三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜及其制备方法

摘要

三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜及其制备方法，涉及聚乙烯薄膜和包装材料。所述薄膜由三层聚乙烯薄膜组成，从外到内依次为表面层、阻隔层和热封层；表面层和热封层的原料为：低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、超高分子量聚乙烯，爽滑剂，抗静电剂；阻隔层的原料为乙烯/乙烯醇共聚物树脂。制备方法：母料预处理；各层树脂原料熔融、塑化、加热，滤去杂质，挤压成片状流体流出；流经冷却辊表面，冷却形成厚度均匀的玻璃态铸片；在纵向拉伸机组中经过预热、拉伸和热处理定型进行纵向拉伸；在横向拉伸机内通过预热、拉伸、热处理定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸；薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再分切为成品。

权利要求

1.三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜，其特征在于由三层聚乙烯薄膜组成，从外到内依次为表面层、阻隔层和热封层；

所述表面层和热封层的原料按质量百分比的组成为：低密度聚乙烯50％～65％、茂金属聚乙烯25％～40％、超高分子量聚乙烯6％～9％，爽滑剂0.5％～1.5％，抗静电剂0.5％～2.5％；所述阻隔层的原料为乙烯/乙烯醇共聚物树脂。

2.如权利要求1所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜，其特征在于所述低密度聚乙烯选自DFDA2001、DFDA9021、DFDA9085、HF-7042中的一种。

3.如权利要求1所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜，其特征在于所述茂金属聚乙烯选自1018HA、SP2020中的一种。

4.如权利要求1所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜，其特征在于所述超高分子量聚乙烯选自B160T、B160C、LS4140、和GUR432中的一种。

5.如权利要求1所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜，其特征在于所述爽滑剂选自有机硅化合物、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种。

6.如权利要求1所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜，其特征在于所述抗静电剂选自硬脂酸甘油单酯或硼酸酯。

7.如权利要求1所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按照表面层、阻隔层、热封层的原料配方，分别将原料进行配料、混合、干燥预处理；

2)各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至170～190℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成片状流体流出；

3)在流延铸片系统中风刀的作用下，流经冷却辊表面，被冷却至30℃，形成厚度均匀的玻璃态铸片；

4)将步骤3)得到的玻璃态铸片在纵向拉伸机组中依次经过预热、拉伸和热处理定型进行纵向拉伸；

5)在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热处理定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸；

6)在薄膜的牵引过程中，利用β-射线对薄膜进行连续厚度检测，再经电晕处理装置对薄膜表面进行处理，使其润湿张力达到所需标准，薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再按不同的宽度或长度分切为成品。

8.如权利要求7所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述预热的温度为70～90℃；所述拉伸的温度为85～100℃；所述热处理定型的温度为90～100℃。

9.如权利要求7所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜的制备方法，其特征在于在步骤5)中，所述预热的温度为105～125℃；所述拉伸的温度为95～115℃；所述热处理定型的温度为110～130℃。

说明书

三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及聚乙烯薄膜和包装材料，具体是涉及一种三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 薄膜包装材料具有高抗拉伸力、质轻、无毒无味、防止产品外漏或破损等特点，可以很好地替代传统纸质和铝箔包装。近年来，随着塑料薄膜产品和生产工艺的迅速发展，薄膜包装材料已广泛应用于食品包装、工业品包装、家庭日用品包装、服装包装、药品包装等众多领域。低密度聚乙烯(LDPE)薄膜是一种半透明、有光泽、质地较柔软的薄膜，具有优良的化学稳定性、热封性、耐水性和防潮性，在工农业生产和日常生活中具有广阔的应用前景。

[0003] 聚乙烯薄膜按成膜工艺的不同，主要分为吹塑薄膜和流涎薄膜两种。通常，吹塑薄膜的抗张强度和开口性比流涎薄膜好，采用正面印刷，可作食品袋、服装袋等。而流涎薄膜厚度均匀，表面光泽度、透明度和热封性比较好，可正反面印刷，主要用作复合袋的内层以及化妆品、酱菜和糕点的包装，但生产成本高。中国专利CN 102717573 B公开一种由线性低密度聚乙烯、聚丁烯或改性聚丁烯、乙丙共聚物组成的改性聚乙烯薄膜，提高了横向、纵向拉伸强度，在加工和使用时不会出现分层现象，进一步制成的复合膜包装材料具有良好的密封效果。中国专利CN 103042796 B报道了一种由抗静电层、中间层、电晕层以共挤工艺吹膜生产而成的聚乙烯薄膜，通过在聚烯烃中接枝纳m级二氧化硅提高了薄膜的整体抗静电性能。中国专利CN 103879112 B提供了一种能够大幅度提高聚乙烯薄膜强度的聚乙烯薄膜，由内层、中层和外层三层共挤而成，具有优异的热封性能和抗夹杂物热封性能。中国专利CN 102179985 B报道的聚乙烯薄膜依次包括复合层、中间层和热封层，且该聚乙烯膜具有较高的密合性和拉伸强度，提高了复合薄膜的防漏性和耐跌落性能。但是，上述聚乙烯复合薄膜均采用吹塑工艺，主要缺点是：①由于冷却速度慢，薄膜的透明性较差；②生产速度较慢；③薄膜的厚薄公差较大。此外，中国专利CN 101633259 B提供了一种无胶热复合聚乙烯薄膜，其包括顺次设置并共挤出复合而成的热敏功能层、基材层、防粘层，虽然该发明中复合薄膜采用的是多层共挤出双向拉伸生产工艺，但是，其基材层主体树脂是聚丙烯(以质量比计聚丙烯50～90％，聚乙烯10～50％)，可见，该薄膜实质上是一种以聚丙烯为主的复合材料，而非真正意义上的聚乙烯薄膜。虽然，伍杰锋等(BOPE薄膜的生产与应用展望，《化工新型材料》2013年，Vol.41，No.7：182‐183)采用特殊的m-LLDPE进行双向拉伸聚乙烯薄膜的开发，但是在现有的BOPP、BOPA或BOPET的生产线上是不能直接生产的。

[0004] 综上所述，与聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯相比，聚乙烯具有分子结构规整，结晶速率快，结晶度很高，挤出成型时熔体黏度高的特点，使得挤出拉伸工艺应用在聚乙烯薄膜生产上的难度大。线型低密度聚乙烯(LLDPE)容易发生熔体破裂问题，其薄膜容易出现鱼皮纹现象，进一步增加了生产加工难度。因此开展适合采用挤出工艺双向拉伸法制备聚乙烯薄膜的研究显得十分重要。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供聚乙烯在共挤出双向拉伸加工过程中不破裂、不起纹，且幅宽大，拉伸速度快，厚度均匀的一种三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜及其制备方法。

[0006] 所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜由三层聚乙烯薄膜组成，从外到内依次为表面层、阻隔层和热封层；

[0007] 所述表面层和热封层的原料按质量百分比的组成为：低密度聚乙烯(LDPE)50％～65％、茂金属聚乙烯(m‐LLDPE)25％～40％、超高分子量聚乙烯6％～9％，爽滑剂0.5％～
1.5％，抗静电剂0.5％～2.5％；所述阻隔层的原料为乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)树脂。

[0008] 所述低密度聚乙烯可选自DFDA2001、DFDA9021、DFDA9085、HF‐7042等中的一种。所述茂金属聚乙烯可选自1018HA、SP2020等中的一种。所述超高分子量聚乙烯可选自B160T、B160C、LS4140、和GUR432等中的一种。

[0009] 所述爽滑剂可选自有机硅化合物、芥酸酰胺、油酸酰胺等中的一种。所述抗静电剂可选自硬脂酸甘油单酯或硼酸酯等。

[0010] 本发明的三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜是由表面层、阻隔层和热封层三层薄膜组成的。其中，表面层位于薄膜的外层，具有抗撕裂，耐酸、碱和有机溶剂的作用，同时具有印刷适应性与光泽性、透明性，并对薄膜的中间层与内层具有一定的保护功能。阻隔层具有对氧气、二氧化碳的高度阻隔性。热封层位于薄膜的内层，主要起到阻湿、阻光与成型热封密闭作用。

[0011] 所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：

[0012] 1)按照表面层、阻隔层、热封层的原料配方，分别将母料进行配料、混合、干燥等预处理；

[0013] 2)各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至170～190℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成片状流体流出；

[0014] 3)在流延铸片系统中风刀的作用下，流经冷却辊表面，被冷却至30℃，形成厚度均匀的玻璃态铸片；

[0015] 4)将步骤3)得到的玻璃态铸片在纵向拉伸机组中依次经过预热、拉伸和热处理定型进行纵向拉伸；

[0016] 5)在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热处理定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸；

[0017] 6)在薄膜的牵引过程中，利用β‐射线对薄膜进行连续厚度检测，再经电晕处理装置对薄膜表面进行处理，使其润湿张力达到所需标准，薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再按不同的宽度或长度分切为成品。

[0018] 在步骤4)中，所述预热的温度可为70～90℃；所述拉伸的温度可为85～100℃；所述热处理定型的温度可为90～100℃。

[0019] 在步骤5)中，所述预热的温度可为105～125℃；所述拉伸的温度可为95～115℃；所述热处理定型的温度可为110～130℃。

[0020] 各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至170～190℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成片状流体流出。

[0021] 本发明的三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜纵向拉伸速度可以达到(150～200)m/min，横向拉伸幅宽大于等于4.2m。

[0022] 本发明的三层共挤双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜的制备方法，其关键生产工艺在于将来自铸片机的玻璃态铸片(厚片)，在纵向拉伸机组中依次经过预热、拉伸和热处理定型进行一定倍数的纵向拉伸，其中预热温度为70～90℃，拉伸温度为85～100℃，热处理定型温度为90～100℃。在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸，其中预热温度为105～125℃，拉伸温度为95～115℃，热处理定型温度为110～130℃。

[0023] 本发明所述三层共挤快速双向拉伸宽幅聚乙烯复合薄膜相比于其他聚乙烯薄膜产品的优点在于：①原料中加入超高分子量聚乙烯，降低树脂结晶能力，使膜易于拉伸并增强薄膜强度，使薄膜不易破裂；②在现有的BOPVC或BOPP的生产线上可以直接生产；③薄膜幅宽大于等于4.2m，拉伸速度150～200m/min，厚度在20～60μm范围内可准确调控。

具体实施方式

[0024] 下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

[0025] 实施例1

[0026] 选用原料质量百分比如下：

[0027] 所述表面层和热封层的原料包括以下质量百分数的各组分：低密度聚乙烯(LDPE)50％、茂金属聚乙烯(m‐LLDPE)40％、超高分子量聚乙烯9％，爽滑剂0.5％，抗静电剂0.5％。
所述阻隔层原料为乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)树脂。

[0028] 按照表面层、阻隔层、热封层的原料配方，分别将母料进行配料、混合、干燥等预处理。各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至190℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成薄薄的片状流体流出。在流延铸片系统中风刀的作用下，流经冷却辊表面，被冷却至30℃，形成厚度均匀的玻璃态铸片。将玻璃态铸片在纵向拉伸机组依次经过预热、拉伸和热处理定型进行一定倍数的纵向拉伸，其中预热温度为90℃，拉伸温度为95℃，热处理定型温度为100℃。在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸，其中预热温度为125℃，拉伸温度为115℃，热处理定型温度为130℃。拉伸速度为190m/min。在薄膜的牵引过程中，利用β‐射线对薄膜进行连续厚度检测，再经电晕处理装置对薄膜表面进行处理，使其润湿张力达到一定的标准。薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再按不同的宽度或长度分切为成品。

[0029] 实施例2

[0030] 选用原料质量百分比如下：

[0031] 所述表面层和热封层的原料包括以下质量百分数的各组分：低密度聚乙烯(LDPE)55％、茂金属聚乙烯(m‐LLDPE)37％、超高分子量聚乙烯6％，爽滑剂1.0％，抗静电剂1.0％。
所述阻隔层原料为乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)树脂。

[0032] 按照表面层、阻隔层、热封层的原料配方，分别将母料进行配料、混合、干燥等预处理。各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至185℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成薄薄的片状流体流出。在流延铸片系统中风刀的作用下，流经冷却辊表面，被冷却至30℃，形成厚度均匀的玻璃态铸片。将玻璃态铸片在纵向拉伸机组中依次经过预热、拉伸和热处理定型进行一定倍数的纵向拉伸，其中预热温度为85℃，拉伸温度为90℃，热处理定型温度为100℃。在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸，其中预热温度为105℃，拉伸温度为110℃，热处理定型温度为130℃。拉伸速度为170m/min。在薄膜的牵引过程中，利用β‐射线对薄膜进行连续厚度检测，再经电晕处理装置对薄膜表面进行处理，使其润湿张力达到一定的标准。薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再按不同的宽度或长度分切为成品。

[0033] 实施例3

[0034] 选用原料质量百分比如下：

[0035] 所述表面层和热封层的原料包括以下质量百分数的各组分：低密度聚乙烯(LDPE)60％、茂金属聚乙烯(m‐LLDPE)30％、超高分子量聚乙烯7％，爽滑剂1.5％，抗静电剂1.5％。
所述阻隔层原料为乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)树脂。

[0036] 按照表面层、阻隔层、热封层的原料配方，分别将母料进行配料、混合、干燥等预处理。各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至180℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成薄薄的片状流体流出。在流延铸片系统中风刀的作用下，流经冷却辊表面，被冷却至30℃，形成厚度均匀的玻璃态铸片。将玻璃态铸片在纵向拉伸机组中依次经过预热、拉伸和热处理定型进行一定倍数的纵向拉伸，其中预热温度为80℃，拉伸温度为90℃，热处理定型温度为95℃。在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸，其中预热温度为115℃，拉伸温度为115℃，热处理定型温度为125℃。拉伸速度为150m/min。在薄膜的牵引过程中，利用β‐射线对薄膜进行连续厚度检测，再经电晕处理装置对薄膜表面进行处理，使其润湿张力达到一定的标准。薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再按不同的宽度或长度分切为成品。

[0037] 实施例4

[0038] 选用原料质量百分比如下：

[0039] 所述表面层和热封层的原料包括以下质量百分数的各组分：低密度聚乙烯(LDPE)65％、茂金属聚乙烯(m‐LLDPE)25％、超高分子量聚乙烯7％，爽滑剂0.5％，抗静电剂2.5％。
所述阻隔层原料为乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)树脂。

[0040] 按照表面层、阻隔层、热封层的原料配方，分别将母料进行配料、混合、干燥等预处理。各层树脂原料在挤出机筒内受热以及螺杆的剪切和推动下，熔融、塑化、加热至190℃，经过滤网，滤去其中的杂质，由共挤复合模头挤压成薄薄的片状流体流出。在流延铸片系统中风刀的作用下，流经冷却辊表面，被冷却至30℃，形成厚度均匀的玻璃态铸片。将玻璃态铸片在纵向拉伸机组中依次经过预热、拉伸和热处理定型进行一定倍数的纵向拉伸，其中预热温度为90℃，拉伸温度为95℃，热处理定型温度为100℃。在横向拉伸机内分别通过预热、拉伸、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸，其中预热温度为125℃，拉伸温度为115℃，热处理定型温度为130℃。拉伸速度为200m/min。在薄膜的牵引过程中，利用β‐射线对薄膜进行连续厚度检测，再经电晕处理装置对薄膜表面进行处理，使其润湿张力达到一定的标准。薄膜被牵引并收卷为大卷薄膜，再按不同的宽度或长度分切为成品。

[0041] 上述实施例所制备的聚乙烯复合薄膜的性能测试方法如下：薄膜厚度测试按GB/T 6672规定测试；拉伸强度和断裂伸长率测试参照GB/T 1040.3；热收缩率测试根据GB/T 
12026测定试样的横向和纵向的热收缩率；热封强度根据GB/T12026进行测试；雾度根据GB/T 2410测试；光泽度根据GB/T 8807进行测试；润湿张力按GB/T 14216测试；抗穿刺强度按照GB/T10004方法测试；薄膜的冲击破损质量按照GB/T 9639.1方法进行测试。

[0042] 经测试实施例1～4中制备的聚乙烯复合薄膜性能如表1。

[0043] 表1

[0044]

[0045] 本发明制备的薄膜的幅宽大于等于4.2m，厚度在20～60μm范围内可准确调控，其热封性能和抗穿刺性能优良。