Eigenschaften von biaxial orientierter PET-Folie (BOPET).

Polyesterfolie ist ein Polymerfolienmaterial mit hervorragender Gesamtleistung. Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit, gute Transparenz, Ungiftigkeit, hervorragende Barriereeigenschaften und hervorragende elektrische Isolierung aus und wird daher häufig in der Elektronik, Elektrogeräten, Magnetaufzeichnung, Verpackung, Dekoration, Plattenherstellung und Druck sowie in lichtempfindlichen Materialien eingesetzt.

Imperial Chemical Industries (ICI) im Vereinigten Königreich und DuPont in den USA waren 1948 die ersten, die Polyesterfolien verwendeten, und 1953 gelang ihnen die industrielle Produktion von biaxial orientierten Polyesterfolien (BOPET).

Es gibt drei Hauptmethoden zur Verarbeitung von Polyesterfolien: Gussfolie, Blasfolie und planare biaxial orientierte Folie, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Unter diesen bietet planare biaxial orientierte Polyesterfolie (BOPET) die höchste Qualität, wird am häufigsten verwendet und weist das größte industrielle Produktionsvolumen auf.

II. Eigenschaften von BOPET

BOPET-Folie weist hervorragende Zähigkeit, mechanische Eigenschaften, Transparenz und elektrische Eigenschaften auf. Es hat eine extrem niedrige Wasserdampfdurchlässigkeit, vergleichbar mit der von Polyethylen niedriger Dichte, und eine sehr geringe Luft- und Geruchsdurchlässigkeit, die nur von Polyamid übertroffen wird. Es ist beständig gegen verdünnte Säuren und Laugen, jedoch nicht gegen konzentrierte Säuren und Laugen; Es ist beständig gegen die meisten Lösungsmittel sowie Öle und Fette; es hat eine Lichtdurchlässigkeit von bis zu 90 %; Nach der Thermofixierung ist die Folie dauerhaft im Temperaturbereich von -70 °C bis 150 °C einsetzbar, hält kurzzeitig hohen Temperaturen stand und eignet sich für zweischichtige Backwarenverpackungen.

III. Mechanische Eigenschaften

BOPET-Folie behält innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs hervorragende mechanische Eigenschaften; Es ist dauerhaft bei 130 °C einsetzbar und bleibt auch in flüssigem Stickstoff bei -120 °C flexibel. Unter stickstoffgeschützten Bedingungen zersetzt es sich erst bei Temperaturen über 280 °C. Nach 1.000-stündigem Erhitzen an der Luft bei 125 °C nehmen die Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodul der Folie nur um 10 bis 15 % ab.

Die Prüfung der Zugeigenschaften liefert Daten wie Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Streckgrenze und Streckgrenze. Hersteller konzentrieren sich im Allgemeinen auf die Zugfestigkeit und Bruchdehnung der BOPET-Folie. Die Prüfung der Zugeigenschaften wird in der Regel mit den in ASTM D638 (Allgemein), ASTM D882 (Film) und GB 13022-1991 spezifizierten Methoden durchgeführt.

Der Elastizitätsmodul ist eine weitere wichtige mechanische Eigenschaft; Sie stellt das Verhältnis von Spannung zu Dehnung im elastischen Bereich dar und charakterisiert die Steifigkeit bzw. Steifigkeit von Kunststofffolien. Der Elastizitätsmodul für BOPET-Folie liegt über 4000 MPa. Prüfverfahren für die oben genannten mechanischen Eigenschaften von Kunststofffolien werden gemäß GB/T 1040.3, „Bestimmung der Zugeigenschaften von Kunststoffen – Teil 3“, durchgeführt.

IV. Optische Eigenschaften

Als Verpackungsmaterial aus Kunststoff werden an Folie hohe Anforderungen an ihre optischen Eigenschaften gestellt, zu denen Trübung, Glanz und Lichtdurchlässigkeit zählen. BOPET-Folie, die nicht kristallin und frei von Zusatzstoffen ist, weist hervorragende optische Eigenschaften auf; Aufgrund der kristallinen Natur von PET selbst müssen jedoch während des Produktionsprozesses bestimmte Zusatzstoffe eingearbeitet werden, was zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften von BOPET führt.

Trübung: Bezieht sich auf den Prozentsatz des Streulichtstroms, der von der Richtung des einfallenden Lichts im Verhältnis zum durchgelassenen Lichtstrom abweicht. Trübung charakterisiert den Grad der Klarheit oder Opazität in transparenten Materialien. Die nationale Norm GB/T 16958 legt fest, dass die Trübung von Polyesterfolie weniger als 3 % betragen muss.

Lichtdurchlässigkeit: Dies bezieht sich auf den Prozentsatz des durch die Folie übertragenen Lichtstroms im Verhältnis zum auf die Folienoberfläche einfallenden Lichtstrom. Die nationale Norm GB/T 16958 legt fest, dass die Lichtdurchlässigkeit von Allzweck-Polyesterfolien mehr als 85 % betragen muss.

Die Bestimmung der Trübung und Lichtdurchlässigkeit muss gemäß den Bestimmungen von GB/T 2410, „Testmethoden für Lichtdurchlässigkeit und Trübung transparenter Kunststoffe“, durchgeführt werden. Als Messgerät kann ein Kugeltrübungsmessgerät verwendet werden.

Glanz: Gibt den Grad der Glätte und Helligkeit der Filmoberfläche an und kann anhand ihrer Fähigkeit, Licht zu reflektieren, bestimmt werden. Ein Glanzmessgerät charakterisiert dies, indem es die Spiegelreflexion in Winkeln von 20°, 30°, 45° und 60° von der Materialoberfläche misst. Tests werden im Allgemeinen mit den in ASTM D2457, GB 8807-1988 und GB/T 16958 beschriebenen Methoden durchgeführt.

Die nationale Norm GB/T 16958 legt fest, dass der Glanz von Polyesterfolie >85 % betragen muss.

PET-Harz ist ein kristallines Polymer. Obwohl seine kristalline Struktur aus feinen Sphärolithen besteht und transparent ist, wenn die Korngröße kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts ist, weist gestreckte und orientierte Polyesterfolie eine Kristallinität von etwa 50 % auf. Wenn die Korngröße größer ist, kann dies einen gewissen Einfluss auf die optischen Eigenschaften haben.

Um den Einfluss seiner Kristallstruktur auf die optischen Eigenschaften zu eliminieren oder zu verringern, kann PTA in der Copolymerisationsreaktion teilweise durch IPA ersetzt werden, um die Kristallinität des PET-Harzes zu verringern und dadurch die optischen Eigenschaften der Folie nach dem Strecken zu verbessern.

Bei Masterbatch-Pellets, die ein oberflächenaktives Mittel enthalten, ist der Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Folie umso geringer, je näher der Brechungsindex des Mittels an dem von PET liegt. Da der Brechungsindex von Siliciumdioxid dem von Polyester sehr nahe kommt, verwenden BOPET-Folien typischerweise Siliciumdioxid als oberflächenaktives Mittel.

V. Oberflächeneigenschaften

Die Oberflächeneigenschaften von Polyesterfolien beziehen sich auf die Nasszugfestigkeit der Oberfläche, den Reibungskoeffizienten, die Oberflächenrauheit und andere Eigenschaften.

Oberflächennasszugfestigkeit: Dies gibt die Größe der freien Oberflächenenergie der Kunststofffolie an. Die Hauptanwendungen von Kunststofffolien für Verpackungen sind Farbdruck und Vakuummetallisierung, die beide hohe Anforderungen an die Nasszugfestigkeit der Oberfläche der Folie stellen. Die nationale Norm GB/T 16958 legt fest, dass die Oberflächenbenetzungsspannung von Polyesterfolien 50 mN/m beträgt (nach Koronabehandlung). Die Bestimmung der Oberflächenbenetzungsspannung erfolgt gemäß GB/T 14216, „Test Methods for Wetting Tension of Plastic Films and Sheets“.

Die Oberflächenspannung hängt von der chemischen Struktur des Filmpolymers ab. Unpolare Polyolefinfolien (LDPE, HDPE, LLDPE, PP) haben eine geringe freie Oberflächenenergie und eine geringe Nasszugfestigkeit an der Oberfläche, typischerweise nur etwa 30 mN/m; gewöhnliche Druckfarben oder Klebstoffe können überhaupt nicht darauf haften; Polare Polyesterfolien (PET, PBT, PTT, PEN, PETG) haben eine hohe freie Oberflächenenergie und eine Oberflächennasszugfestigkeit von bis zu 42 mN/m. Für den Hochgeschwindigkeitsdruck oder zur Verbesserung der Haftung der metallisierten Schicht auf der Polyesterfolie ist es jedoch weiterhin erforderlich, die Nasszugfestigkeit weiter zu erhöhen. Dies kann durch Koronabehandlung oder Oberflächenbeschichtungsverfahren erreicht werden. Nach der Koronabehandlung kann die Oberflächenspannung der Polyesterfolie 52 dyn/cm oder mehr erreichen.

Reibungskoeffizient: Definiert als das Verhältnis der Reibungskraft, die der Relativbewegung zwischen zwei Objekten entgegenwirkt, zur Normalkraft, die die beiden Objekte zusammendrückt. Im Allgemeinen wird der Reibungskoeffizient zwischen zwei Folien mit den in DIN 53375 und GB 10006-1988 beschriebenen Methoden geprüft.

Der Reibungskoeffizient ist ein quantitativer Indikator dafür, wie leicht sich eine Folie öffnen lässt. Sein Wert kann durch die Auswahl und Dosierung der Zusatzstoffe gesteuert werden. Der Reibungskoeffizient für Polyesterfolien wird im Allgemeinen auf etwa 0,4 bis 0,6 eingestellt.

Oberflächenrauheit: Dieser Parameter charakterisiert den Rauheitsgrad der Folienoberfläche und wird typischerweise durch Ra (durchschnittliche arithmetische Abweichung des Profils), Rz (durchschnittliche Höhe der Unregelmäßigkeiten) und Rat (Höhe von der Spitze bis zum Tal) ausgedrückt. Oberflächenrauheitsmessgeräte dienen zur Messung der Oberflächenrauheit und Oberflächenmorphologie von Materialien wie PET-Folien.

Die Oberflächenrauheit ist ein impliziter Parameter für Verpackungsfolien; Bei PET-Verpackungsfolien wird die Oberflächenrauheit im Allgemeinen im Bereich von Ra = 0,08–0,16 kontrolliert.

Durch den Zusatz von Antiblockmitteln kann die Oberflächenrauheit der Folie erhöht, die Oberflächenreibung verringert und die Wickelleistung verbessert werden.

VI. Elektrische Eigenschaften

Die elektrischen Eigenschaften der BOPET-Folie beziehen sich hauptsächlich auf die elektrische Isolierung und die elektrostatischen Aufladungseigenschaften. Zu den wichtigsten Leistungsindikatoren gehören elektrische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, dielektrischer Verlust (Tangens des dielektrischen Verlustwinkels) und elektrischer Durchschlag.

Die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlustwinkel werden mit einem Hochfrequenz-Q-Meter (1 MHz) und einer Niederfrequenz-Hochspannungs-Zylinderbrücke (Netzfrequenz) gemessen. Die Dielektrizitätskonstante wird aus dem Verhältnis der Kapazität der Probe zur Kapazität einer Standardreferenz (typischerweise Luft) bestimmt, woraus dann der Tangens des dielektrischen Verlusts berechnet wird.

Bei Raumtemperatur liegt PET in einem amorphen glasartigen Zustand vor, was die Ausrichtung elektrischer Felddipole erschwert. Folglich weist Polyester gute elektrische Isoliereigenschaften auf.

Zu den Faktoren, die die elektrische Leitfähigkeit von PET beeinflussen, gehören nicht nur äußere Bedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Frequenz, sondern auch komplexe interne Zusammensetzungs- und Strukturfaktoren. Beispielsweise können Kristallinität und Orientierung die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen; Die elektrische Leitfähigkeit von Polyesterfolie steigt mit zunehmender Kristallinität (Dichte).

Die Messung der elektrischen Eigenschaften von BOPET erfolgt gemäß den in Kapitel 5 von GB 13950-1992 „Polyesterfilme für elektrische Isolierung“ festgelegten Testmethoden.

VII. Chemische Stabilität

Wenn die BOPET-Folie über längere Zeit dem Sonnenlicht und der Atmosphäre ausgesetzt wird oder bei hohen Temperaturen verwendet wird, werden Polyestermoleküle aktiviert und zersetzt, was zu einer allmählichen Alterung führt.

Auswirkungen von Licht und Hitze: Temperatur und Einwirkzeit sind Schlüsselfaktoren für die Alterung. Im Allgemeinen bleibt Polyesterfolie im Temperaturbereich von -60 °C bis 150 °C stabil und weist eine gute Alterungsbeständigkeit auf; Mit steigender Temperatur nimmt jedoch die Alterungsbeständigkeit der Folie ab. Beispielsweise zeigt das Produkt nach 168 Stunden Erhitzen auf 150 °C keine Verfärbung und einen Festigkeitsverlust von nicht mehr als 30 %; Nach 1.000 Stunden Erhitzung kommt es nur zu leichten Verfärbungen und einem Festigkeitsabfall von maximal 50 %.

Auswirkungen von Sauerstoff und Wasser in der Atmosphäre: Aufgrund des Vorhandenseins von Sauerstoff und Wasser in der Atmosphäre unterliegt Polyester unter der kombinierten Wirkung von Licht und Wärme einer Oxidation und Hydrolyse. In Gegenwart von Sauerstoff nehmen die Bruchdehnung und die Zugfestigkeit der PET-Folie deutlich schneller ab.