BOPET 膜用高阻隔涂層材料的合成研究

李繼慶

天津萬華股份有限公司 天津 300385

目前市場上的高屏障包裝方案存在使用成本高、對水敏感、不透明或?qū)Νh(huán)境不友好等局限性。這促使研究人員想出新的更有效的阻斷方案。目前，隨著包裝行業(yè)在我國的不斷興起，由之前的分散模式發(fā)展成為一個獨(dú)立、完整的體系，但與國外相比較，我國還是存在著明顯的差距。

1 BOPET 高阻隔膜的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外在生產(chǎn)高阻隔膜方面由很多的生產(chǎn)工藝，以滿足軟包裝的要求。其中，用于提高BOPET 膜阻隔性能的工藝，大多是在其表面形成一層致密透明的阻隔材料。常用的方法有表面沉積、涂層阻擋層和層組裝（LBL）。

1.1 表面沉積無機(jī)物

由于BOPET 自身的特性，容易在表面沉積。一般情況下，在BOPET 鍍鋁膜表面可沉積數(shù)十至數(shù)百層納米金屬層，獲得優(yōu)異的抗氧、防潮性能，具有較高的抗二氧化碳、耐香氣性。缺點(diǎn)是不透明，含有金屬成分，不能用微波加熱[1]。

1.2 BOPET 涂布高阻隔層

PVDC 涂布BOPET 薄膜，又稱K-BOPET，因其優(yōu)異的性能而得到廣泛的應(yīng)用。同樣，PVA 也被廣泛用作BOPET 的阻隔涂層，但因?yàn)槠鋵穸容^為敏感，許多學(xué)者開始對PVA 涂層的耐水性進(jìn)行研究。

1.3 逐層（LbL）組裝

逐層自組裝技術(shù)已成為制備透明氣體高阻隔膜的一種優(yōu)良的非真空技術(shù)。許多研究證實(shí)了LbL 薄膜具有良好的氣體阻隔性能。聚電解質(zhì)凝聚層被廣泛用于沉積高阻蒸汽膜。

1.4 BOPET 薄膜的應(yīng)用

BOPET 薄膜是雙向拉伸聚酯薄膜，作為一種薄膜材料，其在市場中具有較高的認(rèn)可度。具有機(jī)械強(qiáng)度高、光學(xué)性能好、電氣絕緣性能好、使用溫度廣、耐化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)良特性，被眾多下游行業(yè)廣泛認(rèn)可和使用，是目前在薄膜材料領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的。

目前，國內(nèi)廠商生產(chǎn)的聚酯薄膜最大的應(yīng)用領(lǐng)域是包裝行業(yè)，如食品飲料包裝、醫(yī)藥包裝等，還有一些特殊功能聚酯薄膜應(yīng)用于電子元器件、電氣絕緣等高端領(lǐng)域。

2 聚丙烯酸酯阻隔涂層材料的制備方法

丙烯酸酯的自由基聚合通常有乳液聚合和溶液聚合等方式組成。由于在水性聚丙烯酸酯涂料的合成中不可避免地要引入大量的親水基團(tuán)，不利于提高涂料的防水性能。

2.1 丙烯酸酯阻隔涂料的合成

（1）不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度丙烯酸酯阻隔涂料的合成。丙烯酸涂料的主要組成部分為丙烯酸（AA），這種材料作為其主要的組成結(jié)構(gòu)，性質(zhì)較為穩(wěn)定，主要通過該物質(zhì)的合理配比，從而改變（MMA）和（MA）的i 驕加入比例，最終的目的在于實(shí)現(xiàn)不同功能玻璃生產(chǎn)過程中主要影響因素，也就是溫度轉(zhuǎn)化的丙烯酸涂料，再實(shí)際的使用過程中，丙烯酸涂料的用量為2 個百分點(diǎn)[2]。

（2）交聯(lián)改性丙烯酸酯阻隔涂層材料的合成。主要采用聚合法未為主，乙酸乙酯的用量基本相同，在反應(yīng)過程中，主要作為反應(yīng)溶劑來催化反應(yīng)時間，BPO 的反應(yīng)和時間以及溫度有關(guān)，基本呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，在80℃的環(huán)境下反應(yīng)時間為9h，單體質(zhì)量為0．5%。最后取樣烘干，計算實(shí)際固含量，根據(jù)實(shí)際固含量加入適量乙酸乙酯，均勻稀釋至30%固含量。

（3）無機(jī)粉體改性丙烯酸酯阻隔涂層材料的制備

改性丙烯酸酯阻隔涂層材料的制備主要是在丙烯酸酯涂料經(jīng)過改性技術(shù)，同時采用添加劑的方式，添加的主要成分為納米級的石墨材料和部分的玄武巖薄片制備而成。

2.2 BOPET 涂布膜的制備方法

將厚度為12m 的BOPET 膜切成A4 尺寸。采用刮條涂敷的方法，將該涂層涂敷在玻璃平板上的BOPET 薄膜上。干燥后，將膜放入烘箱進(jìn)行熱處理，去除溶劑和交聯(lián)固化反應(yīng)。采用不同涂布量的擠壓和調(diào)整丙烯酸涂料固體含量來控制涂布厚度[3]。

3 丙烯酸酯阻隔涂層材料的制備及性能測試

3.1 2 分子量分布對聚丙烯酸酯阻隔涂層性能影響

以乙酸乙酯作為溶劑，利用配方1 的單體配比，結(jié)合成對應(yīng)的聚丙烯酸酯涂料。分析不同濃度下，涂層轉(zhuǎn)化率、粘度以及分子質(zhì)量的影響。

3.2 共聚單體對聚丙烯酸酯涂層阻隔性能的影響

不同的結(jié)構(gòu)下，丙烯酸酯單體也有所不同，也會造成共聚物的密度不同以及氧和水分子通過丙烯酸酯共聚物的難度不同。對涂料阻隔性能的影響主要在丙烯酸酯共聚物的選擇方面。對比其他的單體，MMA 共聚制得的涂料的阻隔性能相對較好。

3.3 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對聚丙烯酸酯阻隔性能及附著力的影響

隨著玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和附著力的具體關(guān)系為正相關(guān)的關(guān)系，溫度越高，同樣附著力也越高。但是MMA 單體數(shù)量的變化，也會在不同的階段對其性能有著不同的影響結(jié)果，如果單純追求內(nèi)聚性強(qiáng)，則會使得涂層的極性達(dá)不到使用要求，與此同時BOPET 附著力也會降低。同時，涂層的硬度與溫度也呈正向關(guān)，它會隨著溫度的升高而升高[4]。

4 結(jié)語

采用溶液聚合的方法合成了用于BOPET 薄膜的聚丙烯酸酯阻隔涂層材料。丙烯酸酯單體的類型影響涂層的阻隔性能。當(dāng)甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯為主要單體時，聚合物的自由體積小，共聚具有良好的阻隔性。交聯(lián)可以提高丙烯酸酯涂料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，降低涂料的自由體積，在一定程度上提高涂料的阻隔性能。