加入磨粉機中磨成粒徑為200～300nm的聚酯粉末，磨粉機的中心轉速為2790r/min，電機功率為78KW。按質量百分比，之後將40.5％的聚酯粉末、9％的二氧化矽中空微球，50％的鈦白粉，0.5％的矽烷偶聯劑加入混料器中，先以2600r/min的轉速混料12min，然後將轉速調至22r/min，混料1min，最後將混好的原料加入擠出機中，在250～280℃熔融擠出，製備得到消光白色母粒；
步驟二：將步驟一製備得到的消光白色母粒按質量百分比為100％通過精確稱量設備進行計量後加入到輔助雙螺杆擠出機進行擠出(A層)；主擠出機(B層)的原料配比按質量百分比為100％的超有光聚酯切片，原料通過精確計量後送入主擠出機；輔助雙螺杆擠出機(C層)的原料配比按質量百分比為100％步驟一所製備得到的消光白色母粒，原料通過精確計量混合後送入擠出機擠出。主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的質量比為20：60：20，80um薄膜A層白色消光層厚度為16um，C層白色消光層厚度為16um；
步驟三：將上、下表層白色消光層的消光白色母粒與中間芯層的超有光聚酯切片在260℃～280℃擠出熔融，熔體先經精度為15um的過濾器過濾，後再經過25℃冷卻鑄片生成PET片材；
步驟四：鑄成的PET片材進行預熱、縱向拉伸，縱向拉伸預熱溫度為70℃，拉伸溫度為80℃，拉伸倍率為3.1倍，縱向拉伸後在30℃冷卻定型；
步驟五：定型後的PET片材再進行橫向拉伸，預熱、橫向拉伸溫度為110℃，拉伸倍率為3.6倍，拉伸後在235℃溫度下進行薄膜定型處理；
步驟六：最後通過牽引站除去廢邊、電暈、檢測厚度等，再進行收卷製得總厚度為80um的消光白色聚酯薄膜。
實施例6
本實施例與實施例5的區別在於製備總厚度為100um的消光白色聚酯薄膜，主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的材料擠出質量比為20：60：20，100um薄膜A層白色消光層厚度為20um，C層白色消光層厚度為20um。
實施例7
本實施例與實施例5的區別在於製備總厚度為60um的消光白色聚酯薄膜，主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的材料擠出質量比為20：60：20，60um薄膜A層白色消光層厚度為12um，C層白色消光層厚度為12um。
實施例8
本實施例與實施例5的區別在於製備總厚度為70um的消光白色聚酯薄膜，主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的材料擠出質量比為20：60：20，70um薄膜A層白色消光層厚度為14um，C層白色消光層厚度為14um。
表2:採用性價比較好的合成白色消光層的母粒生產同一結構質量比例分層和同一生產工藝，不同薄膜厚度生產出消光白色聚酯薄膜實施例比較表。
表2不同薄膜厚度生產出消光白色聚酯薄膜實施例比較表
實施例9
一種消光白色聚酯薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟一：首先將聚酯切片加入磨粉機中磨成粒徑為200～300nm的聚酯粉末，磨粉機的中心轉速為2970r/min，電機功率為80KW。按質量百分比，將35％的聚酯粉末和14％的二氧化矽中空微球，50％的鈦白粉，1.0％的矽烷偶聯劑加入混料器中，先以2550r/min的轉速混料15min，然後將轉速調至25r/min，混料2min，最後將混好的原料加入擠出機中，在250℃～280℃熔融擠出，製備得到消光白色母粒；
步驟二：將步驟一製備得到的消光白色母粒按質量百分比為100％通過精確稱量設備進行計量後加入到輔助雙螺杆擠出機進行擠出(A層)；主擠出機(B層)的原料配比按質量百分比為100％的超有光聚酯切片，原料通過精確計量後送入主擠出機；輔助雙螺杆擠出機(C層)的原料配比按質量百分比為100％步驟一所製備得到的消光白色母粒，原料通過精確計量混合後送入擠出機擠出。主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的質量比為10：80：10，80um薄膜A層白色消光層厚度為8.0um，C層白色消光層厚度為8.0um；
步驟三：將上、下表層白色消光層的消光白色母粒與中間芯層的超有光聚酯切片在260℃～280℃擠出熔融，熔體先經精度為40um的過濾器過濾，後再經過28℃冷卻鑄片生成PET片材；
步驟四：鑄成的PET片材進行預熱、縱向拉伸，縱向拉伸預熱溫度為75℃，拉伸溫度為85℃，拉伸倍率為3.3倍，縱向拉伸後在28℃溫度冷卻定型；
步驟五：定型後的PET片材再進行橫向拉伸，預熱、橫向拉伸速率為112℃，拉伸倍率為3.7倍，拉伸後在250℃溫度下進行薄膜定型處理；
步驟六：最後通過牽引站除去廢邊、電暈、檢測厚度等，再進行收卷製得總厚度為80um的消光白色聚酯薄膜。
實施例10
一種消光白色聚酯薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟一：首先將聚酯切片加入磨粉機中磨成粒徑為200～300nm的聚酯粉末，磨粉機的中心轉速為2700r/min，電機功率為75KW。按質量百分比，將50％聚酯粉、13％的二氧化矽中空微球、36.4％的鈦白粉及0.6％的矽烷偶聯劑加入混料器中，先以2650r/min的轉速混料10min，然後將轉速調至20r/min，混料2min，最後將混好的原料加入擠出機中，在250℃～280℃熔融擠出，製備得到消光白色母粒；
步驟二：將步驟一製備得到的上表層白色消光層的消光白色母粒按質量百分比為100％通過精確稱量設備進行計量後加入到輔助雙螺杆擠出機進行擠出(A層)；主擠出機(B層)的原料配比按質量百分比為100％的超有光聚酯切片，原料通過精確計量後送入主擠出機；輔助雙螺杆擠出機(C層)的原料配比按質量百分比為100％步驟一所製備得到的消光白色母粒，原料通過精確計量混合後送入擠出機擠出。主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的質量比為10：80：10，60um薄膜A層白色消光層厚度為6.0um，C層白色消光層厚度為6.0um；
步驟三：將上、下表層白色消光層的消光白色母粒與中間芯層的超有光聚酯切片在260℃～280℃擠出熔融，熔體先經精度為30um的過濾器過濾，後再經過30℃冷卻鑄片生成PET片材；
步驟四：鑄成的PET片材進行預熱、縱向拉伸，縱向拉伸預熱溫度為72℃，拉伸溫度為83℃，拉伸倍率為3.2倍，縱向拉伸後在30℃溫度冷卻定型；
步驟五：定型後的PET片材再進行橫向拉伸，預熱、橫向拉伸速率為113℃，拉伸倍率為3.5倍，拉伸後在240℃溫度下進行薄膜定型處理；
步驟六：最後通過牽引站除去廢邊、電暈、檢測厚度等，再進行收卷製得總厚度為60um的消光白色聚酯薄膜。
實施例11
本實施例與實施例10的區別在於：製備75um薄膜時，主擠出機及兩臺輔助雙螺杆擠出機的材料擠出質量比為15：70：15，75um薄膜A層白色消光層厚度為11.25um，C層白色消光層厚度為11.25um。
表3:採用性價比較好的合成白色消光層的母粒生產同一原料配方和同一薄膜厚度，不同生產工藝生產出消光白色聚酯薄膜實施例比較表。
表3不同生產工藝生產出消光白色聚酯薄膜實施例比較表
總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。