CN105622974B - 一种高阻隔高透明pet复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高阻隔高透明PET复合薄膜及其制备方法，包括PET薄膜基材和涂覆在PET薄膜基材上表面的一层高阻隔高透明涂层，所述涂层包括以下重量分数的原料制成，浓度为6～18％水溶性聚合物水溶液55.4～66.5％，氮化硼纳米片0.003～0.03％，干燥调节剂33.5～44.6％。本发明还包括高阻隔高透明PET复合薄膜的制备方法。本发明之高阻隔高透明PET复合薄膜具有对气体高的阻隔性能和PET薄膜优异的机械性能，可显著地提高包装材料的阻隔性能，提高商品的保质期；同时还能保持PET复合薄膜材料的高透明性，广泛应用于包装领域，可产生良好的社会效益和经济效益。

Description

一种高阻隔高透明PET复合薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种PET复合薄膜，具体涉及一种基于氮化硼纳米片的高阻隔高透明PET复合薄膜及其制备方法。
背景技术
PET薄膜具有很好的透明性、较好的气密性和中等的防潮性；同时它在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良；还具有很好的抗蠕变性、耐疲劳性和尺寸稳定性，是一种性能优异的包装薄膜，被广泛应用于各行各业。但就包装领域而言，还要求所使用的PET包装薄膜具有更高的阻气防潮的阻隔性能，以延长产品的保质期。目前，PET薄膜所使用的多层复合的方法不仅工艺复杂，还往往影响了PET薄膜的透明性。
六方氮化硼(h-BN)是石墨烯的同构体，被称作白石墨烯，具有与石墨烯类似的层状结构，其层间靠范德华力结合，易于滑动和剥离，从而得到单片或数个片层的氮化硼纳米片。这些氮化硼纳米片虽然很薄，只有一个和数个纳米厚，但其本身具有很好的阻隔性，不透水汽和各种气体；同时，氮化硼纳米片具有宽的带隙和很好的绝缘性能，使其在降低材料渗透性的同时不影响材料的光学或电学性能。至今为止，未见将氮化硼纳米片应用于高阻隔高透明薄膜的报道；同时，相对石墨，由于六方氮化硼中的相邻两个片层之间具有离子键，导致其层间的作用力比石墨层间的范德华力要强一些。因此，如何通过功能化或掺杂等手段来提高氮化硼纳米片的应用性能也是一个极具挑战性的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于氮化硼纳米片的高阻隔高透明的PET复合薄膜。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种高阻隔高透明PET复合薄膜，是由上下两层复合结构构成，下层为PET薄膜基材，上层为涂覆在PET薄膜基材上表面的一层高阻隔高透明涂层，所述涂层包括以下重量分数的原料制成，浓度为6～18％水溶性聚合物水溶液55.4～66.5％，氮化硼纳米片0.003～0.03％，干燥调节剂33.5～44.6％。
进一步，所述涂层还包括石墨烯纳米片0.0005～0.001％。
进一步，所述氮化硼纳米片是由原料氮化硼粉末置于有机溶剂或水溶性聚合物水溶液中，配成浓度为1mg/ml～50mg/ml的悬浮液，超声并经离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片。
进一步，所述有机溶剂为N-十二烷基吡咯烷酮、N-环己基吡咯烷酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯仿、二甲亚砜、环己酮或N-甲基甲酰胺。
进一步，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、淀粉、改性淀粉、纤维素及其衍生物中的一种或两种以上的混合物，其中，聚乙烯醇的分子量为12000～75000，醇解度为85～99.5wt％。
进一步，所述干燥调节剂为甲醇、乙醇、异丙醇、仲丁醇和异丁醇中的一种或两种以上的混合物。
进一步，所述石墨烯纳米片是由原料石墨粉末置于有机溶剂或水溶性聚合物水溶液中，配成浓度为1mg/ml～50mg/ml的悬浮液，超声并经离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的石墨烯纳米片。
进一步，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、N，N-二甲基乙酰胺、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-十二烷基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、异丙醇、N-辛基吡咯烷酮或丙酮。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种高阻隔高透明PET复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)涂层料的制备：将氮化硼纳米片加入干燥调节剂中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液，然后加入到水溶性聚合物水溶液中混合均匀，即得涂层料，备用。
(2)将步骤(1)所述涂层料涂布在PET薄膜上表面，经60～80℃热风干燥，即成。
进一步，步骤(1)中，将氮化硼纳米片加入干燥调节剂中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液，然后将石墨烯纳米片加入到水性聚合物水溶液中分散均匀，得到石墨烯纳米片的分散液，最后将氮化硼纳米片的分散液加入到石墨烯纳米片的分散液中混合均匀，即得涂层料。
进一步，步骤(1)中，将石墨烯纳米片加入到干燥调节剂中分散均匀，得到石墨烯纳米片的分散液，然后将氮化硼纳米片加入到水性聚合物水溶液中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液，最后将石墨烯纳米片的分散液加入到氮化硼纳米片的分散液中混合均匀，即得涂层料。
本发明利用氮化硼纳米片的不可透过性及其纳米尺度，制得的高阻隔高透明PET复合薄膜具有对气体高的阻隔性能和PET薄膜优异的机械性能，可显著地提高包装材料的阻隔性能，提高商品的保质期；同时还能保持PET复合薄膜材料的高透明性，广泛应用于包装领域，可产生良好的社会效益和经济效益。
实验证明，本发明之高阻隔高透明PET复合薄膜(12μm)的氧气渗透量可达0.63cm3/(m2·day)，透光率达到86％以上。
附图说明
图1是氮化硼纳米片的透射电镜(TEM)图。
图2是实施例1制备的基于氮化硼纳米片的高阻隔高透明PET复合薄膜的剖面图。其中，1为PET薄膜基材；2为高阻隔高透明涂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
1、氮化硼纳米片的制备：称取3g原料氮化硼粉末于60ml异丙醇中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片，见图1。
2、聚乙烯醇PVOH水溶液的制备：将18份醇解度为88％的PVOH加入82份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
3、涂层料的制备：将6mg的氮化硼纳米片加入89.2g异丙醇中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液，然后加入110.8g的PVOH水溶液中混合均匀，即得到所需的涂层料。
4、高阻隔高透明PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成，见图2。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
实施例2：
1、氮化硼纳米片的制备：称取3g原料氮化硼粉末于60ml异丙醇中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片，见图1。
2、PVOH水溶液的制备：将15份醇解度为88％的PVOH加入85份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
3、涂层料的制备：将12mg氮化硼纳米片加入67.6g异丙醇中分散均匀，然后加入132.4g PVOH水溶液中混合均匀，即得到所需的涂层料。
4、高阻隔高透明PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成，见图2。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
实施例3：
1、氮化硼纳米片的制备：称取3g原料氮化硼粉末于60ml异丙醇中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片，见图1。
2、PVOH水溶液的制备：将6份醇解度为88％的PVOH加入94份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
3、涂层料的配制：将0.03g氮化硼纳米片加入185.1g异丙醇中分散均匀，然后加入328.25g的上述PVOH水溶液中混合均匀，即得到所需的涂层料。
4、高阻隔高透明PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成，见图2。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
实施例4：
1、氮化硼纳米片的制备：称取3g原料氮化硼粉末于60ml异丙醇中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片，见图1。
2、PVOH水溶液的制备：将15份醇解度为88％的PVOH加入85份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
3、涂层料的制备：将0.06g氮化硼纳米片加入70.6g异丙醇中分散均匀，然后加入129.3g PVOH水溶液中混合均匀，即得到所需的涂层料。
4、高阻隔高透明PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成，见图2。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
实施例5：
1、氮化硼纳米片的制备：称取3g原料氮化硼粉末于60ml异丙醇中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片，见图1。
2、PVOH水溶液的制备：将15份醇解度为88％的PVOH加入85份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
3、石墨烯纳米片的制备：称取2.4g原料石墨粉末于100ml PVOH水溶液中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心、过滤、干燥，得到厚度在10nm以下，径厚比在100～4000之间的石墨烯纳米片。
4、涂层料的制备：将1mg石墨烯纳米片加入129.3g PVOH水溶液中分散均匀，得到石墨烯纳米片的分散液；将0.059g的氮化硼纳米片加入70.6g异丙醇中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液；最后将氮化硼纳米片的分散液加入石墨烯纳米片的分散液中，并混合均匀，即得到所需的涂层料。
5、高阻隔高透明PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成，见图2。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
实施例6：
1、氮化硼纳米片的制备：称取3g原料氮化硼粉末于60ml异丙醇中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片，见图1。
2、PVOH水溶液的制备：将15份醇解度为88％的PVOH加入85份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
3、石墨烯纳米片的制备：称取2.4g原料石墨粉末于100ml上述PVOH水溶液中，用超声仪器进行超声处理48h，随后离心、过滤、干燥，得到厚度在10nm以下，径厚比在100～4000之间的石墨烯纳米片。
4、涂层料的制备：将1mg石墨烯纳米片加入67.6g异丙醇中分散均匀，得到石墨烯纳米片的分散液；将11mg的氮化硼纳米片加入132.4g PVOH水溶液中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液；最后将石墨烯纳米片的分散液加入氮化硼纳米片的分散液中，并混合均匀，即得到所需的涂层料。
5、高阻隔高透明PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成，见图2。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
对比实施例：
1、PVOH水溶液的制备：将15份醇解度为88％的PVOH加入85份92℃的水中，400rpm搅拌60min，降温至室温。
2、涂层料的制备：将133.3g PVOH水溶液与66.7g异丙醇混合均匀，即得到所需的涂层料。
3、PET复合薄膜的制备：将涂层料涂布在表面张力50达因的12μm厚的BOPET亮光薄膜表面，经70℃热风干燥，即成。
测量涂层厚度约3μm，测量含有涂层的PET复合薄膜的氧气透过率和透光率，其中，透氧率采用GB/T19789-2005标准进行测试，透光率采用GB/T2410-2008标准进行测试，测试结果见表1。
表1-PET薄膜性能测试结果
由表1可知，采用氮化硼纳米片的涂层料可使PET复合薄膜氧气的透过率最低降到0.63cc/(day·m2)，而PET复合薄膜的透光率仍然可以维持在86％的高水平。可见，氮化硼纳米片的涂层料在PET薄膜表面形成具有高透明性和高阻隔性的涂层，适用于高透明高氧气阻隔材料的制备。

Claims (5)

1.一种高阻隔高透明PET复合薄膜，其特征在于，所述PET薄膜是由上下两层复合结构构成，下层为PET薄膜基材，上层为涂覆在PET薄膜基材上表面的一层高阻隔高透明涂层；
所述涂层包括以下重量份数的原料：浓度为6～18％水溶性聚合物水溶液55.4～66.5％，氮化硼纳米片0.003～0.03％，干燥调节剂33.5～44.6％，石墨烯纳米片0.0005～0.001％；
所述氮化硼纳米片是由原料氮化硼粉末置于有机溶剂或水溶性聚合物水溶液中，配成浓度为1mg/ml～50mg/ml的悬浮液，超声并经离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的氮化硼纳米片；
所述石墨烯纳米片是由原料石墨粉末置于有机溶剂或水溶性聚合物水溶液中，配成浓度为1mg/ml～50mg/ml的悬浮液，超声并经离心干燥，得到厚度在50nm以下，径厚比在100～4000之间的石墨烯纳米片。
2.根据权利要求1所述的高阻隔高透明PET复合薄膜，其特征在于，所述有机溶剂为N-十二烷基吡咯烷酮、N-环己基吡咯烷酮、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮、N-辛基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯仿、二甲亚砜、环己酮或N-甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1所述的高阻隔高透明PET复合薄膜，其特征在于，所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、淀粉、改性淀粉、纤维素及其衍生物中的一种或两种以上的混合物，其中，聚乙烯醇的分子量为12000～75000，醇解度为85～99.5wt％。
4.根据权利要求1所述的高阻隔高透明PET复合薄膜，其特征在于，所述干燥调节剂为甲醇、乙醇、异丙醇、仲丁醇和异丁醇中的一种或两种以上的混合物。
5.一种如权利要求1～4之一所述的高阻隔高透明PET复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)涂层料的制备：将石墨烯纳米片加入到干燥调节剂或水性聚合物水溶液中分散均匀，得到石墨烯纳米片的分散液；
将氮化硼纳米片加入到干燥调节剂或水性聚合物水溶液中分散均匀，得到氮化硼纳米片的分散液；
将石墨烯纳米片的分散液加入到氮化硼纳米片的分散液中混合均匀，即得涂层料；
(2)将步骤(1)所述涂层料涂布在PET薄膜上表面，经60～80℃热风干燥，即成。
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