探讨功能性PET复合膜的制备

探讨功能性PET复合膜的制备

胡培隆,王雪芬,杨少燕

温州强润新材料科技有限公司   温州，325000

【摘要】为探讨功能性PET复合膜的制备，采用理论结合实践的方法，立足PET复合膜的发展现状和常见的功能性PET复合膜种类，分析了制备PET复合膜常用方法，以及制备要点。分析结果表面，具有良好的物理和化学性质，被广泛应用于食品、药品、医疗器械、化妆品等领域的包装，在功能性PET复合膜制备中，合理应用共挤复合制备功能性PET复合膜的方法，可制备出高质量、高性能的PET复合膜，以满足市场对PET复合膜的要求。

【关键词】PET复合膜；功能性；酯交换法；直接酸法

【引言】随着人们生活水平的不断提高和消费需求的不断增加，包装材料的性能和质量要求也越来越高。PET复合膜由于其良好的物理和化学性质，被广泛应用于食品、药品、医疗器械、化妆品等领域的包装。本文介绍了一种通过共挤复合制备功能性PET复合膜的方法，并探讨了不同原材料、复合工艺、膜厚等因素对复合膜性能的影响，为PET复合膜的应用和发展提供了参考。

1、PET复合膜的发展现状和常见的功能性PET复合膜种类

PET是一种以对苯二甲酸为单体的聚合物，具有质轻、易加工、强度大、耐腐蚀等优点，广泛应用于包装、印刷、电子、纺织等行业，但其机械性能较差，不利于实现高速加工，因此需要通过添加其他材料来改善其性能。目前 PET薄膜的研究主要集中在改善其阻隔性和力学性能方面，如通过添加 PE、 PE+ EVOH等来提高 PET薄膜的阻隔性能。但单纯的 EVOH添加量过大时，会导致 PET薄膜力学性能下降。因此，如何在保持良好的阻隔性能的同时又不降低其力学性能成为研究热点。近年来，许多研究人员将 EVOH和其他材料复合，制备出具有优异机械性能和阻隔性能的复合薄膜。与纯 PET相比，在 EVOH与 PET共混时会显著提高复合膜的机械性能；与 PE共混相比，在 EVOH与 PE共混时会显著降低复合膜的阻隔性能。为了解决该问题，一种可行的方法是在 PET表面构建致密层。

致密层（EVOH）是由含有羧基、羰基或其他官能团的大分子单体通过共价交联形成的聚合物薄膜。目前，已有许多研究人员报道了构建不同性质的 EVOH层来改善 PET薄膜综合性能的方法。在这些方法中，制备致密层是最常见且有效的方法之一。通常情况下，在 PET表面构建致密层所需的温度较高、时间较长、能耗也较大。因此，寻求一种成本低且效率高的方法来制备高致密层是非常有意义的。

功能性PET复合膜是在PET薄膜表面添加其他功能性材料所制备的复合膜，具有抗氧化、抗菌、防腐、保鲜等功能，广泛应用于食品、药品、医疗器械、化妆品等领域的包装。常见的功能性PET复合膜包括以下几种：

1）抗氧化PET复合膜：抗氧化PET复合膜是在PET薄膜表面添加抗氧化剂所制备的复合膜，可以有效延长食品的保质期。抗氧化PET复合膜具有良好的阻隔性能和稳定性，可以用于包装肉类、油脂类、水果蔬菜等易氧化食品。

2）抗菌PET复合膜：抗菌PET复合膜是在PET薄膜表面添加抗菌剂所制备的复合膜，可以有效抑制食品中的细菌和霉菌的生长。抗菌PET复合膜具有良好的抗菌性能和稳定性，可以用于包装肉类、水果蔬菜、调味品等易受污染的食品。

3）防腐PET复合膜：防腐PET复合膜是在PET薄膜表面添加防腐剂所制备的复合膜，可以有效防止食品变质和腐败。防腐PET复合膜具有良好的抗腐性能和稳定性，可以用于包装肉类、水产、乳制品等易腐食品。

4）保鲜PET复合膜：保鲜PET复合膜是在PET薄膜表面添加保鲜剂所制备的复合膜，可以有效延长食品的保鲜期。保鲜PET复合膜具有良好的阻隔性能和湿度调节性能，可以用于包装水果、蔬菜、鲜花等易腐食品。

5）防紫外线PET复合膜：防紫外线PET复合膜是在PET薄膜表面添加防紫外线剂所制备的复合膜，可以有效防止紫外线对食品的伤害。防紫外线PET复合膜具有良好的阻隔性能和稳定性，可以用于包装酒类、化妆品、药品等易受紫外线伤害的产品。

以上是常见的功能性PET复合膜，这些复合膜的制备方法各不相同，根据不同的应用场景选择不同的制备方法和功能性材料，可以制备出具有不同功能的PET复合膜。

2、制备PET复合膜常用方法

在制备PET复合膜时常用的方法有两种，一种是酯交换法，另一种是直接酸法。这两种制备方法各有优缺点。

酯交换法的优点是不涉及到高压操作，整个制作过程都在常压和真空条件下进行，具体的反应式如图1所示：

图1 酯交换法PET复合膜制备反应式

整个工艺过程为二步氧化和二步酯化，又称四步法。在用酯交换法制备PET复合膜时，对反应设备没有特殊的要求。而且可以进行间歇式生产，每个环节、每个步骤都可以停止和任意控制，制备过程比较简单【1】。但也存在一定的问题，比如：在应用酯交换法制备PET复合膜时，会释放出大量甲醇，而甲醇在整个制备过程中只起到中间转换的作用，反应过程能耗比较大，这会无故更加额外的原料成本。此外，甲醇的沸点比较低，甲醇蒸汽遇到明火后会发生燃烧，需要反应设备具有良好的防爆性，这也会增加PET复合膜制备的投资成本，以及安全生产隐患。此外，此种PET复合膜制备方法的工艺设备比较固定，难以进行多元醇和二元酸的改进。再加上此种PET复合膜制备方法的分布进行的，能耗比较大，处于经济性、安全性等方面的考虑，此种方法应用的越来越少。

直接酸法：是目前PET复合膜制备中应用最多的工艺，主要机理是直接用甲苯深度催化氧化来得到PET复合膜，可大幅度降低PET复合膜制作成本，其反应式如下：

图2直接酸法制备PET复合膜反应式

直接用精对苯二甲酸和乙二醇在一定压力的条件下，酯化形成BHET，再在催化剂的作用下真空聚缩形成PET复合膜。相比于酯交换法，直接酸法省去了甲酯化、酯交换两个反应步骤，大幅度节省了能耗，同时也降低了PET复合膜制备过程的安全风险。但用直接酸法制备PET复合膜，需要在特定的压力条件下进行，这对设备的性能和运行的安全性有较高的要【2】。虽然整个反应过程压力不是很高，但需要用专用堆放压力设备来制备PPET复合膜。此外用直接酸法来制备PET复合膜时还可以直接加入各种多元醇和多元酸，可生出改性的PET复合膜，而且生出效率比较高，可实现连续化、大规模生产，联合应用机电一体化技术，还能实现PET复合膜制备全过程的自动化控制，这也是直接酸法取代酯交换法制备PET复合膜的主要原因之一。

采用酯交换法和直接酸法制备得到的PET复合膜在性能上存在较大差异，但无论采用各种制备方法，要想实现产业化生产，就需要拥有一套简易的、完整的、微型的通用聚酯合成和设备，能够模拟工业化的PET复合膜生产制备方式，至少要能够在合成原理和反应步骤方面具有一致性，否则就失去了实用价值【3】。目前市面上几乎没有微型、通用的PET复合膜聚酯合成设备，使得PET复合膜制备和使用的范围受限非常严重。为能够有效解决这一问题，需要结合现有的技术和设备，研发设计出一种微型聚酯合成反应装置和PET复合膜制备新工艺，以满足几十克样品的合成生产。

3、功能性PET复合膜制备要点

为满足功能性PET复合膜多样化、少量化制备的要求，可采用共挤复合法来制备功能性PET复合膜，共挤复合是一种常用的制备复合膜的方法，可以实现两种或多种不同材料的复合。在制备功能性PET复合膜时，可以使用PET薄膜和PP薄膜作为复合材料，通过共挤复合工艺制备PET/PP复合膜，并在其表面添加功能性材料，如纳米氧化硅（SiO2）粉末，以提高复合膜的性能。具体的制备要点如下：

3.1原材料的选择

在应用共挤复合法来制备功能性PET复合膜时，需要用到的原材料包括：PET薄膜，PP薄膜，纳米氧化硅（SiO2）粉末。

3.2制备步骤

将PET薄膜和PP薄膜通过卷材复合设备进行共挤复合。具体操作步骤如下：

1）将PET薄膜和PP薄膜分别放置在卷材复合设备的两个滚轮之间，调整滚轮的速度和温度，以使两种材料可以顺利复合。

2）通过共挤复合工艺，PET薄膜和PP薄膜被复合在一起，形成了PET/PP复合膜。复合膜的厚度可以根据需要进行调整。

3）纳米氧化硅（SiO2）粉末的喷涂 待PET/PP复合膜制备完成后，可以在其表面喷涂一层纳米氧化硅（SiO2）粉末。具体操作步骤如下：（1）将纳米氧化硅（SiO2）粉末通过喷雾器均匀喷涂在PET/PP复合膜表面，使其均匀分布。（2）待纳米氧化硅（SiO2）粉末喷涂完成后，将PET/PP复合膜放置在烘箱中，在120℃的条件下烘干30分钟，使其表面的纳米氧化硅粉末与复合膜表面结合。

4）功能性PET复合膜的制备 制备好的PET/PP复合膜表面添加了纳米氧化硅（SiO2）粉末，即可得到功能性PET复合膜。功能性PET复合膜具有优异的阻隔性能、机械性能、耐热性能、透明性等，可广泛应用于食品、药品、医疗器械、化妆品等领域的包装。

5）实验注意事项：（1）PET/PP复合膜制备时，需要调整滚轮的速度和温度，以确保两种材料可以顺利复合。（2）喷涂纳米氧化硅（SiO2）粉末时，需要注意均匀喷涂，以避免出现不均匀的情况。（3）PET/PP复合膜放置在烘箱中烘干时，需要注意温度和时间的控制，以避免过度烘干导致复合膜性能下降【4】。

3.3性能测试

为验证通过共挤复合法制备PET复合膜的性能，还需要对所制备的PET复合膜进行性能测试，测试内容包括：表面形貌观察、厚度测量、透明度检测、热封性能测试和阻隔性能测试等。通过共挤复合工艺，PET薄膜和PP薄膜被复合在一起，形成了PET/PP复合膜。PET/PP复合膜具有透明度高、表面光滑、良好的机械性能等特点。

1）纳米氧化硅（SiO2）粉末的表面形貌观察：在扫描电子显微镜下观察，纳米氧化硅（SiO2）粉末表面呈现出均匀的粒子分布和较高的孔隙率，表面形貌较为光滑。

2）PET/PP复合膜的表面形貌观察：PET/PP复合膜表面喷涂纳米氧化硅（SiO2）粉末后，其表面形貌变得更加光滑，纳米氧化硅颗粒分布均匀，孔隙率也有所提高。

3）PET/PP复合膜的阻隔性能：PET/PP复合膜的阻隔性能测试结果表明，添加纳米氧化硅（SiO2）粉末后，复合膜的阻氧性能和阻水性能均有所提高，阻隔效果更加显著。

3.4结果分析和应用

通过共挤复合工艺制备了功能性PET复合膜，并在其表面添加了纳米氧化硅（SiO2）粉末，提高了复合膜的阻隔性能和机械性能。未来，可以进一步探索加入其他功能性材料，如碳纳米管、纳米银等，以进一步提高复合膜的性能和应用范围。此外，可以尝试使用其他制备方法，如薄膜拉伸法、溶液共混法等，以制备更多类型的功能性PET复合膜

【5】。功能性PET复合膜在食品、药品、医疗器械、化妆品等领域的包装中具有广泛的应用前景。例如，具有抗氧化、抗菌、防腐、保鲜等功能的PET复合膜，在食品和药品的包装中得到了广泛应用。此外，在电子产品、医疗器械等领域，具有防静电、导电、生物相容性等功能的PET复合膜也具有广泛的应用前景。总之，功能性PET复合膜在包装材料领域具有广泛的应用前景。通过不断探索新的制备方法和添加新的功能性材料，可以进一步提高复合膜的性能和应用范围，为包装行业的发展和创新提供更多可能。

【结束语】

综上所述，结合理论与实践，探讨了功能性PET复合膜的制备，探讨结果表明，功能性PET复合膜具有透明度高、表面光滑、良好的机械性能等优势，在各行各业中都有良好的应用。相比于酯交换法和直接酸法，共挤复合法可制备出高质量、高性能的功能性PET复合膜。同时也是一种常用的制备PET复合膜的方法，可以实现不同材料的复合。通过共挤复合制备功能性PET复合膜的方法简单、快速，同时可以添加各种功能性材料以提高复合膜的性能，具有广泛的应用前景。

【参考文献】

[1]仲珍珍,孟灵灵,黄新民,严忠杰,丁世杰,李维浩.纤维素纳米晶的柔性光子晶体复合膜制备及性能分析[J].纺织高校基础科学学报,2022,35(04):52-60.

[2]张群利,邬泽凯,崔琳琳,谢文静,于启蒙,刘宇鹏.蒲公英提取物-茶多酚-玉米秸秆纤维素抗菌复合膜制备与性能[J/OL].复合材料学报:1-10[2023-04-19].

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[5]张迎,洪学谦,赵爽,吴永红,张兵.PAN纤维复合炭膜制备及油水分离性能研究[J].化学工程,2022,50(11):6-9+25.

第一作者胡培隆（1986-），男，浙江温州人，研究生，高级工程师，主要聚酯薄膜生产技术的研究；

第二作者王雪芬（1978-），女，浙江温州人，本科，经济师、助理工程师，主要聚酯薄膜生产技术的研究；

第三作者杨少燕（1987-），女，浙江杭州人，研究生，助理工程师，主要聚酯薄膜生产技术的研究；