CN108995337A - 一种高阻水性包装复合膜及其制备方法 - Google Patents

一种高阻水性包装复合膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高阻水性包装复合膜，包括依次设置的表层、中间层和内层，所述表层为PE层、PET层、BOPP层、PA层中的一种；所述中间层为铝箔、PVA层、PET层中的一种；所述内层包括由内至外依次设置的热封层、阻隔层和复合层；所述热封层为PE层、PP层、E/VAC层、PE和PP共挤层中的一种；所述阻隔层为添加无机填充物的PE层或PVA层；所述复合层为PE层或PP层。本发明提供一种高阻水性能，热封性能良好的包装复合膜，该复合膜主要用于工业品包装。

Description

一种高阻水性包装复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料包装技术领域，具体涉及一种高阻水性包装复合膜及其制备方法。
背景技术
包装膜广泛地适用在各行各业中，适应于包装各种形状的商品，密封包装好的商品具有卫生性、保洁性以及防尘阻湿性能，还能够使产品具有良好的保护性能。包装膜的阻隔性能是衡量包装膜优劣的重要指标，也会直接影响产品的包装效果。利用包装膜进行产品包装时，其内容物发生变化的大多数原因是由于包装膜的阻隔性差，受水分及氧气、微生物影响内容物发生变化。为了提高包装的密封性，包装领域广泛使用铝箔及铝塑复合材料作阻隔功能包装材料。
工业包装中尤其是电器件的工业包装要求包装膜具有良好的阻水透气性，有研究表明水分子是影响OLED器件寿命的重要因素之一，因此封装OLED器件的包装膜透水率必须达到10-4～10-6g/m2。现有技术中多采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)阻隔膜包装电器件，但PEN制造成本高，限制了PEN大规模使用，因此需要研发一种制造成本低，阻水性能高的复合膜。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高阻水性能，热封性能良好的包装复合膜，该复合膜主要用于工业品包装。本发明的另一目的在于提供一种高阻水性包装复合膜的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种高阻水性包装复合膜，包括依次设置的表层、中间层和内层，所述表层为PE层、PET层、BOPP层、PA层中的一种；所述中间层为铝箔、PVA层、PET层中的一种；所述内层包括由内至外依次设置的热封层、阻隔层和复合层；所述热封层为PE层、PP层、E/VAC层、PE和PP共挤层中的一种；所述阻隔层为添加无机填充物的PE层或PVA层；所述复合层为PE层或PP层。PE膜、PET膜、BOPP膜、PA膜具有良好的透气阻水性能。铝箔、PVA膜和PET膜也具有良好的阻水性能，在内层的阻隔层中添加无机填充物将进入阻隔膜的少量水蒸气通过化学反应消耗掉，通过化学反应的方式消耗水蒸气，水蒸气与无机化合物反应生成碱以及气体，采用阻气性能良好的PP膜、E/VAC膜或PE和PP共挤膜阻隔气体，提高复合膜的阻水性能。
作为优选的技术方案，所述无机填充物为活泼金属氧化物、活泼金属过氧化物和活泼金属碳化物。采用能与水发生化学反应的无机化合物，通过化学反应消除进入复合膜中的水蒸气，由于高分子材料具有良好的稳定性，无机物的添加量3～5％，对复合膜的性能没有明显的影响。所述活泼金属氧化物主要指氧化钾、氧化钠、氧化锂、氧化钙、氧化镁，所述活泼金属过氧化物为过氧化钾、过氧化钠和过氧化钡；所述活泼金属碳化物为碳化钙、碳化铝等。
作为优选的技术方案，所述阻隔层中无机填充物的添加量为阻隔层总质量的3～5％。
作为优选的技术方案，所述阻隔层中无机填充物的粒径大小为1～3μm。无机填充物的粒径过大会影响复合膜的表观性能和机械性能，无机填充物的粒径过小会增加分散难度，使无机填充物不能与高分子化合物形成均一的体系。无机填充物以固体或熔融状态与高分子化合物进行分散混合。
作为优选的技术方案，所述复合膜的表层、中间层和内层通过干式复合法进行复合。
作为优选的技术方案，所述阻隔层和热封层之间设有隔绝层，所述隔绝层为添加1～2％的玻璃鳞片的PE层，玻璃鳞片的粒径大小为3～5μm。市售玻璃鳞片主要是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化硼、氧化钾和氧化钠等无机物加工而成，添加在涂料中，通过物理阻隔的方式提高涂料的防水性能，将少量的玻璃鳞片添加到复合膜的高分子材料中，利用其物理阻隔的效应，提高复合膜阻隔性能。
作为优选的技术方案，所述包装复合膜的厚度为0.1～2.5mm。
一种高阻水性包装复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过共挤复合工艺制备表层，工艺流程如下：两台或两台以上挤出机分别进料→复合圆形口模共挤出→复合多层次薄膜吹胀→风环冷却→人字架吹胀膜泡引膜→熄泡辊夹膜熄泡→剖切→电晕处理→收卷；
(2)通过共挤复合工艺制备内层：所述阻隔层的PE或PVA母粒与无机填充物在密闭混料罐中4～10℃低温混料20～30min，将混合物料与爽滑剂加入锥形双螺辊挤出机中与热封层和复合层进行共挤复合，所述混合物料与爽滑剂在锥形双螺旋挤出机中采用分段控温的方式；阻隔层采用PE母粒，熔化段温度设定为105～110℃，终熔均化段温度设定为125～135℃，均化分散段温度设定为135～140℃，分散段温度设定为140～145℃；阻隔层采用PVA母粒，熔化段温度设定为75～80℃，终熔均化段温度设定为90～95℃，均化分散段温度设定为95～100℃，分散段温度设定为105～115℃；
采用锥形双螺辊挤出机，先将高分子化合物母粒在低温条件下与无机填充物共混，提高无机填充物在高分子化合物的分散度，避免高温条件下由于高分子化合物粘度过大，无机填充物与高分子化合物混合部均匀。也可将无机填充物先与偶联剂混合，高温反应，在于高分子化合物在锥形双螺旋挤出机中挤出。
(3)表层、中间层和内层采用干式复合法，先将中间层与表层复合，再与内层复合；将聚氨酯胶水均匀涂覆于表层上，先与中间层进行复合、干燥、熟化，其中施胶量为2.0-4.0g/m2，干燥温度为60～80℃，熟化温度为50-60℃，熟化时间2～3天；表层与内层复合后的合成膜再与内层的复合层粘接进行干式复合，其中施胶量为2.5-5.0g/m2。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种高阻水性的包装复合膜，该复合膜采用阻水透气性能良好的PE、PET、BOPP、PA作为表层材料，对环境中的水分进行初步阻隔；采用阻水性良好的铝箔、PVA、PET作为中间层，进一步阻挡水分的进入；在内层设置阻隔层，通过氧化还原反应将进入内层的水分消耗掉防止水分进步包装物中。通过三层阻水复合膜的设置将阻水率提高99％以上，与传统包装膜相比阻水性能提高10～50倍以上，满足工业上对阻水包装膜的需要。所述含有玻璃鳞片的隔绝层增加了气体分子和水分子在复合膜中的扩散入侵路径。
附图说明
图1是本发明高阻水性包装复合膜的结构示意图。
图中：1、表层；2、中间层；3、复合层；4、阻隔层；5、隔绝层；6、热封层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种高阻水性包装复合膜，包括依次设置的表层1、中间层2和内层，所述表层为PE层、PET层、BOPP层、PA层中的一种；所述中间层为铝箔、PVA层、PET层中的一种；所述内层包括由内至外依次设置的热封层6、阻隔层4和复合层3；所述热封层为PE层、PP层、E/VAC层、PE和PP共挤层中的一种；所述阻隔层为添加无机填充物的PE层或PVA层；所述复合层为PE层或PP层。
所述无机填充物为活泼金属氧化物、活泼金属过氧化物和活泼金属碳化物。
所述阻隔层中无机填充物的添加量为阻隔层总质量的3～5％。
所述阻隔层中无机填充物的粒径大小为1～3μm。
所述复合膜的表层、中间层和内层通过干式复合法进行复合。
所述阻隔层和热封层之间设有隔绝层5，所述隔绝层为添加1～2％的玻璃鳞片的PE层，玻璃鳞片的粒径大小为3～5μm。
所述包装复合膜的厚度为0.1～2.5mm。
一种高阻水性包装复合膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过共挤复合工艺制备表层，工艺流程如下：两台或两台以上挤出机分别进料→复合圆形口模共挤出→复合多层次薄膜吹胀→风环冷却→人字架吹胀膜泡引膜→熄泡辊夹膜熄泡→剖切→电晕处理→收卷；
(2)通过共挤复合工艺制备内层：所述阻隔层的PE或PVA母粒与无机填充物在密闭混料罐中4～10℃低温混料20～30min，将混合物料与爽滑剂加入锥形双螺辊挤出机中与热封层和复合层进行共挤复合，所述混合物料与爽滑剂在锥形双螺旋挤出机中采用分段控温的方式；阻隔层采用PE母粒，熔化段温度设定为105～110℃，终熔均化段温度设定为125～135℃，均化分散段温度设定为135～140℃，分散段温度设定为140～145℃；阻隔层采用PVA母粒，熔化段温度设定为75～80℃，终熔均化段温度设定为90～95℃，均化分散段温度设定为95～100℃，分散段温度设定为105～115℃；
(3)表层、中间层和内层采用干式复合法，先将中间层与表层复合，再与内层复合；将聚氨酯胶水均匀涂覆于表层上，先与中间层进行复合、干燥、熟化，其中施胶量为2.0-4.0g/m2，干燥温度为60～80℃，熟化温度为50-60℃，熟化时间2～3天；表层与内层复合后的合成膜再与内层的复合层粘接进行干式复合，其中施胶量为2.5-5.0g/m2。
实施例1
一种高阻水性包装复合膜，所述复合膜的表层重量占比为LDPE20％、HDPE75％、爽滑剂2％和防粘剂3％；中间层为铝箔；内层的复合层重量占比为HDPE30％，LDPE28％和LLDPE40％，爽滑剂2％；阻隔层为HDPE25％，LDPE30％，LLDPE40％和氧化钙5％；热封层为HDPE40％，LLDPE58％和爽滑剂2％，所述内层通过共挤复合而成，所述表层、中间层和内层通过干式复合法复合而成，所述爽滑剂为油酸酰胺或芥酸酰胺。氧化钙与水蒸气反应生成氢氧化钙，通过化学反应消耗进入复合膜中的水分。
实施例2
实施例2与实施例1的差别在于，所述复合膜的表层重量占比为BOPP30％、PP-R66％、爽滑剂2％和防粘剂2％；中间层为PVA；内层的复合层HDPE30％，LDPE30％，LLDPE38％和爽滑剂2％；阻隔层为HDPE28％，LDPE30％，LLDPE37％，氧化钠和氧化钾混合物3％，爽滑剂2％，热封层为HDPE39％、LLDPE60％和爽滑剂1％。氧化钠与氧化钾与水蒸气反应生成氢氧化钠和氢氧化钾。
实施例3
实施例3与实施例1的差别在于，所述复合膜的表层重量占比为PET80％，HDPE18％和爽滑剂2％；中间层为PVA；内层的复合层为HDPE35％，LDPE20％，LLDPE40％，爽滑剂5％；阻隔层为PVA95％过氧化钠和过氧化钾混合物3％，锆铝酸盐偶联剂1％，爽滑剂1％；热封层为E/VAC78％，LLDPE20％和爽滑剂2％。
实施例4
实施例4与实施例1的差别在于，所述复合膜的表层重量占比为LDPA20％，PA78％和爽滑剂2％；中间层为PET；内层的复合层为HDPE37％，LDPE20％，LLDPE40％和爽滑剂3％；阻隔层为PVA95％，碳化钙和碳化铝3％，偶联剂0.5％，爽滑剂2％；热封层为PP 60％，LLDPE38％，爽滑剂2％。
实施例5
实施例4与实施例1的差别在于，所述复合膜的表层重量占比为PET75％，LDPE20％，防粘剂2％和爽滑剂3％；中间层为铝箔；内层的复合层为PP40％，LDPE20％，LLDPE38％和防粘剂2％；阻隔层为HDPE25％，LDPE30％，LLDPE40％和氧化镁5％；热封层为LLDPE50％和PP50％。
实施例6
实施例6与实施例1的差别在于，所述阻隔层与热封层之间设有隔绝层，所述隔绝层是HDPE25％，LDPE40％，LLDPE30％和玻璃鳞片2％，所述内层通过共挤复合而成。
实施例7
实施例7与实施例2的差别在于，所述阻隔层与热封层之间设有隔绝层，所述隔绝层是PP40％，LDPE19％，LLDPE40％和玻璃鳞片1％。
对照例1
对照例1与实施例1的差别在于，对照例1的阻隔层中未添加无机填充物。
对照例2
对照例2与实施例2的差别在于，对照例2的阻隔层中未添加无机填充物。
本发明各项实施例和对照例中，各项性能的检测方法如下：
厚度：GB/T6672-2001ISO4592)；
拉伸强度：GB/T13022-1991ASTMD882；
断裂伸长率：GB/T13022-1991ASTMD882；
水蒸汽透过量：GB/T26253-2010；ISO-15106-2-2003；
氧气透过量：GB/T19789-2005；ASTMD3985。
将本发明实施例1～5制成的复合膜进行性能测试，测试结果如表1，将本发明实施例6～7和对照例1～2制成的复合膜进行性能测试，测试结果如表2。
表1实施例1～5复合膜的性能指标
表2实施例6～7和对照例1～2复合膜的性能指标
由表1和表2可知，通过比较实施例1～5可知，中间层为铝箔的复合膜对水蒸气和氧气的组合效果要明显好于PET和PVA材质，但是添加铝箔的复合膜断裂伸长率和拉伸强度下降；通过比较实施例1～2与实施例6～7，添加玻璃鳞片的复合膜断裂强度和断裂伸长率没有明显变化，但是水蒸气透过量显著降低，氧气透过量也明显下降，尤其是实施例6复合膜几乎内有水蒸气透过；通过比较实施例1～7与对照例，添加无机填充物的复合膜与常规复合膜的拉伸强度和断裂伸长率没有明显变化，可以添加重量比3～5％的无机填充物对复合膜的机械性能没有显著影响，当由于无机填充物的加入，能与进入膜中的水分发生反应因此，对于复合膜的阻水性能有较大的提高，不同的无机填充物对水分的阻隔效果不同，添加玻璃鳞片有效的增加了氧气和水蒸气的通行路径，降低了水蒸气和氧气的透过量。
本发明中字母含义如下：
PE：聚乙烯；
PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯；
BOPP：双向拉伸聚丙烯；
PA：聚酰胺；
PVA：聚乙烯醇；
PP：聚丙烯；
E/VAC：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高阻水性包装复合膜，包括依次设置的表层、中间层和内层，其特征在于，所述表层为PE层、PET层、BOPP层、PA层中的一种；所述中间层为铝箔、PVA层、PET层中的一种；所述内层包括由内至外依次设置的热封层、阻隔层和复合层；所述热封层为PE层、PP层、E/VAC层、PE和PP共挤层中的一种；所述阻隔层为添加无机填充物的PE层或PVA层；所述复合层为PE层或PP层。
2.根据权利要求1所述的一种高阻水性包装复合膜，其特征在于，所述无机填充物为活泼金属氧化物、活泼金属过氧化物和活泼金属碳化物。
3.根据权利要求2所述的一种高阻水性包装复合膜，其特征在于，所述阻隔层中无机填充物的添加量为阻隔层总质量的3～5％。
4.根据权利要求3所述的一种高阻水性包装复合膜，其特征在于，所述阻隔层中无机填充物的粒径大小为1～3μm。
5.根据权利要求4所述的一种高阻水性包装复合膜，其特征在于，所述复合膜的表层、中间层和内层通过干式复合法进行复合。
6.根据权利要求5所述的一种高阻水性包装复合膜，其特征在于，所述阻隔层和热封层之间设有隔绝层，所述隔绝层为添加1～2％的玻璃鳞片的PE层，玻璃鳞片的粒径大小为3～5μm。
7.根据权利要求6所述一种高阻水性包装复合膜，其特征在于，所述包装复合膜的厚度为0.1～2.5mm。
8.根据权利要求1～7任意权利要求所述的一种高阻水性包装复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过共挤复合工艺制备表层，工艺流程如下：两台或两台以上挤出机分别进料→复合圆形口模共挤出→复合多层次薄膜吹胀→风环冷却→人字架吹胀膜泡引膜→熄泡辊夹膜熄泡→剖切→电晕处理→收卷；
(2)通过共挤复合工艺制备内层：所述阻隔层的PE或PVA母粒与无机填充物在密闭混料罐中4～10℃低温混料20～30min，将混合物料与爽滑剂加入锥形双螺辊挤出机中与热封层和复合层进行共挤复合，所述混合物料与爽滑剂在锥形双螺旋挤出机中采用分段控温的方式；阻隔层采用PE母粒，熔化段温度设定为105～110℃，终熔均化段温度设定为125～135℃，均化分散段温度设定为135～140℃，分散段温度设定为140～145℃；阻隔层采用PVA母粒，熔化段温度设定为75～80℃，终熔均化段温度设定为90～95℃，均化分散段温度设定为95～100℃，分散段温度设定为105～115℃；
(3)表层、中间层和内层采用干式复合法，先将中间层与表层复合，再与内层复合；将聚氨酯胶水均匀涂覆于表层上，先与中间层进行复合、干燥、熟化，其中施胶量为2.0-4.0g/m2，干燥温度为60～80℃，熟化温度为50-60℃，熟化时间2～3天；表层与内层复合后的合成膜再与内层的复合层粘接进行干式复合，其中施胶量为2.5-5.0g/m2。
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