【光学膜会议系列报道】白永平:光学聚酯膜用切片存在问题及解决方案

薄膜新材网2019-05-14 14:54:48


【光学膜会议系列报道】光学聚酯膜用切片存在问题及解决方案



【薄膜新材网】7月2日,由新材料产业网主办的2015光学膜市场与技术研讨峰会(同期举办:光学膜产业链高峰论坛)在宁波万豪酒店拉开帷幕。哈工大无锡新材料研究院常务副院长白永平作为特邀演讲嘉宾出席了本次会议。


白永平老师1996年在哈尔滨工业大学取得高分子材料专业博士学位,2000年3月—2006年11月与山东潍坊富维薄膜公司进行BOPET薄膜新产品的合作开发研究,成功开发了PET热封膜、镭射膜、高亮膜、高阻隔膜等数十个新品种,填补了国内大部分空白。


此外,白永平老师还成功研发并投产了耐高温密封环(800℃)、无有机爽滑剂无小分子析出PE膜、长寿无滴大棚PE膜、低增塑剂析出PVC膜(喷绘材料用)、光栅用PET片材改性材料、低温高速烫金膜背胶、光电模切用离型膜、MLCC用离型膜等产品。





在本次光学膜峰会上,白永平老师就“光学聚酯膜用切片存在的主要问题及解决方案”这一主题发表了演讲。


在演讲的开头,白永平老师说道:“光学膜走进了一个比较尴尬的镜面。”一方面,国内引进的设备越来越多,但很多设备并不能达到光学膜使用的要求,这涉及到一些软科学。另一方面,好的PET光学膜以进口为多,而对于整个PET行业来说,产能远远过剩。


光学PET的合成需要采用比传统PET合成更为严格的生产控制技术,从基本原材料对苯二甲酸和乙二醇的纯度控制,到选用适合的催化剂、改性单体、成核剂等都要进行详细的探索和研究。



光学BOPET薄膜的应用领域


光学BOPET薄膜是制造液晶屏幕的基础原材料之一,在液晶显示领域有着十分广泛的应用,如液晶电视、平板电脑、智能手机等。 在液晶面板制造领域,用到光学膜的数量往往不止1片,有可能是2-3片甚至更多,应用量是非常大的。液晶显示屏中使用到的光学BOPET薄膜如下:



光学BOPET用聚酯切片


PET光学膜相比普通的PET膜,在透光率与雾度上有着更加严格的要求。在透光率上,普通的PET膜要求在90%左右,而即使是一般的光学PET膜,透光率要求就达到了90%以上,甚至92%、93%或更高。在雾度上,光学PET膜的雾度需要小于等于1。



传统大有光切片在光学性能上的缺陷


普通大有光PET切片在添加了开口剂二氧化硅后会对光学性能产生不利影响。白永平老师表示,有部分的生产商对此认识不足够清楚,以至于做出的光学膜无法达到理想水平。白永平老师举了2个例子:


1)添加微米级二氧化硅之后,增加了PET的结晶成核中心,使PET的结晶速度增加,过度生长的晶体会在聚酯中对光线产生折射和散射,从而影响PET的光学性能;


2)未经表面改性的二氧化硅同PET间的相容性不足,在进行双向拉伸时容易同PET分离产生空穴,光线经过空穴时同样会发生折射和散射,降低PET的光学性能。


为了解决上述问题,日本企业采用未添加无机粒子的PET经双向拉伸后表面涂覆含有纳米二氧化硅等纳米粒子的涂布液,以实现增透、开口的作用。如下图B所示,BOPET薄膜本身未添加或仅添加极少量的纳米粒子,表面涂布液中含有纳米粒子,涂布在薄膜表面可以产生凹凸状表面,在不影响薄膜内部光线传输的情况下产生类似于开口剂的作用,改善薄膜的光学性能。



最后白永平老师讲到:“关键是用什么涂层,以及怎么做涂层。”



几种因素对PET合成和性能的影响


白永平老师讲到了几点对PET光学性能产生影响的因素:


1)结晶成核剂的影响


PET结晶过程中的晶体尺寸对其光学性能有着直接的影响,晶体尺寸过大会影响光线透过率,增加光学PET的雾度。因此人们常用结晶成核剂来影响PET的结晶性能(包括结晶度、晶包大小、分散情况等)。而小分子类成核剂与高分子成核剂在效果方面又有些不同。


“业内对这方面几乎没有研究,国外公开报道极少,甚至没有。”白永平老师表示。


2)原料及原料中的杂质的影响


用于PET合成的主要单体为对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG),原料的质量直接影响了所得聚酯的质量。PTA中存在的主要杂质为对羧基苯甲醛(4-CBA)和对甲基苯甲酸(PT酸),它们会对聚酯的色相产生一定的影响;乙二醇中主要存在的杂质为二甘醇,因其沸点较高很难排出反应体系,会在酯化和缩聚过程中参与反应成为聚酯分子链的一部分。由于二甘醇的醚键结构具有一定的链段柔性,会降低聚酯的熔点,影响聚酯的耐热性能。


3)光学聚酯合成过程中副产物的影响


在谈到这点时,白永平老师表示:“普通膜对此研究极少,但对光学膜来说至关重要。”这一因素处理不当,在光学PET合成过程中将会产生黄变,主要有以下3种途径:


1.乙二醇在酯化工艺塔底部的停留时间


2.聚酯缩聚过程中发生的热降解反应


3.氧化降解产生带有发色基的物质


4)催化剂的影响


目前的催化剂主要有3种:锑系、钛系、铝系。


锑系催化剂是较为传统的催化剂,目前国内的企业主要使用的就是这种。锑系催化剂容易在聚合过程中受到聚合体系中还原性物质的作用生成单质锑,使光学PET的颜色发灰,严重情况下甚至呈现金属色泽。另外一个缺陷是安全性,在日本,已经有意识地禁止在与食品直接接触的PET膜上使用锑。


钛系催化剂由于不含重金属并且具有较高的催化活性而倍受环保聚酯行业的喜爱。在会议现场,来自仪化东丽的与会者表示,仪化东丽已有钛系的催化剂。但众所周知的是钛系催化剂容易发生水解反应,例如最早被研究的钛酸四丁酯,由于其容易在聚合过程中水解,并且催化热降解反应的能力也较强,因此所得聚酯同使用乙二醇锑的情况相比明显泛黄。


最后一种是铝系催化剂,日本的东洋纺在专利中披露了铝系催化剂同金属磷酸盐合用后可以获得具有超高光学透明度的聚酯。



用于改善光学PET光学性能的第三单体


添加共聚单体是改善PET结晶性能的常用方法,由于共聚单体破坏了PET链段的规整性,使得链段运动受到阻碍,结晶性能下降而减少了晶区的比例,可以获得外观更为透明光亮的制品。



对光学PET光学性能影响的其他因素


对PET结晶性能的控制是制备光学PET的关键影响因素之一,然而即使人们尽量避免外部杂质的引入以及减少反应副产物的生成,PET合成过程中还是会固有的生成环状多聚体,它们同催化剂残留物、抗氧剂、稳定剂等其它残留助剂一起构成了结晶成核中心,加速了PET的结晶成核或结晶生长速度,从而对PET的结晶性能产生影响。



在会议的最后,白永平老师介绍了哈尔滨工业大学无锡新材料研究院在光学聚酯切片研制中的进展,包括对国外光学PET产品的分析(日本与韩国PET薄膜的对比)、使用配位金属复合催化剂进行光学PET的合成(光泽度和透明度得到明显的改善)、使用第三单体及纳米粒子改善PET的光学性能(大幅提高透光率)。另外,他还表示:随着工业界对光学BOPET薄膜需求量的稳步增长,我国迫切需要自主生产光学BOPET薄膜所需的光学PET切片,哈尔滨工业大学无锡新材料研究院将会向这个目标不断迈进。



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