＊?jiǎng)⑿∩?周慕純 王微微 王大鵬

（汕頭市貝斯特科技有限公司 廣東 515065）

1.前言

雙向拉伸聚酯（BOPET）薄膜具有優(yōu)異的綜合性能，例如，機(jī)械強(qiáng)度高、光學(xué)性能好、阻隔性優(yōu)良、耐酸耐腐蝕等而廣泛應(yīng)用于電子元件、包裝、液晶顯示、玻璃貼膜、建筑裝潢等領(lǐng)域[1-2]。近十幾年來，我國(guó)BOPET薄膜行業(yè)雖然得到了高速發(fā)展，但由于我國(guó)該行業(yè)的發(fā)展主要途徑為提高產(chǎn)能，而對(duì)高性能聚酯薄膜及差異化聚酯薄膜的研究投入過少。從而導(dǎo)致現(xiàn)階段普通低附加值聚酯薄膜產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，而新穎高端產(chǎn)品，例如光學(xué)級(jí)BOPET薄膜又供不應(yīng)求，基本依賴進(jìn)口[3-6]。因此，開發(fā)此類光學(xué)級(jí)高透明BOPET薄膜顯得尤為迫切。這就必須從原料、工藝、設(shè)備等方面入手。為了解決任何BOPET薄膜所需要添加的防粘結(jié)母料所暴露的缺點(diǎn)，尤其是提高其光學(xué)性能，滿足其作為光學(xué)薄膜的性能要求，關(guān)鍵需要研制出提高薄膜光學(xué)性能且適合于成膜加工工藝和不影響薄膜防粘性能的BOPET特殊功能性母料。而到目前為止，國(guó)內(nèi)外相關(guān)光學(xué)級(jí)BOPET薄膜專業(yè)防粘結(jié)母料的研究和報(bào)道仍非常有限[7]，國(guó)內(nèi)更未有工業(yè)化產(chǎn)品。因此，本論文將圍繞著光學(xué)級(jí)BOPET防粘結(jié)母料的研發(fā)與應(yīng)用展開。

2.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)原料

(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

(3)樣品制備

①光學(xué)級(jí)BOPET防粘結(jié)母料的制備

通過精密失重稱量系統(tǒng)稱量、配料，采用雙螺桿擠出機(jī)混合、熔融、擠出、水下切粒、風(fēng)干、分裝制成。

A.預(yù)干燥。

B.雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)。

a.擠出機(jī)各區(qū)溫度250～290℃；

b.主機(jī)轉(zhuǎn)速200～450r/min；

c.電流300～400A；

d.1～3段真空排氣，真空度-0.05～0.1MPa；

e.無機(jī)物料采用高精密（誤差0.5%）稱下料；

f.擠出機(jī)螺桿原件采用低剪切高分散特制組合原件；

g.選用高密度濾網(wǎng)。濾網(wǎng)為五層，兩表層選用目數(shù)為40目，上下第二層選用目數(shù)為60目，中間選用300目的濾網(wǎng)組合，通過實(shí)踐表明可以有效防止團(tuán)聚粒子的篩選。

C.造粒。

D.成品干燥。

②光學(xué)級(jí)BOPET薄膜的制備

光學(xué)級(jí)聚酯薄膜采用三層共擠的方式制備，上表層和下表層的原料組成為空白切片和光學(xué)級(jí)聚酯防粘結(jié)母料，將空白切片和防粘結(jié)母料按照一定比例混合組成，防粘結(jié)母料的添加量一般為2%～3%。聚酯薄膜的生產(chǎn)工藝為[8]：空白切片與防粘母料通過風(fēng)機(jī)投料到各料倉(cāng)，然后按照給定的比例，自動(dòng)配料混料，混料均勻后，進(jìn)入到預(yù)結(jié)晶器中進(jìn)行預(yù)結(jié)晶，原料預(yù)結(jié)晶后進(jìn)入到干燥塔中進(jìn)行干燥，干燥后的原料進(jìn)入擠出機(jī)，原料在擠出機(jī)中加熱熔融，經(jīng)過計(jì)量泵、過濾器、適配器后到達(dá)模頭，從模唇流出后，經(jīng)吸附系統(tǒng)按壓到激冷輥上，迅速冷卻鑄片，厚片經(jīng)過縱向拉伸后進(jìn)入橫拉系統(tǒng)進(jìn)行橫向拉伸，最后經(jīng)過牽引系統(tǒng)到收卷系統(tǒng)形成大膜卷。最后按照客戶規(guī)格要求進(jìn)行分切、檢驗(yàn)和包裝入庫(kù)。

3.結(jié)果與討論

(1)防粘劑的選擇

防粘結(jié)幾乎是薄膜生產(chǎn)過程和使用過程都要考慮的問題，當(dāng)薄膜疊放在一起時(shí)，它們易于粘連在一起，在薄膜生產(chǎn)過程的收卷、分切、包裝和運(yùn)輸?shù)裙ば蛞约笆褂弥袑⒖赡茉斐稍S多問題。當(dāng)防粘劑添加在薄膜中時(shí)，由于物理屬性的不同，會(huì)形成兩個(gè)介質(zhì)層，根據(jù)光學(xué)原理，當(dāng)兩個(gè)介質(zhì)的折光系數(shù)不一樣時(shí)，光通過薄膜時(shí)，會(huì)因?yàn)榉瓷?、漫反射和散射等造成光的損失，進(jìn)而影響薄膜的透光率和霧度。而造成這種影響與防粘劑的折光系數(shù)、粒型、粒徑大小、防粘劑用量都有關(guān)系。

本文系統(tǒng)研究了碳酸鈣、凝膠法二氧化硅、沉淀法二氧化硅、有機(jī)硅氧烷、玻璃微珠、聚甲基丙烯酸甲酯、硫酸鋇、沸石、云母、滑石粉、硅藻土等無機(jī)和有機(jī)材質(zhì)防粘劑。遵循光學(xué)原理和防粘效果等客戶實(shí)際需要，結(jié)合掃描電鏡對(duì)防粘劑形貌及粒徑等進(jìn)行研究和分析后，我們初步選擇了玻璃微珠（硅鋁酸鹽）、有機(jī)硅氧烷、PMMA三種防粘劑，掃描電鏡圖，如圖1所示。主要原因有以下幾點(diǎn)：

圖1 防粘劑掃描電鏡圖

①根據(jù)光學(xué)原理研究發(fā)現(xiàn)，防粘劑折光系數(shù)與BOPET薄膜越接近，粒型越規(guī)整、粒徑分布較窄等對(duì)薄膜光學(xué)性能的影響越小。

②由于BOPET薄膜的表層厚度一般為1～2μm，結(jié)合防粘性和光學(xué)性能要求，我們選擇這幾款粒徑大小可控，大約2～3μm左右，粒徑分布較窄的防粘劑。

③由于規(guī)則的球型粒子對(duì)薄膜的光學(xué)性能負(fù)面影響較小，且具有一定的爽滑性，因此我們更偏向規(guī)整的球型防粘劑。

(2)光學(xué)級(jí)聚酯防粘結(jié)母料與母料切片的性能對(duì)比

由于母料切片的制備方法是將防粘劑直接添加在乙二醇（EG）中，再經(jīng)過研磨沉降、過濾后，將混有微納米無機(jī)顆粒的乙二醇漿料一起加入反應(yīng)釜進(jìn)行酯化、縮聚制得。這將導(dǎo)致薄膜內(nèi)存在很多不起防粘效果的微小顆粒，有效防粘粒子數(shù)量減少，粒型極其不規(guī)則，粒徑分布很寬；過小的顆粒影響薄膜的霧度，過大的顆粒在薄膜印刷過程中容易產(chǎn)生白點(diǎn)，嚴(yán)重影響薄膜光學(xué)性能、防粘效果及加工性能。

通過對(duì)防粘結(jié)母料與母料切片進(jìn)行灰分測(cè)試發(fā)現(xiàn)，防粘結(jié)母料中灰分含量（有效含量）為5.2%，而母料切片的灰分含量（有效含量）為0.3%。通過對(duì)兩者灰分的粒徑分布統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，母料切片中防粘粒子的粒徑大小不可控，且粒徑分布較寬。這使得有效防粘粒子比例下降、粒徑較小的例如1μm以下的，將嚴(yán)重影響薄膜的霧度，粒徑較大的例如8μm以上的，又將影響薄膜的印刷性。而防粘結(jié)母料中，防粘粒子粒徑分布較窄，基本為3μm左右。高比例的窄分布有效防粘粒子將使得薄膜具有良好的防粘效果和光學(xué)性能。

通過顯微鏡對(duì)分別添加母料切片和防粘結(jié)母料的聚酯薄膜進(jìn)行表面測(cè)試發(fā)現(xiàn)，如圖2(a)中所示，添加母料切片所生產(chǎn)的聚酯薄膜表面存在很多粒型不規(guī)則，粒徑大小不一，且分散情況不好的防粘粒子。這將嚴(yán)重影響薄膜的光學(xué)性能。而圖2(b)中，添加本文所研發(fā)的高透明防粘結(jié)母料的聚酯薄膜，球型防粘劑均勻分布在薄膜表面，粒徑大小在2～3μm左右，使其具有良好的防粘效果，且能更有效的降低防粘劑對(duì)薄膜光學(xué)性能的影響，提升薄膜的光學(xué)性能。

圖2 (a)和(b)分別為添加母料切片與防粘結(jié)母料的聚酯薄膜表面顯微圖

為進(jìn)一步研究添加母料切片與本文高透明防粘結(jié)母料對(duì)薄膜各項(xiàng)性能的影響，將在同等生產(chǎn)條件和相同最終添加量（0.2%）的情況下所生產(chǎn)的薄膜進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3。從薄膜的機(jī)械性能測(cè)試數(shù)據(jù)可知，添加本文防粘結(jié)母料的聚酯薄膜的機(jī)械性能明顯優(yōu)于添加母料切片所生產(chǎn)的薄膜。且由于本研究防粘結(jié)母料中防粘粒子為規(guī)則的球型，具有一定的自潤(rùn)滑效果，使得聚酯薄膜在無需添加爽滑劑的情況下，亦具有較好的爽滑性，摩擦系數(shù)能達(dá)到0.28，在一定程度上方便了客戶的生產(chǎn)與使用。最重要的是，從對(duì)比表中，粘合力測(cè)試數(shù)據(jù)表明添加本文高透明防粘結(jié)母料所生產(chǎn)的聚酯薄膜具有極佳的防粘性能，且其霧度可低至0.5%，遠(yuǎn)小于國(guó)內(nèi)外母料切片所生產(chǎn)的聚酯薄膜的霧度。此數(shù)據(jù)更有力的證明了本文提供的防粘結(jié)母料對(duì)薄膜的光學(xué)性能影響很小，能生產(chǎn)防粘性能優(yōu)異且高透明低霧度的聚酯薄膜。

表3 添加母料切片與防粘結(jié)母料的聚酯薄膜各項(xiàng)性能對(duì)比表

(3)光學(xué)級(jí)聚酯防粘結(jié)母料與國(guó)外同類產(chǎn)品的性能對(duì)比

為進(jìn)一步比較本文防粘結(jié)母料與國(guó)外同類母料對(duì)聚酯薄膜各項(xiàng)綜合性能的影響，本研究通過在國(guó)內(nèi)某BOPET薄膜廠家在同等條件下進(jìn)行了生產(chǎn)及對(duì)比測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)，如表4所示。

表4 添加本文防粘結(jié)母料與國(guó)外同類產(chǎn)品的聚酯薄膜各項(xiàng)性能對(duì)比表

以上數(shù)據(jù)表明，使用本文母料所生產(chǎn)的聚酯薄膜各項(xiàng)性能均符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，且優(yōu)于使用國(guó)外同類母料所生產(chǎn)的聚酯薄膜，尤其表現(xiàn)在更好的光學(xué)性能。使用本文防粘母料所生產(chǎn)的薄膜霧度為1.26，而使用國(guó)外同類母料所生產(chǎn)的聚酯薄膜霧度為2.34，說明前者具有更低的霧度，更好的光學(xué)性能。

4.結(jié)論

本文研究了玻璃微珠，有機(jī)硅和PMMA為防粘劑通過雙螺桿熔融共混擠出造粒法制備的防粘結(jié)母料在光學(xué)級(jí)BOPET薄膜中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)聚合法及國(guó)外防粘結(jié)母料進(jìn)行了性能對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明，以玻璃微珠為防粘劑制備的薄膜具有極佳的防粘性能，且兼具良好的光學(xué)性能、爽滑性能及耐刮花性能。