CN102225648A - 一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高阻隔聚酯薄膜，所述的薄膜为三层复合结构，包括芯层及芯层上下的皮层，所述的芯层包括以下重量百分比的组分：60～100％的PET聚酯切片，0～40％的PEN聚酯切片，所述的皮层包括以下重量百分比的组分：92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂。本发明还公开了一种上述高阻隔聚酯薄膜的共挤拉伸制备方法。本发明制备工艺简单，制得的聚酯薄膜在保持聚酯薄膜优良物理性能的前提下，具有更好的气体阻隔性能、耐热性能和耐辐射性能，可应用于太阳能电池背材等领域。

Description

一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高阻隔聚酯薄膜及其制备方法，属于聚酯薄膜领域。
背景技术
聚酯薄膜通常为无色透明，有光泽，强韧性和弹性良好的薄膜，与其他塑料薄膜相比，具有相对密度大、拉伸强度高、延伸率适中、冲击强度大、耐热性好、透明度好，且无毒无害等优点，广泛应用于包装材料。随着科技的飞速发展，聚酯薄膜由于其优良的性能，在电容器、感光材料、音像及太阳能电池方面也得到应用。如公开号为CN101065849A的中国发明专利所公开的“易粘合性聚酯薄膜及使用其的太阳能电池背面保护膜”，由聚酯薄膜和涂布在该聚酯薄膜一面的树脂被膜构成，这种太阳能电池保护膜由于其两层结构，制作工艺复杂，且需使用特殊的热加工设备，制造成本高。同时，由于树脂被膜在生产中需使用交联剂和溶剂，会对环境造成一定的影响。
发明内容
本发明提供了一种对水汽和氧气具有高阻隔性的聚酯薄膜。
本发明还提供了上述高阻隔聚酯薄膜的制备方法，加工简单。
一种高阻隔聚酯薄膜，具有三层复合结构，包括两层皮层及两皮层之间的芯层。
所述的芯层包括以下重量百分比的组分：60～100％的PET聚酯切片(聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂)，0～40％的PEN聚酯切片(聚2；6-萘二甲酸乙二醇酯)。其中PET聚酯切片的特性粘度为0.60～0.65dl/g，PEN聚酯切片的特性粘度为0.50～0.60dl/g。
所述的皮层包括以下重量百分比的组分：92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂。所述的成核剂为苯甲酸钠、滑石粉、纳米级二氧化硅、蒙脱土、纳米二氧化钛或1；3-2；4-二亚(对甲基)苄基山梨糖醇中的一种或多种。所述的成核改性剂为聚乙二醇或亚磷酸三苯酯中的一种或多种，其中聚乙二醇优选PEG-600、PEG-1000、PEG-2000、PEG-5000中的一种或多种。
所述的芯层与两层皮层的重量比为3～9∶1。
所述的芯层的厚度120～280μm，单个皮层厚度5～35μm。
一种上述高阻隔聚酯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将以下重量百分比的组分：92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂放入混料机中充分混合制成皮层PEN母料；制得的皮层PEN母料在真空转鼓内以60～100℃温度下预结晶3～6h；
(2)将以下重量百分比的组分：60～100％的PET聚酯切片，0～40％的PEN聚酯切片放入混料机充分混合制成芯层聚酯母料；制得的芯层聚酯母料在真空转鼓内以60～100℃温度下预结晶3～6h；
(3)将重量比为3～9∶1的芯层聚酯母料和皮层PEN母料在120～170℃温度下分别进行干燥2～6h；
(4)将皮层PEN母料和芯层聚酯母料分别加入双螺杆挤出机A和双螺杆挤出机B；调整挤出机A主要区段温度为275～300℃，调整挤出机B主要区段温度为265～300℃。熔融物料经过滤后，由双螺杆挤出机A挤出的皮层PEN母料作为皮层，由双螺杆挤出机B挤出的芯层聚酯母料作为芯层，经多层共挤工艺制成三层复合铸片(厚片)；调节模口开度可得到不同厚度的铸片。
所述的多层共挤工艺是一种使用数台挤出机分别供给不同的熔融料流，在一个复合模头内汇合共挤出得到多层复合片材的工艺技术。
(5)将步骤(4)制得的三层复合铸片在50～100℃温度下预热，进入50～100℃的远红外加热区，用3～5m/min的线速度纵向拉伸；纵向拉伸倍率为1.5～3.5，得到膜片；
(6)将经过纵向拉伸得到的膜片在90～140℃温度下预热，再在100～160℃温度下进行横向拉伸；横向拉伸倍率为1.5～3.8；
(7)将经过横向拉伸的膜片在200～240℃温度条件下定型后收卷。
本发明的三层复合高阻隔聚酯薄通过共挤拉伸工艺制备，其中皮层由PEN组成，且添加一定量的成核剂和成核促进剂。PEN的化学结构与PET相似，不同之处在于分子链中PEN由刚性更大的萘环代替了PET中的苯环。萘环结构使PEN比PET具有更高的物理机械性能、气体阻隔性能、化学稳定性及耐热、耐紫外线、耐辐射等性能。以PEN为皮层，增强聚酯薄膜的气体阻隔性能和耐候性能。同时，添加成核剂与聚乙二醇(PEG)成核促进剂可以有效调节皮层PEN的结晶结构，增强皮层与芯层的结合力，保证薄膜的力学性能。与传统的PET聚酯薄膜相比，本发明的新型三层复合聚酯薄膜在保持聚酯薄膜优良物理性能的前提下，具有更好的气体阻隔性能、耐热性能和耐辐射性能，可应用于太阳能电池背材等领域。
附图说明
图1为本发明薄膜的结构示意图
附图标记说明：1-上皮层；2-芯层；3-下皮层。
具体实施方式
如图1所述，本发明的高阻隔聚酯薄膜有三层复合结构，芯层与两层皮层聚酯母料的重量比为3～9∶1。皮层聚酯母料含有以下重量百分比的组分：92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂。其中成核剂为苯甲酸钠、滑石粉、纳米级二氧化硅、蒙脱土、纳米二氧化钛、1；3-2；4-二亚(对甲基)苄基山梨糖醇的其中的一种或多种，成核改性剂为聚乙二醇PEG-600、PEG-1000、PEG-2000、PEG-5000、亚磷酸三苯酯(TPP)中的一种或多种。芯层聚酯母料含有以下重量百分比的组分：60～100％的PET聚酯切片，0～40％的PEN聚酯切片。
本发明的三层复合高阻隔聚酯薄膜的制备方法如下：
(1)按重量百分比，将92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂放入混料机充分混合制成皮层PEN母料，混料机的转速≥300r/min，该皮层聚酯母料具体重量百分比如表1所示，在真空转鼓内以60-100℃温度下预结晶3～6h；
(2)按重量百分比，将60～100％的PET聚酯切片，0～40％的PEN聚酯切片放入混料机充分混合制成芯层聚酯母料，混料机的转速≥300r/min，芯层聚酯母料具体重量百分比如表1所示，在真空转鼓内以60～100℃温度下预结晶3～6h；
(3)再将重量比为3～9∶1的芯层聚酯母料和皮层PEN母料在120～170℃温度下分别进行干燥2～6h，将水分控制在低于30ppm；
(4)将干燥后的皮层PEN母料和芯层聚酯母料分别加入双螺杆挤出机A和B，调整挤出机A主要区段温度为275～300℃，调整挤出机B主要区段温度为265～300℃。熔融物料经过滤后进行挤出复合工艺制成三层复合铸片，由双螺杆挤出机A挤出的皮层PEN母料作为皮层，由双螺杆挤出机B挤出的芯层聚酯母料作为芯层，在模头三层口模内叠层(复合)成皮层/芯层/皮层的三层结构，经模口挤出、冷却制成三层复合铸片(厚片)；调节模口开度可得到不同厚度的铸片。
(5)厚片在50～100℃温度下预热，进入100℃～50℃的远红外加热区，用3～5m/min的线速度进行纵向拉伸，纵向拉伸倍率为1.5～3.5；
(6)、将经过纵向拉伸的膜片在90～140℃温度下预热，再在100～160℃温度下进行横向拉伸，横向拉伸倍率为1.5～3.8；
(7)膜片在200～240℃温度条件下定型后收卷。
采用如表1所示的不同含量组分的皮层和芯层制备高阻隔聚酯薄膜。
表1
Figure BDA0000055276500000041
分别对表1中的各实施例进行性能测试，结果见表2，表3。
表2
Figure BDA0000055276500000051
表3
Figure BDA0000055276500000052
从表1，2，3可以看出，本发明的三层复合高阻隔聚酯薄膜具有良好的阻隔性能、物理力学性能、可以应用于对阻隔性能有高要求的包装材料、绝缘材料、太阳能电池背材等领域。

Claims (7)

1.一种高阻隔聚酯薄膜，其特征在于：包括两层皮层及两皮层之间的芯层，所述的芯层包括以下重量百分比的组分：60～100％的PET聚酯切片，0～40％的PEN聚酯切片，所述的皮层包括以下重量百分比的组分：92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂；所述的芯层与两层皮层的重量比为3～9∶1。
2.如权利要求1所述的高阻隔聚酯薄膜，其特征在于：所述的芯层的厚度120～280μm，单个皮层厚度5～35μm。
3.如权利要求1所述的高阻隔聚酯薄膜，其特征在于：所述的PET聚酯切片的特性粘度为0.60～0.65dl/g，所述的PEN聚酯切片的特性粘度为0.50～0.60dl/g。
4.根据权利要求1所述的高阻隔聚酯薄膜，其特征在于：所述的成核剂为苯甲酸钠、滑石粉、纳米级二氧化硅、蒙脱土、纳米二氧化钛、1，3-2，4-二亚(对甲基)苄基山梨糖醇的其中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高阻隔聚酯薄膜，其特征在于：所述的成核改性剂为聚乙二醇和亚磷酸三苯酯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的高阻隔聚酯薄膜，其特征在于：所述的聚乙二醇为PEG-600、PEG-1000、PEG-2000、PEG-5000中的一种或多种。
7.一种如权利要求1所述的高阻隔聚酯薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量百分比，将92～98％的PEN聚酯切片、0.2～2％的成核剂、1～6％的成核改性剂放入混料机中充分混合制成皮层PEN母料；制得的皮层PEN母料在真空转鼓内以60～100℃温度下预结晶3～6h；
(2)按重量百分比，将60～100％的PET聚酯切片，0～40％的PEN聚酯切片放入混料机充分混合制成芯层聚酯母料；制得的芯层聚酯母料在真空转鼓内以60～100℃温度下预结晶3～6h；
(3)将重量比为3～9∶1的芯层聚酯母料和皮层PEN母料在120～170℃温度下分别进行干燥2～6h；
(4)将干燥后的皮层PEN母料和芯层聚酯母料分别加入双螺杆挤出机A和双螺杆挤出机B；调整挤出机A主要区段温度为275～300℃，调整挤出机B主要区段温度为265～300℃；熔融物料经过滤后，由双螺杆挤出机A挤出的皮层PEN母料作为皮层，由双螺杆挤出机B挤出的芯层聚酯母料作为芯层，经挤多层共挤工艺制成三层复合铸片；调节模口开度可得到不同厚度的铸片；
(5)将三层复合铸片在50～100℃温度下预热，进入50℃～100℃的远红外加热区，用3～5m/min的线速度纵向拉伸，纵向拉伸倍率为1.5～3.5，得到膜片；
(6)将经过纵向拉伸得到的膜片在90～140℃温度下预热，再在100～160℃温度下进行横向拉伸；横向拉伸倍率为1.5～3.8；
(7)经横向拉伸后的膜片在200～240℃温度条件下定型后收卷。
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