CN115556448B - 生物工艺袋用多层膜及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新材料领域,公开了生物工艺袋用多层膜及其应用。生物工艺袋用多层膜包括最外层和最内层,最外层和最内层之间设有至少一阻隔层和至少一弹韧层,最外层的平均熔融温度较最内层的平均熔融温度高至少20℃。本发明一些实例的多层膜,兼具优异的强度,韧性,抗揉搓性,耐穿刺性,以及高阻隔性;在制袋过程中,如果涉及到采用4层膜同时焊接的工艺时,既不会让薄膜间的外表面产生任何粘合,又能保证得到的2个焊边的焊接强度牢固,从而满足生物制药过程对一次性袋子的苛刻要求。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域,具体涉及一种生物工艺袋用多层膜及其应用。
背景技术
生命科学行业被看作是高科技、高资本、高增长的行业。全球生物药市场将由2019年的2860亿美元增至2030年的7680亿美元,而中国的生物药市场将由2019年的3120亿元增至2030年的13030亿元。2019年全球和中国的生物药占比分别为22%和19%,而2030年这一数字将分别达到37%和41%。据测算,全球生物制药设备加耗材的整体市场规模在200亿美元左右,增速超过10%,其中设备占比约46%,耗材占比约54%。
一次性袋子作为生物制药企业的重要耗材,包括储液袋、配液袋、细胞反应袋等,主要用在培养基配制、缓冲液配制、细胞培养、原液灌装等生物制药工艺过程中。
多层膜作为一次性袋子的核心原材料,需通过焊接工艺将多层膜与其它管路、接头等配件组装成一个完整的袋子。在两片多层膜的焊接过程中,需将两片膜的内表面贴合在一起,然后放入恒温热焊接或脉冲焊接的设备中,在压力的作用下通过热量传递使两片膜的内表面熔化并融合成一体,形成一次性袋子的焊边。焊边作为一次性袋子较薄弱的地方,需要具备足够的强度,来降低袋子在使用过程中内部液体对焊边造成较大压力而产生漏液的风险。在焊接过程中,只允许薄膜的内表面熔化,而薄膜的外表面是不能熔化的,否则会造成外表面的熔融变形并贴附到焊接模具上,进而造成袋子外观的损坏及焊边强度的降低。另外,在多层膜的制袋过程中,有些袋型的局部部位需要四层多层膜同时焊接,此时会同时形成两个焊边;这种工艺下会存在一片膜的外表面与另一片膜的外表面接触的情况,如果多层膜的外表面在焊接过程中发生熔化,那这两片膜的外表面会粘结到一起,轻则可以将两者撕开但会产生表面缺陷及强度不足的风险,重则很难将两片膜的外表面撕开,进而造成袋子报废。所以,多层膜的配方和结构设计极其关键,以确保多层膜在焊接过程中薄膜的外表面不会熔化,进而不会给袋子带来明显的外观缺陷和潜在的漏液风险。现有技术没有相对成熟的技术方案,只能根据有限的经验进行调整。
生物制药工艺袋对膜材有着非常严格的要求,对于膜的溶出、耐水性、耐溶剂性、抗弯折性能、抗穿刺性能、阻隔性等都有非常严格的要求。如一次性袋子在制袋、运输及使用过程中,很可能会出现对袋体的反复弯折、外物穿刺、甚至摔包等行为,这都不可避免地会对袋体造成不同程度的损伤,进而可能带来较大的漏液风险。综合考虑原材料的纯净性、耐辐照性和挤出加工性,聚乙烯将是制备薄膜最外层的优选材质。因此,目前市面上生物工艺用一次性袋子的主材质大多都是聚乙烯或者与聚烯烃弹性体的组合物。然而,内外层较大的温差决定了最外层聚乙烯的熔融温度要足够高,同时意味着最外层的密度、模量将会较大,进而使得整体膜材的刚度提高,柔韧度下降。这会明显造成膜材某些力学性能下降,比如耐冲击性、揉搓性等,很难满足在极端条件下袋体的完整性。例如,袋子在客户端使用时进行展开或安装所造成的袋体反复揉搓,抑或装有液体的袋子在人员操作时从一定高度摔落,如果袋体薄膜的柔韧性及抗冲击性不足,都会带来极大的漏液风险。现有技术中,为了获得韧性更佳的膜,一般需要使用低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE,超低密度聚乙烯)。如CN109677071A公开的一次性生物反应器专用膜,包括置于膜体最内层的超低密度聚乙烯层,置于最外层的低密度聚乙烯层,位于膜体中间的乙烯/乙烯醇共聚物层,以及在相邻两层间设置的胶粘层。CN104995029A公开的多层膜包含核心层,和外层,其中:外层和核心层与结合层构成整体,核心层包含单独或者与(D)离聚物酸乙烯共聚物混合的(C)乙烯含量为25-48摩尔%的乙烯乙烯醇共聚物,外层包含(E)密度为0.910g/cm3至0.940g/cm3的聚烯烃或者(F)密度为0.870g/cm3至0.910g/cm3的乙烯和α-烯烃的共聚物,或其混合物,结合层包含单独或者与(H)聚烯烃共聚物混合的(G)用羧酸或羧酸酐接枝的聚烯烃共聚物,同时避免使用聚乙烯材料作为核心层。这些技术均大量使用低密度聚乙烯(LDPE)及线性低密度聚乙烯(LLDPE),以获得更佳的柔韧性。高性能多层膜也是制约我们生物发展的一项关键技术。
开发一种具有足够弹韧性、抗冲击性和良好焊接性的生物工艺用多层膜是一项极具挑战性的工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足,提供生物工艺袋用多层膜及其应用。
本发明所采取的技术方案是:
本发明的第一个方面,提供:
生物工艺袋用多层膜,包括最外层和最内层,最外层和最内层之间设有至少一阻隔层和至少一弹韧层,其中,所述阻隔层通过粘合层与相邻的层粘合,其它相邻的层直接粘合或通过粘合层相互粘合,最外层的平均熔融温度较最内层的平均熔融温度高至少20℃。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层由聚乙烯A和聚乙烯B的共混物制成,其中,所述聚乙烯A密度为0.900~0.938 g/cm3,所述聚乙烯B的密度为0.939~0.964g/cm3;和/或
所述弹韧层由苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的共混物制成,所述苯乙烯类嵌段共聚物C的苯乙烯含量为50%~80%,所述聚烯烃弹性体D的密度为0.890~0.915 g/cm3;和/或
所述最内层由包含密度为0.890~0.915 g/cm3的聚烯烃弹性体D与密度为0.860~0.889 g/cm3的聚烯烃弹性体E的共混物制成。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层中,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为95:5至50:50;和/或
所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为95:5至5:95;和/或
所述最内层中,聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的重量份比为95:5至50:50。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层中,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为90:10至70:30;和/或
所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为90:10至50:50;和/或
所述最内层中,聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的重量份比为90:10至70:30。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述聚乙烯A为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯;和/或
所述聚乙烯B为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯;和/或
所述苯乙烯类嵌段共聚物C为苯乙烯-丁二烯共聚物;和/或
所述聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E均为乙烯与含有4~10个碳原子的α烯烃的共聚物;和/或
所述阻隔层为乙烯-乙烯醇共聚物;和/或
所述粘合层为酸酐改性的乙烯共聚物。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层的厚度为30 μm~100 μm;和/或
所述弹韧层单层的厚度为10 μm~80 μm;和/或
所述阻隔层的厚度为5 μm~40 μm;和/或
所述粘合层单层的厚度为10 μm~40 μm;和/或
所述最内层的厚度为100 μm~300 μm。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜的拉伸强度不低于16 Mpa;和/或
断裂伸长率不低于350%;和/或
落镖冲击强度不低于1600g;和/或
揉搓测试900次后产生的针孔数目不多于1个/片;和/或
穿刺强度不低于35N;和/或
水汽透过量不超过3.0 g/m2.day;和/或
氧气透过量不超过3.0 cm3/m2.day.bar。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜由外到内依次为最外层、阻隔层、弹韧层和最内层;和/或
所述多层膜由外到内依次为最外层、弹韧层、阻隔层和最内层;和/或
所述多层膜由外到内依次为最外层、弹韧层、阻隔层、弹韧层和最内层。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述粘合层为马来酸酐改性的乙烯共聚物。
本发明的第二个方面,提供:
一种生物制药用一次性袋子,由本发明第一个方面所述的生物工艺袋用多层膜制备得到。
本发明的有益效果是:
本发明一些实例的多层膜,兼具优异的强度,韧性,抗揉搓性,耐穿刺性,以及高阻隔性;在制袋过程中,如果涉及到采用4层膜同时焊接的工艺时,既不会让薄膜间的外表面产生任何粘合,又能保证得到的2个焊边的焊接强度牢固,从而满足生物制药过程对一次性袋子的苛刻要求。
本发明一些实例的多层膜,最内层采用了密度为0.890~0.915 g/cm3的聚烯烃弹性体D与密度为0.860~0.889 g/cm3的聚烯烃弹性体E的共混物。聚烯烃弹性体D较柔软,熔融温度较低,热封焊接性能较好。而聚烯烃弹性体E相较于聚烯烃弹性体D的柔软性更好,熔融温度更低,可以在更低温度下进行焊接;但是它的粘性较大,过量使用聚烯烃弹性体E会加大薄膜在生产过程中的工艺难度。因此,需要科学搭配所述多层膜最内层的聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的比例,能够使最内层的熔融温度较低,同时粘性不会太大而影响生产;另外,也可以通过聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的比例来调节所述多层膜整体的手感和软硬度。
本发明一些实例的多层膜,最外层采用了密度为0.900~0.938 g/cm3的聚乙烯A与密度为0.939~0.964 g/cm3的聚乙烯B的共混物。聚乙烯A的硬度较高,熔融温度也比最内层要高,但是它们之间的熔融温度差距较小<25℃,在某些特殊焊接工艺条件下,最外层有发生熔融的风险。所以,需要加入密度更高的聚乙烯B来进一步提高最外层的熔融温度,使最外层与最内层的熔融温度差距在25℃以上,满足制袋要求。但聚乙烯B含量过高的话会造成多层膜偏硬,使用过程中容易产生明显的尖角或折痕;并且会影响一次性袋子在使用过程中对外界环境的贴附性和随形性,进而可能会增加袋子使用过程中的工艺难度。因此,需要科学搭配所述多层膜最外层的聚乙烯A和聚乙烯B的比例,能够使最外层的熔融温度较高,做到与最内层的熔融温度差>25℃,从而有效拓宽制袋焊接的温度窗口;同时合理地控制最外层的软硬度,不影响到薄膜最终的手感和一次性袋子在使用过程中对外界的贴附性。
本发明一些实例的多层膜,弹韧层采用了C苯乙烯含量为50%~80%的苯乙烯类嵌段共聚物与D密度为0.890~0.915 g/cm3的聚烯烃弹性体的共混物。苯乙烯类嵌段共聚物C是由苯乙烯和丁二烯进行共聚得到的苯乙烯-丁二烯共聚物。丁二烯嵌段的存在,赋予了共聚物优异的韧性和抗冲击性。同时,由于苯乙烯嵌段含量在50%以上,使得共聚物的整体加工性有明显改善。但是,所述多层膜是由不同层的材料通过不同的挤出机,经由多层共挤工艺制备而得;要想所制备薄膜的层间分布均匀、稳定,薄膜的外观优良,需要确保不同材料层与层之间的流动性要有较好的匹配性。如果100%使用苯乙烯类嵌段共聚物C作为弹韧层材质,很难做到与其它层有优秀的流动匹配性,需要加入聚烯烃弹性体D来进一步改善弹韧层与其它层的流动匹配性,确保所得薄膜制品的外观及质量稳定性。因此,需要科学搭配所述多层膜弹韧层的苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的比例,不仅能够使弹韧层在挤出加工时的流动性与其它层匹配,还能够赋予所述多层膜出色的韧性、抗冲击性和耐揉搓性。
综上所述,所述多层膜最内层材质和最外层材质的平均熔融温度差距在20℃,优选在25℃以上,确保了焊接过程中最内层材质可以很好地焊接为一体,而最外层材质不会发生熔融,从而大大拓宽了制袋过程中的焊接温度窗口,使制袋工艺难度降低并大幅提高了袋体的可靠性。同时,弹韧层的存在赋予了多层膜优异的韧性和冲击强度,使其制备的一次性袋子更加可靠,更能承受一些极端操作条件对袋体带来的挑战。
附图说明
图1是实施例1多层膜的照片。
图2是对比例5多层膜的照片。
图3是实施例2多层膜的多次弯折后的照片。
图4是对比例2多层膜的多次弯折后的照片。
图5是实施例1多层膜四层热封后的照片。
图6是对比例1多层膜四层热封后的照片。
具体实施方式
发明人研究发现,通过控制多层膜最外层的平均熔融温度较最内层的平均熔融温度高至少20℃,可以有效保证焊接过程中最内层可以很好地融合粘结为一体。通过对最内层和最外层聚乙烯材料的配方进行调整,获得了令人满意的效果。进一步组合其它功能层,得到了一种性能优异的生物工艺袋用多层膜。
本发明的第一个方面,提供:
生物工艺袋用多层膜,包括最外层和最内层,最外层和最内层之间设有至少一阻隔层和至少一弹韧层,其中,所述阻隔层通过粘合层与相邻的层粘合,其它相邻的层直接粘合或通过粘合层相互粘合,最外层的平均熔融温度较最内层的平均熔融温度高至少20℃。
聚合物的熔融温度往往是一个范围值,本发明中,平均熔融温度指范围内的上下限温度的数学平均值。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层由聚乙烯A和聚乙烯B的共混物制成,其中,所述聚乙烯A密度为0.900~0.938 g/cm3,所述聚乙烯B的密度为0.939~0.964g/cm3。聚乙烯A和聚乙烯B具有不同的密度和熔点,聚乙烯A的密度相对较低,熔点也相对较低,聚乙烯B的密度相对较高,具有相对更高的熔点。二者共混制备得到的最外层,既具有较好的强韧性,又具有较高的平均熔融温度。
通过调节聚乙烯A和聚乙烯B的混合比,可以对最外层的强韧性和平均熔融温度进行一定的调整,以满足相应的要求。在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层中,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为95:5至50:50。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层中,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为90:10至70:30。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述弹韧层由苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的共混物制成,所述苯乙烯类嵌段共聚物C的苯乙烯含量为50%~80%,所述聚烯烃弹性体D的密度为0.890~0.915 g/cm3。这种组成的弹韧层具有更好的相容性,可以提高膜材整体的韧性。
通过调节苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的混合比,可以使弹韧层在挤出加工时的流动性与其它层匹配,保证薄膜优良的外观,同时还能够赋予所述多层膜出色的韧性、抗冲击性和耐揉搓性。在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为95:5至5:95。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为90:10至50:50。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最内层由包含密度为0.890~0.915g/cm3的聚烯烃弹性体D与密度为0.860~0.889 g/cm3的聚烯烃弹性体E的共混物制成。
通过调节聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的比例,能够使最内层的平均熔融温度较低,同时粘性不会太大而影响生产;另外,也可以通过聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的比例来调节所述多层膜整体的手感和软硬度。在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最内层中,聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的重量份比为95:5至50:50。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最内层中,聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的重量份比为90:10至70:30。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层由聚乙烯A和聚乙烯B的共混物制成,其中,所述聚乙烯A密度为0.900~0.938 g/cm3,所述聚乙烯B的密度为0.939~0.964g/cm3,所述最外层中,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为95:5至50:50;所述弹韧层由苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的共混物制成,所述苯乙烯类嵌段共聚物C的苯乙烯含量为50%~80%,所述聚烯烃弹性体D的密度为0.890~0.915 g/cm3,所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为95:5至5:95;所述最内层由包含密度为0.890~0.915 g/cm3的聚烯烃弹性体D与密度为0.860~0.889 g/cm3的聚烯烃弹性体E的共混物制成,所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为95:5至5:95。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述聚乙烯A为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述聚乙烯B为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述苯乙烯类嵌段共聚物C为苯乙烯-丁二烯共聚物。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E均为乙烯与含有4~10个碳原子的α烯烃的共聚物。
阻隔层由可接受的具有高阻隔性的膜材制成,在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述阻隔层为乙烯-乙烯醇共聚物。
粘合层的作用在于更好地粘合各层,在相邻的层相容性高,易于融合的情况下,也可以省略使用粘合层。在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述粘合层为酸酐改性的乙烯共聚物。这种组合的粘合层具有更好的相容性。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述粘合层为马来酸酐改性的乙烯共聚物。
各层的厚度可以根据不同的需要进行设置。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最外层的厚度为30 μm~100 μm。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述弹韧层单层的厚度为10 μm~80 μm。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述阻隔层的厚度为5 μm~40 μm。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述粘合层单层的厚度为10 μm~40 μm。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述最内层的厚度为100 μm~300 μm。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜的拉伸强度不低于16 Mpa。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,断裂伸长率不低于350%。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,落镖冲击强度不低于1600g。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,揉搓测试900次后产生的针孔数目不多于1个/片。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,穿刺强度不低于35N。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,水汽透过量不超过3.0 g/m2.day。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,氧气透过量不超过3.0 cm3/m2.day.bar。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜由外到内依次为最外层、阻隔层、弹韧层和最内层。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜由外到内依次为最外层、阻隔层、弹韧层和最内层,各层间均通过粘合层粘合在一起。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜由外到内依次为最外层、弹韧层、阻隔层和最内层。
在一些生物工艺袋用多层膜的实例中,所述多层膜由外到内依次为最外层、弹韧层、阻隔层、弹韧层和最内层。
上述各技术特征,在不相排斥的情况下,可以任意组合,以满足不同应用的需要。
本发明的第二个方面,提供:
一种生物制药用一次性袋子,由本发明第一个方面所述的生物工艺袋用多层膜制备得到。
具体的,可以通过将生物工艺袋用多层膜裁切好,之后焊接得到。
本发明中,使用的缩写含义如下:
LDPE:低密度聚乙烯
HDPE:高密度聚乙烯
LLDPE:线性低密度聚乙烯
POP:聚烯烃弹性体
EVOH:乙烯-乙烯醇共聚物
SBC:苯乙烯-丁二烯共聚物。
本发明的多层膜可以按现有方法制备得到,具体可以由多层共挤技术制备,包括但不限于多层共挤流延技术,多层共挤上吹技术,多层共挤下吹技术制备得到。
苯乙烯类嵌段共聚物是一类弹韧性极好的热塑性弹性体,相较于大多数聚乙烯材料而言,其制成薄膜后有非常优异的拉伸性,耐穿刺性,以及耐揉搓性等。苯乙烯类嵌段共聚物是由苯乙烯和丁二烯作为单体通过共聚而成,如果苯乙烯含量较低<50%,材料很难加工成膜;而如果苯乙烯含量较高>80%,虽然加工性能会明显改善,但材料会偏刚性,制备的薄膜很难发挥较好的弹韧效果。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
结构共7层,从外至内分别为:最外层/粘合层-1/弹韧层/粘合层-2/阻隔层/粘合层-3/最内层;
其中,最外层由密度为0.928 g/cm3的LDPE与密度为0.954 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为70/30;
弹韧层由苯乙烯含量为60.0%的SBC与密度为0.902 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
最内层由密度为0.902 g/cm3的POP与密度为0.877g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1,粘合层-2和粘合层-3的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为50 μm,粘合层-1的厚度为15 μm,弹韧层的厚度为50 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-3的厚度为25 μm,最内层的厚度为190 μm,总厚度为380 μm。
实施例2
结构共7层,从外至内分别为:最外层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/弹韧层/粘合层-3/最内层;
其中,最外层由密度为0.931 g/cm3的LLDPE与密度为0.960 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
弹韧层由苯乙烯含量为60.0%的SBC与密度为0.904 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为70/30;
最内层由密度为0.904 g/cm3的POP与密度为0.872g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为85/15;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1,粘合层-2和粘合层-3的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为40 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,弹韧层的厚度为60 μm,粘合层-3的厚度为15 μm,最内层的厚度为190 μm,总厚度为380 μm。
实施例3
结构共9层,从外至内分别为:最外层/粘合层-1/弹韧层-1/粘合层-2/阻隔层/粘合层-3/弹韧层-2/粘合层-4/最内层;
其中,最外层由密度为0.928 g/cm3的LDPE与密度为0.954 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
弹韧层-1和弹韧层-2的构成完全一样,均由苯乙烯含量为65.0%的SBC与密度为0.899 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为60/40;
最内层由密度为0.899 g/cm3的POP与密度为0.864g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为90/10;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1,粘合层-2,粘合层-3和粘合层-4的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为60 μm,粘合层-1的厚度为15 μm,弹韧层-1的厚度为30 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-3的厚度为25 μm,弹韧层-2的厚度为30 μm,粘合层-4的厚度为15 μm,最内层的厚度为175 μm,总厚度为400 μm。
实施例4
结构共6层,从外至内分别为:最外层/弹韧层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/最内层;
其中,最外层由密度为0.926 g/cm3的LLDPE与密度为0.960 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为75/25;
弹韧层由苯乙烯含量为60.0%的SBC与密度为0.902 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为50/50;
最内层由密度为0.902 g/cm3的POP与密度为0.872g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为50 μm,弹韧层的厚度为70 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,最内层的厚度为200 μm,总厚度为395 μm。
实施例5
结构共6层,从外至内分别为:最外层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/弹韧层/最内层;
其中,最外层由密度为0.925 g/cm3的LDPE与密度为0.952 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为50/50;
弹韧层由苯乙烯含量为65.0%的SBC与密度为0.895 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为60/40;
最内层由密度为0.895 g/cm3的POP与密度为0.872g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为90/10;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为40 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,弹韧层的厚度为60 μm,最内层的厚度为215 μm,总厚度为390 μm。
实施例6
结构共7层,从外至内分别为:最外层/弹韧层-1/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/弹韧层-2/最内层;
其中,最外层由密度为0.935 g/cm3的LLDPE与密度为0.956 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
弹韧层-1和弹韧层-2的构成完全一样,均由苯乙烯含量为60.0%的SBC与密度为0.904 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为50/50;
最内层由密度为0.904 g/cm3的POP与密度为0.870g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为75/25;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为60 μm,弹韧层-1的厚度为25 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,弹韧层-2的厚度为25 μm,最内层的厚度为215μm,总厚度为400 μm。
对比例1
结构共6层,从外至内分别为:最外层/弹韧层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/最内层;
其中,最外层由100%密度为0.923 g/cm3的LLDPE构成;
弹韧层由苯乙烯含量为65.0%的SBC与密度为0.902 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为20/80;
最内层由密度为0.902 g/cm3的POP与密度为0.882g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为95/5;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为50 μm,弹韧层的厚度为70 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,最内层的厚度为200 μm,总厚度为395 μm。
对比例2
结构共6层,从外至内分别为:最外层/弹韧层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/最内层;
其中,最外层由密度为0.960 g/cm3的HDPE构成;
弹韧层由苯乙烯含量为60.0%的SBC与密度为0.904 g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为50/50;
最内层由密度为0.904 g/cm3的POP与密度为0.877g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为90/10;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为70 μm,弹韧层的厚度为50 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,最内层的厚度为200 μm,总厚度为395 μm。
对比例3
结构共5层,从外至内分别为:最外层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/最内层;
其中,最外层由密度为0.925 g/cm3的LDPE与密度为0.952 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为60/40;
最内层由密度为0.895 g/cm3的POP与密度为0.872g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为90/10;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为60 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,最内层的厚度为255 μm,总厚度为390 μm。
对比例4
结构共6层,从外至内分别为:最外层/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/弹韧层/最内层;
其中,最外层由密度为0.925 g/cm3的LDPE与密度为0.956 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为50/50;
弹韧层由密度为0.904 g/cm3的POP构成;
最内层由密度为0.904 g/cm3的POP与密度为0.872g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为90/10;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为60 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,弹韧层的厚度为50 μm,最内层的厚度为205 μm,总厚度为390 μm。
对比例5
结构共7层,从外至内分别为:最外层/弹韧层-1/粘合层-1/阻隔层/粘合层-2/弹韧层-2/最内层;
其中,最外层由密度为0.935 g/cm3的LLDPE与密度为0.956 g/cm3的HDPE的共混物构成,前者与后者的重量份比为80/20;
弹韧层-1和弹韧层-2的构成完全一样,均由100%苯乙烯含量为60.0%的SBC构成;
最内层由密度为0.904 g/cm3的POP与密度为0.870g/cm3的POP的共混物构成,前者与后者的重量份比为95/5;
阻隔层由100% EVOH构成;
粘合层-1和粘合层-2的构成完全一样,均由100%马来酸酐改性的聚乙烯构成;
最外层的厚度为60 μm,弹韧层-1的厚度为25 μm,粘合层-1的厚度为25 μm,阻隔层的厚度为25 μm,粘合层-2的厚度为25 μm,弹韧层-2的厚度为25 μm,最内层的厚度为215μm,总厚度为400 μm。
不同膜材料的性能测试
对实施例1至6和对比例1至5制备出的多层膜进行性能测试,主要包括薄膜外观、四层热封性能、多次弯折性能、力学性能、阻隔性能。
其中,薄膜外观按照企业内部标准测试,是在灯检台下用肉眼进行观察,如果薄膜外观均匀,没有明显的不规则线条、突起或凹陷,则视为合格,否则将视为不合格。
四层热封性能按照企业内部标准测试,具体操作是将四张薄膜分成两组,分别把每组内的两张薄膜的内表面进行贴合,然后把这两组薄膜进行堆叠,放入焊接设备内进行焊接,焊接后要在保证每组焊边的焊接强度满足要求的条件下,查验两组薄膜相接触的外表面是否有相互粘连;如果四层热封后,相接触的外表面没有任何粘连,可以轻易分开,则视为合格,否则将视为不合格。
多次弯折性能按照企业内部标准测试,具体操作是取50cm*50cm大小的薄膜进行对折4次,首先观察折叠处是否有锐利的尖角产生;然后将薄膜展开,检查尖角及弯折处状态。如果薄膜有明显尖角产生,且尖角和弯折处有明显折痕和发白现象,则视为不合格,否则将视为合格。
拉伸强度和断裂伸长率按照ASTM D882标准测试。
穿刺强度按照ASTM F1306标准测试。
揉搓性能,以揉搓后薄膜产生的针孔数目表征,按照ASTM F392(B法)标准测试。
抗冲击性能,以落镖冲击强度表征,按照ASTM D1709(A法)标准测试。
水汽透过性能按照ASTM F1249标准测试。
氧气透过性能按照ASTM D3985标准测试。
测试结果如表1和图1~6所示。
表1
注:S表示实施例,如S1指实施例1;D表示对比例,如D1指对比例1;“+”表示合格,“—”表示不合格。
图1是实施例1多层膜的照片,从图中可以看出,膜材的透明度均匀,美观,表面平整。
图2是对比例5多层膜的照片,从图中可以看出,膜材均均性差,具有颗粒感。
图3是实施例2多层膜的多次弯折后的照片,从图中可以看出,多次弯折后膜材折痕圆润,无明显发白。
图4是对比例2多层膜的多次弯折后的照片,从图中可以看出,多次弯折后膜材折痕明显,发白,有裂开倾向。
图5是实施例1多层膜四层热封后的照片,四层热封后,1层/2层膜热封完好,3层/4层膜热封完好,同时2层/3层膜之间不会粘连,可以很好的分开。
图6是对比例1多层膜四层热封后的照片,四层热封后,1层/2层膜热封完好,3层/4层膜热封完好,但2层/3层膜之间也被热封住,不可以分开,不能接受。
由表1的数据和图1~6可知:
1)本发明制备的用于生物工艺应用的多层膜(实施例1~6)拥有优异的外观、四层热封性能、多次弯折性能、力学性能和阻隔性能,具有极好的市场应用前景。
2)对比例1中的最外层由于不含密度为0.939~0.964 g/cm3的聚乙烯材料,导致薄膜最外层的平均熔融温度偏低,使四层薄膜在经历四层热封工艺时,薄膜相接触的外表面之间会发生粘连,无法分开,从而造成了袋子的报废。
3)对比例2中的最外层由于不含密度为0.900~0.938 g/cm3的聚乙烯材料,只含有密度为0.939~0.964 g/cm3刚性较大的聚乙烯材料,使得薄膜整体偏硬,在多次对折后很容易产生明显的折痕及发白现象,并且折痕处有开裂倾向。这就使得一次性袋子在加工和使用过程中,袋体的弯折很容易使薄膜产生尖角和折痕,进而造成局部缺陷,带来潜在漏液风险。
4)对比例3中的结构由于不含弹韧层,导致薄膜的拉伸性能、揉搓性能、抗冲击性能等力学性能均明显低于实施例1~6。并且,薄膜的反复弯折性能也受到显著影响。最终使其在某些情况下不能满足使用要求。
5)对比例4中的弹韧层由于不含苯乙烯含量为50%~80%的苯乙烯类嵌段共聚物,导致薄膜的拉伸性能、揉搓性能、抗冲击性能等力学性能均明显低于实施例1~6。并且,薄膜的反复弯折性能也受到显著影响。最终使其在某些情况下不能满足使用要求。
6)对比例5中的弹韧层由于不含密度为0.890~0.915 g/cm3的聚烯烃弹性体,使得弹韧层与其它层的加工性能不匹配,并最终导致薄膜的外观不均匀,存在明显且无规则的纹路等外观缺陷,进而可能会造成薄膜力学性能的下降,不能满足使用要求。
以上是对本发明所作的进一步详细说明,不可视为对本发明的具体实施的局限。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的简单推演或替换,都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.生物工艺袋用多层膜,其特征在于,包括最外层和最内层,最外层和最内层之间设有至少一阻隔层和至少一弹韧层,其中,所述阻隔层通过粘合层与相邻的层粘合,其它相邻的层直接粘合或通过粘合层相互粘合,最外层的平均熔融温度较最内层的平均熔融温度高至少20℃;
所述最外层由聚乙烯A和聚乙烯B的共混物制成,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为95:5至50:50,其中,所述聚乙烯A密度为0.900~0.938 g/cm3,所述聚乙烯B的密度为0.939~0.964 g/cm3;
所述弹韧层由苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的共混物制成,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为95:5至5:95,所述苯乙烯类嵌段共聚物C的苯乙烯含量为50%~80%,所述聚烯烃弹性体D的密度为0.890~0.915 g/cm3;
所述最内层由包含密度为0.890~0.915 g/cm3的聚烯烃弹性体D与密度为0.860~0.889 g/cm3的聚烯烃弹性体E的共混物制成,聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的重量份比为95:5至50:50。
2.根据权利要求1所述的生物工艺袋用多层膜,其特征在于,所述最外层中,聚乙烯A和聚乙烯B的重量份比为90:10至70:30;和/或
所述弹韧层中,苯乙烯类嵌段共聚物C和聚烯烃弹性体D的重量份比为90:10至50:50;和/或
所述最内层中,聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E的重量份比为90:10至70:30。
3.根据权利要求1或2所述的生物工艺袋用多层膜,其特征在于,所述聚乙烯A为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯;和/或
所述聚乙烯B为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯;和/或
所述苯乙烯类嵌段共聚物C为苯乙烯-丁二烯共聚物;和/或
所述聚烯烃弹性体D和聚烯烃弹性体E均为乙烯与含有4~10个碳原子的α烯烃的共聚物;和/或
所述阻隔层为乙烯-乙烯醇共聚物;和/或
所述粘合层为酸酐改性的乙烯共聚物。
4.根据权利要求1或2所述的生物工艺袋用多层膜,其特征在于,所述最外层的厚度为30 μm~100 μm;和/或
所述弹韧层单层的厚度为10 μm~80 μm;和/或
所述阻隔层的厚度为5 μm~40 μm;和/或
所述粘合层单层的厚度为10 μm~40 μm;和/或
所述最内层的厚度为100 μm~300 μm。
5.根据权利要求1或2所述的生物工艺袋用多层膜,其特征在于,所述多层膜的拉伸强度不低于16 Mpa;和/或
断裂伸长率不低于350%;和/或
落镖冲击强度不低于1600g;和/或
揉搓测试900次后产生的针孔数目不多于1个/片;和/或
穿刺强度不低于35N;和/或
水汽透过量不超过3.0 g/m2.day;和/或
氧气透过量不超过3.0 cm3/m2.day.bar。
6.根据权利要求1或2所述的生物工艺袋用多层膜,其特征在于,所述多层膜由外到内依次为最外层、阻隔层、弹韧层和最内层;和/或
所述多层膜由外到内依次为最外层、弹韧层、阻隔层和最内层;和/或
所述多层膜由外到内依次为最外层、弹韧层、阻隔层、弹韧层和最内层。
7.根据权利要求3所述的生物工艺袋用多层膜,其特征在于,所述粘合层为马来酸酐改性的乙烯共聚物。
8.一种生物制药用一次性袋子,由权利要求1~7任一项所述的生物工艺袋用多层膜制备得到。
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