一种钛基光学聚酯薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛基光学聚酯薄膜及其制备方法，制备方法为：先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应和缩聚反应制得钛基光学聚酯熔体，再将钛基光学聚酯加工成钛基光学聚酯薄膜，聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在其中的片状钛系聚酯催化剂组成；最终制得的钛基光学聚酯薄膜主要由聚酯薄膜基体和分散在基体中的片状钛系聚酯催化剂组成，钛基光学聚酯薄膜的透光率为94.1～95.3％，雾度为0.6～1.1。本发明专利技术的方法通过采用聚合度为5～30的聚酯预聚体包裹催化剂，有效避免了团聚，保证催化剂在聚酯合成过程中能呈现出高分散性；制得的钛基光学聚酯薄膜光学性能优异。

A titanium based optical polyester film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钛基光学聚酯薄膜及其制备方法
本专利技术属于聚酯薄膜
，涉及一种钛基光学聚酯薄膜及其制备方法。
技术介绍
聚酯薄膜具有优良的机械性能、尺寸稳定性、耐化学性和电气绝缘性，现已被广泛应用于包装、电子电器、光学等不同领域。在光学领域，聚酯薄膜被大量用于平板显示屏中的保护膜、反射膜、扩散膜以及增亮膜等，平板显示屏用的聚酯薄膜通常对光学性能要求很高，扩散膜和增亮膜的透光率要求达90％以上，雾度低于2.0。而保护膜的透光率则要求达94％以上，雾度低于1.0。但是目前的普通聚酯薄膜生产过程中由于采用常规聚酯结晶的方法，易造成薄膜透光率降低和雾度增加，使之达不到使用要求。且由于普通聚酯薄膜有自粘性，而且聚酯母粒切片中所含的抗粘连粒子(如SiO2、BaSO4、TiO2)使聚酯折射率存在一定差异，并且与聚酯的相容性不好。因为在聚酯薄膜制备过程中，随着这些粒子如TiO2的增加，不仅会使聚酯薄膜透明度遭到破坏，而且也会导致雾度增加，使生产的聚酯薄膜不能满足光学膜的使用要求。当钛系催化剂应用于直接酯化、连续缩聚PET工艺时具有环保、安全、高效率以及大幅度降低合成和纺丝过程温度及降低能耗，同时使纤维的物理机械性能更均匀，生产过程稳定性提高，降低了物料消耗。已商品化的钛系催化剂，包括两个大类：1)催化剂与乙二醇的复配/分散液，呈液态，如：乙二醇钛纳米颗粒的乙二醇分散液(其中引入了调色剂如醋酸钴)、引入P、S、N等杂化成分的钛酸酯/乙二醇混合液、钛磷络合物的乙二醇分散液或钛-锂复配物的乙二醇分散液，上述催化剂的长期稳定性和分散性能不佳，因此其在运输和储存过程中会发生团聚和颗粒变大现象，还会因水解而影响催化活性，容易变质，更会在合成聚酯的高温下发生更大程度的水解反应而破坏催化剂的催化活性；2)催化剂的固体粉末，通过应用时配制乙二醇分散液引入聚酯合成体系，一般会通过引入一定比例的Si元素调控钛元素的催化活性，且设计颗粒尺寸为微米级，以抑制颗粒的团聚，但上述催化剂仍存在下述缺点：其一，因为在引入其他元素如Si元素的化合物时无疑会进一步增加固体催化剂的粒径，催化剂粒径较大，分散性不佳；其二，为了改善固体类催化剂的分散效果，其表面改性等方法，工艺复杂，成本较高；其三，其在合成聚酯的高温下会发生大程度的水解反应而破坏催化剂的催化活性。因此，研究一种能够提高催化剂分散性且既可以在酯化反应阶段加入也可以在缩聚反应阶段加入的钛基光学聚酯薄膜的制备方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中存在的聚酯催化剂分散性不佳以及只能在缩聚反应阶段加入的缺陷，提供一种钛基光学聚酯薄膜及其制备方法，通过采用聚合度为5～30的聚酯预聚体包裹催化剂，避免催化剂的二次团聚，提高催化剂的分散性。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应和缩聚反应制得钛基光学聚酯熔体，再将钛基光学聚酯加工成钛基光学聚酯薄膜，可以直接将钛基光学聚酯熔体按薄膜生产工艺进行加工制得钛基光学聚酯薄膜，也可以将钛基光学聚酯熔体冷却和切粒后再按薄膜生产工艺进行加工制得钛基光学聚酯薄膜；聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。采用传统聚合工艺制备聚酯时，催化剂由于分散性能不佳在加入反应釜之前往往容易发生团聚，导致影响催化活性，容易变质，为了避免催化剂团聚，一般采用的方法为通过引入一定比例的Si元素调控钛元素的催化活性，且设计颗粒尺寸为微米级，以抑制颗粒的团聚，然而这些方法存在以下问题：1)因为在引入其他元素如Si元素的化合物时无疑会进一步增加固体催化剂的粒径，催化剂粒径较大，分散性不佳；2)为了改善固体类催化剂的分散效果，其表面改性等方法，工艺复杂，成本较高；3)其在合成聚酯的高温下会发生大程度的水解反应而破坏催化剂的催化活性；本专利技术通过采用聚合度为5～30的聚酯预聚体包裹催化剂，有效避免了团聚，解决了上述问题，聚酯预聚体的熔点较高，在聚酯合成过程中，其只会在较高温度下熔融而释放出催化剂，从而可避免其在运输或储存中过程中的二次团聚现象，同时本专利技术的聚酯预聚体为制备聚酯高聚物的中间体，其与高聚物合成的中间体系有着本征的良好相容性，因此其在聚酯合成过程中能呈现出高分散性；此外，采用传统聚合工艺制备聚酯时，催化剂一般是在酯化反应结束后加入到预缩聚釜中的，主要原因是在高温的酯化反应及其生成水的作用下，易于水解而使得催化活性降低乃至丧失，然而催化剂虽然主要发挥的是缩聚催化作用，但是其自身还具有酯化催化作用，在酯化反应结束后加入使得不能发挥酯化催化作用，不能充分发挥催化剂的效用；本专利技术的催化剂既可以在酯化反应阶段加入，也可以在酯化反应后加入，既能发挥酯化催化作用，也能发挥缩聚催化作用，主要原因是本专利技术的催化剂为片状钛系聚酯催化剂，其具有优良的耐水解性能，其表面包裹的聚合度为5～30的聚酯预聚体能够在其加入聚合体系之前避免催化剂的团聚，解决分散性差的问题，同时能够在酯化反应过程中熔融，释放出催化剂，使其能够发生酯化催化作用。作为优选的技术方案：如上所述的一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，具体步骤如下：(1)将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系加入(含有BHET母液)酯化釜(酯化釜中含有BHET母液有利于提高PTA的溶解度，进而缩短酯化反应时间)中进行酯化反应得到酯化齐聚物，酯化反应在氮气氛围下进行，压力为100～300KPa，温度为238～250℃，时间为120～150min；传统工艺中酯化反应的温度一般为260～270℃，本专利技术酯化反应的温度较低，为238～250℃，主要原因是在传质条件较好的前提下，本专利技术的钛系催化剂的高活性可以得到充分的发挥，酯化速度更快，因而所需的酯化反应温度也相对较低；(2)将酯化齐聚物输送到预缩聚釜中进行预缩聚反应得到预缩聚产物，预缩聚反应的压力为100～10KPa，温度为250～270℃，时间为40～60min；(3)将预缩聚产物输送到终缩聚釜中进行终缩聚反应得到钛基光学聚酯熔体，终缩聚反应的压力为100～200Pa，温度为270～284℃，时间为70～100min；(4)将钛基光学聚酯熔体进行铸膜得到钛基光学聚酯薄膜。如上所述的一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，步骤(1)中，PTA和EG的摩尔比为1:1.1～1.6，以钛元素的质量计，酯化反应过程中聚酯钛系催化剂复合材料体系中含有的片状钛系聚酯催化剂的加入量相当于PTA和EG的聚合产物理论质量的3～8ppm；传统工艺中，钛系催化剂因为分散性和不耐水解的问题，加入量相当于PTA和EG的聚合产物理论质量的20ppm左右，对比可以看出，本专利技术显著降低了催化剂的加入量，主要原因是本专利技术的聚酯钛系催化剂复合材料只会在较高温度下熔融而释放出钛系催化剂，因而能够减小乃至避免储存运输过程中含有的水引起的钛系催化剂水解反应，同时本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，其特征是：先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应和缩聚反应制得钛基光学聚酯，再将钛基光学聚酯加工成钛基光学聚酯薄膜；/n聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，其特征是：先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应和缩聚反应制得钛基光学聚酯，再将钛基光学聚酯加工成钛基光学聚酯薄膜；
聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。


2.根据权利要求1所述的一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系加入酯化釜中进行酯化反应得到酯化齐聚物，酯化反应在氮气氛围下进行，压力为100～300KPa，温度为238～250℃，时间为120～150min；
(2)将酯化齐聚物输送到预缩聚釜中进行预缩聚反应得到预缩聚产物，预缩聚反应的压力为100～10KPa，温度为250～270℃，时间为40～60min；
(3)将预缩聚产物输送到终缩聚釜中进行终缩聚反应得到钛基光学聚酯熔体，终缩聚反应的压力为100～200Pa，温度为270～284℃，时间为70～100min；
(4)将钛基光学聚酯熔体进行铸膜得到钛基光学聚酯薄膜。


3.根据权利要求2所述的一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，PTA和EG的摩尔比为1:1.1～1.6，以钛元素的质量计，酯化反应过程中聚酯钛系催化剂复合材料体系中含有的片状钛系聚酯催化剂的加入量相当于PTA和EG的聚合产物理论质量的3～8ppm；
步骤(3)中，钛基光学聚酯熔体的特性粘度为0.67～0.80dL/g，钛基光学聚酯树脂的色度L值为86～90，b值为4～8；
步骤(4)中，铸膜工艺参数为：纵向拉伸温度110±5℃，横向拉伸温度140±5℃，热定型温度200～235℃。


4.根据权利要求1所述的一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚酯预聚体中还含有稳定剂和调色剂，聚酯钛系催化剂复合材料体系中片状钛系聚酯催化剂、稳定剂和调色剂的质量含量分别为0.5～20wt％、5～15wt％和0.5～8wt％。


5.根据权利要求4所述的一种钛基光学聚酯薄膜的制备方法，其特征在于，所述片状钛系聚酯催化剂的结构通式为Tix(ORO)y(OOC6C4H4COO)zH4，其中R为C2～C4的烷基，z≥1，y+z＝2x+2，x＝4，片状钛系聚酯催化剂的形貌为片层结构；
所述稳定剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宾，孙小国，金开元，
申请(专利权)人：上海慧翌新材料科技有限公司，东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31