CN102814958A - 一种提高聚烯烃气体阻隔性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高聚烯烃气体阻隔性能的方法。将一种聚烯烃与一种气体阻隔性聚合物经挤出机1熔融共混，在口模处形成类“三明治”层状熔体，而后经连接器2进入层倍增器组3，经过若干层倍增器的多次拉伸叠加，使层数得以成倍的增加，最后经冷却定型单元4形成交替多层复合材料。材料的层结构以及气体阻隔性能可以通过层倍增器的个数进行调控。本发明所涉及的设备简单易得，所需原料均为市售，无须合成其他化学物，操作简单，生产成本低，效率高，可广泛用于聚烯烃基交替多层气体阻隔复合薄膜、板材、片材以及异型材的制备。

Description

一种提高聚烯烃气体阻隔性能的方法

技术领域

本发明属于聚合物基复合材料制备工艺领域，具体涉及一种提高聚烯烃气体阻隔性能的方法。

背景技术

塑料包装与金属及玻璃包装相比，具有质轻，易加工成型，不易破碎等优点。因而，在包装领域中占有越来越重要的地位。作为塑料包装领域中用量最大的一类材料，聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料虽然具有优异的隔水性，但隔气性相对较差，往往难以满足一些领域的应用要求。较为常见的改性方法是将一些具有高隔气性的材料（如聚酰胺、聚酯、聚偏二氯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、热塑性液晶聚合物等）垂直分布在气体分子的进入方向，从而增加气体分子在聚乙烯基体中的渗透路径。因此，层状结构被认为是提高聚合物阻隔性能最为理想的结构[美国专利: 4254169, 4647509, 5234731]。

目前，共挤出仍然是工业上被大量应用的生产制备聚合物基层状气体阻隔材料的加工方法。为了有效调节挤出制品的层结构，国内外出现了大量关于多层挤出模具设计和使用的报道[中国发明专利ZL02159161.X；美国专利3773882]。近年来，郭少云等[中国发明专利，ZL200610022348.6]通过在共挤出口模处连接若干可以提高熔体层数的层倍增器，使制备聚合物基交替多层复合材料变得简单、可控。不过，这种方法仍至少需要二台挤出机，这不仅会占用较大的空间，更会带来大量的能耗，生产操作也较繁杂。

发明内容

本发明的目的是针对聚合物基层状气体阻隔材料的制备现状而提供一种新的、更为简单高效的方法，以解决现有技术挤出设备多、能耗大、生产操作繁杂等问题。

本发明的技术方案是：将一种聚烯烃与一种气体阻隔性聚合物在一台挤出机中进行熔融共混，利用各相在共混过程中的相分离形成类似三明治的层状包覆结构。而后进入若干层倍增器，利用层倍增器的多次拉伸叠合作用达到提高层数完善层结构的目的。最后经牵引装置牵引、冷却、定型，得到具有交替多层结构的聚烯烃基气体阻隔复合材料制品。

在上述技术方案中，所述的聚烯烃为聚乙烯、聚乙烯类共聚物、聚丙烯、聚丙烯类共聚物中的一种，而气体阻隔性聚合物为聚酰胺、聚酯、聚偏二氟乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、热塑性液晶聚合物中的一种。

在上述技术方案中，所述的一种聚烯烃和一种气体阻隔性聚合物，在熔融挤出过程中可以通过其组分比、粘度比、极性以及加工条件的控制形成类似三明治的层状包覆结构。

在上述技术方案中，所述的一种聚烯烃和一种气体阻隔性聚合物的共混熔体每经过一个层倍增器就会被拉伸叠合一次，经过n个层倍增器就将被拉伸叠合n次，因此，制品的层结构可通过调节层倍增器的个数来进行控制。

本发明公开的一种提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特点是仅需要一台挤出机和若干层倍增器便可制备具有交替多层结构的聚烯烃基气体阻隔复合材料制品。

本发明具有如下优点：1、本发明所涉及的设备简单，模具加工容易，易于组装，制造成本低，清理和维护都十分方便；加工过程能耗低、效率高、易于操作；所需原料均为市售，无须合成其他化学物。

2、通过本发明方法制备的聚烯烃基交替多层复合材料，利用各聚合物相在挤出机熔融共混过程中发生的相分离获得初始的交替多层结构，因而只需要少量层倍增器就可使层数显著提高。

3、通过本发明方法制备的聚烯烃基交替多层复合材料的微观层结构和宏观性能可通过调节层倍增器的个数来进行调控。

4、通过本发明方法制备的聚烯烃基交替多层复合材料，可以是片状、膜状、条状、管状、异形状、粒状中的一种，应用更为广泛。

本发明还具有其他方面的一些优点。

附图说明

图1是本发明的总图：图中1为挤出机； 2为连接器；3为层倍增器组；4为牵引机（带冷却系统）。

图2是挤出物的截面形貌示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明由一台挤出机1、一个连接器2、若干层倍增器3组成，其中层倍增器的设计具有拉伸-叠合的功能。一种聚烯烃和一种气体阻隔性聚合物的共混熔体经一台挤出机1挤出，利用各相在共混过程中的相分离形成类似三明治的层状包覆结构。而后进入若干层倍增器3，利用层倍增器的拉伸-叠合作用达到提高层数完善层结构的目的。最后经牵引装置4牵引、冷却、定型，得到具有交替多层结构的复合材料制品，如图2所示。

以下是几个具体实例。

实施例1

制备尼龙6（PA6）/高密度聚乙烯（HDPE）交替多层复合材料。HDPE 70份（重量），PA6 30份（重量）。分别使用0～4个层倍增器接在连接器处进行挤出。随着层倍增器个数的增加，制品层数逐渐增加。当使用4个层倍增器进行挤出时，制品的氧气渗透系数从不使用层倍增器时的1.1*10^-14 cm³.cm/cm².s.Pa降至6.4*10^-15 cm³.cm/cm².s.Pa。

实施例2

制备乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）/高密度聚乙烯（HDPE）交替多层复合材料。HDPE 75份（重量），EVOH 25份（重量）。分别使用0～3个层倍增器接在连接器处进行挤出。随着层倍增器个数的增加，制品层数逐渐增加。当使用3个层倍增器进行挤出时，制品的氧气渗透系数从不使用层倍增器时的1.2*10^-14 cm³.cm/cm².s.Pa降至9.4*10^-16 cm³.cm/cm².s.Pa。

实施例3

制备一种热塑性液晶（TLCP）/高密度聚乙烯（HDPE）交替多层复合材料。HDPE 75份（重量），TLCP 30份（重量）。分别使用0～3个层倍增器接在连接器处进行挤出。随着层倍增器个数的增加，制品层数逐渐增加。当使用3个层倍增器进行挤出时，制品的氧气渗透系数从不使用层倍增器时的1.1*10^-14 cm³.cm/cm².s.Pa降至8.6*10^-16 cm³.cm/cm².s.Pa。

实施例4

制备乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）/聚丙烯（PP）交替多层复合材料。PP 70份（重量），EVOH 30份（重量）。分别使用0～4个层倍增器接在连接器处进行挤出。随着层倍增器个数的增加，制品层数逐渐增加。当使用4个层倍增器进行挤出时，制品的氧气渗透系数从不使用层倍增器时的1.2*10^-14 cm³.cm/cm².s.Pa降至8.8*10^-16 cm³.cm/cm².s.Pa。

Claims (6)

1.一种提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特征在于将一种聚烯烃50～95份（重量）与一种气体阻隔性聚合物5～50份（重量）从一台挤出机中共混挤出，经过口模处连接的若干层倍增器的多次拉伸叠合，最终制得具有交替多层结构的聚烯烃基气体阻隔复合材料制品。

2.根据权利要求1所述提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特征在于所用的聚烯烃为聚乙烯、聚乙烯类共聚物、聚丙烯、聚丙烯类共聚物中的一种。

3.根据权利要求1所述提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特征在于所用的气体阻隔性聚合物为聚酰胺、聚酯、聚偏二氯乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、热塑性液晶聚合物中的一种。

4.根据权利要求1所述提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特征在于一种聚烯烃与一种气体阻隔性聚合物在熔融挤出过程中可以通过其组分比、粘度比、极性以及加工条件的控制形成类似三明治的层状包覆结构。

5.根据权利要求1所述提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特征在于高分子共混熔体每经过一个层倍增器就会被拉伸、叠合一次，经过n个层倍增器就将被拉伸、叠合n次，因此，制品的层结构可通过调节层倍增器的个数来进行控制。

6.根据权利要求1所述提高聚烯烃气体阻隔性能的方法，其特征在于最终制得的聚烯烃基气体阻隔复合材料制品可以是片状、膜状、条状、管状、异形状、粒状中的一种。

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