免底涂双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯镭射基膜的研制

陈铸红，崔 鹏，孙善卫，郝文涛，张少伟，王红兵，占晶晶，任鸟飞，施中华

（1.安徽国风塑业股份有限公司，安徽合肥230088；2.合肥工业大学化学与化工学院，安徽合肥230009）

镭射包装是包装行业中的高附加值产品。与其他产品相比，镭射包装材料不仅外观新颖、亮丽，同时具有防伪功能，被称为世界包装印刷业最前沿的技术产品。目前，镭射膜广泛用于食品、药品、日化品、服装、礼品包装及装饰材料等领域。从材质上镭射基膜分为双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（BOPET）薄膜、双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜、聚氯乙烯（PVC）薄膜等。其中，BOPET薄膜是应用最广的镭射基膜，其工艺流程见图1。

图1 镭射工艺流程图

普通BOPET 薄膜因表面硬度高，无法直接模压。若模压，需预涂2 mm 左右的底涂信息层，然后在一定温度、压力下，将版辊表面的3D全息结构模压到薄膜表面的信息层。制作过程复杂，而且在生产过程中会产生挥发性有机物（VOCs）排放。针对此问题，我们研发了免底涂BOPET 镭射基膜。通过多层共挤出工艺，一步成型镭射功能层，可直接将版辊三维立体效果模压到功能层，减少了涂布工序的人工、设备、材料等成本，避免了有害溶剂挥发，节能环保。

1 材料与工艺

1.1 材料（表1）

表1 材料

1.2 工艺

免底涂BOPET镭射基膜是将添加有功能助剂的高分子聚酯切片、母料等通过预结晶、干燥后经模头挤出，急冷成铸片，再进行纵拉、横拉分步拉伸，经冷却、测厚处理，收卷成卷材，分切制得。工艺流程及相关设备如图2所示。

2 结果与讨论

免底涂BOPET镭射基膜被设计为三层结构，如图3所示。其中表层为镭射功能层，可直接模压出镭射效果；中间层为芯层，起支撑作用；底层为抗粘连层，主要起开口作用。

镭射功能层的配方设计是关键。针对普通PET膜硬度高、无法直接模压的缺陷，选用了软化温度较低的共聚改性PET材料制作镭射功能层。本项目选择的共聚改性PET 材料，熔化温度约220℃，马丁耐热温度约47℃，相比于普通PET 材料受热易软化。但是单一组分共聚改性PET 功能层摩擦系数偏大，导致膜面干涩，造成破膜和穿膜困难，严重影响生产连续性。为解决功能层膜面摩擦系数偏大的问题，分别采取了两种手段：第一，在功能层添加不同含量的抗粘成分；第二，在功能层引入自润滑PBT 材料。功能层中添加抗粘成分，对摩擦系数、光泽度以及镭射亮度的影响如表2。

图2 免底涂BOPET镭射生产工艺流程图

图3 免底涂BOPET镭射基膜结构

表2 功能层添加抗粘母料的影响

根据表1的结果可知，添加抗粘成分在降低摩擦系数的同时导致镭射亮度降低，而镭射亮度是指基膜模压后镭射效果的明暗程度，是镭射膜重要的性能指标之一。因此，添加抗粘成分不是最佳选择。

自润滑PBT 材料的熔点及软化点与共聚改性PET材料相近，适当添加可有效降低功能层摩擦系数，同时不影响下游模压镭射效果。自润滑PBT 材料对功能层摩擦系数的影响如表3。

表3 不同比例的自润滑PBT材料对功能层摩擦系数的影响

为提高功能层的模压效果，必须适当提高芯层的刚性和硬度。聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）化学结构与PET相似，不同之处在于分子链中PEN由刚性更大的萘环代替了PET 中的苯环。萘环结构使PEN 比PET 具有更高的物理机械性能、硬度、化学稳定性及耐热性能。本研究采用了发明专利《一种高强度双向拉伸PEN 薄膜及其制造方法》相关技术及成果，在芯层树脂中加入PEN，提高了PET 薄膜的生产稳定性。功能层、芯层材质硬度对比如图4所示。

图4 功能层、芯层材质硬度对比

从图4 看出，在相同测试条件下，功能层材质硬度达到了0.6 GPa，功能层材质硬度接近0.4 GPa，功能层材质偏软，使得基膜可直接模压出镭射效果。同时本项目测试了芯层、功能层材质的熔点（数字熔点仪）及马丁耐热温度，如表4所示。

表4 功能层、芯层材质熔点和马丁耐热温度对比

从表4可以看出，功能层材质熔点和马丁耐热温度较芯层低约40℃。在模压时功能层可先于芯层软化和变形，从而形成高低不平的版痕，为镀铝后产生镭射效果奠定基础。

本产品与国内外同类产品的性能指标对比如表5所示。

表5 产品性能对比表

由表5中数据可以看出，本项目产品在光学、力学、厚度均匀性等指标上均优于国内、外产品，且免底涂信息层，节能环保。

3 结论

通过合理设计BOPET 薄膜的结构，分别在镭射功能层中引入共聚改性PET和自润滑PBT，在芯层中引入高刚性PEN 等，通过多层共挤出方法制成免底涂镭射基膜，省去了下游涂布工序，避免了溶剂污染问题，节能环保；通过设计高刚性芯层，提高了镭射功能层与芯层的硬度比，利于形成可靠的镭射图案。该产品的研发，推动BOPET行业技术进步和镭射产品高质量发展。