CN102555313A

CN102555313A - 一种梯度孔隙结构透气膜及其制造方法

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Publication number: CN102555313A
Application number: CN201210002490XA
Authority: CN
Inventors: 金华江; 王建黎; 张�诚
Original assignee: ZheJiang Yuehan Technology Breathable Material Co Ltd
Current assignee: ZheJiang Yuehan Technology Breathable Material Co Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-06
Also published as: CN102555313B

Abstract

本发明公开了一种梯度孔隙结构透气膜及其制造方法，所述的透气膜采用三层式结构，每层结构均以聚乙烯和CaCO₃为原料一起复合而成，且其上、中和下三层结构具有不同的孔率，其中上层结构孔率为40～50%；中层结构孔率为50～60%；下层结构孔率为60～70%。本发明生产的薄膜材料在保证高透气性能的同时有优异的阻隔性能，而且能满足强度和轻量化要求。相比于现在普遍的单层透气膜生产，大大降低了高破损、多缺陷的风险。

Description

一种梯度孔隙结构透气膜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种梯度孔隙结构透气膜及其制造方法。

背景技术

填充-拉伸透气膜是一种将热塑性聚合物与一定比例的刚性矿物填料混合、挤出流延或吹塑成填充薄膜，并经纵向或双向拉伸得到的微孔材料。这种透气膜成孔的原理是填充薄膜在后拉伸时，聚合物/刚性填料弱接触界面脱落剥离，塑性的聚合物（典型的聚合物是聚乙烯）在外力作用下延展在弱界面的应力集中区诱导下形成三维贯穿的孔道。通过改变聚合物的牌号、填料颗粒（包括种类、大小和形貌）、填充量及流延和拉伸等工艺条件可以控制透气膜的孔隙结构与孔隙率。这种相互贯穿的孔隙结构允许小分子气态物质透过（如水蒸气、空气等）。如果采用疏水性聚烯烃作为聚合物原料，通过上述方法得到的透气膜由于表面张力的作用液态水等极性液体将无法渗透，从而得到透气不透水的特性。

考虑到生产成本、可加工性和使用性能等因素，聚烯烃常被用于制备透气膜。一般认为，聚乙烯透气膜具备有透气而不漏水的特点的同时，还具有良好的弹性、柔软性、拉伸性能和延展性，已广泛应用于医疗卫生、食品包装、农作物保鲜、建筑防水和水处理等领域。在日常生活中，透气膜用于个人卫生用品（如婴儿尿布、妇女卫生巾等）。据有关机构统计，2005年我国一次性卫生用品的销售额约为159亿元，其中妇女卫生巾115亿元，婴儿尿布38亿元，成人失禁尿布6亿元。在医疗领域，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，欧美国家对于一次性隔离衣和手术衣和一次性防护服已经相当普及。

关于普通型聚烯烃透气膜的制备方法的报道已有许多。专利CN101747548A公开了一种用于制备高强度聚烯烃透气膜的复合物及其制备方法。由如下重量份数的组分组成:聚烯烃树脂35-65，微米级无机填料30-60，纳米级无机填料1-10，抗氧剂0.2-0.5，加工助剂0.1-1.0，偶联剂0.1-3.0。该专利通过填充纳米无机粒子提高聚烯烃透气膜的机械性能，生产时容易引起模口阻塞，透气膜低孔率，从而降低了透气性能，忽视了对于透气膜轻量化的要求，同时在生产前需用偶联剂对纳米级无机填料进行表面处理，进一步增加了透气膜的生产成本。专利CN101870389A公开了一种透气性可调节、可热成型的共挤薄膜。该共挤薄膜至少包含A层塑料膜、B层可热封塑料膜和具有透气性的C层粘结塑料膜，其中C层粘结塑料膜位于A层塑料膜与B层热封塑料膜之间，在A层塑料膜与B层热封塑料膜之间还可以插入其它塑料层，上述塑料膜通过共挤设备挤出成膜。专利CN1414900A公开了一种透气弹性多层膜，它包含一层由第一弹性体与至少一种填料构成的芯层和至少一层由第二弹性体构成的皮层；其中，所述第一弹性体是聚烯烃，所述第二弹性体选自热塑性聚氨酯、聚醚酰胺、嵌段共聚物，以及它们的组合物。或者在多层膜上还可以粘结上至少一层支持层。

上述专利使用粘结塑料膜作为中间层粘结内外两表层膜，一方面如果粘结层要是过薄，会与内外两表层膜不能很好地复合，复合后会产生剔离，这就造成了该透气膜容易在使用过程会产生内外两表层膜脱落，降低其物理机械性能，另一方面，如果粘结层过厚，粘结层可能会透过内外两表层膜，污染透气膜两表面。同时该膜过厚，引起透气性差、不符合轻量化要求的问题，类似的专利还有CN1080192C等。

为了提高透气膜产品的柔软性和降低生产成本，透气膜轻量化已经成为一种趋势，韩国及国内基本上采用的是20-22g/m²的透气膜用于卫生行业，同时鉴于透气膜的“防水透气”性能，要求透气膜更高的孔率，使水汽更易渗透，提高使用舒适性。

透气膜的生产技术已经是公知的，如专利CN101643559A公开了一种超薄、高透气薄膜及其制备方法，类似的专利还有CN1014794B等。但是众所周知，现有的填充-拉伸法制备的单层微孔透气薄膜在制备轻量化透气膜时存在如下缺点：微孔薄膜的透气性是通过改变硬质矿物的填充率和牵伸比手段获得，为了得到高透气率的薄膜，往往需要提高透气膜母料中硬质填充粒子的含量或者是提高牵伸比，其结果是所获得的薄膜表面的易破损产生缺陷，同时薄膜的中出现大量的大孔径的孔洞，降低了薄膜的阻隔性能。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种梯度孔隙结构透气膜及其制造方法，该方法是对现有透气膜的制备方法的改进并且以克服现有方法提高透气膜透气性的同时牺牲膜的防渗性和阻隔性的缺点为目标。通过本发明方法生产的薄膜材料能保证膜材料高透气性能的同时兼有优异的阻隔性能，而且能满足强度和轻量化要求。相比于现在普遍的单层透气膜生产，大大降低了高破损、多缺陷的风险。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种梯度孔隙结构透气膜，所述的透气膜采用三层式结构，每层结构均以聚乙烯（PE）和CaCO₃为原料一起复合而成，且其上、中和下三层结构具有不同的孔率，其中上层结构孔率为40～50%；中层结构孔率为50～60%；下层结构孔率为60～70%。

所述透气膜由于聚乙烯（PE）和CaCO₃之间的配比不同形成三层膜孔率不同；其中上层结构聚乙烯（PE）和CaCO₃之间的重量份比为45：50；中层结构聚乙烯（PE）和CaCO₃之间的重量份比为40：60；下层结构聚乙烯（PE）和CaCO₃之间的重量份比为30：70。

所述的聚乙烯（PE）采用线性低密度聚乙烯LLDPE（生产厂商是Exxonmobil）和低密度聚乙烯LDPE（生产厂商是Hanwha）。

一种梯度孔隙结构透气膜的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

1）透气膜母料造粒：按上述三种不同比例分别获取聚乙烯（PE）和CaCO₃原料，并分别加入助剂后成为三种不同配比的母料配方，然后分别经捏合挤出加热塑化，冷却切粒，脱水干燥，后制成三种不同比例的母料；所述的挤出步骤采用双螺杆挤出机造粒，其中挤出机的加工温度为：加料段：110-180℃；熔融段：140-210℃；均化段：150-200℃；模头温度：160-250℃。

2）透气膜挤出成型：将步骤1）中三种不同比例的母料在计量喂料后从具有三层的分配器分流后经模头一起挤出、流延复合成较厚的树脂片材，再经过15-30℃的水冷却、定型后进入预热环节，使片材在40-65℃温度下预热软化，然后在60-75℃温度下进行单向拉伸，最后冷却定型得到该种透气膜；所述的成型步骤中挤出机的加工温度为：加料段：150-190℃；熔融段：160-250℃；均化段：180-250℃；模头温度：200-250℃；牵伸比：150-300%。

所述的助剂采用塑性助剂和成膜助剂，且助剂的加入量占聚乙烯（PE）和CaCO₃总重量的3%-5%。

所述的塑性助剂采用O10（生产厂商Clariant)，成膜助剂采用聚乙烯蜡（生产厂商Clariant）。

本发明的有益效果是：（1）本发明制得的透气膜孔隙结构具有梯度分布，一侧表面低孔隙结构，保证了透气膜高强度，相比于多层复合的透气膜，具有轻量化的特点。内部高孔隙结构，使得透气膜具有高的孔率，水气更易渗透，提高使用舒适性。

（2）该种透气膜挤出成型时，经精密设计的三层共挤出，实现了一次性挤出拉伸成型，生产工艺简单，大大提高了生产效率。

综上所述，本发明克服现有微孔透气薄膜制造方法的缺点，解决现有工艺制备的透气薄膜在薄膜阻隔性和透气性之间的不可调和的矛盾；这种薄膜材料在保证高透气性能的同时有优异的阻隔性能，而且能满足强度和轻量化要求。相比于现在普遍的单层透气膜生产，大大降低了高破损、多缺陷的风险。这种具有三层结构的微孔透气膜可广泛应用于婴儿纸尿裤、成人卫生用品和医疗卫生用材料，具有现实的经济效益。

具体实施方式

以下结合具体实施例更详细地说明，但所述实施例不构成对本发明的限制。

实施例1

本实施例的一种梯度孔隙结构透气膜，其制造方法为：1）透气膜母料造粒：其中各原料配比如下：

母料1：第一层母料的原料及其重量份比见表1所示；

母料2：第二层母料的原料及其重量份比见表2所示；

母料3：第三层母料的原料及其重量份比见表3所示；

按上述三种不同比例分别获取聚乙烯和CaCO₃原料，并分别加入助剂后成为三种不同配比的母料配方，然后分别经捏合挤出加热塑化，冷却切粒，脱水干燥，后制成三种不同比例的母料；所述的挤出步骤采用双螺杆挤出机造粒，其中挤出机的加工温度为：加料段：110-180℃；熔融段：140-210℃；均化段：150-200℃；模头温度：160-250℃。

2）透气膜挤出成型：将步骤1）中三种不同比例的母料在计量喂料后从具有三层的分配器分流后经模头一起挤出、流延复合成较厚的树脂片材，再经过15-30℃的水冷却、定型后进入预热环节，使片材在40-65℃温度下预热软化，然后在60-75℃温度下进行单向拉伸，最后冷却定型得到该种透气膜；所述的成型步骤中挤出机的加工温度为：加料段：150-190℃；熔融段：160-250℃；均化段：180-250℃；模头温度：200-250℃；牵伸比：150%。

测试项目结果如表4所示，表4为实施例1的透气膜性能指标。

实施例2

本实施例的制造工艺和原料配比与实施例1相同，唯一不同的是变牵伸比变为200%，透气膜制备后的性能参数如下表5所示，表5为实施例2的透气膜性能指标。

实施例3

本实施例的制造工艺和原料配比与实施例1相同，唯一不同的是变牵伸比变为250%，透气膜制备后的性能参数如下表6所示，表6为实施例3的透气膜性能指标。

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Figure 201210002490X100002DEST_PATH_IMAGE012

Claims

1.一种梯度孔隙结构透气膜，其特征在于：所述的透气膜采用三层式结构，每层结构均以聚乙烯和CaCO₃为原料一起复合而成，且其上、中和下三层结构具有不同的孔率，其中上层结构孔率为40～50%；中层结构孔率为50～60%；下层结构孔率为60～70%。

2.如权利要求1所述的一种梯度孔隙结构透气膜，其特征在于：所述透气膜由于聚乙烯和CaCO₃之间的配比不同形成三层膜孔率不同；其中上层结构聚乙烯和CaCO₃之间的重量份比为45：50；中层结构聚乙烯和CaCO₃之间的重量比份为40：60；下层结构聚乙烯和CaCO₃之间的重量份比为30：70。

3.如权利要求1或2所述的一种梯度孔隙结构透气膜，其特征在于：所述的聚乙烯采用线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯。

4.一种如权利要求2所述的梯度孔隙结构透气膜的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

1）透气膜母料造粒：按上述三种不同比例分别获取聚乙烯和CaCO₃原料，并分别加入助剂后成为三种不同配比的母料配方，然后分别经捏合挤出加热塑化，冷却切粒，脱水干燥，后制成三种不同比例的母料；所述的挤出步骤采用双螺杆挤出机造粒，其中挤出机的加工温度为：加料段：110-180℃；熔融段：140-210℃；均化段：150-200℃；模头温度：160-250℃；

5.如权利要求4所述的一种梯度孔隙结构透气膜的制作方法，其特征在于：所述的助剂采用塑性助剂和成膜助剂，且助剂的加入量占聚乙烯和CaCO₃总重量的3%-5%。

6.如权利要求5所述的一种梯度孔隙结构透气膜的制作方法，其特征在于：所述的塑性助剂采用O10，成膜助剂采用聚乙烯蜡。