BOPET 膜用高阻隔涂层材料的合成研究

李继庆

天津万华股份有限公司 天津 300385

目前市场上的高屏障包装方案存在使用成本高、对水敏感、不透明或对环境不友好等局限性。这促使研究人员想出新的更有效的阻断方案。目前，随着包装行业在我国的不断兴起，由之前的分散模式发展成为一个独立、完整的体系，但与国外相比较，我国还是存在着明显的差距。

1 BOPET 高阻隔膜的发展现状

目前，国外在生产高阻隔膜方面由很多的生产工艺，以满足软包装的要求。其中，用于提高BOPET 膜阻隔性能的工艺，大多是在其表面形成一层致密透明的阻隔材料。常用的方法有表面沉积、涂层阻挡层和层组装（LBL）。

1.1 表面沉积无机物

由于BOPET 自身的特性，容易在表面沉积。一般情况下，在BOPET 镀铝膜表面可沉积数十至数百层纳米金属层，获得优异的抗氧、防潮性能，具有较高的抗二氧化碳、耐香气性。缺点是不透明，含有金属成分，不能用微波加热[1]。

1.2 BOPET 涂布高阻隔层

PVDC 涂布BOPET 薄膜，又称K-BOPET，因其优异的性能而得到广泛的应用。同样，PVA 也被广泛用作BOPET 的阻隔涂层，但因为其对湿度较为敏感，许多学者开始对PVA 涂层的耐水性进行研究。

1.3 逐层（LbL）组装

逐层自组装技术已成为制备透明气体高阻隔膜的一种优良的非真空技术。许多研究证实了LbL 薄膜具有良好的气体阻隔性能。聚电解质凝聚层被广泛用于沉积高阻蒸汽膜。

1.4 BOPET 薄膜的应用

BOPET 薄膜是双向拉伸聚酯薄膜，作为一种薄膜材料，其在市场中具有较高的认可度。具有机械强度高、光学性能好、电气绝缘性能好、使用温度广、耐化学腐蚀能力强等优良特性，被众多下游行业广泛认可和使用，是目前在薄膜材料领域应用最广泛的。

目前，国内厂商生产的聚酯薄膜最大的应用领域是包装行业，如食品饮料包装、医药包装等，还有一些特殊功能聚酯薄膜应用于电子元器件、电气绝缘等高端领域。

2 聚丙烯酸酯阻隔涂层材料的制备方法

丙烯酸酯的自由基聚合通常有乳液聚合和溶液聚合等方式组成。由于在水性聚丙烯酸酯涂料的合成中不可避免地要引入大量的亲水基团，不利于提高涂料的防水性能。

2.1 丙烯酸酯阻隔涂料的合成

（1）不同玻璃化转变温度丙烯酸酯阻隔涂料的合成。丙烯酸涂料的主要组成部分为丙烯酸（AA），这种材料作为其主要的组成结构，性质较为稳定，主要通过该物质的合理配比，从而改变（MMA）和（MA）的i 骄加入比例，最终的目的在于实现不同功能玻璃生产过程中主要影响因素，也就是温度转化的丙烯酸涂料，再实际的使用过程中，丙烯酸涂料的用量为2 个百分点[2]。

（2）交联改性丙烯酸酯阻隔涂层材料的合成。主要采用聚合法未为主，乙酸乙酯的用量基本相同，在反应过程中，主要作为反应溶剂来催化反应时间，BPO 的反应和时间以及温度有关，基本呈现正相关的关系，在80℃的环境下反应时间为9h，单体质量为0．5%。最后取样烘干，计算实际固含量，根据实际固含量加入适量乙酸乙酯，均匀稀释至30%固含量。

（3）无机粉体改性丙烯酸酯阻隔涂层材料的制备

改性丙烯酸酯阻隔涂层材料的制备主要是在丙烯酸酯涂料经过改性技术，同时采用添加剂的方式，添加的主要成分为纳米级的石墨材料和部分的玄武岩薄片制备而成。

2.2 BOPET 涂布膜的制备方法

将厚度为12m 的BOPET 膜切成A4 尺寸。采用刮条涂敷的方法，将该涂层涂敷在玻璃平板上的BOPET 薄膜上。干燥后，将膜放入烘箱进行热处理，去除溶剂和交联固化反应。采用不同涂布量的挤压和调整丙烯酸涂料固体含量来控制涂布厚度[3]。

3 丙烯酸酯阻隔涂层材料的制备及性能测试

3.1 2 分子量分布对聚丙烯酸酯阻隔涂层性能影响

以乙酸乙酯作为溶剂，利用配方1 的单体配比，结合成对应的聚丙烯酸酯涂料。分析不同浓度下，涂层转化率、粘度以及分子质量的影响。

3.2 共聚单体对聚丙烯酸酯涂层阻隔性能的影响

不同的结构下，丙烯酸酯单体也有所不同，也会造成共聚物的密度不同以及氧和水分子通过丙烯酸酯共聚物的难度不同。对涂料阻隔性能的影响主要在丙烯酸酯共聚物的选择方面。对比其他的单体，MMA 共聚制得的涂料的阻隔性能相对较好。

3.3 玻璃化转变温度对聚丙烯酸酯阻隔性能及附着力的影响

随着玻璃化转变温度和附着力的具体关系为正相关的关系，温度越高，同样附着力也越高。但是MMA 单体数量的变化，也会在不同的阶段对其性能有着不同的影响结果，如果单纯追求内聚性强，则会使得涂层的极性达不到使用要求，与此同时BOPET 附着力也会降低。同时，涂层的硬度与温度也呈正向关，它会随着温度的升高而升高[4]。

4 结语

采用溶液聚合的方法合成了用于BOPET 薄膜的聚丙烯酸酯阻隔涂层材料。丙烯酸酯单体的类型影响涂层的阻隔性能。当甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯为主要单体时，聚合物的自由体积小，共聚具有良好的阻隔性。交联可以提高丙烯酸酯涂料的玻璃化转变温度，降低涂料的自由体积，在一定程度上提高涂料的阻隔性能。