BOPET膜用纳米BaSO4开口剂的制备与性能研究

黄晓枭

(贵州省冶金化工研究所,贵州 贵阳 550002)

迄今为止，几乎所有的塑料薄膜都要使用开口添加剂，以解决薄膜在制造、加工、使用过程中存在的粘连问题。根据薄膜用途、性能要求不同，应使用不同的开口剂。国内的BOPET薄膜主要采用无机微米级SiO2作为开口剂，而SiO2开口母粒的使用，虽然解决了聚酯薄膜的粘连问题，但也对聚酯薄膜的光学等性能产生了一定的影响。BaSO4作为重要的化工原料，广泛的被用于橡胶、涂料、蓄电池、陶瓷等工业，乃至医疗行业（钡餐）。遂笔者提出以纳米BaSO4作为BOPET薄膜开口剂，并围绕其对薄膜表面及光学性能的影响进行探讨。

1 开口剂的抗粘连原理

未加开口剂的塑料薄膜在收卷过程中和成卷后，膜层间受热或受压后易发生粘连，影响使用。造成塑料薄膜粘连的原因大致分为两点：其一，是薄膜收卷闭合后膜层间形成真空状态，较难打开；其二，薄膜的表面大量外露分子链在收卷后互相缠连，这种原因经常导致薄膜完全无法打开，影响后续的使用和加工。

针对以上这两点原因，无机开口剂的作用就是在薄膜表面形成微凸起，一方面阻止薄膜完全闭合形成真空，另一方面阻止薄膜表面分子链互相缠绕，从而达到开口的目的。

2 SiO2与纳米BaSO4的开口性能对比分析

目前的BOPET薄膜制备生产中，所用的开口剂大部分为以无机微米级SiO2制成的开口母粒。而SiO2开口母粒的使用，虽然解决了聚酯薄膜的粘连问题，但也对聚酯薄膜的光学等性能产生了一定的影响。主要原因是SiO2的折光系数 （1.46～1.54）与PET的折光系数（1.64）相差较大，从而导致BOPET薄膜雾度的增加。为了确保薄膜收卷质量和开口性能，就要求SiO2开口母粒达到一定的添加量，而此时所制备的薄膜，其雾度值一般在2.5%以上，从而限制了BOPET薄膜在一些对透明度要求较高的行业如食品包装、光学聚酯等领域中的应用。因此，开发新型、高透明度BOPET薄膜用开口母粒将具有很好的市场前景。

纳米BaSO4不仅具备普通BaSO4的优点，还具备稳定性好，耐酸碱腐蚀，白度高，能吸收有害射线等特点，能具有环保功能的新型材料，已经被广发的用于涂料，高档油墨，橡胶，造纸，陶瓷，化妆品，医疗等各个领域。

纳米 BaSO4的折光系数(1.63～1.67)与PET的折光系数（1.64）很相近，所以用纳米BaSO4开口母粒对聚酯薄膜雾度的影响很小，除此之外，纳米BaSO4本身具备的优异特性还大大提升了BOPET薄膜的拉伸强度、耐腐蚀、吸收有害射线、使用寿命等诸多性能。

3 纳米BaSO4开口剂的制备与改性

3.1 纳米BaSO4的制备

3.1.1 制备原料及设备

制备纳米BaSO4所用试剂和药品均为分析纯，所配制的溶液均用去离子水配制。试剂见表1，设备见表2。

3.1.2 纳米BaSO4制备及改性

（1）反应方程式：Ba2++H2Y2-→[BaY]2-+2H-

[BaY]2-+S042-→BaSO4↓+Y4-

根据反应方程式，准确称量Ba(OH)2、EDTA、浓H2SO4，配置成所需浓度的溶液，待用。

（2）将配置好的Ba(OH)2溶液加入配置好的EDTA溶液中，用磁力加热搅拌器在一定温度下持续反应30mins。

表1 所用试剂一览表

表2 所用设备一览表

（3）后加入一定量（最终产物质量比0.5～1%）改性剂硬脂酸配置成反应前驱溶液。

（4）用分液漏斗缓慢加入配置成一定浓度的稀H2SO4，保持加热和告诉搅拌。

（5）用浓度为25%的氨水调节PH值至6，继续加热搅拌，保持反应体系恒定使之反应完全。

（6）将所制备的悬浮液用高速离心机进行离心，转速4000r/min，离心30min。

（7）多次洗涤离心之后将沉淀物放在鼓风干燥箱中干燥，90℃，10小时，得到改性纳米BaSO4粉体。

图1TEM图像

3.2 纳米BaSO4的表征与分析

3.2.1 仪器

使用JEM-2100F型透射电镜，观察纳米BaSO4粉体的微观结构，粒径大小及分布情况（图1）；

使用Rigaku D/max/2500C型X射线衍射仪对纳米BaSO4进行物象分析（图2）。

图2 XRD图谱

3.2 分析

从图1可以看出，制备所得纳米BaSO4粒子平均粒径在15～50nm左右，形貌均一，微球状，粒子之间有轻微的粘合现象。

从图2观察可以看出，制备的样品出现了BaSO4特征衍射峰，可认定样品是BaSO4，BaSO4是正交晶型。

4 纳米BaSO4母粒对BOPET薄膜的影响

4.1 纳米BaSO4开口母粒的制备

改姓好的纳米BaSO4需要制成母粒再在用于薄膜制造。聚酯膜纳米BaSO4母粒的生产工艺采用将纳米BaSO4粉体通过搅拌分散在EG中，再经过沉降、过滤将纳米BaSO4随EG一起加入化学反应釜，随着EG与PTA的酯化、缩聚反应，纳米BaSO4均匀地分散在PET中，完成了膜用纳米BaSO4母粒的制备。母粒生产中，纳米BaSO4粉体在EG中分散工艺条件(分散设备、搅拌转速、搅拌叶形状、研磨形式)不同，母粒中纳米BaSO4粒子的粒径分布亦不同。

4.2 纳米BaSO4的添加对BOPET薄膜的性能影响

在BOPET薄膜中添加纳米BaSO4可以是薄膜表面微观粗糙化，产生凹凸点，从而达到抗粘连的目的，不仅如此，由于纳米BaSO4的折光系数 (1.63～1.67)与PET的折光系数 （1.64）很相近，所以用纳米BaSO4开口母粒对聚酯薄膜雾度的影响很小，除此之外，纳米BaSO4本身具备的优异特性还大大提升了BOPET薄膜的拉伸强度、耐腐蚀、吸收有害射线、使用寿命等诸多性能。

5 结论

（1）使用纳米BaSO4作为BOPET聚酯薄膜的开口剂，能够使薄膜表面微观粗糙化，防止膜表面支链相互缠绕，达到抗粘连的目的，是非常理想的开口剂材料。

（2）纳米BaSO4作为开口剂不会对薄膜雾度产生影响，更能大幅度的提升薄膜的表面、光学性能，力学性能、使用寿命等。

（3）可突破BOPET薄膜的使用领域局限（例如高透明包装行业及食品加工业等等），相互的也拓宽了BaSO4这种重要化工材料的使用领域。

［1］韦天蛟.贵州重晶石资源及其开发[J].贵州地质,1999，16-1.

［2］李国庭,刘鸿雁,刘宝树.纳米碳酸钙的制备[J].

［3］员汝胜,刘有智,刘来栓,李军平.硫酸钡纳米粉体的液相合成法[J].2001,10.

［4］康仕芳,刘爱民,张猛.化学沉淀法制备超细粉体过程行为[J].2005,9.

［5］曲超,刘进荣,李彩虹,明廷森,金凯,高慧敏.化学沉淀法制备硫酸钡超细粉体[J].机械工程材料,33-1,2009,1.

［6］唐杰.一种纳米硫酸钡的制备方法[J].科技创新导报,2010,35.

［7］武杰灵,刘有智,李裕.纳米粒子固液分离实验研究[J].山西化工,23-2,2003,5.

［8］姜志光,郑淑平,詹川勇,祈润岳,吴飞,吕冬冬,华敬礼.重晶石硫酸法生产精细硫酸钡工艺[J].2006,8.

［9］王学文,王明玉.一种纳米硫酸钡的生产方法[J].2011,7.

［10］骆广生,杜乐,吕阳成,王玉军.一种制备纳米硫酸钡颗粒的方法[J].2011,3.

［11］李慧芝,庄海燕,张瑾.一种纳米硫酸钡颗粒的制备方法[J].2011,3.

［12］陈焰,方利浮,郑明东.纳米硫酸钡在薄膜中的用途及一种薄膜[J].2010,8.