CN101643559A - 超薄、高透气薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄、高透气薄膜及其制备方法。以重量百分比计，由如下物质组成：PE(LLDPE/LDPE)：40－50％，碳酸钙：45－55％，改性助剂(塑性助剂和成膜助剂)：3－5％。本发明的制备方法包括如下步骤：(1)透气膜母料工艺流程；(2)透气膜工艺流程。本发明产品的研制、开发、生产可替代进口，降低透气膜生产成本。同时为改善国外垄断的窘困现状，填补国内空白，开发生产具有自主知识产权的透气薄膜材料具有现实而巨大的经济效益和社会效益。

Description

超薄、高透气薄膜及其制备方法

技术领域：

本发明属于新材料技术领域，更具体是涉及一种超薄、高透气薄膜及其制备方法。

背景技术：

透气性薄膜是能让空气和气体透过，但却隔阻像水那样的液体的一种薄型的薄膜。其具有既易于通风、又柔软的织物的特性，同时也具有拦住水而不给湿的塑料袋的特性；它是一种机能性材料，又被称作“会呼吸的薄膜”，通常应用于既要求透气又要求防水的场合。这种特殊的功能，使其占有其它薄膜所无法替代的地位。透气膜的应用遍及人类活动的各个领域：日常生活中，用于个人卫生用品(如婴儿尿布、妇女卫生巾等)，其中应用在尿片、卫生巾的防水透气底层可以提供给宝宝，妇女因为通透带来干爽；在家纺行业，被用来做床罩、枕套、芳香剂/干燥机的包装；在农业领域，用于农副产品的保鲜包装，可防止病虫害，提高果实品质；在工业领域，可用于水处理，包括海水淡化、污水处理、废水再生、纯净水生产、饮用水生产，这为全世界水资源越来越贫乏的严峻形势带来了缓解之机；在医用与医药工业领域，可制成医用防护服、医用床单、医用隔离罩、一次性手术衣、一次性床垫等，也可用于制药过程的过滤、除菌；透气膜还被广泛应用于国防军事、冶金、环保等行业。

透气膜早先由日本研制成功，并逐步产业化，之后该技术传到韩国，台湾。并在韩国大力发展，使韩国的生产设备及工艺技术有了大幅度的提高，产品大量出口至世界各地，而中国则是最大的需求地。中国自90年代末诞生第一条生产线以来，一直处于半停产状态。其中塑料透气膜母料是透气膜生产中的最关键技术，但现在该技术只掌握在少数几个国外企业手中。

从透气膜开始开发至今，透气膜的应用日渐被大众认可，用户对其要求也在逐步增加，在满足常规使用要求的前提下，消费者要求透气膜的外观如手感和亲肤性要好，穿着使用时能接近于棉纺类，轻便、柔软、舒适，这就更需要透气膜向柔软舒适性发展，一方面通过减轻克重来提高产品的柔软，另一方面利用降克重的方式来降低生产成本。韩国以及国内基本上采用的是20-22g/m²的透气膜用于卫生行业。

其次，鉴于透气膜的特殊性能“防水透气”，在大部分领域中则需要高防水性能以及高透气性能，这样在使用环境中防水性能的加强则提高了使用的安全性，透气性的加强则提高了使用的舒适性，水气更易渗透。

目前我国的所有透气膜生产企业都是在靠进口透气膜母料过日子，这增加了产品的成本，使产品很难打开市场。而且进口透气膜母料大都依靠海上运输，长时间的运输过程使极易吸收水分的透气膜母料含水量增加，并极易出现卤化现象，容易导致透气膜成品的质量问题。目前，国内透气膜生产商所需的原料大都从德国、日本、韩国等地进口，对外依赖很大。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超薄、高透气薄膜。本发明产品的研制、开发、生产可替代进口，降低透气膜生产成本。同时为改善国外垄断的窘困现状，填补国内空白，开发生产具有自主知识产权的透气薄膜材料具有现实而巨大的经济效益和社会效益。

本发明的另一目的在于提供该超薄、高透气薄膜的制备方法。

为达到上述目的，本发明采取了如下的技术方案：

超薄、高透气薄膜，以重量百分比计，由如下物质组成：

PE(LLDPE/LDPE)                40-50％

碳酸钙：                      45-55％

改性助剂(塑性助剂和成膜助剂)：3-5％。

上述技术方案中，所述的聚乙烯(PE)最重要是要符合流延工艺；由于薄型产品本身结构(厚度方面更为薄)所要求的碳酸钙必须达到一定的粒径要求(平均粒径≤1.2微米)，同时必须有良好的与聚烯烃密炼的加工性能，能与聚乙烯混炼，从而制成符合透气膜要求的改性透气性树脂。

超薄、高透气薄膜的制备方法，包括如下技术步骤：

1.透气膜母料工艺流程

透气膜母料的制造其实是一个物理过程，即把一定比例的聚烯烃熔融后加入适量的碳酸钙，经高速搅拌，双螺杆挤压熔融，冷却切粒，干燥脱水后制成，简单的工艺示意图如说明书附图1。

该流程中，双螺杆挤出造粒主要工艺温度：加料段温度：130-180℃；熔融段温度：150-210℃；均化段温度：150-200℃；模头温度：160-200℃：

2.透气膜工艺流程

前道制成的透气膜母料，为保证加工时避免因水份过高而引起产品针孔、破洞、结焦，在计量计入特殊结构(双混炼段结果)螺杆后通过挤压熔融，再经过过滤流入衣架型模头，流延出较厚的树脂张材，再经过冷却定型后进入预加热环节，使张材达到一定得加工温度后经过特殊的单向拉伸，拉伸成要求的厚度如：15-20微米的薄膜，再经过冷却定型后进入厚道印刷分切，最后制成成品，工艺示意图如说明书附图2所示。

该流程中，挤出成型主要工艺温度：加料段：150-190℃；熔融段：160-250℃；均化段：180-250℃；模头温度：200-250℃；拉伸区压力：0.3-0.8MPa。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.在原先的配方体系中，韩国引进的技术是以SK公司，LG公司以及HANWHA公司的C4-LLDPE做为主体。通过原材料的改良选择，并经过欧美跨国石油化工公司EXXON美孚，DOW’S合作开发后，选用了物性更为优越的C6茂金属LLDPE及C8-LLDPE。另外在原先韩国技术的基础上，积极与国外碳酸钙供应商技术合作，试制出物性(粒经分布，表面涂覆)更适应制造薄型产品及增加添加量的碳酸钙。透气膜的克重可以控制在14-16g/m²，是目前国内克重最小的透气膜。

2.在韩国引进的透气性树脂生产线上，通过透气性树脂生产设备的改进，发现碳酸钙与聚烯烃，因为材料质、密度等物性不同类而引起的不均匀性，于是结合国外专业挤出设备的技术，从计量，碳酸钙喂入方式几个方面作了更进一步的改进。首先是原先人工计量投料全部改为失重式计量秤投料方式，更有效的控制了原料计量的精确性，其次是碳酸钙的喂料方式由原先的简单混合改为侧向稳定计量喂料，更有助于计量的准确性和混炼的均匀性，保证低粒径碳酸钙高达60％的填充量，而达到混合均匀的要求，确保低克重高透湿量的物性。

3.上机位通过以太网与下位机(PLC)相连，完成通讯，实现对最终各种执行机构的控制，实现整个设备的自动化控制，提高了生产速度，减少了人员的误操作等。采用闭环控制的方法实现整个过程的张力平稳适度控制，保证了牵引过程中的收卷质量。PLC以热电偶作为反馈信号，通过PID控制策略，对各个加热模块实现温度的精密控制与调节，保证了产品生产时的工艺稳定性，确保产品质量。

4.在线配置国际先进的检测仪，产品的厚度及瑕疵状况在产品经过检测仪后，所有状况均立即显示在显示屏上，根据显示的不良状况，工作人员可根据适时情况及时进行调整，控制产品质量，减少损失。

5.通过低克重、高透湿量产品的开发成功，为降低成本，进行产品国产化生产，同时为开拓市场，提升企业竞争力提供了卓有成效的途径。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为透气膜母料工艺流程示意图；

图2为透气膜工艺流程示意图；

图3为实施例制备得到的透气膜的结构示意图(电子显微镜图片-表面和断面)；

图4为图3所显示的孔之间的白色粒子的示意图；

图5为透气膜在300倍电镜下的电镜图；

图6为透气膜在500倍电镜下的电镜图；

图7为透气膜在2000倍电镜下的电镜图；

图8为项目实施前产品的电镜图(2000倍电镜下)。

具体实施方式：

以下结合具体实施例和说明书附图来对本发明作进一步描述。

实施例1

原料批号为YH-Y-03：

其中原料配比如下：

YH-Y-03

原料型号比例

LLDPE       25.5％

LDPE        15％

碳酸钙      55％

改性助剂    4.5％

造粒过程：

(1)造粒工艺温度

温区	一区	二区	三区	四区	五区	六区	七区	八区	九区	模头
											温度/℃	140	160	180	200	200	190	190	180	180	170

(2)成膜生产工艺温度

温区	一区	二区	三区	四区	五区	六区	七区	八区	模头
										温度/℃	180	185	225	230	245	250	250	250	250

(3)拉伸区压力：0.6Mpa；

(4)膜制备出以后进行基重检测；

(5)产品合格后，分切成要求的规格，如35g/m²*120mm*3000m，包装即可。

上述实施例所制得的超薄、高透气薄膜生产工艺技术生产出产品在纺织工业南方科技测试中心进行了检测，检测结果显示，各项性能指标均达到合同规定要求，产品性能处于国际领先水平。测试项目结果如下表1所示：

表1

检测项目	标准要求	检测结果	判定
				克重	16-35g/m2	16.5g/m2	符合
透湿量	2000-4000g/m2.24H	3654g/m2.24H	符合
				断裂强度	纵向(MD)≥700cN横向(CD)≥200cN	纵向800cN横向250cN	符合
断裂延伸率	纵向(MD)≥150％横向(CD)≥250％	纵向164％横向326％	符合

与之前生产的20g/m²产品性能指标(强度：MD 800-900cN，CD200-250cN；延伸率：MD 150-200％，CD 300-350％；透湿量：2000-3000g/m².24H)相比，均能达到其物性，在透湿量上更是超出了20g/m²物性。

本次开发的产品在性能上超过了目前普遍使用的20g/m²产品性能，具有更优的柔软性与舒适性，产品性能对比如下表2所示：

表2：新产品与以前常规产品(20g/m²)性能比较

透气性薄膜的结构图如图3所示：

仔细观察下边的透气性薄膜表面图片就可以看到许多细小(相当于千分尺)的孔。像空气那样的气体容易透过这个孔，像水那样的液体却难以渗透(由于自己的表面张力)，从而显出了上述的通风和防水的特性。

通过以上图片(尤其断面图片)，就可以看出孔之间的白色粒子。如图4所示。

这就是无机物材料，它是由从地面挖出来的石灰石(碳酸钙)用精细的方法加工出来的，是在产生透气孔时起重点作用的粒子。

改进前与改进后产品电镜图对比

项目后透气膜电镜图示意如下：

图5为300倍电镜下的电镜图。

图6为500倍电镜下的电镜图。

图7为2000倍电镜下的电镜图。

图中小孔既是透气膜防水透气的关键所在，液态水不能通过，而气态水能通过。

图8为项目实施前产品的电镜图(2000倍电镜下)：

从以上图7和图8两图(2000倍电镜下)中可以明显看出，项目实施前的产品微孔数量要少于项目实施后的产品微孔数量。微孔数量越多代表其具有高的透气性。所以项目实施后的产品透气性要优于项目实施前产品的透气性。

结论

综上所述，通过二年时间对透气膜生产工艺的探索与生产实践，本项目产品已完全达到了新产品设计工艺要求，达到了引进消化吸收再创新的目的。首先是在消化吸收韩国技术的基础上，通过项目小组成员的努力已完全了解到对薄型及透气性的透气膜影响的因素，如聚烯烃的选择，解决了因过薄而引起的物理性能以及加工性能的损耗。

第二是碳酸钙的选择，通过项目开发，已确认低粒径(≤1.2微米)，分布均匀。且改进表面处理的碳酸钙，一方面可以提高产品的加工性(混炼均匀，粒径小)，另一方面可更大量地添加(50-60％)碳酸钙，解决了因粒径偏大而导致透气膜无法减薄的问题，以及添加50-60％碳酸钙增加透气性能的预期目标。

第三是通过碳酸钙设备计量侧面喂料设备的技改，解决了因碳酸钙粒径小，计量不稳定而导致混炼不均匀的状况。(项目经过第三方机构的测试，主要物性均达到、甚至部分超过Q/SYH001-2006《透气材料》的企业标准要求。同时，根据浙江省科技信息研究院查新，到目前为止国内还未见同类产品产业化。

我们决心不断循序渐进，不断创新，进一步加强内部管理，提高员工的技术水平，并集合本公司的生产，全面实行“生产科研化、科技产业化”，做到研制一代、生产一代，为全面发展提高透气材料制造产业竞争力，提高透气薄膜的附加值，提高产品档次，扩大出口，替代进口而不懈努力。

Claims (4)

1.超薄、高透气薄膜，其特征在于：以重量百分比计，由如下物质组成：

PE(LLDPE/LDPE)                  40-50％

碳酸钙：                        45-55％

改性助剂(塑性助剂和成膜助剂)：  3-5％。

2.权利要求1所述的超薄、高透气薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)透气膜母料工艺流程；

(2)透气膜工艺流程。

3.根据权利要求2所述的超薄、高透气薄膜的制备方法，其特征在于：

所述的透气膜母料的工艺流程为：即把配方比的聚烯烃熔融后加入碳酸钙，经高速搅拌，双螺杆挤压熔融，冷却切粒，干燥脱水后制成；

该流程中，双螺杆挤出造粒主要工艺温度：加料段温度：130-180℃；熔融段温度：150-210℃；均化段温度：150-200℃；模头温度：160-200℃。

4.根据权利要求2所述的超薄、高透气薄膜的制备方法，其特征在于：

透气膜的工艺流程为：前道制成的透气膜母料，为保证加工时避免因水份过高而引起产品针孔、破洞、结焦，在计量计入螺杆后通过挤压熔融，再经过过滤流入衣架型模头，流延出较厚的树脂片材，再经过冷却定型后进入预加热环节，使片材达到一定得加工温度后经过特殊的单向拉伸，再经过冷却定型后进入后道印刷分切，最后制成成品；

该流程中，挤出成型主要工艺温度：加料段：150-190℃；熔融段：160-250℃；均化段：180-250℃；模头温度：200-250℃；拉伸区压力：0.3-0.8MPa。

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