在线涂布耐蒸煮BOPET薄膜改性新法

　　BOPET薄膜具有拉伸强度高、挺度好、吸湿性小、耐腐蚀、耐高低温（-50～150℃）等多种优点，目前主要用作食品及药品包装材料、影像基材、光学基材、电气绝缘材料等。但在高温蒸煮条件下对食品进行杀菌、熟化时，未经表面改性的BOPET薄膜极易发生镀铝层开裂、脱铝等现象。因此，对耐蒸煮BOPET薄膜进行表面改性已是当前国内外聚酯薄膜行业共同面临的重要课题。　　从耐蒸煮BOPET薄膜的结构上看，其只具有酯基反应性官能团，反应活性很小，当酯基反应性官能团与其他官能团发生化学反应时，反应链极易断裂，从而致使聚合物降解。另外，耐蒸煮BOPET薄膜属于结晶高聚物，其表面晶区的存在也会降低分子链的运动能力，使其活性下降。可见，对耐蒸煮BOPET薄膜进行表面改性难度较大，必须从多种途径考虑改性的可行性。　　在线涂布法介绍　　目前，业内常采用的薄膜表面改性方法有电晕放电处理法、等离子体处理法、表面接枝聚合法、表面涂布法等，其中表面涂布法的改性效果最为理想。表面涂布法的原理是在薄膜表面涂覆一层含极性基团、表面张力较高的树脂，使薄膜表面形成一层过渡层，以此来改善其与油墨、镀铝层的黏结性。涂层树脂在薄膜基体和待黏物之间起到桥梁作用，其既对薄膜基体具有一定的亲和性，也与待黏物具有良好的相容性，因此能把两者有机地结合成一体，可以满足深加工的各种要求。经涂布处理的耐蒸煮BOPET薄膜对包括水基油墨在内的大部分油墨都具有优良的相容性，以及良好的印刷稳定性和清晰度。　　表面涂布法分为在线涂布法和离线涂布法两种，其中在线涂布法是当前最为可行的工业化技术。在线涂布法具有许多优点，如树脂涂布可在线完成，涂布后即能成为薄膜的一部分，且涂层厚度可调；无须进行任何预处理，因此不会伤及薄膜的自身性能，无退化效应；工艺简单，操作方便，容易控制；成本低。　　采用在线涂布法对耐蒸煮BOPET薄膜进行表面改性，要求涂层树脂具有以下特点：须含有一定的极性基团，涂布后能在薄膜表面形成一层高表面张力的涂层，以替代耐蒸煮BOPET薄膜基体与深加工过程中表面张力较低的油墨、铝粉等，从而达到良好的黏结效果；涂层与耐蒸煮BOPET薄膜基体的匹配性要好，以保证较高的黏结强度；涂层树脂要具有良好的水溶性，可制成水性涂料，以满足环保要求；涂层干燥后要具有一定的耐水性，以适应各种使用环境的要求；工艺简单，成本低。　　基于以上要求，在开发耐蒸煮BOPET薄膜的过程中，首先，要合成适合在耐蒸煮BOPET薄膜表面进行在线涂布的耐蒸煮树脂；其次，确定合理的在线涂布及拉伸方式。经过反复试验，我公司选用了水性丙烯酸树脂作为耐蒸煮BOPET薄膜的在线涂布树脂，并采用密闭型刮刀腔凹辊式涂布方式及双向拉伸方式，成功实现了对耐蒸煮BOPET薄膜的表面改性，大大改善了耐蒸煮BOPET薄膜的表面性能，提高了其在高温蒸煮条件下与镀铝层之间的附着力。　　水性丙烯酸树脂的合成　　1.水性丙烯酸树脂的用量　　水性丙烯酸树脂的用量对耐蒸煮BOPET薄膜的表面张力具有一定的影响，在合成过程中，应根据不同的表面张力要求，选用不同的水性丙烯酸树脂用量。　　2.软单体对水性丙烯酸树脂的水分散性、流变性的影响　　水性丙烯酸树脂水分散性的好坏对涂布均匀性具有一定的影响，如果软单体选择不当，就会使水性丙烯酸树脂的水分散性变差，通常选用的软单体为丙烯酸乙酯（EA）和丙烯酸丁酯（BA）。不同的软单体对水性丙烯酸树脂的流变性也有不同的影响，由于水性丙烯酸树脂的流变性会对耐蒸煮BOPET薄膜的横向可拉伸性和在热定型过程中的交联性产生直接影响，因此保证水性丙烯酸树脂流变性曲线在一定温度下出现一个流变平台十分必要（如图1所示）。　　3.合成工艺的确定　　以水性丙烯酸树脂流变性与软单体的转化率为参考指标，确定反应温度与反应时间，如图2和表1所示。　　由图2可见，不同的反应温度下，水性丙烯酸树脂的流变性具有较大的差异，为使水性丙烯酸树脂既具有良好的流变性，又具有良好的内聚强度，应采用80℃的合成温度为宜。由表1可见，在条件允许的情况下，应尽量延长反应时间来提高单体的转化率。　　4.交联剂与水性丙烯酸树脂配比的确定　　试验中，我们对多种交联剂进行了耐水性与表面张力的水平考核，最终选择以Zn2+和水性氨基树脂（HMMM）作为交联剂，然后根据用户要求的表面张力及黏结性，调节交联剂与水性丙烯酸树脂的配比，结果如表2所示。　　5.合成树脂涂布液固含量对涂膜性能的影响　　表3为合成树脂涂布液固含量对涂膜性能影响的实验结果，由此可以确定，涂布液固含量的最佳选择范围为5%～9%，否则将无法得到合格的在线涂布耐蒸煮BOPET薄膜。　　在线涂布及拉伸工艺对耐蒸煮BOPET薄膜的影响　　耐蒸煮BOPET薄膜的在线涂布是在薄膜被纵向拉伸后、横向拉伸前进行的，即纵向拉伸后的耐蒸煮BOPET薄膜通过密闭型刮刀腔凹辊式涂布方式完成涂布，然后再进行横向拉伸及热定型处理。　　与普通BOPET薄膜的双向拉伸工艺不同的是，在线涂布耐蒸煮BOPET薄膜的双向拉伸工艺首先需要保证纵向拉伸后的耐蒸煮BOPET薄膜能够平稳运行，否则将发生漏涂、涂层不均匀等问题。此外，涂布液在横向拉伸前的预热过程中需将溶剂完全挥发，涂层树脂在横向拉伸过程中要有很好的拉伸铺展性，同时不能产生凝胶或尽量控制凝胶产生的比例，否则会导致耐蒸煮BOPET薄膜的拉伸与涂层树脂的拉伸不同步，直接后果是耐蒸煮BOPET薄膜在横向拉伸过程中产生断裂，导致生产失败。因此，为保证涂布均匀性及涂布后耐蒸煮BOPET薄膜的稳定拉伸，应严格控制预热温度、风速、拉伸温度以及进风量、排风量等工艺条件。　　完成耐蒸煮BOPET薄膜的横向拉伸后进入热定型环节，涂层树脂将在这个环节发生化学交联，交联程度与热定型温度、风量及生产车速有关。热定型温度越高、风量越大、生产车速越慢，则交联程度越大，涂层及涂布耐蒸煮BOPET薄膜的耐温性及耐水性就越好。　　表4为在线涂布耐蒸煮BOPET薄膜性能测试结果，由此可见，在线涂布耐蒸煮BOPET薄膜在进行水煮前后的表面张力差值小于5mN/m；镀铝后的铝层附着力为4.0N/15mm，远大于普通BOPET薄膜的铝层附着力（0.5～1.0 N/15mm）；经复合、制袋并水煮后，在线涂布耐蒸煮BOPET薄膜未出现铝层开裂及脱铝现象，完全满足高温蒸煮杀菌的工艺要求。