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哈工大白永平:双拉聚酯膜5个应用方向

发布日期2017-05-16 17:16  作者:admin  浏览次数:

  哈工大无锡新材料研究院常务副院长白永平,作为特邀嘉宾在2015功能性薄膜行业市场与技术发展研讨会上就《光学基材专用料及光学膜在线/离线涂布液的研究进展》这一主题发表了演讲。

  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,填补了国内大量空白。

  对于双向拉伸薄膜来讲,无论是OPP还是BOPET,无论是国内还是国外企业,中国双向拉伸薄膜企业在设备上已经达到了技术领先,新购进或建设的双拉生产线已经达到全球的顶级水平。但非常遗憾的是,包括OPP、PET、尼龙膜、PE膜等产品,从薄膜的技术水平来讲都处于全球中等偏下甚至非常低端的水平。高端的设备生产出低端的薄膜,这个应该引发整个行业的深思。会上一些供应商介绍了一些新设备的功能,而反观市场上能否生产出可以体现设备功能的薄膜,这也是一个值得思考的问题。接下来,白永平老师主要介绍了无锡新材料研究院功能BOPET膜五个方面应用的研究方向。

  第一,金属表面覆铁膜用双向拉伸聚酯薄膜;

  第二,光学膜。主要指用的是聚酯原材料,特别是聚酯膜。据国内外不完全统计,2015年底前会有30条大的光学级膜BOPET生产线。但是到现在为止,真正意义上的光学膜还没有,通过我们的调研,国内外专家尽调以及探讨发现,如果不从根本上解决问题,中国很难生产出光学级别的BOPET膜。而到目前为止,国内也还没有企业能生产出光学级别的PET原材料。“拥有先进设备却缺乏原材料,这好比是巧妇难为无米之炊。”针对这种情况,哈尔滨工业大学无锡新材料研究院开发设备的一个重要方向是,做这个光学级BOPET膜原材料的开发;

  第三,配套涂布技术。即使原材料是光学级别,但如果涂布技术不能解决光学膜的爽滑和表面处理问题的话,也是很难满足光学级别的使用。“这个是我们跟光学膜配套的在线涂布、离线涂布的一个增透涂布液的过程。”

  第四,柔性PET膜原材料的开发;

  第五,阻燃PET膜原材料的开发。

  以上是哈工大无锡新材料研究院关于双拉聚酯薄膜主要的五个的研究方向。

  第一个方面,覆铁膜。覆铁膜常用于饮料类的包装比如王老吉、加多宝饮料的罐,它的主要成分是钢铁,内外都是涂料。“内部涂料,一般是制罐以后,在内部喷涂涂料,涂料中带有大量的有机溶剂,而有机溶剂在制罐过程中是直接喷涂在罐子上的,大家可以想象一下,铁质食品罐里面涂料的挥发每年从南到北为雾霾产生多大的贡献。”因此如何彻底解决溶剂挥发给对空气和大环境造成的污染成为了这个行业亟待解决的问题。第二个,尽管在制罐过程中挥发干净了,但如果溶剂渗入涂层,再被食道吸收,就成为关系到食品卫生的大问题。其实,早在上世纪八十年代,日本的专家就开始了覆膜铁工艺的探讨。也就是如果PET膜与马口铁直接附合在一起制罐,一方面解决了涂料的挥发问题,另一方面也解决了残留溶剂对食品安全卫生造成的隐患问题。这也是近几年附铁膜在日本和欧洲比较流行的趋势。由于膜附本身的特性,在制罐的过程中要重新变形,特别是二片罐和三片罐,如何让薄膜适应钢铁的形变,这个主要就是膜的问题了。不能采用溶剂的情况下,要实现膜和铁的覆合,如何使膜在加热的状态下很好地覆合在钢铁上?现在普遍意义上的双向拉伸聚酯膜,既不能够加热附和到钢铁上,也不能够随着钢铁的形变而发生相应的形变,这两大问题导致普通膜不能通用到覆膜铁上。“针对这一问题,我们从2009年开始研究开发,2012年起开始面向部分市场,而现在通过技术攻关,已经产出了能很好地与马口铁覆合的BOPET膜,同时能够满足冲压、变形需求。”上面提到的食品和饮料罐仅是其中一部分,作为BOPET行业从业者,更为诱惑或者说更简单的是如果能解决覆膜铁覆膜功能要求,便可以应用于如化工桶、茶叶罐等。“如果可以提高行业对覆膜铁的认识,使它得到很好地发展,那么或许覆膜铁会是BOPET行业的出路之一。”白永平老师说道。

  第二个方面,光学膜聚酯原材料的合成。第一,截至目前,原材料堆积情况不容乐观,再结合BOPET膜行业的基本现状。众多业内人士在讨论,这个行业出路在哪里?而思考发现,如果BOPET能够解决一些较大的工业化需求,这对行业解脱困境或许会是一个很大的贡献。

  针对目前中国使用的光学膜大部分是进口的现状,哈尔滨工业大学无锡新材料研究院正大力开发光学膜的原材料。这个原材料的实验室技术已经通过测试,2015年5月底完成原材料的终试,并且完成光学薄膜的试制。完成试制以后,如果评价可以达到或基本到达国外先进技术水平,那么解决国内光学PET膜原材料的问题指日可待。第二,从光学膜的一些具体指标上来看,最关键的是透光率和雾度。“我们做了一个小试拉膜的测试,厚度是在120μm,透光率达到92%,雾度 0.9的水平,能达到国外技术先进水平。”白永平老师特别提到了这一案例。

  第三,光学薄膜配套的涂布液。PET膜行业的爽滑剂(开口剂)主要是以二氧化硅为主体,二氧化硅的加入必然会影响薄膜的透光率和雾度。即光学PET膜生产过程中不能够加入普通的二氧化硅,否则会影响其光学性能。“要解决它的爽滑性(开口性)就是通过涂布的方法,涂布的方法就是用相应的涂布液,我们开发出了适合于在线涂布和离线型涂布涂层赛道的涂布液。一方面解决开口爽滑的作用,还具有增透的作用。因此我们把这个涂布液称作是增透涂布液。”经过该涂布液涂层以后,透光率由92%到97%,雾度小于1,增透效果是非常明显的。不但解决爽滑性和增透性问题,而且不影响雾度。另一方面,光学膜用在手机、电脑屏幕等显示器材上以后,由于所用胶的不同,对表面张力高低的要求也不相同,但表面张力的低或高是完全可以通过涂布液的功能添加剂和功能单体的加入的多与少来调节的。

  第四,柔性PET膜的制造。2015年底之前,中国BOPET膜产能将达到320万吨,实际需求量大约是200万吨,产能严重过剩。如何释放产能,是每个厂家面临的一个问题。如果没有寻找到比较合适的出路,这些膜厂家可能过了今年就过不了明年。“面对这样的行业现状,作为研究者,我们一直在探索如何能够帮助行业走出困境。即使找到用量小的需求点,这对消化如此庞大的产能几乎毫无意义。因此,我们想到开发出柔性PET膜(农膜方向),并且代替大棚膜的话,将会有较具规模的应用,特别是在北方地区。同时,PET膜解决柔韧性和无滴性等相对较容易实现。”

  如何让BOPET膜大幅度地提高缺口撕裂强度,以达到柔软性的要求。这使解决棚用PET膜有了技术保障。“因此我们设计了一个柔性的PET分子,进行合成,再进行评判。它的原理是柔性PET结构原理图,无滴涂层通过在线涂布解决。另外对特种树脂耐久性和保温性以及强度也有较高要求。实际上,既要保证它的强度也要保证柔韧性,同时对柔韧性要求至少不低于PE膜。如果这个技术能够突破的话,我相信对中国PET膜的现状的贡献足可以引起行业和有关国家部委的重视。”目前,这部分的研究已经取得了很大的进步,主要是原材料开发方面。“我们开发出的树脂弹性好,从手感来讲属于弹性PET范畴”。

  第五,阻燃PET膜。阻燃PET膜是一个很小的范围。现在国内用的高端阻燃PET膜主要是从日本进口,低端的阻燃PET膜,国内已经有了5-6年的小批量生产。手机上或者电脑上许多标签都要求有阻燃级别的PET,因此它主要是电脑、手机、电视上用的标签膜。如果要达到微米级别的阻燃效果的话,进口的日本产品价格区间是11万-14万左右,浮动较高。针对这个方向哈尔滨工业大学无锡新材料研究院做了一些开发,阻燃效果也是非常理想的。“这地方正在做一些测试,技术已经移交并且未来会投产。”白永平老师提到。


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