一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法。所述方法在共聚聚酯中添加一定比例的离子型树脂和CBT功能树脂，借助离子型树脂特有的离子键结构及与共聚聚酯良好的相容性，提升收缩膜用共聚聚酯的电离性，提高其熔体的铸片静电吸附力；并借助CBT功能树脂可大幅提高聚酯材料流动性的特性，改善共聚聚酯/离子型树脂铸片成型中的流动状态，适应熔体快速铸片成型的高流速需要。本发明提供的方法能够大幅提升平膜法聚酯热收缩膜生产速度达20~40%；同时能够提高平膜法聚酯热收缩膜的品质。
【专利说明】
一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于高分子化工技术领域，涉及塑料薄膜制备方法，具体涉及一种平膜法 聚酯热收缩膜快速成型制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚酯热收缩膜是在20世纪80年代末期由法国、日本、美国等国家的专业薄膜生产 厂家研制开发成功。聚酯热收缩膜具有良好的机械、光学和印刷性能，是当今世界热收缩膜 主要品种之一，也是最具发展前景的收缩套标用聚酯热收缩标签膜产品。
[0003] 聚酯热收缩(标签)膜成型方法有平膜法(流延拉伸）和吹膜法两种。由于聚酯PET (Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)恪体粘度和恪体强度较低，加工 温度窗口窄，吹膜成型十分困难。目前吹膜成型更多停留在实验研究阶段，少量工业化的生 产技术，也只用于小折径的收缩套管膜上。因此，用于收缩标签及其它包装用途的聚酯收缩 膜，几乎全部采用平膜法生产。
[0004] 平膜法聚酯热收缩膜基本都采用流延+静电吸附的铸片成型方式。生产工艺流程 为:原辅材料-干燥-输送计量-挤出机塑化-计量栗-模头流延-铸片-纵向拉伸-横 向拉伸-牵引-收卷-分切-检验-包装-成品。其中的干燥和纵向拉伸工序有的生产线 有，有的生产线没有。
[0005] 铸片时，高温熔体流延到光洁、低温、高速转动的冷鼓表面后，靠静电吸附力紧贴 冷鼓表面，冷却成型为满足后续拉伸工艺要求的均匀厚片。
[0006] 静电吸附是利用高压发生器产生的几千伏的直流电压，使电极丝与冷鼓分别为负 极和正极(冷鼓接地），流延到冷鼓上的厚片，在此高压静电场中，因静电感应而产生电荷取 向移动，发生电荷积累而形成界面极化，在厚片厚度方向形成反电场。在异性静电荷相互吸 引力作用下，厚片与冷鼓表面紧密吸附贴合在一起，达到排除空气和良好传热的效果。
[0007] 流延铸片时，如果没有外力作用，一方面经急冷成型的厚片不易贴附于冷鼓表面， 另一方面，在厚片与冷鼓之间很容易夹入空气，降低传热效果，严重影响铸片质量。因此，铸 片是平膜法聚酯热收缩膜生产中十分重要的工序和环节，是薄膜品质保障的关键。
[0008] 同时，铸片快慢还决定了薄膜生产速度。从当前实际情况看，铸片速率慢已成为平 膜法聚酯热收缩膜生产线速度慢的主要原因和提升瓶颈。研究表明，冷鼓+静电吸附方式的 铸片速度主要取决于厚片与冷鼓之间的静电吸附力。静电吸附力又与PET材料的熔融态比 电阻、静电吸附装置的直流电压、电极丝直径以及电极丝与铸片之间距离有关。通过改进和 提高静电吸附装置结构和工艺，可以有效提升静电吸附力，但直流电压、电极丝直径以及电 极丝与铸片之间的距离的调整都存在一定局限性。实际上，当前的平膜法聚酯热收缩膜生 产线，已经将这些因素改进到当前技术的极限水平，很难再进一步提高。因此，要想实现快 速生产，单靠静电吸附装置的改进和提高显然是不够的。
[0009] 聚酯热收缩标签膜对收缩率要求较高，一般要大于50%，有些还要大于70%，而且以 单向收缩为主。普通PET因为结晶度高，薄膜的热收缩率无法满足收缩套标要求。为了制备 具有较大收缩率的聚酯薄膜，目前国内外主要采用共聚改性方法制备热收缩薄膜专用聚酯 原料来满足这种要求。共聚单体主要有间苯二甲酸、新戊二醇、1，4_环己烷二甲醇（1，4_ Cyclohexanedimethanol，CHDM)等。通过在常规聚酯分子链中引入上述共聚单体链段，破坏 其结晶性，削弱大分子链的刚性，使聚酯的热收缩性能得以提高。但原料中共聚单体的引 入，使PET材料的极性降低，熔融比电阻增加，铸片时静电吸附力降低，进一步加剧了静电吸 附力偏弱的问题。
[0010] 这种情况下，为了保证铸片及最终薄膜产品的质量，只有采用低速率的铸片工艺。 这就是平膜法聚酯热收缩(标签)膜生产速度缓慢，生产效率低下的主要原因。
[0011] 目前平膜法聚酯热收缩(标签)膜生产速度在50米/分左右，最高可达60米/分。与 B0PET膜的400米/分左右的生产速率相比，差距明显。当然，需要考虑B0PET膜中纵向拉伸带 来的3、4倍的速度提升。即使剔除纵向拉伸带来的速率提升因素，当前平膜法聚酯热收缩 (标签)膜生产速度也是明显偏低的。
[0012] 同时，为了获得更高的收缩率性能和更佳的力学强度，用于收缩膜加工的共聚聚 酯还需具备很高的特性粘度。如用于热收缩膜的PETG聚酯品种的特性粘度一般为0.78-0.80,其它共聚聚酯品种的特性粘度也要达到0.72以上，而一般普通B0PET膜用聚酯的特性 粘度为〇. 62-0.65，纤维用聚酯切片的特性粘度还要更低。
[0013] 聚酯特性粘度数值高，分子量大，熔体粘度大，熔体的流动性差，熔体的流动速率 低，在熔融挤出过程中，挤出的片材容易出现条纹，拉伸应力较大，影响薄膜的均匀性、成膜 性。
[0014] 特性粘度数值较低时，聚酯的分子量就较低，此时对于提高生产能力有利，可以降 低挤出机的功率消耗，提高流延铸片速度和质量，但所加工薄膜的拉伸强度也会降低，薄膜 的高收缩率性能无法得到有效保障。
[0015] 因此，对共聚聚酯高特性粘度的实际需求，也是导致平膜法聚酯热收缩膜生产速 度偏低的另一重要原因。
【发明内容】
[0016] 为了提高平膜法聚酯热收缩膜生产速度，提升产品品质，本发明提供一种平膜法 聚酯热收缩膜快速成型制备方法。所述方法通过配方设计，引入提高聚酯电离性能的离子 型树脂和改善聚酯流动性的CBT功能树脂，通过共混熔融，提高铸片成型过程中共聚聚酯的 静电吸附力，降低共聚聚酯熔体粘度，提升熔体流动性，从而使平膜法聚酯热收缩膜生产速 度提尚20~40%。
[0017] 为实现上述目标，本发明采用以下技术方案： 一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法，在共聚聚酯中添加一定比例的离子型树 脂和CBT功能树脂，借助离子型树脂特有的离子键结构及与共聚聚酯良好的相容性，提升收 缩膜用共聚聚酯的电离性，提高其熔体的铸片静电吸附力;并借助CBT功能树脂可大幅提高 聚酯材料流动性的特性，改善共聚聚酯/离子型树脂铸片成型中的流动状态，适应熔体快速 铸片成型的高流速需要。
[0018] 本发明中各组分具体配比（质量百分比）如下： 共聚聚酯：离子型树脂:CBT功能树脂=95-97.5%: 2-3%: 0.5-2%。
[0019] 平膜法聚酯热收缩膜为三层共挤薄膜，包括芯层和面层，其中，芯层占比为70-80%，面层占比为20-30%。
[0020] 芯层为共聚聚酯、离子型树脂和CBT功能树脂三种物质的配混物。面层除包含上述 配混物外，还需添加一定量的开口（爽滑)母粒。面层的配比（质量百分比）为:开口母粒:面 层中上述三种配混物总量=1.5-2.0:98-98.5。
[0021]热收缩膜用聚酯：目前高收缩率薄膜用聚酯均为改性共聚聚酯，根据改性单体成 分的不同，大致分为三类。第一类是PETG(用CHDM改性）；第二类是以新戊二醇(NPG)为主改 性的共聚聚酯;第三类是以间苯二甲酸（IPA)为主改性的共聚聚酯。实际应用中，以前两类 为主。第一类PETG代表品种有:美国伊士曼公司的Embrace ?共聚聚酯、Embrace ? LV共聚聚 酯、GN001;韩国SK公司S2008、K2012等。第二类共聚聚酯代表品种有:仪征化纤FG702;上海 石化(江苏光辉监制)HSF;台湾远东新世纪CF202;常州金利宝SHJ等。
[0022]离子型树脂是一种乙烯和丙烯酸酯的共聚热塑性塑料，其羟基(-OH)结构上的氢 被金属离子所取代而形成的离子型聚合物。这些材料的聚合物链中不仅有常规的共价键， 还有离子键，具有较强的电离性。离子型树脂根据金属离子的不同，分为钠离子和锌离子等 不同类型，钠离子的离子型树脂具有更好的光学性，更适合热收缩薄膜高透明性的要求，是 本发明首选。目前，市售的离子型树脂主要为杜邦公司沙林?产品，适用本发明的钠离子型 树脂代表品种有：Surlyn ? 1601-2，Surlyn ? 1605, Surlyn ? 8920, Surlyn ? 8940, Surlyn ? PC-350 等。
[0023] CBT功能树脂，具有大环寡聚酯结构(类PBT结构），与聚酯等材料相容性极好。其加 热时，会变得像水一样，粘度很低。在聚合物中少量添加，就可大幅度提高树脂的流动性，且 几乎不影响力学性能和透明性。市售的CBT功能树脂主要为Cyclics公司产品，适用本发明 的CBT功能树脂品种为CBT100和CBT200。
[0024] PETG开口爽滑母粒:热收缩薄膜是单片使用的，所以薄膜表面需要具备较好的开 口性能，因此薄膜加工时，要在面层添加少量的开口（爽滑)剂，为了便于混合均匀，多采用 母粒的添加方式。由于要保证热收缩膜具有良好的透明度和印刷性能，本发明应用实例中 采用了瑞士苏卡诺公司的PETG载体开口母粒Sukano ? TA10-08MB13。
[0025]本发明的优点和有益效果为：能够大幅提升平膜法聚酯热收缩膜生产速度达20~ 40%;能够提升平膜法聚酯热收缩膜的产品品质。
【具体实施方式】 实施例
[0026] 1、平膜法聚酯热收缩膜生产线工艺流程及主要配置情况 薄膜产品宽度4200mm，由2台挤出机三层共挤加工成型。厚片裁下来的边丝，在线粉碎、 直接回用。
[0027] 生产工艺流程包括如下步骤:原辅材料配方-输送计量-双螺杆挤出机塑化-计 量栗-模头流延-铸片(静电吸附)-横向拉伸-牵引-收卷。
[0028] 主要工序基本配置情况如下： (1)原料系统:料仓20m3 X 3;真空输送能力1000kg/h;矢量计量装置6套。
[0029] (2)挤出机：主挤出机为平行双螺杆，螺杆直径120mm，长径比40 :1，额定挤出量 1000kg/h;辅助挤出机为平行双螺杆，螺杆直径77mm，长径比40:1，额定挤出量280kg/h。
[0030] (3)计量栗：与主挤出机配套的计量栗为二齿轮容积式，能力为371cm3/rpm;与辅 助挤出机配套的计量栗为二齿轮容积式，能力是46cm 3/rpm。
[0031] (4)模头：自动调节衣架式单层模头，模唇宽度1016mm，口唇开度1.0~3.0，调节螺 栓40个。
[0032] (5)铸片冷鼓:直径〇 1500mm，辊面宽度1300mm，表面光洁度Ra0.0 25,辊面控温精 度 ±rc。
[0033] (6)横向拉伸:拉伸区设置是，预热段3段，拉伸段3段，定型段4段，冷却段2段;拉伸 比1:3~1:6〇
[0034] (7)牵引：7根牵引辊，每根牵引辊的直径为350mm。
[0035] (8)收卷:双工位接触和间隙收卷机，收卷宽度4200mm，收卷直径1000mm。
[0036] 2、主要工艺参数 挤出机塑化温度:245-270 °C ; 模头温度:265-270 °C; 铸片冷鼓温度:32°C; 静电吸附装置高压设置:8.3KV; 横向拉伸区温度设定:预热区温度90-100°C，拉伸区温度87-89°C，定型区温度60-75 。(：，冷却区温度40-45°C; 横向拉伸比例：1:5。
[0037] 3、不同配比原料生产的收缩膜情况对比 热收缩膜产品指标要求:厚度:40mi ;收缩率:横向多75%，纵向0~2%。
[0038] (1)以PETG为主原料 面层:芯层=25:75。开口母粒:面层树脂=1.5:97.5 JETG采用Embrace ?共聚聚酯;离子 型树脂采用Surlyn ? 1605; CBT功能树脂采用CBT100;开口母粒采用Sukano ? TA10-08MB13。 [0039] 各种配比的产品结果如表1所示。
[0040]表1以PETG为主原料的平膜法聚酯热收缩膜生产情况
(2)以共聚聚酯HSF为主原料 面层:芯层=22:78。开口母粒:面层树脂=2.0:98.0。共聚聚酯采用HSF;离子型树脂采用 Surlyn ? 1601-2; CBT功能树脂采用CBT100;开口母粒采用Sukano ? TA10-08MB13。
[0041] 各种配比的产品结果如表2所示。
[0042] 表2以共聚聚酯HSF为主原料的平膜法聚酯热收缩膜生产情况
最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对 实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其 它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出 的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法，其特征在于:所述方法在共聚聚酯中 添加一定比例的离子型树脂和CBT功能树脂，借助离子型树脂特有的离子键结构及与共聚 聚酯良好的相容性，提升收缩膜用共聚聚酯的电离性，提高其熔体的铸片静电吸附力;并借 助CBT功能树脂可大幅提高聚酯材料流动性的特性，改善共聚聚酯/离子型树脂铸片成型中 的流动状态，适应熔体快速铸片成型的高流速需要。2. 如权利要求1所述的一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法，其特征在于:各组 分按质量百分比的配方是，共聚聚酯:离子型树脂:CBT功能树脂=95-97.5%: 2-3%: 0.5-2%。3. 如权利要求1所述的一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法，其特征在于:平膜 法聚酯热收缩膜为三层共挤薄膜，包括芯层和面层，其中芯层占比为70-80%，面层占比为 20-30%〇4. 如权利要求1或3所述的一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法，其特征在于： 所述芯层为共聚聚酯、离子型树脂和CBT功能树脂三种物质的配混物;所述面层除包含上述 配混物外，还包含开口母粒;所述面层的配比是，开口母粒:配混物总量=1.5-2.0:98-98.5。5. 如权利要求1所述的一种平膜法聚酯热收缩膜快速成型制备方法，其特征在于，所述 方法包括如下工艺步骤:原辅材料配方、输送计量、双螺杆挤出机塑化、计量栗、模头流延、 铸片、横向拉伸、牵引、收卷。
【文档编号】C08L67/00GK105881924SQ201610302988
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】杨涛, 周军锋, 陈丽颖, 殷宇晨
【申请人】江苏光辉包装材料有限公司