CN102719200B - 一种高挺高强热封性能压纹膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高挺高强热封性能压纹膜及其制备方法，特别是一种应用于流延压纹工艺的薄膜。通过组分对膜层的密度进行控制，通过对加工工艺的细化，对三层共挤流延膜压纹膜的各层形变趋势进行优化，进而得到一种高挺高强热封性能压纹膜，同时具有高弹性模量、高拉伸强度，具有良好的热封性能，并且其加工性能优异，使用时能有效减少厚度，节约成本，能使用于对抗污染热封有高要求的场合。

Description

一种高挺高强热封性能压纹膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高挺高强热封性能压纹膜及其制备方法，特别是一种应用流延压纹工艺制备的薄膜。

背景技术

复合塑料软包装材料大部分都是由几层薄膜复合而成的，一般由功能有侧重区分的膜层复合组成，比如说：粘接层提供热封性能，通常为吹塑聚乙烯(IPE)薄膜、流延聚乙烯(CPE)薄膜、流延聚丙烯(CPP)薄膜和EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)薄膜；基材层提供好的力学性能和功能性能，一般为双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)、双向拉伸尼龙薄膜(BOPA)、双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPE)、涂布聚偏二氯乙烯薄膜(PVDC)、聚乙烯醇薄膜(PVA)、铝箔、纸张等阻隔性好的材料。同时根据所应用的领域对各个膜层的层数和配方进行优化，因此，复合塑料软包装材料应用范围广。但是，目前的复合塑料软包装材料普遍存在较厚的缺点，其原材料用料较多，成本较高。

此外，为了降低材料成本，往往使用的流延膜厚度较薄，其流延膜力学性能相应也随着厚度而降低，在材料的加工和使用过程中容易产生针眼、力学性能下降、耐温性差、挺度小，用作卫材包装层时，粘结材料容易将薄膜撕破，热封性要求高。同时，在其生产过程中，其薄膜的厚度难以控制，导致其薄膜性能不均衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高挺高强热封性能压纹膜，同时具有高弹性模量、高拉伸强度，具有良好的热封性能，并且其加工性能优异，使用时能有效减少厚度，节约成本，能使用于对抗污染热封有高要求的场合。

本发明的另一个目的在于提供这种高挺高强热封性能压纹膜的制备方法，使用该方法制备的薄膜具有厚度偏差小，生产连续的特点。

本发明所述的高挺高强热封性能压纹膜，其特征在于包含三层结构：(1)粘层，包含有30-60wt％的茂金属聚乙烯、5-50wt％LDPE和20-35wt％HDPE；(2)中间层，包含有75-90wt％的MDPE和10-25wt％LDPE；(3)背材层：包含70-90wt％HDPE和10-30wt％LDPE。

三层膜结构的总厚度为20-30微米；其中粘层∶中间层∶背材层厚度比为1-1.5∶0.7-0.8∶0.5，更优选为：1.25∶0.75∶0.5。

所述茂金属聚乙烯为茂金属催化的线型低密度聚乙烯(mLLDPE)，是乙烯与其它烯烃单体的共聚物，例如乙烯与1-丁烯、1-已烯或1-辛烯的共聚物。熔体指数小于或等于1.0g/10min，密度为0.900-0.908克/厘米3。

所述LDPE为低密度聚乙烯，熔融指数为2-3g/10min，密度为0.918-0.925g/cm3；

所述HDPE为高密度聚乙烯，熔融指数为3-4g/10min，密度为0.951-0.963g/cm3；

所述MDPE为中密度聚乙烯，熔融指数为4g/10min，密度为0.926-0.940g/cm3；

优选的，所述粘层中mLLDPE的含量为50-60wt％，5-30wt％LDPE和20-35wt％HDPE；

各个膜层组分中可以含有标准添加剂例如抗氧化剂、防粘连剂、抗静电剂、滑爽剂、颜料、染料等。根据具体使用领域和性能要求，可以相应的进行添加。

制备上述高挺高强热封性能压纹膜的方法是：利用三层共挤流延膜压纹膜机组，将原料按照上述三层结构挤出：(1)配置各个膜层的原料，并混合均匀；(2)将步骤(1)中配料分别加入到不同挤出机中，各膜层原料混合物分别由不同挤出机于180-280℃温度范围进行熔融、塑化、挤压汇流于同一T型模头，模头流出熔体经冷却辊冷却形成膜片，即得三层共挤流延膜；(3)再将(2)中得到的三层共挤流延膜经压纹辊，在其热层表面挤压压纹；(4)任选的，经常规电晕或火焰处理后，即得三层共挤流延压纹膜。

其中，所述冷却装置是冷却辊；根据不同产品的需求，冷却辊可以为多个串联，且冷却温度可在范围为0℃-60℃内设置；所述三层共挤流延膜压纹膜机组中挤出机的螺杆直径分别为45/90/45mm，挤出机的螺杆的长径比为35∶1，挤出生产线度是50-200m/min。在以上组分配比和设备条件下优选三个挤出机螺杆转速为粘层∶中间层∶背材层＝30rpm∶50rpm∶75rpm。

本发明所取得的有益技术效果是：

(1)通过选择各层组分不同密度和熔融指数的用量来调节各个膜层的最终密度和模口流动性，使所得薄膜具有较高模量，特别是初始模量，以满足生产线连续生产的要求；同时，通过控制三层共挤流延膜压纹膜机组的工艺参数进而实现控制三个复合膜层的厚度配比，使得三层复合膜在收到应力作用时三个膜层具有接近的形变变化趋势，进而使得其物理机械性能最大化，不会因为一个膜层的性能指标提前达到最大值而导致巨大形变或破裂使得三层复合膜整体性能出现急剧损失。

(2)通常流延膜材料的熔体指数要求在2-8的范围内，本申请通过采用较低熔体指数(MI≤1.0g/10min)的mLLDPE可提高制得的薄膜的模量(尤其是初始模量)的上胶耐热性，使得粘层具有高热封性和优秀的抗污染能力。

(3)通过调节熔体指数使组合物具有优良的加工性能，在高剪切速率下加工时保持挤出稳定性。

(4)不需要使用特殊的设备，在现有设备的基础上即可实现。

以上特点使得本申请的高挺高强热封性能压纹膜能完全适合应用于卫生包装膜，以及使用于对抗污染热封有高要求的场合。

具体实施方式

下面结合具体实方式对本发明作进一步详细描述，具体方式中仅仅是对发明技术效果的验证，由于可以在不背离本发明精神的前提下以各种方式实施本发明，因此本实施方式是说明性的而非限制性的。

实施例中使用的原料：

mLLDPE：SP0510(日本蒲瑞曼)，熔融指数1.2g/10min，密度为0.903g/cm3；

HDPE：HDPE/8049/荷兰DSM，熔融指数5g/10min，密度为0.953g/cm3；

LDPE：FA201-0日本住友，2g/10min，密度：0.919g/cm3；

MDPE：MBO435(巴西Braskem)，熔融指数4g/10min，密度为0.9333g/cm3；

本申请设计要求的卫材用三层共挤流延压纹复合膜技术要求：

成品厚度20-30微米

成品宽度1200-2000mm

纵向拉伸强度≥7.5MPa

横向拉伸断裂强度≥7.5Mpa

纵向断裂伸长率≥500％

横向断裂伸长率≥600％

膜收卷时的表面温度与室内温度之差＜5℃

膜卷须表面平整，两端齐整。

表1主要性能测试指标和测试标准

在本实施例中所采用的三层共挤流延机为SJLY-多层共挤流延压纹膜生产线，按照下表2中的配方进行制备，三个挤出机的螺杆直径依次为45/90/45mm，三个挤出机的螺杆的长径比均为35∶1，机筒温度：210℃、230℃、240℃、255℃、265℃共5段，T模宽度是2.4m，与T模头在180-280℃进行挤出，挤出生产线度是150-200m/min。实施例1-8和比较例1-4中三层膜各自的挤出机螺杆转速分别为粘层∶中间层∶背材层＝30rpm∶50rpm∶75rpm。

表2流延压纹复合膜实施例和对比例配方

将按照实施例1-8和对比例1-4的配方和上述制备方法制备得到的膜进行性能测试，取平均值并将得到的结果汇于表3中

表3三层共挤流延纹压膜性能测试表

从表3中的数据可知，当三层共挤流延纹压膜中各层中组分处于所要求限定的比例范围内时，其性能指标均能达到设计和使用要求。但如对比例1-4所示，仅当粘层中mLLDPE的含量超出30-60％时，其拉伸和断裂的性能指标出现了波动，且有低于所要求的指标值的项。可见，通过选择各层组分的用量来调节各个膜层的最终密度，使所得薄膜具有较好的综合机械性能。

对比例5-8除了螺杆转速以外，均采用实施例7的工艺步骤。

对比例5的螺杆转速值为，粘层∶中间层∶背材层＝50rpm∶50rpm∶50rpm；

对比例6的螺杆转速值为，粘层∶中间层∶背材层＝75rpm∶75rpm∶75rpm；

对比例7的螺杆转速值为，粘层∶中间层∶背材层＝35rpm∶50rpm∶70rpm；

对比例8的螺杆转速值为，粘层∶中间层∶背材层＝40rpm∶50rpm∶60rpm；

将得到的对比例5-8的性能参数测试结果汇入表3中。可见，在物料配比相同的情况下，采用有差别的螺杆转速进行生产得到的三层共挤流延纹压膜比使用相同的螺杆转速得到的三层共挤流延纹压膜具有更好的机械性能。同时，即使在有差别的螺杆转速下，得到的三层共挤流延纹压膜的性能仍然具有差异，这是由于三层膜虽然复合在一起，但是其对于外力的承受主要是在单独的层的延伸方向上。当某层在延伸的方向上受到的外力超过该层膜的极限时，就会发生强烈的变形或断裂破坏，此时这种破坏就会导致该层无法承受该外力，并将该外力完全作用在其他膜层上，使得该三层共挤流延纹压膜只有1或2层膜在承受外力的作用，这必然使得其承受能力大大减小。因此，说明了在组成和加工工艺相同的前提下(本申请技术方案中的组成能提供稳定的膜口加工稳定性)，可以通过调整螺杆转速使得不同膜层的受力形变变化趋势趋近相同，使得其在遭到外力发生破坏时接近于该膜所能承受外力的峰值。即通过工艺上的变化改进，优化三层共挤流延纹压膜的机械性能。而材料的力学变形强弱关系宏观表现为所制得的三层共挤流延纹压膜的各个层的厚度比。因此，综合实施例1-8、对比例1-8的实验结果可知，三层共挤流延纹压膜的厚度和单个层的密度在一定程度上与其力学性能有直接关系。而在本申请的三层共挤流延纹压膜的组成和使用要求下，经过上述分析、数据模拟和大量实验验证，发现粘层∶中间层∶背材层＝30rpm∶50rpm∶75rpm时的三层共挤流延纹压膜中的各个膜层的形变趋势最为接近。其膜的综合力学性能也处于较佳水平。进而据此优化了制备工艺。

为了实现制备的薄膜材料的不同膜层的受力形变变化趋势趋近相同所带来的力学指标上的提高的设想。经过大量实验，选择在材料的组分上体现为对组分密度和熔融指数的配合，以及在工艺上体现为挤出机其他参数相同的前提下由螺杆转速所带来的优化。这两方面有针对性的改进，对于工艺生产来说容易实现，不需要添加新的设备。

另外，取实施例7和对比例1中制备得到的层共挤流延纹压膜，进行热封强度测试，结果见表4。

表4三层共挤流延纹压膜热封强度测试表

可见，在三层共挤流延纹压膜中的热膜中添加合适量的mLLDPE能够提供较好的热封性能。

同时，在多层共挤流延压纹膜生产线中使用在线膜厚检测***，在上述工艺条件下所制备得到的薄膜的厚度偏差小于0.2％，满足了行业内对于薄膜厚度偏差的要求指标。

Claims (10)

1.一种高挺高强热封性能压纹膜，其特征在于包含有总厚度为20-30微米的三层结构构成：(1)粘层，包含有30-60wt％的茂金属聚乙烯、5-50wt％LDPE和20-35wt％HDPE；(2)中间层，包含有75-90wt％的MDPE和10-25wt％LDPE；(3)背材层：包含70-90wt％HDPE和10-30wt％LDPE。

2.根据权利要求1所述的高挺高强热封性能压纹膜，其中所述茂金属聚乙烯为茂金属催化的线型低密度聚乙烯(mLLDPE)，是乙烯与1-丁烯、1-己烯或1-辛烯的共聚物，熔体指数小于或等于1.0g/10min，密度为0.900-0.908g/cm³。

3.根据权利要求1所述的高挺高强热封性能压纹膜，其中所述LDPE为低密度聚乙烯，熔融指数为2-3g/10min，密度为0.918-0.925g/cm³；所述HDPE为高密度聚乙烯，熔融指数为3-4g/10min，密度为0.951-0.963g/cm³；所述MDPE为中密度聚乙烯，熔融指数为4g/10min，密度为0.926-0.940g/cm³。

4.根据权利要求2所述的高挺高强热封性能压纹膜，其中所述粘层包含50-60wt％的mLLDPE、5-30wt％LDPE和20-35wt％HDPE。

5.根据权利要求1所述的高挺高强热封性能压纹膜，其粘层：中间层：背材层厚度比为1-1.5:0.7-0.8:0.5。

6.根据权利要求1所述的高挺高强热封性能压纹膜，其粘层：中间层：背材层厚度比为1.25：0.75：0.5。

7.如权利要求1所述的高挺高强热封性能压纹膜的制备方法，其特征在于：将原料按照权利要求1-6中任一所述高挺高强热封性能压纹膜的组分进行原料配置，利用三层共挤流延膜压纹膜机组进行制备，其具体步骤包括：

(1)按照原料配置将各个膜层的原料混合均匀；

(2)将步骤(1)中配料分别加入到不同挤出机中，各膜层原料混合物分别由不同挤出机于180-280℃温度范围进行熔融、塑化、挤压汇流于同一T型模头，模头流出熔体经冷却辊冷却形成膜片，即得三层共挤流延膜；

(3)再将(2)中得到的三层共挤流延膜经压纹辊，在其热层表面挤压压纹；

(4)经常规电晕或火焰处理后，经即得三层共挤流延压纹膜。

8.根据权利要求7中所述的高挺高强热封性能压纹膜的制备方法，其中，根据不同产品的需求，冷却辊可以为多个串联，且冷却温度可在范围为0℃-60℃内设置。

9.根据权利要求7中所述的高挺高强热封性能压纹膜的制备方法，其中，所述三层共挤流延膜压纹膜机组中挤出机的螺杆直径为45/90/45mm，挤出机的螺杆的长径比为35:1，挤出生产线度是50-200m/min。

10.根据权利要求7中所述的高挺高强热封性能压纹膜的制备方法，其中，挤出机螺杆转速分别为粘层：中间层：背材层＝30rpm：50rpm：75rpm。