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光学双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(BOPET)是一种用于制造液晶显示用功能膜、光学保护膜、高性能光学标签等产品的基础薄膜材料。高端光学BOPET薄膜除具有通用聚酯薄膜力学强度高、使用温度范围广、高阻隔性等优点外,还具有更好的光学性能,其透光率在92%以上,雾度低于1%。这类高性能光学薄膜原料树脂的合成及薄膜生产制造技术尚未国产化,制约了我国光学功能薄膜制造行业的发展。虽然我国目前是世界上聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等聚酯材料生产量最多的国家,但在光学聚酯合成方面还处于起步阶段,国内外在光学聚酯合成和改性方面的文献资料也鲜有报道,这为研发光学BOPET薄膜带来了挑战。PET是一种半结晶性聚酯,分子链排列比较规整,在受热或双向拉伸后会发生结晶,对光学性能产生影响。合成聚酯用催化剂也会对光学聚酯的热性能、结晶性能及光学性能产生影响。因此本文主要从光学聚酯用催化剂的制备及光学聚酯分子结构设计两方面对现有PET聚酯进行改性,并选用最佳光学性能的改性聚酯进行了中试合成及工业化双向拉伸制膜实验。首先针对现有乙二醇锑催化剂合成的聚酯颜色发灰,透光率低雾度高的缺点,设计出乙二醇锑/γ-Al OOH复合催化剂。采用碱式醋酸铝水解制得活性γ-Al OOH,利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、铝核磁(27Al NMR)、粒径分析等手段研究了这一水解过程。碱式醋酸铝在水中首先电离出Al30([Al30O8(OH)56(H2O)24]18+)配离子和少量的Al(H2O)63+,经水解后主要生成[(H2O)4Al(μ-OH)(H2O)4]4+、γ-Al OOH及微量的Al(OH)3。采用乙二醇锑/γ-Al OOH复合催化剂催化合成聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-间苯二甲酸乙二醇酯)(PEIT),考察了该催化剂的催化效果。γ-Al OOH催化聚酯缩聚过程中首先同乙二醇反应生成乙二醇铝,随后乙二醇铝形成配位中心催化缩聚反应。乙二醇锑同γ-Al OOH联用后具有协同催化效应,在一定催化剂比例下可以持续提高催化效率,降低聚酯缩聚时间,表现出良好的催化能力。同单独使用乙二醇锑相比,乙二醇锑/γ-Al OOH复合催化剂可以使缩聚时间缩短18.6%,并能够有效降低聚酯中二甘醇的含量。该催化剂还可以改变聚酯的端基结构,继而对聚酯的流变性能、结晶性能及光学性能产生影响。乙二醇锑/γ-Al OOH复合催化剂在催化缩聚反应后会同聚酯的羧端基和羟端基发生反应,生成烷氧基锑、烷氧基铝及端羧基铝配位结构。这些新的端基结构具有强结晶成核能力,更易形成成核中心,改变聚酯的结晶性能,并对聚酯的光学性能产生影响,可以使PEIT的透光率提高到90.46%。新的端基结构同时会阻碍聚酯分子链的热运动,影响聚酯的流变性能,并提高聚酯的熔点和玻璃化温度。在上述研究的基础上,采用异山梨醇和异甘露醇作为第三单体,在乙二醇锑/γ-Al OOH复合催化剂的催化下对PET进行改性,合成了聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-对苯二甲酸异山梨醇酯)(PEIST)和聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-对苯二甲酸异甘露醇酯)(PEIMT)。采用示差扫描量热分析(DSC)、偏光显微镜(POM)、XRD、紫外-可见-近红外光谱(UV–Vis-NIR)等分析手段对比了PEIST和PEIMT在热性能、结晶性能及光学性能上的差异。PEIST和PEIMT均具有良好的热性能,并且随着第三单体用量的增加,两种共聚酯的结晶能力逐渐降低,雾度也随之降低。但两种第三单体对PEIST和PEIMT的光学性能的贡献是有限的,由于颜色稳定性的差异,黄变程度随着第三单体用量的增加而变大,这使得一部分蓝紫光被吸收,导致共聚酯的透光率下降。PEIMT比PEIST的颜色稳定性好,并且光学性能更佳,但雾度仍有待进一步降低。为了进一步降低PEIMT的雾度,分别采用间苯二甲酸和1,4-环己烷二甲酸作为第四单体对其进行共聚改性,合成了聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-对苯二甲酸异甘露醇酯-共-间苯二甲酸乙二醇酯-共-间苯二甲酸异甘露醇酯)(PEIIT)和聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共-对苯二甲酸异甘露醇酯-共-1,4-环己烷二甲酸乙二醇酯-共-1,4-环己烷二甲酸异甘露醇酯)(PEICT)。两种共聚酯的性能变化规律大致相同,即随着第四单体含量的提高,共聚酯的结晶能力逐渐减弱,使透光率在一定范围内逐渐提高。但随着黄变程度的增大,透光率会在出现最高值后逐渐下降。四元共聚对PEIMT的雾度降低作用尤为显著,可以得到雾度完全为零的PEIIT和PEICT共聚酯。但PEICT同PEIIT相比,在相同的第四单体用量下可以保持更高的熔点和更低的黄变程度,并且使用更少的第四单体即可获得雾度为零的效果。采用具有最佳光学性能的PEICT共聚酯进行了中试聚酯合成和工程化双向拉伸制膜实验,所得聚酯切片和光学BOPEICT薄膜的各项性能均达到了商品光学聚酯和光学薄膜的性能要求。