覆膜鐵用功能聚酯的合成及其應(yīng)用研究.pdf

1、覆膜鐵是利用高溫壓合的方法將塑料薄膜貼合在金屬板上的技術(shù)，可以代替金屬板內(nèi)涂和外涂技術(shù)應(yīng)用在食品包裝、家居建材、汽車(chē)等領(lǐng)域。其具有鐵塑兩重性，與傳統(tǒng)的印涂鐵相比具有更好的耐腐蝕性、耐深沖性、易裝飾的特點(diǎn)。特別是其生產(chǎn)過(guò)程無(wú)有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生，無(wú)需烘干處理，滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保以及高效節(jié)能的需求。雙向拉伸聚酯薄膜（BOPET）以其良好的韌性、力學(xué)性能、阻隔性、無(wú)毒等特性，在制備覆膜鐵材料應(yīng)用領(lǐng)域具有可行性。然而由于其本身分子鏈結(jié)構(gòu)的規(guī)整性導(dǎo)

2、致其易結(jié)晶表面活性低、熔點(diǎn)比較高難以與鋼鐵表面直接進(jìn)行熱覆合。本論文以降低聚酯熔點(diǎn)、提高BOPET薄膜的表面能，代替膠覆合工藝制備覆膜鐵材料為主要目標(biāo)，設(shè)計(jì)以表面改性和本體共聚改性?xún)煞N方法制備覆膜鐵用聚酯薄膜。首先以酸/醇同時(shí)改性PET合成覆膜鐵用聚酯，對(duì)所合成的功能聚酯進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能的表征，并實(shí)施拉伸成膜實(shí)驗(yàn)，以電暈處理的方法提高薄膜表面能，評(píng)估了薄膜與無(wú)錫鋼板（TFS）的熱覆合強(qiáng)度。然后以上述功能聚酯合成工藝為基礎(chǔ)，利用引入離子單體

3、共聚改性PET合成兩種離子聚酯。根據(jù)對(duì)離子聚酯結(jié)構(gòu)和性能的分析，優(yōu)化出一種兼具高表面能和優(yōu)異加工性能的配方進(jìn)行了工業(yè)合成和制膜，結(jié)合離子聚酯特殊的物理性質(zhì)研究確定了與之匹配的工業(yè)化制膜生產(chǎn)工藝，考察了薄膜在無(wú)表面處理的條件下直接與TFS熱壓覆合，聚酯薄膜與TFS的熱覆合強(qiáng)度以及界面結(jié)合機(jī)制。
　　采用直接酯化的方法，利用不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的間苯二甲酸(IPA)和新戊二醇(NPG)同時(shí)與乙二醇(EG)、對(duì)苯二甲酸(TPA)共聚合成不同單體配

4、比的聚（對(duì)苯二甲酸乙二醇-co-對(duì)苯二甲酸新戊二醇-co-間苯二甲酸乙二醇-co-間苯二甲酸新戊二醇）酯（PENIT）。PENIT經(jīng)雙向拉伸工藝制備PENIT薄膜，利用電暈處理提高薄膜表面能用于覆膜鐵制備。確定了合成聚酯的單體比例、催化劑用量、穩(wěn)定劑用量、反應(yīng)溫度和縮聚終止攪拌功率等關(guān)鍵工藝條件。利用氫核磁(1H-NMR)、差示量熱掃描儀(DSC)、熱失重(TG)、偏光顯微鏡(POM)、特性粘度等測(cè)試手段研究了該聚酯的基本性能，同時(shí)考察

5、了薄膜在不同層壓溫度下與TFS板的熱覆合強(qiáng)度以及薄膜結(jié)晶性能的變化。結(jié)果表明不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的單體IPA和NPG的嵌入降低了PET的結(jié)晶性和熔點(diǎn)，但對(duì)PET的熱穩(wěn)定性和特性粘度影響不大，可延續(xù)現(xiàn)有制膜工藝進(jìn)行雙向拉伸成膜。PENIT薄膜經(jīng)電暈處理后表面能由37.2mJ/m2提高到51.4mJ/m2，電暈后的PENIT薄膜在適當(dāng)?shù)膶訅簻囟认屡cTFS具有很好的結(jié)合強(qiáng)度。
　　利用反射紅外光譜(ATR-FTIR)、X光電子能譜(XPS)、掃描

6、電子顯微鏡(SEM)、原子力學(xué)顯微鏡(AFM)和表面能等測(cè)試手段研究了電暈處理對(duì)聚酯薄膜表面性能的影響。利用靜態(tài)接觸角、XPS表征了聚酯薄膜表面衰減規(guī)律、分析了電暈聚酯薄膜表面衰減原因。結(jié)合電暈處理提高聚酯薄膜表面能的作用機(jī)制，分析了電暈聚酯薄膜與TFS的結(jié)合機(jī)理。
　　首次提出了另一種覆膜鐵用聚酯制備方法，即以直接引入離子單體共聚制備無(wú)需表面處理并具有持久表面能的離子聚酯。利用間苯二甲酸-5-磺酸鈉(5-SSIPA)為第三單體，

7、分別以1,4-丁二醇（BD）和聚乙二醇(PEG)為第四單體與EG、PTA共聚，借鑒PENIT合成工藝合成聚（對(duì)苯二甲酸乙二醇-co-對(duì)苯二甲酸-1.4-丁二醇-co-間苯二甲酸-5-磺酸鈉乙二醇-co-間苯二甲酸-5-磺酸鈉-1.4-丁二醇）酯（PEBST）和聚（對(duì)苯二甲酸乙二醇-co-間苯二甲酸-5-磺酸鈉乙二醇-co-聚乙二醇）酯(PEPST)用于制備覆膜鐵用薄膜。利用紅外光譜(FT-IR)、1H-NMR、POM、熱分析、特性粘度、

8、流變和表面能等測(cè)試手段對(duì)兩種功能聚酯的基本性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明由于引入5-SSIPA，功能聚酯的表面能明顯提高，第四單體的加入有效的改善了功能聚酯的流變性能。增加第四單體的含量，有助于提高功能聚酯的結(jié)晶性，通過(guò)調(diào)節(jié)第三單體和第四單體的含量可以得到表面能及熔點(diǎn)可調(diào)節(jié)的覆膜鐵用聚酯。選用具有合適熔點(diǎn)的PEPST配方放大合成并進(jìn)行工業(yè)化雙向拉伸成膜試生產(chǎn)。鑒于PEPST特殊的物理性能，對(duì)PEPST進(jìn)行了非等溫冷結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究，以求獲得接近