CN109532177A - 一种三层共挤聚乙烯标签薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可印刷和可模切的三层膜结构标签材料，并且具体涉及一种三层共挤聚乙烯标签薄膜及其制备方法。本发明提供的聚乙烯标签薄膜包含外层、中间层和内层，外层、中间层和内层通过三层共挤上吹成型工艺得到标签薄膜，吹胀比控制在2‑3.5。外层由含量如下的成分制备而成：高密度聚乙烯70‑85%，茂金属催化的聚乙烯10%~20w%，低密度聚乙烯5%~10%，各组分的质量百分比之和为100%。中间层由含量如下的成分制备而成：高密度聚乙烯75‑90%，茂金属催化的聚乙烯10%~25w%。内层由含量如下的成分制备而成：中密度聚乙烯70%~90w%，低密度聚乙烯10%~30%。本发明标签薄膜提供足够的挺度和优异的模切性能以及良好的纵向和横向具有均衡的物理性能。

Description

一种三层共挤聚乙烯标签薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及可印刷和可模切的三层膜结构标签材料，并且具体涉及一种三层共挤聚乙烯标签薄膜及其制备方法。
背景技术
消费者在琳琅满目的同类商品中选购，产品外包装是吸引消费者的关键因素，而产品外包装的核心就是标签，标签作为品牌的载体，精致与否起到关键的作用。而随着经济和高科技的发展，产品的日新月异，人们的生活更趋向方便和休闲，对产品的外包装有了更高的要求。目前国内市场上的标签薄膜保持快速增长的势头， 并得到更为广泛的应用，标签材料也将向高层次、多样化的方向发展。在包装设计上应尽量使用同一材料、可分离可共存的材料，并趋向于使用结构简单、容易循环再生的材料。在满足粘贴、印刷等功能的前提下，尽量提供高性能的标签材料避免材料在模切过程中的破裂，减少材料的浪费。目前，标签薄膜材料的分类主要包括：聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)等。
CN201645946U公开了一种标签膜，其特征在于：它包括高压聚乙烯表层(1)、线性低密度聚乙烯连接层(2)和骨架层(3)；所述骨架层(3)的上下表面分别通过线性低密度聚乙烯连接层(2)紧密复合有高压聚乙烯表层(1)。本实用新型一种标签膜透明性好；聚丙烯PP或高密度聚乙烯HDPE作为骨架层，挺度好，易裁断；线性低密度聚乙烯LLDPE作为连接层，粘结牢度强，透明度高；高压聚乙烯LD表层，印刷性能好，表面无划痕、无晶点。该发明在于通过聚丙烯PP或高密度聚乙烯HDPE作为骨架层，挺度好，并未提供标签薄膜本身纵向和横向的物理性能以及对模切性能的影响。
CN1247127A公开了一种模内标签用三层共挤压双轴延伸聚丙烯纸及透明膜的制造，特用单螺杆押出机及套筒可抽气式具侧供料装置的双螺杆押出机制程，对聚丙烯树脂及无机物组合物，分别得到主、副押出机的挤压物，汇流经同一T型模头而成为纸面层或树脂层/发泡中间层或树脂层/树脂层的三层板片，再经冷却形成、双轴延伸、电晕处理，经卷取而成珠光合成纸及透明膜。其主要采用聚丙烯为原料，使用的聚丙烯树脂为选用熔融指数(以下简称MFI)0.5-12(230°/2.16Kg ASTM D1238)的大多为顺式(ISOTACTIC)的均一聚合物，可由选用不同MFI值及分子量分布原料，配合延伸倍率来控制机械强度及厚度均匀性。由于采用聚丙烯显示出纵向和横向相对高的模量，导致标签不是十分可顺应，不能到达良好的标签模切性能，且聚丙烯材料表面可印刷性能差，需要通过添加打印表层，存在后期使用导致的多层不同材料之间分层问题。
DE102007045117A1 已知一种用于制备标签的多层吹塑薄膜。该薄膜的层结构包括聚乙烯构成的两个外层和聚丙烯混合物构成的芯层。聚丙烯混合物由5～25 重量％的聚丙烯均聚物(PP-H)、5～35 重量％的聚丙烯无规共聚物(PP-RC)和40～80重量％的聚丙烯嵌段共聚物(PP-BC)。芯混合物的特征是可以促进材料弯曲刚度和冲压性能的低份额聚丙烯均聚物，混合高份额的PP 嵌段共聚物，可以由此制造具有高弹性模量和低浊度的，并且是针对大幅度弯曲表面开发的。对于很多应用而言，希望标签薄膜有更高的弯曲刚度。已知的吹塑薄膜是柔性的。不过由于薄膜多层材料种类不同，在常见的吹塑薄膜设备上加工稳定性差，影响薄膜的品质。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚乙烯标签薄膜，通过共挤出成型工艺得到包含外层、中间层和内层的复合标签膜。本发明选用聚乙烯为原材料，并通过层结构配方的设计，为标签膜提供足够的挺度和优异的模切性能，克服了聚丙烯材料的顺应性能，以及更好的挤压回弹性。本发明表面层和中间层添加茂金属催化的聚乙烯，能够为标签薄膜提供优异的模切性能。
本发明所要解决的技术问题还在于提供一种聚乙烯标签薄膜的制备方法，通过采用三层共挤上吹成型工艺，其能够通过吹胀比的控制，提供良好的纵向和横向的物理性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供实施例提供的一种三层共挤聚乙烯标签薄膜，包含外层、中间层和内层，外层、中间层和内层通过共挤吹膜得到所述标签薄膜，所述外层和内层位于所述中间层的两侧，所述聚乙烯标签薄膜在使用过程中通过内层与包装材料表面相接触。
所述外层由含量如下的成分制备而成：
高密度聚乙烯70-85%，
茂金属催化的聚乙烯10%~20%，
低密度聚乙烯5%~10%，
各组分的质量百分比之和为100%。
所述中间层由含量如下的成分制备而成：
高密度聚乙烯75-90%，
茂金属催化的聚乙烯10%~25%，
所述内层由含量如下的成分制备而成：
中密度聚乙烯70%~90%，
低密度聚乙烯10%~30%。
上述外层、中间层和内层分别占标签薄膜总厚度的 15%~30%、40%~70% 和15%~30%，外层、中间层和内层总厚度为100%。
外层是本发明的核心内容之一，其以高密度聚乙烯为主体材质，一方面为薄膜提供一定的强度，另一方面，配合茂金属催化的聚乙烯和低密度聚乙烯共混，其加工性比高密度聚乙烯能够在一定程度上调整薄膜的加工性，同时茂金属催化的聚乙烯分子结构规整，能够保证标签薄膜的应力开裂性能，低密度聚乙烯则能在一定程度上提升薄膜的抗刺穿性。最优的高密度聚乙烯、茂金属催化的聚乙烯和低密度聚乙烯的复配比例是75/15/10wt%。所用的树脂是已经商业化的吹膜级树脂，所用的高密度聚乙烯的熔体流动速率约为0.8~2.5g/10min，密度约为 0.941~0.963 g/cc 。高密度聚乙烯可以选用但不限于埃克森美孚生产HDPE-HD 8660.29。茂金属催化的聚乙烯的熔体流动速率约为 0.5~5.0g/10min，密度约为0.927~0.936g/cc 。茂金属催化的聚乙烯可以选用但不限于美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH。所用的低密度聚乙烯的熔体流动速率约为1~7g/10min，密度约为 0.92~0.925 g/cc，低密度聚乙烯可以选用但不限于埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC。
中间层是本发明的核心内容之二，高密度聚乙烯替换常规标签薄膜中间层的聚丙烯材料，其利用高密度聚乙烯具有更高强度的特点，同样能够赋予标签薄膜足够的挺度；茂金属催化的聚乙烯分子结构规整、韧性好，在制备标签薄膜模切过程中，不易发生破裂情况，提供较好的模切性能；而且，这样的中间层组成还保障了其与外层和内层之间的有效结合，提高膜的力学性能。最优的高密度聚乙烯和茂金属催化的聚乙烯的复配比例是80/20wt%。中间层所用的树脂是已经商业化的吹膜级树脂，高密度聚乙烯的熔体流动速率约为0.8~2.5g/10min，密度约为 0.941~0.963 g/cc 。高密度聚乙烯可以选用但不限于埃克森美孚生产HDPE-HD 8660.29，茂金属催化的聚乙烯的熔体流动速率约为 0.5~5.0g/10min，密度约为 0.927~0.936g/cc 。茂金属催化的聚乙烯可以选用但不限于美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH。
内层是本发明的核心内容之三，其以中密度聚乙烯为主体材质，一方面为薄膜提供一定的强度，另一方面，其加工性比高密度聚乙烯能够在一定程度上调整薄膜的加工性。最优的低密度聚乙烯和中密度聚乙烯的复配比例是20/80wt%。所用的树脂是已经商业化的吹膜级树脂，所用的低密度聚乙烯的熔体流动速率约为1~7g/10min，密度约为 0.92~0.925g/cc ，低密度聚乙烯可以选用但不限于埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC。中密度聚乙烯的熔体流动速率约为 0.5~3.5g/10min，密度约为 0.930~0.936 g/cc 。中密度聚乙烯可以选用但不限于法国道达尔生产的M3509。
外层、中间层和内层各自在标签薄膜总厚度中的重量（厚度）比例关系是本发明的核心内容之四，通过合理设计各层的重量（厚度）比例关系，从而使标签膜不仅具备良好的挺度和强度，并能够在模切过程中减少标签破裂情况的产生，同时保证共挤吹膜过程中的加工性和加工稳定性。
吹塑薄膜可以具有介于40μm 和100μm 之间的总厚度。优选介于50μm和85μm之间的总厚度，尤其是介于65μm 和85μm之间的总厚度。
本发明所述标签薄膜可用于制备洗发水或化妆品及相似应用要求的瓶外标签。
为了保证聚乙烯标签薄膜的质量，该标签薄膜采用共挤吹膜加工方法制备而成，使用三层共挤吹塑机，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按前述内容涉及的标签薄膜配料混合好后，供给 3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风扇吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比2-3.5），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到三层共挤聚乙烯标签薄膜。本发明采用上吹成型，通过吹胀比的调节，以及配合聚乙烯材料的熔融指数的选择，使得薄膜在纵向和横向具有均衡的物理性能，优选在弯曲挺度上，MD至少是CD的2.5倍，以保证良好的模切性能和尺寸稳定性能。
具体实施方式
以下结合优选实施例进一步详细描述本发明的特点及优点。以下实施方式仅是示例性的，本领域技术人员可在此基础上作出显而易见的修改，这些修改也被包括在本发明的范围内。
实施例1
取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯70份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯20份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯10份作为标签薄膜的外层树脂；取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯75份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯25份作为标签薄膜的中间层树脂；取法国道达尔生产的M3509中密度聚乙烯70份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯30份作为标签薄膜的内层树脂。
其中，就各层原料用量占整个聚乙烯标签薄膜的质量百分而言，外层、中间层和内层分别为 15%、70% 和15%。
制备过程：使用三层共挤吹塑机，按照上述配方配料，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按上述配比混合好后供给3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比为2），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到聚乙烯标签薄膜。其中，挤出机机筒温度区间：1 区180℃，2 区220℃，3 区205℃，4 区185℃，换网流道175℃ ；膜口温度190-220℃。
实施例2
取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯80份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯15份、埃克森美孚生产的LDPE- LD100AC低密度聚乙烯5份作为标签薄膜的外层树脂；取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯90份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯10份作为标签薄膜的中间层树脂；取法国道达尔生产的M3509中密度聚乙烯80份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯20份作为标签薄膜的内层树脂。
其中，就各层原料用量占整个聚乙烯标签薄膜的质量百分而言，外层、中间层和内层分别为20%、60% 和 20%。
制备过程：使用三层共挤吹塑机，按照上述配方配料，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按上述配比混合好后供给3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比为3），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到聚乙烯标签薄膜。其中，挤出机机筒温度区间：1 区190℃，2 区215℃，3 区200℃，4 区185℃，换网流道175℃ ；膜口温度185-210℃。
实施例3
取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯85份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯10份、埃克森美孚生产的LDPE- LD100AC低密度聚乙烯5份作为标签薄膜的外层树脂；取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯90份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯10份作为标签薄膜的中间层树脂；取法国道达尔生产的M3509中密度聚乙烯90份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯10份作为标签薄膜的内层树脂。
其中，就各层原料用量占整个聚乙烯标签薄膜的质量百分而言，外层、中间层和内层分别为 30%、40% 和 30%。
制备过程：使用三层共挤吹塑机，按照上述配方配料，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按上述配比混合好后供给3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比为3.5），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到聚乙烯标签薄膜。其中，挤出机机筒温度区间：1 区185℃，2区220℃，3 区200℃，4 区185℃，换网流道175℃ ；膜口温度190-220℃。
对比例1
取埃克森美孚生产的HDPE-HD8660.29高密度聚乙烯80份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯20份作为标签薄膜的外层树脂；取埃克森美孚生产的HDPE-HD8660.29高密度聚乙烯75份、埃克森美孚生产的LDPE- LD100AC低密度聚乙烯25份作为标签薄膜的中间层树脂；取法国道达尔生产的M3509中密度聚乙烯70份、埃克森美孚生产的LDPE- LD100AC低密度聚乙烯30份作为标签薄膜的内层树脂。
其中，就各层原料用量占整个聚乙烯标签薄膜的质量百分而言，外层、中间层和内层分别为 15%、70% 和15%。
制备过程：使用三层共挤吹塑机，按照上述配方配料，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按上述配比混合好后供给3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比为2），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到聚乙烯标签薄膜。其中，挤出机机筒温度区间：1 区180℃，2 区220℃，3 区205℃，4 区185℃，换网流道175℃ ；膜口温度190-220℃。
对比例2
取埃克森美孚生产的HDPE-HD8660.29高密度聚乙烯90份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯10份作为标签薄膜的外层树脂；取埃克森美孚生产的HDPE-HD8660.29高密度聚乙烯90份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯10份作为标签薄膜的中间层树脂；法国道达尔生产的M3509中密度聚乙烯80份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯20份作为标签薄膜的内层树脂。
其中，就各层原料用量占整个聚乙烯标签薄膜的质量百分而言，外层、中间层和内层分别为20%、60% 和 20%。
制备过程：使用三层共挤吹塑机，按照上述配方配料，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按上述配比混合好后供给3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比为3.5），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到聚乙烯标签薄膜。其中，挤出机机筒温度区间：1 区190℃，2区215℃，3 区200℃，4 区185℃，换网流道175℃ ；膜口温度185-210℃。
对比例3
取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯60份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯20份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯20份作为标签薄膜的外层树脂；取埃克森美孚生产的HDPE-HD 8660.29高密度聚乙烯70份、美国埃克森生产的MDPE-MD3505CH茂金属催化的聚乙烯30份作为标签薄膜的中间层树脂；取法国道达尔生产的M3509中密度聚乙烯90份、埃克森美孚生产的LDPE-LD100AC低密度聚乙烯10份作为标签薄膜的内层树脂。
其中，就各层原料用量占整个聚乙烯标签薄膜的质量百分而言，外层、中间层和内层分别为 30%、40% 和 30%。
制备过程：使用三层共挤吹塑机，按照上述配方配料，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按上述配比混合好后供给3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡（吹胀比为4），膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到聚乙烯标签薄膜。其中，挤出机机筒温度区间：1 区185℃，2 区220℃，3 区200℃，4 区185℃，换网流道175℃ ；膜口温度190-220℃。
具体实验结果如下表1所示：
编号 厚度（µm） 抗拉强度（N/mm<sup>2</sup>）MD/CD 弯曲挺度（mN）MD/CD 模切性能
实施例1 65 59.0/32.4 25/10 优
实施例2 75 64.5/30.7 27/11 优
对比例3 85 61.2/34.9 28/9 优
对比例1 65 54.7/27.2 25/16 一般
对比例2 75 52.9/26.5 30/21 差
对比例3 85 50.2/24.1 16/10 差
抗拉强度：根据ISO 527确定抗拉强度；
弹性模量：根据ISO 2493:1992确定弯曲挺度；
模切性能：通过模切机对聚乙烯标签薄膜样品进行模切，模切机速度为300片/分钟，依据标签的破裂情况确定标签薄膜模切性能是否优异，优：破裂比例小于1%。一般：破裂比例1-5%，差：破裂比例大于5%。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种聚乙烯标签薄膜，其特征在于：通过共挤出成型工艺得到包含外层、中间层和内层的复合标签膜，
所述外层由含量如下的成分制备而成：
高密度聚乙烯70-85%，
茂金属催化的聚乙烯10%~20%，
低密度聚乙烯5%~10%，
各组分的质量百分比之和为100%，
所述中间层由含量如下的成分制备而成：
高密度聚乙烯75-90%，
茂金属催化的聚乙烯10%~25%，
所述内层由含量如下的成分制备而成：
中密度聚乙烯70%~90%，
低密度聚乙烯10%~30%，
上述外层、中间层和内层分别占标签薄膜总厚度的 15%~30%、40%~70% 和15%~30%，外层、中间层和内层总厚度为100%。
2.根据权利要求1所述一种聚乙烯标签薄膜，其特征在于：所述外层所用的高密度聚乙烯的熔体流动速率为 0.8~2.5g/10min，密度为 0.941~0.963 g/cc ，茂金属催化的聚乙烯的熔体流动速率为 0.5~5.0g/10min，密度为0.927~0.936 g/cc ，低密度聚乙烯的熔体流动速率为1~7g/10min，密度为 0.92~0.925 g/cc 。
3.根据权利要求1所述一种聚乙烯标签薄膜，，其特征在于：所述中间层所用的高密度聚乙烯的熔体流动速率为 0.8~2.5g/10min，密度为 0.941~0.963 g/cc，茂金属催化的聚乙烯的熔体流动速率为 0.5~5.0g/10min，密度为 0.927~0.936 g/cc。
4.根据权利要求1所述一种聚乙烯标签薄膜，其特征在于：所述内层所用的低密度聚乙烯的熔体流动速率为1~7g/10min，密度为 0.92~0.925 g/cc，中密度聚乙烯的熔体流动速率为 0.5~3.5g/10min，密度为 0.930~0.936 g/cc。
5.根据权利要求1所述一种聚乙烯标签薄膜，其特征在于：吹塑薄膜具有介于40μm 和100μm 之间的总厚度。
6.权利要求1-5任一项所述一种聚乙烯标签薄膜的制备方法，其特征在于：通过共挤吹膜加工方法制备而成，使用三层共挤吹塑机，由料仓进入质量配料器，质量配料器将原料按前述内容涉及的标签薄膜配料混合好后，供给 3 台不同角度摆放的挤出机，经换网机构和料管送至模头后分别形成薄膜中间层及内外层，由风机吹入冷却空气将膜管吹胀成膜泡，膜泡经外冷却风环和膜泡内冷***冷却后，经牵伸装置和电晕处理器处理后进入收卷装置进行收卷，即得到三层共挤聚乙烯标签薄膜。
7.根据权利要求6所述一种聚乙烯标签薄膜的制备方法，其特征在于：采用上吹成型工艺进行吹膜成型，吹胀比控制在2-3.5。
8.权利要求1-5所述一种聚乙烯标签薄膜的应用，所述标签薄膜可用于制备洗发水或化妆品等相似应用要求的瓶外标签。
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