免底涂雙向拉伸聚對苯二甲酸乙二醇酯鐳射基膜的研制

陳鑄紅，崔 鵬，孫善衛，郝文濤，張少偉，王紅兵，占晶晶，任鳥飛，施中華

（1.安徽國風塑業股份有限公司，安徽合肥230088；2.合肥工業大學化學與化工學院，安徽合肥230009）

鐳射包裝是包裝行業中的高附加值產品。與其他產品相比，鐳射包裝材料不僅外觀新穎、亮麗，同時具有防偽功能，被稱為世界包裝印刷業最前沿的技術產品。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域。從材質上鐳射基膜分為雙向拉伸聚對苯二甲酸乙二醇酯（BOPET）薄膜、雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜、聚氯乙烯（PVC）薄膜等。其中，BOPET薄膜是應用最廣的鐳射基膜，其工藝流程見圖1。

圖1 鐳射工藝流程圖

普通BOPET 薄膜因表面硬度高，無法直接模壓。若模壓，需預涂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全息結構模壓到薄膜表面的信息層。制作過程復雜，而且在生產過程中會產生揮發性有機物（VOCs）排放。針對此問題，我們研發了免底涂BOPET 鐳射基膜。通過多層共擠出工藝，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、設備、材料等成本，避免了有害溶劑揮發，節能環保。

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、母料等通過預結晶、干燥后經模頭擠出，急冷成鑄片，再進行縱拉、橫拉分步拉伸，經冷卻、測厚處理，收卷成卷材，分切制得。工藝流程及相關設備如圖2所示。

2 結果與討論

免底涂BOPET鐳射基膜被設計為三層結構，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，主要起開口作用。

鐳射功能層的配方設計是關鍵。針對普通PET膜硬度高、無法直接模壓的缺陷，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 功能層摩擦系數偏大，導致膜面干澀，造成破膜和穿膜困難，嚴重影響生產連續性。為解決功能層膜面摩擦系數偏大的問題，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，在功能層引入自潤滑PBT 材料。功能層中添加抗粘成分，對摩擦系數、光澤度以及鐳射亮度的影響如表2。

圖2 免底涂BOPET鐳射生產工藝流程圖

圖3 免底涂BOPET鐳射基膜結構

表2 功能層添加抗粘母料的影響

根據表1的結果可知，添加抗粘成分在降低摩擦系數的同時導致鐳射亮度降低，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之一。因此，添加抗粘成分不是最佳選擇。

自潤滑PBT 材料的熔點及軟化點與共聚改性PET材料相近，適當添加可有效降低功能層摩擦系數，同時不影響下游模壓鐳射效果。自潤滑PBT 材料對功能層摩擦系數的影響如表3。

表3 不同比例的自潤滑PBT材料對功能層摩擦系數的影響

為提高功能層的模壓效果，必須適當提高芯層的剛性和硬度。聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）化學結構與PET相似，不同之處在于分子鏈中PEN由剛性更大的萘環代替了PET 中的苯環。萘環結構使PEN 比PET 具有更高的物理機械性能、硬度、化學穩定性及耐熱性能。本研究采用了發明專利《一種高強度雙向拉伸PEN 薄膜及其制造方法》相關技術及成果，在芯層樹脂中加入PEN，提高了PET 薄膜的生產穩定性。功能層、芯層材質硬度對比如圖4所示。

圖4 功能層、芯層材質硬度對比

從圖4 看出，在相同測試條件下，功能層材質硬度達到了0.6 GPa，功能層材質硬度接近0.4 GPa，功能層材質偏軟，使得基膜可直接模壓出鐳射效果。同時本項目測試了芯層、功能層材質的熔點（數字熔點儀）及馬丁耐熱溫度，如表4所示。

表4 功能層、芯層材質熔點和馬丁耐熱溫度對比

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

本產品與國內外同類產品的性能指標對比如表5所示。

表5 產品性能對比表

由表5中數據可以看出，本項目產品在光學、力學、厚度均勻性等指標上均優于國內、外產品，且免底涂信息層，節能環保。

3 結論

通過合理設計BOPET 薄膜的結構，分別在鐳射功能層中引入共聚改性PET和自潤滑PBT，在芯層中引入高剛性PEN 等，通過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，避免了溶劑污染問題，節能環保；通過設計高剛性芯層，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。該產品的研發，推動BOPET行業技術進步和鐳射產品高質量發展。