一种复合聚酯薄膜及其制备方法与流程

本发明属于薄膜材料，具体涉及一种复合聚酯薄膜，同时还涉及其制备方法。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜具有优异的透明度、力学性能以及化学稳定性，广泛用于食品、饮料、医药、乳品、以及工业包装。然而pet对氧气以及二氧化碳的阻隔性能差，限制了其在较小尺寸包装以及对于氧气敏感性产品的包装中的应用；同时，pet主要原材料依赖于石油化学品，属于不可再生资源。目前常规的pet包装薄膜仅限于中低端产品的包装，对于例如食品、特殊药品的包装及电子器件封装、燃料电池用隔膜等更高端、阻隔性能要求更高的使用场合则不能满足要求。随着消费需求升级及可持续发展的需要，聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜已不能满足市场需求。

2、目前国内外众多厂家通过将pet与阻隔性能高的材料如乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)、聚偏氯乙烯(pvdc)、聚己二酰间苯二甲胺(mxd6)等进行复合来提高薄膜材料的阻隔性能，以满足高端需求。其中，evoh具有极好的阻隔性和加工性，其复合膜可用于食品包装等领域，但evoh对水汽敏感，在湿度较高或经过长时间蒸煮后，复合膜的阻隔性能会明显下降。pvdc复合膜存在加热成型困难、且pvdc与pet相容性差的缺点，应用于食品包装存在健康危害与环保问题。mxd6的气体阻隔性高，可作为pvdc类薄膜的替代品，但在制备多层复合膜/瓶时还需加入粘合剂以避免分层现象，给制备和使用都造成了影响。

3、基于以上原因，本发明旨在提供一种含聚对苯二甲酸乙二醇酯的复合聚酯薄膜，以满足高端的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种复合聚酯薄膜，同时还提供了其制备方法以及复合聚酯薄膜的应用。

2、为达到以上目的，本发明采用以下技术方案。

3、第一方面，本发明提供了一种复合聚酯薄膜，所述复合聚酯薄膜包括至少一个薄膜基层和至少一个薄膜功能层，复合聚酯薄膜包括一个薄膜基层和一个薄膜功能层时，所述薄膜基层和所述薄膜功能层层叠设置；复合聚酯薄膜包括两个或以上薄膜基层以及两个或以上薄膜功能层时，所述薄膜基层和所述薄膜功能层依次交替层叠设置；

4、其中，所述薄膜基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)材料，所述薄膜功能层为聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(pef)材料。

5、作为本发明一种实施方案，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的特性粘度为0.65-0.80dl/g。

6、作为本发明一种实施方案，所述聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯材料的特性粘度为0.70-0.80dl/g。

7、作为本发明一种实施方案，所述复合聚酯薄膜的厚度为10-60μm，优选为20-60μm，进一步优选为40-60μm，更优选为45-55μm。

8、作为本发明一种实施方案，所述复合聚酯薄膜中薄膜基层和薄膜功能层的总层数≥4。例如，所述复合聚酯薄膜中薄膜基层和薄膜功能层的总层数可以为4层、8层、16层等。

9、作为本发明一种优选实施方案，复合聚酯薄膜中所述薄膜基层和所述薄膜功能层的层数相同。

10、作为本发明一种优选实施方案，复合聚酯薄膜的结构为：薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层，或者为：薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层。

11、优选地，所述复合聚酯薄膜中薄膜基层的厚度为10-25μm，薄膜功能层的厚度为1-4μm。

12、进一步优选地，复合聚酯薄膜的结构为：薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层时，所述复合聚酯薄膜中薄膜基层的厚度为20-25μm，薄膜功能层的厚度为1-4μm。

13、进一步优选地，复合聚酯薄膜的结构为：薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层/薄膜基层/薄膜功能层时，所述复合聚酯薄膜中薄膜基层的厚度为10-15μm，薄膜功能层的厚度为1-2μm。

14、第二方面，本发明提供了一种复合聚酯薄膜的制备方法，包括步骤：

15、(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯材料和聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯材料分别经双螺杆挤出机制成熔体，之后经共挤出模口挤出，形成聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体和聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯熔体两层叠设的复合熔体；

16、(2)当制备的复合聚酯薄膜包括一个薄膜基层和一个薄膜功能层时，所述复合熔体经铸片辊铸片处理，得到铸片；

17、或者，当制备的复合聚酯薄膜包括两个或以上薄膜基层以及两个或以上薄膜功能层时，所述复合熔体先通过微纳层叠器进行层数倍增，之后经铸片辊铸片处理，得到铸片；

18、(3)所述铸片经双向拉伸处理，制得复合聚酯薄膜。

19、作为本发明一种实施方案，所述聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯材料熔体的挤出量为所述复合熔体质量的4％-20％。

20、作为本发明一种实施方案，用于所述聚对苯二甲酸乙二醇酯材料的双螺杆挤出机挤出温度为220-265℃，螺杆转速80-100r/min，流量为70-100kg/h，真空压力≤-95kpa。

21、作为本发明一种实施方案，用于所述聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯材料的双螺杆挤出机挤出温度为200-230℃，螺杆转速30-75r/min，流量为5-15kg/h，真空压力≤-95kpa。

22、作为本发明一种实施方案，所述铸片辊的温度为28-30℃，转速为5-10m/min，牵引速度为5-10m/min，静电吸丝电机频率为15-17hz。

23、作为本发明一种实施方案，所述双向拉伸处理包括纵向拉伸处理和横向拉伸处理，优选先进行纵向拉伸处理，之后进行横向拉伸处理。

24、作为本发明一种实施方案，纵向拉伸处理时，红外加热温度为90-95℃，预热辊温度75-80℃，拉伸辊温度35-45℃，定型辊温度35-45℃，预热辊速度5-10m/min，1号拉伸辊速度5-10m/min，2号拉伸辊速度17.5～50m/min，定型辊速度17.5-50m/min，纵向拉伸倍数3.5-5.0。

25、作为本发明一种实施方案，横向拉伸处理时，拉伸倍数为3.5-5.0，预热温度120-130℃，拉伸温度125-135℃，定型温度210-220℃，收卷速度17.5-50m/min。

26、第三方面，本发明提供了一种复合聚酯薄膜的应用，所述复合聚酯薄膜可以用于食品、药品、化妆品、饮料、乳品等的包装领域，以及工业封装等相关领域。

27、本发明提供的复合聚酯薄膜，将生物基聚酯pef与pet复合，经双向拉伸后，使得复合薄膜在横向以及纵向两个方面充分取向、结晶，降低高分子链的自由空间密度，从而提高了阻隔性能，制得的复合聚酯薄膜综合物理性能得到明显提升，可以很好地满足pet薄膜应对高阻隔要求的应用场景，大大拓宽了pet基薄膜在包装领域的应用范围。本发明以生物基聚酯pef作为pet复合膜的薄膜功能层即阻隔层，代替传统的石油基高阻隔材料如evoh、mxd6、pvdc等，由于pef与pet具有高度相容性，因此制得的复合聚酯薄膜不会分层，避免了粘结剂的加入，降低了成本，并保证回收性能不受影响，具有显著的环保优势。此外，随着全球温室效应加剧，对来源于生物质单体的pef的持续开发与应用可满足降碳减排的政策导向，从而促进可持续发展。

28、本发明具有以下有益效果：

29、(1)本发明通过多层复合流延共挤出工艺制备的高阻隔复合聚酯薄膜，配合微纳层叠器实现pef与pet熔体的多层交替结构，pef以不连续的高长径比片层或者连续的片层结构分布在pet中，使得外界小分子气体和水分子的扩散途径更加曲折，提高了阻隔性能；

30、(2)pef与pet大分子结构相似，高度的熔体相容性使得复合薄膜不会出现分层现象，避免了粘结剂的加入，从而降低了物料以及回收成本；

31、(3)双向拉伸的加工工艺使得聚合物大分子链充分取向、结晶，因此复合聚酯薄膜综合物理性能得到明显提升，本发明获得的复合聚酯薄膜具有力学强度高，阻隔性优异的特点，可应用于食品、药品包装以及其他高阻隔性需求场景。