免底涂雙向拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯鐳射基膜的研制

陳鑄紅，崔 鵬，孫善衛(wèi)，郝文濤，張少偉，王紅兵，占晶晶，任鳥(niǎo)飛，施中華

（1.安徽國(guó)風(fēng)塑業(yè)股份有限公司，安徽合肥230088；2.合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，安徽合肥230009）

鐳射包裝是包裝行業(yè)中的高附加值產(chǎn)品。與其他產(chǎn)品相比，鐳射包裝材料不僅外觀新穎、亮麗，同時(shí)具有防偽功能，被稱(chēng)為世界包裝印刷業(yè)最前沿的技術(shù)產(chǎn)品。目前，鐳射膜廣泛用于食品、藥品、日化品、服裝、禮品包裝及裝飾材料等領(lǐng)域。從材質(zhì)上鐳射基膜分為雙向拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（BOPET）薄膜、雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜、聚氯乙烯（PVC）薄膜等。其中，BOPET薄膜是應(yīng)用最廣的鐳射基膜，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 鐳射工藝流程圖

普通BOPET 薄膜因表面硬度高，無(wú)法直接模壓。若模壓，需預(yù)涂2 mm 左右的底涂信息層，然后在一定溫度、壓力下，將版輥表面的3D全息結(jié)構(gòu)模壓到薄膜表面的信息層。制作過(guò)程復(fù)雜，而且在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放。針對(duì)此問(wèn)題，我們研發(fā)了免底涂BOPET 鐳射基膜。通過(guò)多層共擠出工藝，一步成型鐳射功能層，可直接將版輥三維立體效果模壓到功能層，減少了涂布工序的人工、設(shè)備、材料等成本，避免了有害溶劑揮發(fā)，節(jié)能環(huán)保。

1 材料與工藝

1.1 材料（表1）

表1 材料

1.2 工藝

免底涂BOPET鐳射基膜是將添加有功能助劑的高分子聚酯切片、母料等通過(guò)預(yù)結(jié)晶、干燥后經(jīng)模頭擠出，急冷成鑄片，再進(jìn)行縱拉、橫拉分步拉伸，經(jīng)冷卻、測(cè)厚處理，收卷成卷材，分切制得。工藝流程及相關(guān)設(shè)備如圖2所示。

2 結(jié)果與討論

免底涂BOPET鐳射基膜被設(shè)計(jì)為三層結(jié)構(gòu)，如圖3所示。其中表層為鐳射功能層，可直接模壓出鐳射效果；中間層為芯層，起支撐作用；底層為抗粘連層，主要起開(kāi)口作用。

鐳射功能層的配方設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。針對(duì)普通PET膜硬度高、無(wú)法直接模壓的缺陷，選用了軟化溫度較低的共聚改性PET材料制作鐳射功能層。本項(xiàng)目選擇的共聚改性PET 材料，熔化溫度約220℃，馬丁耐熱溫度約47℃，相比于普通PET 材料受熱易軟化。但是單一組分共聚改性PET 功能層摩擦系數(shù)偏大，導(dǎo)致膜面干澀，造成破膜和穿膜困難，嚴(yán)重影響生產(chǎn)連續(xù)性。為解決功能層膜面摩擦系數(shù)偏大的問(wèn)題，分別采取了兩種手段：第一，在功能層添加不同含量的抗粘成分；第二，在功能層引入自潤(rùn)滑PBT 材料。功能層中添加抗粘成分，對(duì)摩擦系數(shù)、光澤度以及鐳射亮度的影響如表2。

圖2 免底涂BOPET鐳射生產(chǎn)工藝流程圖

圖3 免底涂BOPET鐳射基膜結(jié)構(gòu)

表2 功能層添加抗粘母料的影響

根據(jù)表1的結(jié)果可知，添加抗粘成分在降低摩擦系數(shù)的同時(shí)導(dǎo)致鐳射亮度降低，而鐳射亮度是指基膜模壓后鐳射效果的明暗程度，是鐳射膜重要的性能指標(biāo)之一。因此，添加抗粘成分不是最佳選擇。

自潤(rùn)滑PBT 材料的熔點(diǎn)及軟化點(diǎn)與共聚改性PET材料相近，適當(dāng)添加可有效降低功能層摩擦系數(shù)，同時(shí)不影響下游模壓鐳射效果。自潤(rùn)滑PBT 材料對(duì)功能層摩擦系數(shù)的影響如表3。

表3 不同比例的自潤(rùn)滑PBT材料對(duì)功能層摩擦系數(shù)的影響

為提高功能層的模壓效果，必須適當(dāng)提高芯層的剛性和硬度。聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）化學(xué)結(jié)構(gòu)與PET相似，不同之處在于分子鏈中PEN由剛性更大的萘環(huán)代替了PET 中的苯環(huán)。萘環(huán)結(jié)構(gòu)使PEN 比PET 具有更高的物理機(jī)械性能、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性及耐熱性能。本研究采用了發(fā)明專(zhuān)利《一種高強(qiáng)度雙向拉伸PEN 薄膜及其制造方法》相關(guān)技術(shù)及成果，在芯層樹(shù)脂中加入PEN，提高了PET 薄膜的生產(chǎn)穩(wěn)定性。功能層、芯層材質(zhì)硬度對(duì)比如圖4所示。

圖4 功能層、芯層材質(zhì)硬度對(duì)比

從圖4 看出，在相同測(cè)試條件下，功能層材質(zhì)硬度達(dá)到了0.6 GPa，功能層材質(zhì)硬度接近0.4 GPa，功能層材質(zhì)偏軟，使得基膜可直接模壓出鐳射效果。同時(shí)本項(xiàng)目測(cè)試了芯層、功能層材質(zhì)的熔點(diǎn)（數(shù)字熔點(diǎn)儀）及馬丁耐熱溫度，如表4所示。

表4 功能層、芯層材質(zhì)熔點(diǎn)和馬丁耐熱溫度對(duì)比

從表4可以看出，功能層材質(zhì)熔點(diǎn)和馬丁耐熱溫度較芯層低約40℃。在模壓時(shí)功能層可先于芯層軟化和變形，從而形成高低不平的版痕，為鍍鋁后產(chǎn)生鐳射效果奠定基礎(chǔ)。

本產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的性能指標(biāo)對(duì)比如表5所示。

表5 產(chǎn)品性能對(duì)比表

由表5中數(shù)據(jù)可以看出，本項(xiàng)目產(chǎn)品在光學(xué)、力學(xué)、厚度均勻性等指標(biāo)上均優(yōu)于國(guó)內(nèi)、外產(chǎn)品，且免底涂信息層，節(jié)能環(huán)保。

3 結(jié)論

通過(guò)合理設(shè)計(jì)BOPET 薄膜的結(jié)構(gòu)，分別在鐳射功能層中引入共聚改性PET和自潤(rùn)滑PBT，在芯層中引入高剛性PEN 等，通過(guò)多層共擠出方法制成免底涂鐳射基膜，省去了下游涂布工序，避免了溶劑污染問(wèn)題，節(jié)能環(huán)保；通過(guò)設(shè)計(jì)高剛性芯層，提高了鐳射功能層與芯層的硬度比，利于形成可靠的鐳射圖案。該產(chǎn)品的研發(fā)，推動(dòng)BOPET行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和鐳射產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展。