BOPET光學薄膜用防粘結母料的研究與應用

＊劉小珊 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）薄膜具有優異的綜合性能，例如，機械強度高、光學性能好、阻隔性優良、耐酸耐腐蝕等而廣泛應用于電子元件、包裝、液晶顯示、玻璃貼膜、建筑裝潢等領域[1-2]。近十幾年來，我國BOPET薄膜行業雖然得到了高速發展，但由于我國該行業的發展主要途徑為提高產能，而對高性能聚酯薄膜及差異化聚酯薄膜的研究投入過少。從而導致現階段普通低附加值聚酯薄膜產能嚴重過剩，而新穎高端產品，例如光學級BOPET薄膜又供不應求，基本依賴進口[3-6]。因此，開發此類光學級高透明BOPET薄膜顯得尤為迫切。這就必須從原料、工藝、設備等方面入手。為了解決任何BOPET薄膜所需要添加的防粘結母料所暴露的缺點，尤其是提高其光學性能，滿足其作為光學薄膜的性能要求，關鍵需要研制出提高薄膜光學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，國內外相關光學級BOPET薄膜專業防粘結母料的研究和報道仍非常有限[7]，國內更未有工業化產品。因此，本論文將圍繞著光學級BOPET防粘結母料的研發與應用展開。

2.實驗部分

(1)實驗原料

實驗原料，如表1所示。

表1 實驗原料

(2)實驗設備和儀器

實驗設備和儀器，如表2所示。

表2 實驗設備和儀器

(3)樣品制備

①光學級BOPET防粘結母料的制備

通過精密失重稱量系統稱量、配料，采用雙螺桿擠出機混合、熔融、擠出、水下切粒、風干、分裝制成。

A.預干燥。

B.雙螺桿擠出機生產。

a.擠出機各區溫度250～290℃；

b.主機轉速200～450r/min；

c.電流300～400A；

d.1～3段真空排氣，真空度-0.05～0.1MPa；

e.無機物料采用高精密（誤差0.5%）稱下料；

f.擠出機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。濾網為五層，兩表層選用目數為40目，上下第二層選用目數為60目，中間選用300目的濾網組合，通過實踐表明可以有效防止團聚粒子的篩選。

C.造粒。

D.成品干燥。

②光學級BOPET薄膜的制備

光學級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級聚酯防粘結母料，將空白切片和防粘結母料按照一定比例混合組成，防粘結母料的添加量一般為2%～3%。聚酯薄膜的生產工藝為[8]：空白切片與防粘母料通過風機投料到各料倉，然后按照給定的比例，自動配料混料，混料均勻后，進入到預結晶器中進行預結晶，原料預結晶后進入到干燥塔中進行干燥，干燥后的原料進入擠出機，原料在擠出機中加熱熔融，經過計量泵、過濾器、適配器后到達模頭，從模唇流出后，經吸附系統按壓到激冷輥上，迅速冷卻鑄片，厚片經過縱向拉伸后進入橫拉系統進行橫向拉伸，最后經過牽引系統到收卷系統形成大膜卷。最后按照客戶規格要求進行分切、檢驗和包裝入庫。

3.結果與討論

(1)防粘劑的選擇

防粘結幾乎是薄膜生產過程和使用過程都要考慮的問題，當薄膜疊放在一起時，它們易于粘連在一起，在薄膜生產過程的收卷、分切、包裝和運輸等工序以及使用中將可能造成許多問題。當防粘劑添加在薄膜中時，由于物理屬性的不同，會形成兩個介質層，根據光學原理，當兩個介質的折光系數不一樣時，光通過薄膜時，會因為反射、漫反射和散射等造成光的損失，進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、粒型、粒徑大小、防粘劑用量都有關系。

本文系統研究了碳酸鈣、凝膠法二氧化硅、沉淀法二氧化硅、有機硅氧烷、玻璃微珠、聚甲基丙烯酸甲酯、硫酸鋇、沸石、云母、滑石粉、硅藻土等無機和有機材質防粘劑。遵循光學原理和防粘效果等客戶實際需要，結合掃描電鏡對防粘劑形貌及粒徑等進行研究和分析后，我們初步選擇了玻璃微珠（硅鋁酸鹽）、有機硅氧烷、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：

圖1 防粘劑掃描電鏡圖

①根據光學原理研究發現，防粘劑折光系數與BOPET薄膜越接近，粒型越規整、粒徑分布較窄等對薄膜光學性能的影響越小。

②由于BOPET薄膜的表層厚度一般為1～2μm，結合防粘性和光學性能要求，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由于規則的球型粒子對薄膜的光學性能負面影響較小，且具有一定的爽滑性，因此我們更偏向規整的球型防粘劑。

(2)光學級聚酯防粘結母料與母料切片的性能對比

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，再經過研磨沉降、過濾后，將混有微納米無機顆粒的乙二醇漿料一起加入反應釜進行酯化、縮聚制得。這將導致薄膜內存在很多不起防粘效果的微小顆粒，有效防粘粒子數量減少，粒型極其不規則，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生白點，嚴重影響薄膜光學性能、防粘效果及加工性能。

通過對防粘結母料與母料切片進行灰分測試發現，防粘結母料中灰分含量（有效含量）為5.2%，而母料切片的灰分含量（有效含量）為0.3%。通過對兩者灰分的粒徑分布統計發現，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性能。

通過顯微鏡對分別添加母料切片和防粘結母料的聚酯薄膜進行表面測試發現，如圖2(a)中所示，添加母料切片所生產的聚酯薄膜表面存在很多粒型不規則，粒徑大小不一，且分散情況不好的防粘粒子。這將嚴重影響薄膜的光學性能。而圖2(b)中，添加本文所研發的高透明防粘結母料的聚酯薄膜，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薄膜光學性能的影響，提升薄膜的光學性能。

圖2 (a)和(b)分別為添加母料切片與防粘結母料的聚酯薄膜表面顯微圖

為進一步研究添加母料切片與本文高透明防粘結母料對薄膜各項性能的影響，將在同等生產條件和相同最終添加量（0.2%）的情況下所生產的薄膜進行對比測試，測試結果如表3。從薄膜的機械性能測試數據可知，添加本文防粘結母料的聚酯薄膜的機械性能明顯優于添加母料切片所生產的薄膜。且由于本研究防粘結母料中防粘粒子為規則的球型，具有一定的自潤滑效果，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，摩擦系數能達到0.28，在一定程度上方便了客戶的生產與使用。最重要的是，從對比表中，粘合力測試數據表明添加本文高透明防粘結母料所生產的聚酯薄膜具有極佳的防粘性能，且其霧度可低至0.5%，遠小于國內外母料切片所生產的聚酯薄膜的霧度。此數據更有力的證明了本文提供的防粘結母料對薄膜的光學性能影響很小，能生產防粘性能優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母料的聚酯薄膜各項性能對比表

(3)光學級聚酯防粘結母料與國外同類產品的性能對比

為進一步比較本文防粘結母料與國外同類母料對聚酯薄膜各項綜合性能的影響，本研究通過在國內某BOPET薄膜廠家在同等條件下進行了生產及對比測試，測試數據，如表4所示。

表4 添加本文防粘結母料與國外同類產品的聚酯薄膜各項性能對比表

以上數據表明，使用本文母料所生產的聚酯薄膜各項性能均符合產品標準，且優于使用國外同類母料所生產的聚酯薄膜，尤其表現在更好的光學性能。使用本文防粘母料所生產的薄膜霧度為1.26，而使用國外同類母料所生產的聚酯薄膜霧度為2.34，說明前者具有更低的霧度，更好的光學性能。

4.結論

本文研究了玻璃微珠，有機硅和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母料在光學級BOPET薄膜中的應用，并與傳統聚合法及國外防粘結母料進行了性能對比測試，結果表明，以玻璃微珠為防粘劑制備的薄膜具有極佳的防粘性能，且兼具良好的光學性能、爽滑性能及耐刮花性能。