CN102173156A - 一种双向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向拉伸聚乙烯薄膜及其制造方法，该双向拉伸聚乙烯薄膜包括至少一层膜层，其中至少一层所述膜层按以下重量百分比包括：茂金属线性低密度聚乙烯树脂90%-99.5%；抗静电剂0%-10%；抗粘连剂0%-5%；爽滑剂0%-5%；抗氧剂0%-5%。所述包装材料具有高热封强度、高抗穿刺强度、高挺度、高拉伸强度、极好的耐低温性和润湿张力持久性，而且使用厚度薄，成本低、节省能源、环保。

Description

一种双向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双向拉伸聚乙烯薄膜及其制造方法，特别是一种应用于软包装材料中作为基材的双向拉伸聚乙烯薄膜及其制造方法。

背景技术

复合塑料软包装材料大部分都是由几层薄膜复合而成的，一般由热封层、粘接层和基材组成，热封层提供热封性能，通常为吹塑聚乙烯（IPE）薄膜、流延聚乙烯（CPE）薄膜、流延聚丙烯（CPP）薄膜和EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）薄膜；基材提供好的力学性能和功能性能，一般为双向拉伸聚酯薄膜（BOPET）、双向拉伸尼龙薄膜（BOPA）、双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPE）、涂布聚偏二氯乙烯薄膜（PVDC）、聚乙烯醇薄膜（PVA）、铝箔、纸张等阻隔性好的材料。复合塑料软包装材料应用范围广，但目前的复合塑料软包装材料普遍存在较厚的缺点，其原材料用料较多，成本较高。

此外,上述塑料软包装材料的抗针刺和抗冲击性能也不够好,尤其是低温下的抗针刺、抗冲击性能更差。在冷藏保存时，存在一定的破袋率，影响食品的质量，造成损失。

目前，聚乙烯薄膜主要采用吹塑或流延工艺生产，由于聚乙烯(PE)本身是一种容易结晶，结晶速率快，结晶度高，晶体结构特殊的高分子材料，尚没有采用双向拉伸工艺生产低密度聚乙烯薄膜或线性低密度聚乙烯薄膜。

发明内容

本发明目的在于提供一种双向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法。

本发明所述的双向拉伸聚乙烯薄膜，其特征在于：其包括一层以上膜层，其中，至少有一层膜层为按以下重量百分比包括：由茂金属作为催化剂经分段聚合而成的茂金属线性低密度聚乙烯 90%-99.5%；抗静电剂 0%-10%；抗粘连剂0%-5%；爽滑剂0%-5%；抗氧剂0%-5%。

本发明所述的双向拉伸聚乙烯薄膜的制备方法，包括如下步骤：

a. 配料；其中至少有一膜层的配料包含以下重量百分比的成分：由茂金属作为催化剂经分段聚合而成的茂金属线性低密度聚乙烯 90%-99.5%；抗静电剂 0%-10%；抗粘连剂0%-5%；爽滑剂0%-5%；抗氧剂0%-5%；

b. 将配料加入相应的挤出机内160-280℃进行熔融、塑化，挤压并汇流于T型或衣架型模头，通过模头于160-280℃挤出；

c. 将模头挤出物经过10-60℃的冷却装置冷却，形成膜片；

d. 膜片经70-140℃预热，拉伸倍率为1-10、拉伸温度为60-160℃的纵向拉伸，温度范围为80-160℃的热定型；

e. 纵向拉伸后的薄膜经80-170℃预热，拉伸倍率为1-10、拉伸温度为60-160℃横向拉伸，温度范围为70-170℃进行热定型；

f. 常规电晕或火焰处理；

g. 收卷。

本发明的双向拉伸聚乙烯薄膜厚度薄，将其应用于复合塑料软包装材料中，能够极大地降低包装材料的厚度，减少原材料的用量，从而降低成本。

在上述双向拉伸聚乙烯薄膜的膜层成分中，茂金属线性低密度聚乙烯是整个薄膜的主要成分也为其他成分的承载体。

抗静电剂降低薄膜的表面电阻率，能够防尘、改善薄膜的放卷性能和薄膜的使用性能；抗静电剂可采用现行一般常用的抗静电剂，其主要是胺类、酯类或两者复配的。

抗粘连剂防止薄膜粘连，抗粘连剂可使用现行一般塑料薄膜上常用的，例如二氧化硅，粘土，聚甲基丙烯酸甲酯，玻璃珠等的任一种。

爽滑剂可以使薄膜表面具有爽滑特性，可降低薄膜的摩擦系数，避免薄膜发生粘合，爽滑剂可采用现行一般常用的爽滑剂，如油酸酰胺、芥酸酰胺。

抗氧剂可以防止聚合物因氧化而引起变质，抗氧剂可使用现行一般塑料薄膜上常用的，例如受阻酚类抗氧剂、硫代二丙酸双酯等。

本发明所述薄膜的制造方法，采用双轴向拉伸工艺，其可适用于只包含单膜层的薄膜，也适用于多膜层结构的薄膜。单膜层与多膜层薄膜制造方法的不同在于，单膜层结构的薄膜的制造，在上述a步骤中配料加入到一台（或几台串联的）挤出机熔融，然后通过模头挤出；多膜层结构的薄膜在a步骤中各膜层配料分别加入到不同挤出机熔融，然后汇流到同一模头挤出。

各膜层原料混合物分别由不同挤出机于180-280℃温度范围进行熔融、塑化、挤压汇流于同一（T型或衣架型）模头。

模头流出熔体经冷却铸片辊冷却形成膜片，冷却铸片装置可以是铸片辊和冷却水槽共同组成，也可以只有冷却铸片辊，根据不同产品的需求，冷却温度可在范围为10℃-60℃内设置；

膜片经过导向辊进入纵向拉伸区域，纵向拉伸装置包含预热、纵向拉伸和热定型三部分。温度范围70-140℃的预热，能让膜片软化，达到拉伸的要求，预热后的膜片经存在速差的两个以上的拉伸辊而实现纵向拉伸，拉伸倍率设定为1-10倍，可以采用一次拉伸也可以采用两次或多次拉伸，拉伸温度范围为60-160℃；热定型是增加薄膜尺寸稳定性，温度范围为80-160℃；

经过纵向拉伸的膜片在横向拉伸区域经过80-170℃预热、60-160℃横向拉伸和为70-170℃热定型后形成薄膜，然后进入下游牵引和收卷区域。通过预热让膜片软化，达到拉伸的要求；横向拉伸倍率设定为1-10；再通过热定型是增加薄膜尺寸稳定性。

电晕处理装置或火焰处理装置是牵引收卷区域的一部分，电晕处理主要是提高薄膜表面的润湿张力，有利于在薄膜表面上进行印刷、复合等下游加工。

将上述加工好的薄膜经过牵引后，按照生产的要求收卷到卷取设备上；制得双向拉伸聚乙烯（BOPE）。

本发明的双向拉伸聚乙烯薄膜，使用以茂金属为催化剂经分段聚合技术合成的茂金属线性低密度聚乙烯，采用茂金属催化剂和分段聚合技术控制聚乙烯的初级结构以改善聚乙烯的加工性能，从而实现可进行逐次双向拉伸。可采用本发明所述的制造方法，制造出双向拉伸聚乙烯薄膜（BOPE）。所制得的薄膜能达到与现有技术结构中的IPE、CPE、CPP和EVA相比较，其不但具有优于上述材料的热封性能，具有较高热封强度外，还具有优异的力学机械性能，极优的超低温物性（抗针孔性、抗冲击性、耐磨性等）和易撕裂性（易撕直线）等优秀的使用性能。在达到同样力学性能的情况下，BOPE厚度可以做到比IPE、CPE减薄50%。如果将双向拉伸后的聚乙烯薄膜作为塑料复合软包装材料中作为热封层或基材，其将能够极大的降低包装薄膜的厚度，减少原材料的用量，减少运输成本，从而降低成本。

取12μm的 PET与40μm 的BOPE复合而成的包装材料和12μm的 PET 与80μm 的吹塑LDPE复合而成的包装材料进行热封强度测试，结果见下表：

材料	测试项目	测试方法	测试结果
				PET12μm//BOPE40μm	热封强度（N/15mm）	GB/T 1040-2006	49.45
PET12μm//LDPE80μm	热封强度（N/15mm）	GB/T 1040-2006	49.91

取40μm 的BOPE与80μm 的吹塑LDPE，对其穿刺强度进行测试，结果见下表：

材料	测试项目	测试方法	测试结果
				BOPE40μm	穿刺强度（N）	GB/T 21302-2007	6
LDPE80μm	穿刺强度（N）	GB/T 21302-2007	3.1

分别用15μm的BOPA与25μm BOPE复合而成的包装材料（BOPA15μm//BOPE25μm）和15μm 的BOPA与50μm的吹塑LDPE复合而成的包装材料（BOPA15μm//LDPE50μm）制成的果冻条包，进行跌落试验。试验结果如下：BOPA15μm//LDPE50μm结构的破包率为6.7%；BOPA15μm//BOPE25μm结构的破包率为0。

包括有上述膜层成分的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)，其采用聚乙烯树脂为主要成分，无毒无害，安全环保，能满足包装各种食品的安全要求；通过上述步骤制造出来的本发明的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)，能够在性能更优的情况下，将厚度减半，50％以上的轻量化使其符合当前低碳化经济的形势，节省能源，降低成本，环保。将极大的推动塑料软包装行业的发展。

本发明的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)不仅可以只包括单层膜层，还可以包括多层膜层，如三层、五层等，各膜层成分含量可以不同，里层可以含有少量或不含有抗静电剂、爽滑剂、抗氧剂，次里层或表层可以含有较少量或不含抗静电剂、爽滑剂、抗氧剂，表层可以增加稍多量的抗粘连剂，以避免收卷后薄膜之间的彼此粘附。

具体实施方式

实施例1

一种双向拉伸聚乙烯薄膜，薄膜厚度为40μm，包括单层膜层，该膜层按重量百分比包括以下成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂95.8%、抗静电剂1%、抗粘连剂0.2%、爽滑剂1.0%、抗氧剂2.0%；所述茂金属线性低密度聚乙烯树脂为聚乙烯经茂金属催化经分段聚合而成。

本实施例双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)的制造方法，包括以下步骤：将茂金属线性低密度聚乙烯树脂95.8%；抗静电剂1%；抗粘连剂0.2%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%混合后加入主挤出机，于180-280℃熔融、塑化、挤压，经T型模头与180-280℃挤出，在10-60℃范围内，通过铸片辊和水槽激冷铸成膜片，膜片进入纵向拉伸区域；纵向拉伸区域预热温度设定为70-140℃，纵向拉伸温度设定为60-160℃，纵向拉伸倍率设为5，然后再经过80-160℃热定型后进入横向拉伸区域；横向拉伸预热温度设定为80-170℃，横向拉伸拉伸温度设定为60-160℃，拉伸倍率设为8，最后通过70-170℃热定型来控制薄膜的尺寸稳定性，经过上述拉伸的膜片进行电晕处理，使薄膜具有良好的复合性能或印刷性能或热封性能，最后经过收卷机收卷得到双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)。

采用该方法制造出来的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)，其透明度高, 热封性，防潮性好，纵、横向抗拉强度好,并具有防湿和可折叠性等优点。特别是在厚度减少50%的情况下关键性能仍达到其它聚乙烯薄膜的性能。具有高热封强度、高抗穿刺强度、高挺度、高拉伸强度、极好的耐低温性和润湿张力持久性，而且使用厚度减半，原材料用量更少，薄膜更轻。薄膜的轻量化使其符合当前低碳化经济的形势，节省能源，降低成本，环保。

本实施例的单层膜层包含各成分的重量百分比也可以是：茂金属线性低密度聚乙烯树脂93.0%；抗静电剂4%；抗粘连剂0.2%；爽滑剂0.8%；抗氧剂2.0%。

本实施例的单层膜层包含各成分的重量百分比还可以是：茂金属线性低密度聚乙烯树脂95.5%；抗静电剂3%；抗粘连剂1.0%；爽滑剂0.5%；抗氧剂0%。

实施例2

一种双向拉伸聚乙烯薄膜，薄膜厚度为25μm，包括三层膜层结构，中间层厚度为22.5μm, 包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂98.5%、爽滑剂1.5%；外表层厚1.0μm，包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂：98.5%、抗粘连剂：1.5%；里表层厚1.5μm，包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂：97%，抗粘连剂：1.5%,爽滑剂1.5%。所述茂金属线性低密度聚乙烯树脂为聚乙烯经茂金属催化经分段聚合而成。

所述双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)的制造方法，包括以下步骤：将中间层、里、外两表层配料分别加入各自相应的挤出机，于190-280℃熔融、塑化、挤压，经T型模头与190-280℃挤出，在20-40℃范围内，通过铸片辊和水槽激冷铸成膜片，膜片进入纵向拉伸区域；纵向拉伸区域预热温度设定为90-130℃，纵向拉伸温度设定为80-140℃，纵向拉伸倍率设为6，然后再经过90-140℃热定型后进入横向拉伸区域；横向拉伸预热温度设定为100-150℃，拉伸倍率设为10，横向拉伸拉伸温度设定为80-140℃，最后通过90-150℃热定型来控制薄膜的尺寸稳定性，经过上述拉伸的膜片进行电晕处理，使薄膜具有良好的复合性能或印刷性能，最后经过收卷机收卷得到本实施例的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)。

本实施例制得的三层结构的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)，具有高热封强度、高抗穿刺强度、高挺度、高拉伸强度、极好的耐低温性和润湿张力持久性。而且使用厚度减半，50％以上的轻量化使其符合当前低碳化经济的形势，节省能源，降低成本，环保。

应当指出的是，本实施例的三层膜层中各成分的重量百分比也可以是：中间层：茂金属线性低密度聚乙烯树脂97.0%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%；外表层：茂金属线性低密度聚乙烯树脂94.5%；抗粘连剂2.5%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%；里表层：茂金属线性低密度聚乙烯树脂97.0%；抗粘连剂1.0%；抗氧剂2.0%。

三层膜层中各成分的重量百分比还可以是：中间层：茂金属线性低密度聚乙烯树脂98.0%；爽滑剂1.0%；抗氧剂1.0%；外表层：茂金属线性低密度聚乙烯树脂96.5%；抗粘连剂1.5%；爽滑剂1.0%；抗氧剂1.0%；里表层：茂金属线性低密度聚乙烯树脂98.5%；抗粘连剂0.5%；抗氧剂1.0%。

实施例3

一种双向拉伸聚乙烯薄膜，薄膜厚度为45μm，包括五层膜层结构，中间层包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂97.0%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%；中上层包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂97.0%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%；中下层包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂97.0%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%。外表层包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂94.5%；抗粘连剂2.5%；爽滑剂1.0%；抗氧剂2.0%；里表层包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂97.0%；抗粘连剂1.0%；抗氧剂2.0%。

所述双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)的制造方法，包括以下步骤：将中间层、中上层、中下层、里、外两表层配料分别加入各自相应的挤出机，于190-280℃熔融、塑化、挤压，经T型模头与190-280℃挤出，在10-30℃范围内，通过铸片辊和水槽激冷铸成膜片，膜片进入纵向拉伸区域；纵向拉伸区域预热温度设定为90-130℃，纵向拉伸温度设定为80-140℃，纵向拉伸倍率设为6，然后再经过90-140℃热定型后进入横向拉伸区域；横向拉伸预热温度设定为100-150℃，拉伸倍率设为10，横向拉伸拉伸温度设定为80-140℃，最后通过90-150℃热定型来控制薄膜的尺寸稳定性，经过上述拉伸的膜片进行电晕处理，使薄膜具有良好的复合性能或印刷性能，最后经过收卷机收卷得到本实施例的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)。

按照上述成分配比制造出来的五层结构的双向拉伸聚乙烯薄膜(BOPE)，具有高热封强度、高抗穿刺强度、高挺度、高拉伸强度、极好的耐低温性和润湿张力持久性，而且使用厚度减半，50％以上的轻量化使其符合当前低碳化经济的形势，节省能源，降低成本，环保。

Claims (4)

1.一种双向拉伸聚乙烯薄膜，其包括一层以上膜层，其中至少有一层膜层为按以下重量百分比包括：由茂金属作为催化剂经分段聚合而成的茂金属线性低密度聚乙烯 90%-99.5%；抗静电剂 0%-10%；抗粘连剂0%-5%；爽滑剂0%-5%；抗氧剂0%-5%。

2.根据权利要求1所述的双向拉伸聚乙烯薄膜，其特征在于，所述的双向拉伸聚乙烯薄膜厚度为10-120μm。

3.根据权利要求1所述的双向拉伸聚乙薄膜，其特征在于，所述的双向拉伸聚乙烯薄膜厚度为25μm，包括三层膜层结构，中间层厚度为22.5μm, 包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂98.5%、爽滑剂1.5%；外表层厚1.0μm，包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂：98.5%、抗粘连剂：1.5%；里表层厚1.5μm，包含以下重量百分比的成分：茂金属线性低密度聚乙烯树脂：97%，抗粘连剂：1.5%,爽滑剂1.5%。

4.一种制备权利要求1所述双向拉伸聚乙烯薄膜方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、配料；其中至少有一膜层的配料包含以下重量百分比的成分：由茂金属作为催化剂经分段聚合而成的茂金属线性低密度聚乙烯90%-99.5%；抗静电0%-10%；抗粘连剂0%-5%；爽滑剂0%-5%；抗氧剂0%-5%；

b、将配料加入相应的挤出机内160-280℃进行熔融、塑化，挤压并汇流于T型或衣架型模头，通过模头于160-280℃挤出；将模头挤出物经过10-60℃的冷却装置冷却，形成膜片；

c、膜片经70-140℃预热，拉伸倍率为1-10、拉伸温度为60-160℃的纵向拉伸，温度范围为80-160℃的热定型；

d、纵向拉伸后的薄膜经80-170℃预热，拉伸倍率为1-10、拉伸温度为60-160℃横向拉伸，温度范围为70-170℃进行热定型；

e、常规电晕或火焰处理；

f、收卷。