CN102372906A

CN102372906A - 150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法

Info

Publication number: CN102372906A
Application number: CN 201010249514
Authority: CN
Inventors: 王树霞; 戴钧明; 杨钟; 徐冬冬
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Yizheng Chemical Fibre Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Yizheng Chemical Fibre Co Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明提供一种150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，以二元酸和二元醇为主要原料并加入多羟基有机物、抗粘结剂、稳定剂和催化剂，采用直接酯化法生产，酯化温度210～270℃，压力0.1～0.5MPa，反应1～3小时，缩聚温度250～290℃，压力≤1KPa，反应1.5～3小时，多羟基有机物在酯化反应结束之后加入，缩聚反应完成后经切粒和干燥制得聚酯切片。该切片具有更慢的结晶速率，用其加工150μm以上厚度的薄膜时，铸片不发白，无需再加入抗粘母粒切片，采用现有的常规生产设备即可直接生产，厚膜产品性能优良，不会像使用其它超有光膜用聚酯切片那样，出现结晶度大、引起较多破膜的现象。

Description

150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法

技术领域

本发明涉及聚酯切片的合成加工，尤其是一种适用于生产150μm以上厚膜的聚酯原料切片的制备方法，属于高分子化工技术领域。

背景技术

双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(简称BOPET)，具有优良的物理化学性能，可广泛用于诸多工业领域。

随着家电工业的飞速发展，我国对厚型聚酯薄膜(以下简称为厚膜)的需求有较大增长。目前国内BOPET双拉生产线所生产的薄膜规格大部分是在8～75μm范围内，在此范围的产能已远远供大于求。但150～300μm的厚膜却有相当大的发展空间，特别是厚膜的应用范围在不断扩大，如液晶显示器及等离子显示装置的保护屏膜对BOPET厚膜需求量相当大，非常值得关注。

生产厚型BOPET需要专门的聚酯原料切片和生产设备，以解决其由于膜厚增加引起的传热难、拉伸难等问题，设备改进可以部分解决铸片急冷、拉伸前预热、拉伸后冷却定型等传热问题，但厚片的拉伸引导结晶问题更多地依赖于原料切片。此时，聚酯原料切片除了符合一般性技术指标之外，还必须对原料切片的结晶速率进行控制，因为结晶速率对于厚膜成膜有关键性影响。为了提高双轴拉伸的成膜率，一般要求厚片的结晶度必须小于5％，最好小于3％。在常规冷却条件下，受导热系数及聚酯性能的限制，使1.5～3mm厚的熔体急速冷却成低结晶度的厚片是困难的，随着厚度的增加制作低结晶度厚片的难度就更大。因此，聚酯原料切片的结晶速率快慢成为厚膜成膜的关键问题。据申请人所知，目前国内外尚没有专用于生产150μm以上厚膜的聚酯原料切片。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的上述技术难题，提供一种150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，以满足生产BOPET厚膜的市场需求。

本发明的技术解决方案是：150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，以二元酸和二元醇为主要原料，采用直接酯化法生产，制备过程包括酯化反应和缩聚反应，其特征在于：制备过程中加入多羟基有机物、抗粘结剂、稳定剂和催化剂，酯化反应阶段的反应温度为210～270℃，绝对压力为0.1～0.5MPa，反应时间为1～3小时，缩聚反应阶段的反应温度为250～290℃，绝对压力≤1KPa，反应时间为1.5～3小时；所述多羟基有机物是在酯化反应结束之后才加入到反应体系，缩聚反应完成之后，经切粒、干燥，制得150μm以上厚膜用聚酯原料切片，特性粘度为0.55～0.70dl/g。

进一步地，上述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其中：所述的二元酸为对苯二甲酸、邻苯二甲酸或间苯二甲酸中的一种或几种，邻苯二甲酸或间苯二甲酸加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.5～8％；所述的二元醇为乙二醇类二元醇中的一种或几种，二元酸与二元醇的摩尔比为1∶1.0～1∶2.0，优选1∶1.1～1∶1.6。

更进一步地，上述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其中：所述的多羟基有机物，既可以直接加入到聚酯合成体系中，也可以在90～110℃温度范围内，用反应所用的二元醇配制成质量浓度不超过15％的溶液，然后再加入到聚酯合成体系当中。

更进一步地，上述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其中：所述的多羟基有机物为己六醇、1，2，3，4，5-戊五醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的50～5000ppm。

更进一步地，上述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其中：所述的抗粘结剂为滑石、碳酸钙、硫酸钡、高岭土中的一种，抗粘结剂的平均粒径为1.0～4.0μm，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0～3500ppm。

更进一步地，上述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其中：所述的稳定剂是磷酸、亚磷酸、多磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯中的一种，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.0003～0.040％。

再进一步地，上述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其中：所述的催化剂为锗、锑、钛的化合物或它们的有机络合物，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.01～0.09％。

根据本发明技术方案制备获得的聚酯切片呈无色透明状，它比常规超有光膜用聚酯切片具有更慢的结晶速率，用其加工150μm以上厚度的薄膜时，铸片不发白，无需再加入抗粘母粒切片，采用现有的常规生产设备即可直接生产，厚膜产品性能优良，不会像使用其它超有光膜用聚酯切片那样，出现结晶度大、引起较多破膜的现象。

具体实施方式

本发明通过研究厚膜的加工成型原理，制备专用于生产150μm以上厚膜的聚酯原料切片。

发明人经过研究发现，采用直接酯化法生产聚酯切片过程中，在酯化反应结束后加入多羟基有机物，有利于在聚酯中形成大量短支链，少量长支链；而在酯化反应前加入多羟基有机物，易形成大量长支链，少量短支链。在相同多羟基有机物且添加量相同情况下，在酯化后加入多羟基有机物制备的聚酯的冷结晶温度均比酯化前加入的高；酯化后加入多羟基有机物制备的聚酯的熔融结晶温度均比酯化前加入的低，这说明酯化反应结束后加入多羟基有机物合成的聚酯在铸膜时更易骤冷为无定形厚片，厚片结晶度减少，有利于拉伸更均匀，也说明酯化反应结束后加入多羟基有机物合成的聚酯比酯化前加入多羟基有机物合成的聚酯结晶速率更慢。

同时，在酯化反应结束后加入多羟基有机物形成的大量短支链，能提高聚酯的零剪切粘度(即熔体强度)和高剪切稀化程度。在制备薄膜挤出时，高剪切下低粘度聚酯熔体易于均匀地流入模头，离开模头后在零剪切力下变为高粘熔体，易于保持其均匀流出的形状，便于铸膜得到厚度均匀的厚片，有利于提高成品膜的厚度均匀性。

由此，本发明提出的技术解决方案是：150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，以二元酸和二元醇为主要原料，采用直接酯化法生产，制备过程包括酯化反应和缩聚反应，其特点是：制备过程中加入多羟基有机物、抗粘结剂、稳定剂和催化剂，酯化反应阶段的反应温度为210～270℃，绝对压力为0.1～0.5MPa，反应时间为1～3小时，缩聚反应阶段的反应温度为250～290℃，绝对压力≤1KPa，反应时间为1.5～3小时；所述多羟基有机物是在酯化反应结束之后才加入到反应体系，缩聚反应完成之后，经切粒、干燥，制得150μm以上厚膜用聚酯原料切片，特性粘度为0.55～0.70dl/g。

上述的制备方法中，所述的二元酸为对苯二甲酸、邻苯二甲酸或间苯二甲酸中的一种或几种，邻苯二甲酸或间苯二甲酸加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.5～8％；所述的二元醇为乙二醇类二元醇中的一种或几种，二元酸与二元醇的摩尔比为1∶1.0～1∶2.0，优选1∶1.1～1∶1.6。

所述的多羟基有机物为己六醇、1，2，3，4，5-戊五醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的50～5000ppm。具体操作时，既可以直接加入到聚酯合成体系中，也可以在90～110℃温度范围内，用反应所用的二元醇配制成质量浓度不超过15％的溶液，然后再加入到聚酯合成体系当中。

所述的抗粘结剂为滑石、碳酸钙、硫酸钡、高岭土中的一种，抗粘结剂的平均粒径为1.0～4.0μm，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0～3500ppm。所述的稳定剂是磷酸、亚磷酸、多磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯中的一种，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.0003～0.040％。所述的催化剂为锗、锑、钛的化合物或它们的有机络合物，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.01～0.09％。

另外，应用本发明制备方法获得的聚酯原料切片，既可以生产150μm以上的单层厚膜，也可以根据应用需求，通过多层共挤的方法加工生产多层复合膜，厚度也在150μm以上。

总体来看，本发明提供的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，具有以下特征：

(1)聚酯切片的结晶性能减弱，有更宽的加工工艺窗；

(2)聚酯切片无色透明，满足各种类型聚酯薄膜的加工要求；

(3)在生产双向拉伸聚酯薄膜时，本发明制得的膜用聚酯切片的切力变稀行为更明显，流动性更好；

(4)用本发明制得的聚酯原料切片制备双向拉伸聚酯薄膜时，熔体强度提高，成膜性能明显改善。

下面结合具体实例，对本发明技术方案作进一步详细说明。这些实例仅作代表，本发明权利要求保护范围不受其限制。

实施例一

在20L聚合装置中，加入4.8kg PTA(精对苯二甲酸)，3kg EG(乙二醇)，1.511g乙二醇锑，0.2kg IPA(间苯二甲酸)，57.6g硫酸钡，在230～265℃、0.2～0.3MPa下进行酯化反应，待出水量达1200ml时，泄压至常压，加入1，2，3，4，5-戊五醇0.3g，1.025g磷酸三苯酯，常压搅拌10分钟，升温降压到280℃及100Pa以下，反应1.5～3小时。反应完毕，经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片。

将制得的聚酯切片预结晶、干燥、挤出、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成150μm单层薄膜。其中，铸片温度为25～45℃，挤出温度为275～285℃，纵拉温度为90～120℃，横拉温度为90～120℃，纵拉倍率为：3.2∶1，横拉倍率为3.2∶1。

实施例二

在20L聚合装置中，加入4.9kg PTA，3kg EG，氟钛酸钾0.98g，0.1kgIPA，57.6g高岭土，在230～265℃、0.2～0.3MPa下进行酯化反应，待出水量达1200ml时，泄压至常压，加入3g己二醇、0.44g磷酸三甲酯，常压搅拌10分钟，升温降压到280℃及100Pa以下，反应1.5～3小时。反应完毕，经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片。

将制得的聚酯切片预结晶、干燥、挤出、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成175μm单层薄膜。其中，铸片温度为25～45℃，挤出温度为275～285℃，纵拉温度为90～120℃，横拉温度为90～120℃，纵拉倍率为3.1∶1，横拉倍率为3.1∶1。

实施例三

在20L聚合装置中，加入4.7kg PTA，3kg EG，醋酸锑2.057g，0.3kgIPA，在230～265℃、0.2～0.3MPa下进行酯化反应，待出水量达1200ml时，泄压至常压，加入三羟甲基丙烷12.5g，1.025g磷酸三苯酯，常压搅拌10分钟，升温降压到282℃及100Pa以下，反应1.5～3小时。反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片。

将制得的聚酯切片预结晶、干燥、挤出、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成188μm单层薄膜。其中，铸片温度为25～45℃，挤出温度为275～285℃，纵拉温度为90～120℃，横拉温度为90～120℃，纵拉倍率为3.0∶1，横拉倍率为3.0∶1。

实施例四

在烧杯中加入450g EG和50g三羟甲基丙烷，在温度100℃搅拌情况下，配置成10％(质量)浓度的三羟甲基丙烷-EG的溶液。

在20L聚合装置中，加入4.7kg PTA，3kg EG，二氧化锗0.92g，0.3kgIPA，173.4g硫酸钡，在230～265℃、0.2～0.3MPa下进行酯化反应，待出水量达1200ml时，泄压至常压，加入10％(质量)浓度的三羟甲基丙烷-EG溶液250g，加入0.44g磷酸三甲酯，常压搅拌10分钟，升温降压到282℃及100Pa以下，反应1.5～3小时。反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到聚酯切片。

用实施例三制得的聚酯切片与实施例四制得含硫酸钡的聚酯切片制备成ABA三层共挤薄膜。其中A层为实施例三制得的聚酯切片和实施例四制得含硫酸钡的聚酯切片，其中A层硫酸钡含量为850ppm；B层为本实施例三制得的聚酯切片；A层占总量的比例为18％(质量比)，B层占总量的比例为82％(质量比)。各层按照上述的配比混合均匀，混合料经预结晶、干燥、三层共挤、纵横双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成225μm三层薄膜。其中，铸片温度为25～45℃，挤出温度为275～285℃，纵拉温度为80～115℃，横拉温度为80～115℃，纵拉倍率为2.8∶1，横拉倍率为2.8∶1。

参照例一

将常用的未添加任何添加剂的超有光膜用聚酯切片与含二氧化硅聚酯母粒切片按照一定的配比混合均匀，混合料中二氧化硅含量为600ppm，混合料经预结晶、干燥、挤出、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成150μm单层薄膜。制膜工艺和控制条件与实施例一相同。

参照例二

将常用的未添加任何添加剂的超有光膜用聚酯切片与常用的含二氧化硅聚酯母粒切片按照一定的配比混合均匀，混合料中二氧化硅含量为350ppm，混合料经预结晶、干燥、挤出、纵横双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成175μm单层薄膜。制膜工艺和控制条件与实施例二相同。

参照例三

将常用的未添加任何添加剂的超有光膜用聚酯切片经预结晶、干燥、挤出、纵横双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成188μm单层薄膜。制膜工艺和控制条件与实施例三相同。

参照例四

用常用的未添加任何添加剂的超有光膜用聚酯切片与常用的含二氧化硅聚酯母粒切片制备ABA三层共挤薄膜。其中A层为超有光膜用聚酯切片和常用的含二氧化硅聚酯母粒切片，其中二氧化硅含量为850ppm；A层占总量的比例为18％(质量比)，B层占总量的比例为82％(质量比)。各层按照上述的配比混合均匀，混合料经预结晶、干燥、三层共挤出、纵横双向拉伸、热定型、松弛、冷却，制成225μm三层薄膜。制膜工艺和控制条件与实施例四相同。

表1：本发明的实施例与参照例厚片测试结果

*注：聚酯切片半结晶时间，是180℃时的半结晶时间。

Claims

1.150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，以二元酸和二元醇为主要原料，采用直接酯化法生产，制备过程包括酯化反应和缩聚反应，其特征在于：制备过程中加入多羟基有机物、抗粘结剂、稳定剂和催化剂，酯化反应阶段的反应温度为210～270℃，绝对压力为0.1～0.5MPa，反应时间为1～3小时，缩聚反应阶段的反应温度为250～290℃，绝对压力≤1KPa，反应时间为1.5～3小时；所述多羟基有机物是在酯化反应结束之后才加入到反应体系，缩聚反应完成之后，经切粒、干燥，制得150μm以上厚膜用聚酯原料切片，特性粘度为0.55～0.70dl/g。

2.根据权利要求1所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的二元酸为对苯二甲酸、邻苯二甲酸或间苯二甲酸中的一种或几种，邻苯二甲酸或间苯二甲酸加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.5～8％；所述的二元醇为乙二醇类二元醇中的一种或几种，二元酸与二元醇的摩尔比为1∶1.0～1∶2.0。

3.根据权利要求2所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的二元酸与二元醇的摩尔比为1∶1.1～1∶1.6。

4.根据权利要求1所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的多羟基有机物，直接加入到聚酯合成体系中。

5.根据权利要求1所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的多羟基有机物，在90～110℃温度范围内，用反应所用的二元醇配制成质量浓度不超过15％的溶液，然后再加入到聚酯合成体系当中。

6.根据权利要求4或5所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的多羟基有机物为己六醇、1，2，3，4，5-戊五醇、三羟甲基丙烷中的一种或几种，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的50～5000ppm。

7.根据权利要求1所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的抗粘结剂为滑石、碳酸钙、硫酸钡、高岭土中的一种，抗粘结剂的平均粒径为1.0～4.0μm，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0～3500ppm。

8.根据权利要求1所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的稳定剂是磷酸、亚磷酸、多磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯中的一种，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.0003～0.040％。

9.根据权利要求1所述的150μm以上厚膜用聚酯原料切片的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为锗、锑、钛的化合物或它们的有机络合物，其加入量为相对于所得聚酯切片质量的0.01～0.09％。