BOPET膜用納米BaSO4開口劑的制備與性能研究

黃曉梟

(貴州省冶金化工研究所,貴州 貴陽 550002)

迄今為止，幾乎所有的塑料薄膜都要使用開口添加劑，以解決薄膜在制造、加工、使用過程中存在的粘連問題。根據薄膜用途、性能要求不同，應使用不同的開口劑。國內的BOPET薄膜主要采用無機微米級SiO2作為開口劑，而SiO2開口母粒的使用，雖然解決了聚酯薄膜的粘連問題，但也對聚酯薄膜的光學等性能產生了一定的影響。BaSO4作為重要的化工原料，廣泛的被用于橡膠、涂料、蓄電池、陶瓷等工業，乃至醫療行業（鋇餐）。遂筆者提出以納米BaSO4作為BOPET薄膜開口劑，并圍繞其對薄膜表面及光學性能的影響進行探討。

1 開口劑的抗粘連原理

未加開口劑的塑料薄膜在收卷過程中和成卷后，膜層間受熱或受壓后易發生粘連，影響使用。造成塑料薄膜粘連的原因大致分為兩點：其一，是薄膜收卷閉合后膜層間形成真空狀態，較難打開；其二，薄膜的表面大量外露分子鏈在收卷后互相纏連，這種原因經常導致薄膜完全無法打開，影響后續的使用和加工。

針對以上這兩點原因，無機開口劑的作用就是在薄膜表面形成微凸起，一方面阻止薄膜完全閉合形成真空，另一方面阻止薄膜表面分子鏈互相纏繞，從而達到開口的目的。

2 SiO2與納米BaSO4的開口性能對比分析

目前的BOPET薄膜制備生產中，所用的開口劑大部分為以無機微米級SiO2制成的開口母粒。而SiO2開口母粒的使用，雖然解決了聚酯薄膜的粘連問題，但也對聚酯薄膜的光學等性能產生了一定的影響。主要原因是SiO2的折光系數 （1.46～1.54）與PET的折光系數（1.64）相差較大，從而導致BOPET薄膜霧度的增加。為了確保薄膜收卷質量和開口性能，就要求SiO2開口母粒達到一定的添加量，而此時所制備的薄膜，其霧度值一般在2.5%以上，從而限制了BOPET薄膜在一些對透明度要求較高的行業如食品包裝、光學聚酯等領域中的應用。因此，開發新型、高透明度BOPET薄膜用開口母粒將具有很好的市場前景。

納米BaSO4不僅具備普通BaSO4的優點，還具備穩定性好，耐酸堿腐蝕，白度高，能吸收有害射線等特點，能具有環保功能的新型材料，已經被廣發的用于涂料，高檔油墨，橡膠，造紙，陶瓷，化妝品，醫療等各個領域。

納米 BaSO4的折光系數(1.63～1.67)與PET的折光系數（1.64）很相近，所以用納米BaSO4開口母粒對聚酯薄膜霧度的影響很小，除此之外，納米BaSO4本身具備的優異特性還大大提升了BOPET薄膜的拉伸強度、耐腐蝕、吸收有害射線、使用壽命等諸多性能。

3 納米BaSO4開口劑的制備與改性

3.1 納米BaSO4的制備

3.1.1 制備原料及設備

制備納米BaSO4所用試劑和藥品均為分析純，所配制的溶液均用去離子水配制。試劑見表1，設備見表2。

3.1.2 納米BaSO4制備及改性

（1）反應方程式：Ba2++H2Y2-→[BaY]2-+2H-

[BaY]2-+S042-→BaSO4↓+Y4-

根據反應方程式，準確稱量Ba(OH)2、EDTA、濃H2SO4，配置成所需濃度的溶液，待用。

（2）將配置好的Ba(OH)2溶液加入配置好的EDTA溶液中，用磁力加熱攪拌器在一定溫度下持續反應30mins。

表1 所用試劑一覽表

表2 所用設備一覽表

（3）后加入一定量（最終產物質量比0.5～1%）改性劑硬脂酸配置成反應前驅溶液。

（4）用分液漏斗緩慢加入配置成一定濃度的稀H2SO4，保持加熱和告訴攪拌。

（5）用濃度為25%的氨水調節PH值至6，繼續加熱攪拌，保持反應體系恒定使之反應完全。

（6）將所制備的懸浮液用高速離心機進行離心，轉速4000r/min，離心30min。

（7）多次洗滌離心之后將沉淀物放在鼓風干燥箱中干燥，90℃，10小時，得到改性納米BaSO4粉體。

圖1TEM圖像

3.2 納米BaSO4的表征與分析

3.2.1 儀器

使用JEM-2100F型透射電鏡，觀察納米BaSO4粉體的微觀結構，粒徑大小及分布情況（圖1）；

使用Rigaku D/max/2500C型X射線衍射儀對納米BaSO4進行物象分析（圖2）。

圖2 XRD圖譜

3.2 分析

從圖1可以看出，制備所得納米BaSO4粒子平均粒徑在15～50nm左右，形貌均一，微球狀，粒子之間有輕微的粘合現象。

從圖2觀察可以看出，制備的樣品出現了BaSO4特征衍射峰，可認定樣品是BaSO4，BaSO4是正交晶型。

4 納米BaSO4母粒對BOPET薄膜的影響

4.1 納米BaSO4開口母粒的制備

改姓好的納米BaSO4需要制成母粒再在用于薄膜制造。聚酯膜納米BaSO4母粒的生產工藝采用將納米BaSO4粉體通過攪拌分散在EG中，再經過沉降、過濾將納米BaSO4隨EG一起加入化學反應釜，隨著EG與PTA的酯化、縮聚反應，納米BaSO4均勻地分散在PET中，完成了膜用納米BaSO4母粒的制備。母粒生產中，納米BaSO4粉體在EG中分散工藝條件(分散設備、攪拌轉速、攪拌葉形狀、研磨形式)不同，母粒中納米BaSO4粒子的粒徑分布亦不同。

4.2 納米BaSO4的添加對BOPET薄膜的性能影響

在BOPET薄膜中添加納米BaSO4可以是薄膜表面微觀粗糙化，產生凹凸點，從而達到抗粘連的目的，不僅如此，由于納米BaSO4的折光系數 (1.63～1.67)與PET的折光系數 （1.64）很相近，所以用納米BaSO4開口母粒對聚酯薄膜霧度的影響很小，除此之外，納米BaSO4本身具備的優異特性還大大提升了BOPET薄膜的拉伸強度、耐腐蝕、吸收有害射線、使用壽命等諸多性能。

5 結論

（1）使用納米BaSO4作為BOPET聚酯薄膜的開口劑，能夠使薄膜表面微觀粗糙化，防止膜表面支鏈相互纏繞，達到抗粘連的目的，是非常理想的開口劑材料。

（2）納米BaSO4作為開口劑不會對薄膜霧度產生影響，更能大幅度的提升薄膜的表面、光學性能，力學性能、使用壽命等。

（3）可突破BOPET薄膜的使用領域局限（例如高透明包裝行業及食品加工業等等），相互的也拓寬了BaSO4這種重要化工材料的使用領域。

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