CN102225647A - 一种可永久性抗静电的多层共挤膜及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可永久性抗静电的多层共挤膜及其加工方法，在多层共挤膜的表附着有离子导电聚合物层离子导电聚合物为包含有聚乙烯和带有导电离子聚合物的两种或两种以上分子的共混聚合物，共混聚合物的分子链相互贯穿构成三维互穿聚合物网络结构，在多层共挤膜中还设有阻隔层；其加工方法包括混配导电聚合物、烘干、配置多层共挤膜原料、共挤成型、风环冷却和淬火处理。由于采用了离子导电聚合物层作为抗静电层，同时还利用了多层共挤吹膜技术，将离子导电聚合物直接进行挤出，获得了表面具有抗静电效果的薄膜。在材料表面只需1％-5％的结构型聚合物，便可实现抗静电功能，这种抗静电效果能维持50年以上，而且不受温度、湿度等环境影响。

Description

一种可永久性抗静电的多层共挤膜及其加工方法

技术领域

本发明涉及包装用塑料薄膜，特别是一种可永久性抗静电的多层共挤膜及加工方法，主要用于冲压成型食品包装，也适用于药品包装和化妆品包装等领域。

背景技术

抗静电包装技术是指通过采用不同的材料组合或复合成对安全地耗散静电电荷或屏蔽零件，能限制静电电荷聚集或免受外部静电电荷影响的一种高新技术。作为抗静电放电包装的材料应具备下列主要性能，防止摩擦起电、免受静电场的影响、防止与带电人体或与带电物体因接触产生放电。

当前，抗静电包装技术主要分为以下四类：

(一)物理消除法

物理消除法是在不改变材料性能的情况下，利用静电本身固有的特性来消除的方法。如“接地”消除法，就是在工序上安装消静电毛刷。将刷体置于纸张或塑料卷材的收卷或放卷处，并使消静电毛刷的接地端可靠接地，而不能接于设备或导辊上。因为设备有可能接地不良；部分导辊经过阳极处理，表面生成氧化铝，而氧化铝是不导电的。例如高压放电式静电消除法，即采用高压放电式静电消除器来消除静电。泫静电消除器按放电极性分为单极性和双极性。单极性静电消除器只中和一种电荷(正电荷或负电荷)，双极性静电消除器既可以消除正电荷，又可以消除负电荷。环境湿度控制法也是较为常见的一种，增加车间环境的相对湿度(适宜在60％～70％范围)，可以提高塑料、纸张表面的水分，形成微薄的、可以导电的水膜，从而加速静电泄漏。以上三种相结合的静电消除法在进行印刷、复合、分切以及制袋工艺时较为常见。

(二)化学消除法

化学消除静电法即抗静电剂处理技术，主要是将抗静电剂(表面活性剂)通过添加(填充)技术或涂层技术，对树脂或基材进行电性能改性的方法，是较为彻底和完善的抗静电技术。但由于添加或涂布了抗静电剂，引起了材料化学成分的改变，因而该技术不适用于对纸张的处理，只适用于对塑料树脂的改性。

特别是在包装食品、医药、化妆品、化工产品等，要注意安全性、卫生性以及与基体树脂的相容性等等，故而技术含量较高。具有抗静电性能的包装材料，不仅杜绝了由于静电引起的各种质量事故，而且为顾客提高了包装效率，保证了封口强度，因而得到顾客的认可。令人欣慰的是，塑料工业界早在上世纪90年代初期就加强了对抗静电剂的研究，抗静电剂的性能日趋成熟，抗静电剂处理技术也得到了广泛的推广与使用。

(三)添加型处理技术

该技术(即母粒技术)是将添加型抗静电剂按一定浓度(百分之几到百分之几十)与热塑性树脂混合，并添加多种助剂，经熔融、混炼、造粒，制得抗静电母粒。抗静电剂的选用，要注意与基体树脂的相容性。若相容性太差，则制得的抗静电粒子性能较差；但相容性太好，则抗静电剂向表面迁移的速度太慢，难以形成抗静电水膜。选用与制品树脂相同的树脂作为基体树脂，在进行熔融、混炼、造粒的过程中，要尽可能维持较低的加工温度，防止抗静电剂因热稳定性不好而分解甚至变质。利用抗静电粒子制备抗静电塑料薄膜，常采用三层(ABC)共挤吹塑工艺。注意添加抗静电母粒的比例要根据其有效物的浓度确定，并依据测试结果作适当调节，使其表面电阻率ps在10¹¹Ω左右即可；添加量增大不仅增加产品成本，而且会对后期的加工工序带来不利影响。若要制备抗静电复合包装材料，则把抗静电粒子加入功能面(热封面)，而不加入复合面(电晕处理面)，以免迁移出的抗静电剂及水膜形成阻隔层，影响复合后材料的剥离强度。

(四)涂层型处理技术

涂层型抗静电剂处理技术是将离子型表面活性剂制成抗静电涂料，涂覆于塑料薄膜表面，起防止电荷积累效果。涂层型抗静电剂的选用，要根据被涂覆基材的功函数大小来确定。塑料材料的功函数大，则易带负电；其功函数小，则带正电。常见的塑料材料中功函数由大到小的顺序前面已谈到，PP、PE极易带负电，宜采用阳离子型表面活性剂涂覆；PET、PA极易带正电，宜采用阴离子型表面活性剂涂覆。要求塑料薄膜表面润湿张力大于38dyn/cm；抗静电涂料成膜性好、耐摩擦、耐化学腐蚀且作用持久。制备抗静电涂料的方法是：将抗静电剂溶解于成膜性好、与塑料薄膜附着牢固的醇溶性或酯溶性树脂或乳液中；也可用聚氨酯粘合剂作载体，用酯类溶解；还可溶解于溶剂型塑料涂料中，制成抗静电涂料。涂布时注意选择合适的涂布干量，设定好干燥箱阶梯温度，控制好卷取速度及环境相对湿度，防止涂布后产生雾度、彩虹等现象。

在国外抗静电PE薄膜的发展很快，尤其在美国、日本和西欧等发达国家，无论是抗静电PE膜的生产和销售均居世界前列，International Plastics，Inc，PolyPlus Packaging Ltd等公司都能供应性能稳定的抗静电膜。与国外相比，国内用于药品食品包装的抗静电PE膜的研制工作起步较晚，远远落后于发达国家，对于用来生产抗静电薄膜的抗静电剂和抗静电母料也需要进口。很多的研究都限于实验阶段。虽然一些公司能生产抗静电膜，但是抗静电性能不稳定，不能长时间保持抗静电性能，随着环境的变化抗静电效果变化很大，而或者能获得较好的抗静电效果，但颜色单一，影响使用，很难大面积推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种综合了现有技术中的优势，先生产出具有化学消除性抗静电效果的一种新型的可永久性抗静电的多层共挤膜，并设计出该多层共挤的加工工艺。该产品可解决目前抗静电膜有效期短、易析出污染产品的难题，可大大降低材料的使用量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种可永久性抗静电的多层共挤膜，其特征在于，在所述多层共挤膜的表附着有离子导电聚合物层，所述的离子导电聚合物为包含有聚乙烯和带有导电离子聚合物的两种或两种以上分子的共混聚合物，所述共混聚合物的分子链相互贯穿构成三维互穿聚合物网络结构，在所述多层共挤膜中还设有阻隔层。

其中，所述的多层共挤膜至少为三层。

优选的技术方案是，所述的多层共挤膜为七至九层。

优选的技术方案是，所述的共挤膜层厚度为23微米～250微米，其中离子导电聚合物层厚度为1.5微米～5微米。

优选的技术方案是，所述的阻隔层为聚酰胺或尼龙层，或为乙烯-乙烯醇共聚物层，或为乙烯-醋酸乙烯共聚物层。

优选的技术方案是，所述的多层共挤膜为七层或为九层。

一种可永久性抗静电的多层共挤膜的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下工艺步骤：

第一步，导电聚合物的混配，将离子导电聚合物层中需要使用的树脂粒子按照配方的比例在混合设备中进行混合；

第二步，烘干，将混合后的粒子用真空烘料机在80℃的温度下烘干6～8小时；

第三步，配料，依据多层共挤膜的层数及使用要求配置各层原料，并设定工艺参数；

第四步，共挤成型，使用与共济膜层数相对应的挤出机将原料熔融后输出，将各挤出机输出的材料输送到膜头和流道中，经熔融成型加工成膜；

第五步，风环冷却，对挤出后的成型膜进行风环冷却，同时控制风温与风的流量；

第五步，淬火处理，将成型后的片材在进行加热，然后进行急冷。

其中，所述第四步共挤成型工艺中，在所述一台或多台挤出机内加入开口剂、防雾剂、抗紫外线剂。

所述第三步中多层共挤膜的层数为7～层，所述第四部中的挤出机为7～9台。

所述第五部中的风环冷却是对成型模的两面进行吹风冷却。

本发明的优点和有益效果在于：由于采用了离子导电聚合物层作为抗静电层，同时还利用了多层共挤吹膜技术，将离子导电聚合物直接进行挤出，获得了表面具有抗静电效果的薄膜。在材料表面只需1％-5％的结构型聚合物，便可实现抗静电功能，这种抗静电效果能维持50年以上，而且不受温度、湿度等环境影响。

附图说明

图1～7是本发明可永久性抗静电的多层共挤膜的结构示意图；

图8是本发明可永久性抗静电的多层共挤膜的加工工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明是一种可永久性抗静电的多层共挤膜，在多层共挤膜的表附着有离子导电聚合物层，所述的离子导电聚合物为包含有聚乙烯和带有导电离子聚合物的两种或两种以上分子的共混聚合物，所述共混聚合物的分子链相互贯穿构成三维互穿聚合物网络结构，在所述多层共挤膜中还设有阻隔层。

在本发明中所述的多层共挤膜为七至九层。所述的共挤膜层厚度为23微米～250微米，其中离子导电聚合物层厚度为1.5微米～5微米。

其中，所述的阻隔层为聚酰胺或尼龙层，或为乙烯-乙烯醇共聚物层，或为乙烯-醋酸乙烯共聚物层。

在本发明中所述的七层共挤膜分别为聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物层、聚乙烯层、聚乙烯层、聚乙烯层、聚乙烯层、聚乙烯层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图1所示；或为聚乙烯电解聚合物层、聚乙烯层、聚乙烯层、聚乙烯层、聚乙烯层、聚乙烯层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图2所示；或为聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚乙烯离子导电聚合物层、聚乙烯层、粘结树脂层、乙烯-乙烯醇共聚物层、粘结树脂层、聚乙烯层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图3所示；或为聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚乙烯层、聚乙烯层、粘结树脂层、尼龙层、粘结树脂层、聚乙烯层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图4所示；或为尼龙层、粘结树脂层、聚乙烯层、粘结树脂层、尼龙层、粘结树脂层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图5所示；所述的九层共挤膜分别为尼龙层、粘结树脂层、聚乙烯层、粘结树脂层、尼龙层、乙烯-乙烯醇共聚物层、尼龙层、粘结树脂层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图6所示；或为聚乙烯/聚乙烯离子导电聚合物层、聚乙烯层、聚乙烯层、粘结树脂层、尼龙层、乙烯-乙烯醇共聚物层、尼龙层、粘结树脂层和聚乙烯离子导电聚合物层，如图7所示。

如图8所示，本发明还包括一种可永久性抗静电的多层共挤膜的加工方法，所述加工方法包括如下工艺步骤：

第一步，导电聚合物的混配，将离子导电聚合物层中需要使用的树脂粒子按照配方的比例在混合设备中进行混合；

第二步，烘干，将混合后的粒子用真空烘料机在80℃的温度下烘干6～8小时；

第三步，配料，依据多层共挤膜的层数及使用要求配置各层原料，并设定工艺参数；

第四步，共挤成型，使用与共济膜层数相对应的挤出机将原料熔融后输出，将各挤出机输出的材料输送到膜头和流道中，经熔融成型加工成膜；

第五步，风环冷却，对挤出后的成型膜进行风环冷却，同时控制风温与风的流量；

第五步，淬火处理，将成型后的片材在进行加热，然后进行急冷。

其中，所述第四步共挤成型工艺中，在所述一台或多台挤出机内加入开口剂、防雾剂、抗紫外线剂。

所述第三步中多层共挤膜的层数为7～层，所述第四部中的挤出机为7～9台。

所述第五部中的风环冷却是对成型模的两面进行吹风冷却。

本发明的基本原理是：

在本发明中使用的聚乙烯电解聚合物(IPE)原料是基于一种新型的离子导电聚合物(IDP)，它能够导电。这种单体可用于生产塑料及其制品，它具有持久，快速，不依靠潮湿导电，低电荷功能(抗静电)。IPE是以自组3D互穿网络(IPN)离子处于主聚合物中。IPE聚合物自身的导电性能不会受混比的影响，因此混比只是控制离子的密度。这个新的技术创新是用离聚物和聚合电解质混合，IPE可保持它自身的功能即使以很少的混比和离子网络分散于主聚合物中。高混比的IPE在高密度的IPN中的显示结果如下。当混比下降，IPN变得疏散。而这两种情况下，网络是完整的。这就意味整个网络的导电性能没有变弱，但是测量的表面的电阻值是不一样的。

多层共挤技术直接采用三种或以上的塑料粒子作为原料，通过多台的挤出机分别使每种塑料熔融塑化后，注入同一模头中，然后经过进一步加工处理，制得多层复合薄膜。多层共挤技术不同于干法复合等复合技术，它不需要先将塑料粒子制成薄膜状的中间产品。所以说，多层共挤加工技术代表了经济、环保的方向。目前多层共挤技术多采用异种塑料共挤出复合。由于极性高分子化合物与非极性高分子化合物之间性能相差很大，性能之间可以相互取长补短，通过各层材料性能之间的互补，可制得高性能的复合薄膜，因此多层共挤技术常用于高阻隔性复合薄膜的生产。

本发明是利用9层或7层共挤吹膜技术，将IDP聚合物(IPE)直接进行挤出，获得了表面具有抗静电效果的薄膜。在材料表面只需1％-5％的结构型聚合物，便可实现不随时间、不随环境的改变而改变的永久性抗静电功能，而且可以根据客户的需求对抗静电能力进行调整，其表面电阻值可以在10⁸-10¹²Ω之间进行调整，该薄膜的总厚度最薄可以做到23μm，其中的抗静电层仅为1.5μm。同时又可利用多层共挤的优势引入阻隔性(阻氧阻水)材料，如聚酰胺或尼龙(PA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等。所发明的多层共挤永久性抗静电薄膜，既具有永久性抗静电效果，又具有高阻氧阻水性。

其中，所述多层共挤永久性抗静电薄膜是利用多层共挤工艺将IPE塑化完全后完全粘附在多层共挤薄膜的一面或两面，从而达到一面或两面都具有永久性抗静电效果。多层共挤薄膜的结构取决于薄膜的功能需求，本发明在满足工艺要求的前提下，通过不同聚合物的组合，将满足永久抗静电性、阻隔、热封、强度、抗穿刺、耐环境适性、二次加工特性、延长储藏和货架期限等功能需求。永久性抗静电效果是基于IPE本身的导电性而达到永久性抗静电效果，而且IPE的混合比例的不同，3D互穿网络(IPN)的疏密程度不同，从而可以设计IPE的不同混合比例来改变永久性抗静电效果。

本发明在采用上述原料的基础上，以下就各工序进行介绍：

1.树脂混配烘干。是将各种树脂粒子按照配方的比例进行混合，在混合设备中进行告诉混合，确保各粒子分散均匀，特别对于永久性抗静电的IPE树脂需要用真空烘料机在80℃的温度下烘干6～8小时，保证其完全干燥，才能确保其永久性抗静电性，对于阻隔层树脂而言，不需进行特别的烘干，但要确保其外包装的完整性，不能出现漏气现象，因为阻隔性材料极易吸湿，吸湿后无法继续使用；

2.抗静电的配方设计。本产品需根据不同的需要设计不同的配方，包括不同配方的加工工艺条件，这一步是整个加工过程的核心内容；

3.加工助剂与功能母料的选择。加工过程中的加工助剂与功能母粒的选择，如开口剂、防雾剂、抗紫外线剂、特殊的加工助剂等，这些都是根据不断的理论与试验的相互协调而选择的；

4.共挤成型。本产品可以根据需要采用9层或7层共挤，9个或7个挤出机将各层材料输送到模头和流道中，经熔融成型加工成膜；

5.风环冷却。冷却是成膜的核心步骤，风环的温度和风量都决定着薄膜的透明度和成型性，

6.淬火处理。淬火处理是我们在设计设备是专门设计了一个装置，用以对成片的薄膜进行加热-冷却的淬后处理，以消除薄膜的应力集中，改善薄膜的厚薄均匀度，并通过后加热进一步消除后结晶现象，是薄膜中的分子排列具有无规状态，薄膜具有更好的成型能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可永久性抗静电的多层共挤膜，其特征在于，在所述多层共挤膜的表附着有离子导电聚合物层，所述的离子导电聚合物为包含有聚乙烯和带有导电离子聚合物的两种或两种以上分子的共混聚合物，所述共混聚合物的分子链相互贯穿构成三维互穿聚合物网络结构，在所述多层共挤膜中还设有阻隔层。

2.如权利要求1所述的可永久性抗静电的多层共挤膜，其特征在于，所述的多层共挤膜至少为三层。

3.如权利要求1所述的可永久性抗静电的多层共挤膜，其特征在于，所述的多层共挤膜为七至九层。

4.如权利要求3所述的可永久性抗静电的多层共挤膜，其特征在于，所述的共挤膜层厚度为23微米～250微米，其中离子导电聚合物层厚度为1.5微米～5微米。

5.如权利要求4所述的可永久性抗静电的多层共挤膜，其特征在于，所述的阻隔层为聚酰胺或尼龙层，或为乙烯-乙烯醇共聚物层，或为乙烯-醋酸乙烯共聚物层。

6.一种可永久性抗静电的多层共挤膜的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下工艺步骤：

第一步：导电聚合物的混配，将离子导电聚合物层中需要使用的树脂粒子按照配方的比例在混合设备中进行混合；

第二步：烘干，将混合后的粒子用真空烘料机在80℃的温度下烘干6～8小时；

第三步：配料，依据多层共挤膜的层数及使用要求配置各层原料，并设定工艺参数；

第四步：共挤成型，使用与共济膜层数相对应的挤出机将原料熔融后输出，将各挤出机输出的材料输送到膜头和流道中，经熔融成型加工成膜；

第五步：风环冷却，对挤出后的成型膜进行风环冷却，同时控制风温与风的流量；

第六步：淬火处理，将成型后的片材在进行加热，然后进行急冷。

7.如权利要求6所述的多层共挤膜的加工方法，其特征在于，所述第四步共挤成型工艺中，在所述一台或多台挤出机内加入开口剂、防雾剂、抗紫外线剂。

8.如权利要求6所述的多层共挤膜的加工方法，其特征在于，所述第三步中多层共挤膜的层数为7～层，所述第四部中的挤出机为7～9台。

9.如权利要求6所述的多层共挤膜的加工方法，其特征在于，所述第五部中的风环冷却是对成型模的两面进行吹风冷却。

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