CN102909916A - 保持镀铝面高表面张力的cpp镀铝基膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保持镀铝面高表面张力的CPP镀铝基膜，由通过热熔、共挤和双向拉伸成为一体的A层、B层和C层构成，其中A层为镀铝层，B层为主体层，C层为密封层，不改变原有工艺条件，只有在A、C两表层加入一定量的沸石母料。由于沸石粉具有大量的孔隙及强的吸附性，一方面在孔隙中贮藏了一部份聚丙烯中的催化剂残渣及聚合过程中产生的低分子聚合物，另一面，由于迷宫式的孔隙纵横交错，使那些由于高温铝分子的冲击而变得异常活跃的低分子聚合物还未冲击出表面而薄膜已被冷却，从而有效的阻止了部份低分子聚合物冲出表层，飘逸到空中，当镀铝膜冷却时沉积在铝层表面而形成一个薄弱界面层的可能，从而使镀铝层面能保持较高的表面张力。

Description

保持镀铝面高表面张力的CPP镀铝基膜

技术领域

本发明涉及一种高真空镀铝用CPP镀铝基膜。尤其是一种能保持镀铝面高表面张力的CPP镀铝基膜。

背景技术

在现代包装领域，各类包装不仅要求外观吸引顾客的眼球，更重要的是对其保鲜保质要求，提高保质期，延长货架期，满足人们对食品、药品、化妆品、香料、茶叶等的安全使用要求。

包装材料最重要的两项指标就是阻止气体通过和阻止水蒸汽通过。为此以往在某些高要求包装领域使用铝箔复合包装或多层阻隔薄膜包装，这些阻隔材料制做工艺繁复、产量低、成本高，很难应用在大众食品、药品、的保质包装上。例如铝箔，是经压延法把铝板经多次压延而制得的，压延过程成品率低，产量低，而且铝箔是无法单独使用的，至少还要进行两次复合，一次是复合密封层，一次是复合印刷防护层，成本很高，很难得到广泛应用。其结构如图1所示。

上世纪末，本世纪初快速发展起来的高真空镀铝技术，生产出各种镀铝膜，如BOPET镀铝膜、BOPP镀铝膜、CPP镀铝膜、BOPA、BOPE等等镀铝膜，阻隔性能大大提高（请见图2），广泛应用在现代各种包装领域。特别是CPP镀铝膜，由于CPP薄膜生产设备简单、产量大、价格低，又具有很好的制袋密封性能，这些年来发展极为迅速，成为各类镀铝包装膜中的最主要的产品。

从图2可以看出：CPP镀铝膜的透湿量接近铝箔，透氧量虽大于铝箔，但已进入中阻隔包装材料要求范围，满足一般食品包装要求，更由于CPP镀铝膜内层热封强度高，且可直接与食品接触，减少了其它镀铝膜需要复合一层热封材料的工艺，加工成本相对要低，因而被大量应用在食品包装方面。现在超市货架上大量的包装食品均是由CPP镀铝膜和BOPP印刷膜复合制作的。其结构如图3所示。

值得注意的是：CPP镀铝膜的镀铝层的表面张力很重要，一是镀铝层面必须与其它材料进行干式复合，即上胶，如镀铝层面表面张力低，与胶的粘附强度就低，当复合完后进行包装制袋时，由于制袋时的热作用，会出现胶与镀铝层面的剥离强度变低，一般情况下用手可以把它们分离，严重时在包装，充气或输送过程中就会自行剥离，产品就要返工或报废。剥离情况如图4所示。二是不少用户利用镀铝面的镜面光泽效果，在其上印刷上商标或装饰图案，再在印刷图案上复合一层透明薄膜，如果镀铝层表面张力低，则印刷效果差或根本无法印刷，即使印刷后，不是复合牢度低就是印刷油墨被剥离，产品就得报废，所以镀铝面的表面张力有着举足轻重的作用。 

在实际生产中大量的测试表明：在高真空状态下（1.0×10^-4mbar以上）CPP基膜镀铝后，其表面张力相差极大：正常值≥62达因/厘米，非正常值＜38达因/厘米，为什么差别那么大，这就是我们这个研制课题要解决的问题。

关于CPP镀铝基膜：现有的CPP镀铝基膜由三层组成：

A层：镀铝层，厚度4~5μm，进行强电晕处理；

B层：主体层，厚度15~17μm； 

C层：密封层，厚度4~5μm。

各层的原料组成为：A层由95~97wt%二元或三元共聚聚丙烯+3~5wt%抗粘剂组成；B层由均聚聚丙烯100%组成；C层由95~97wt%二元或三元共聚聚丙烯+3~5 wt %抗粘剂组成。

CPP镀铝基膜通过三层共挤，流延制成三层薄膜，下线后即进行表面张力测试，由于使用的原料品牌或同品牌不同批次，所制得的薄膜表面张力衰减往往都有明显的差异。请见图5和图6。

图5为不同批号CPP镀铝基膜表面张力衰减表，图6为不同批号CPP镀铝基膜表面张力衰减图。图中，M2852和M2853两批CPP镀铝基膜制作工艺，表面处理功率均相同，只是聚丙烯原料的批次不同，但表面张力衰减趋势不完全相同，M2852一个月还能保持38达因/厘米，而M2853仅一周时间就下降到38达因/厘米。

为什么同样的设备，同样的工艺，同样的表面处理功率，所制造出的CPP镀铝基膜表面张力衰减会有那么大的差别？我们分析研究认为：这种情况的出现是因为各种牌号、批号不同的聚丙烯或丙烯共聚料所使用的催化剂及聚合工艺的差异，材料中所含的低分子量的聚合物的比例不同，经电晕处理后，有助于这种低分子聚合物快速地迁移到基膜的处理面，积聚在表面，越聚越多，这种未经处理的低分子量聚合物是无极性的，因而导致基膜表面张力的降低，积聚的低分子物越多，表面张力衰减就越快，如果表层全部被低分子物覆盖，其表层表面张力可下降到32达因/厘米，这是聚丙烯或丙烯共聚物的基本特性。

关于CPP镀铝膜：CPP镀铝膜是在经过表面电晕处理的CPP镀铝基膜的电晕处理面上，并在高真空状态下（1.0×10^-4~1.0×10^-6mbar）喷镀上一层0.04~0.05微米的高纯铝分子，制得CPP镀铝膜，纯净的铝分子具有较强的极性，因而刚下线的镀铝膜铝层表面张力可以达到62达因/厘米或以上。然而并不是所有的镀铝膜都是一样的。有以下几种情况：

1、不同批次的基膜经镀铝后，刚下线时，其初始表面张力有的≥62达因/厘米，而有的批次甚至低至36达因/厘米；

2、即使刚下线时表面张力都达到62达因/厘米，不同批次的膜，表面张力衰减的趋势也不相同（请见图7）；

3、刚下线时表面张力低的镀铝膜，最终都是很低的（请见图8）；图7所列批次的镀铝膜，下线时表面张力较高，一般在一周内可以正常使用，这是比较好的。

图8所列批次的镀铝膜，刚下线时张力就比较低，有的很低，一般表面张力低于38达因/厘米就不能正常使用。镀铝层面不能像CPP基膜进行电晕处理以提高表面张力，所以低表面张力的镀铝膜给后加工企业带来很大影响，印刷根本不可能，上胶复合牢度也是受影响。

镀铝之后，铝层表面张力低及张力衰减快的机理分析：如前所述，CPP镀铝基膜主要由聚丙烯，共聚聚丙烯，抗粘结剂组成，在这些材料的聚合过程中，难免会混入催化剂残余，也难免会生成一部份分子量较小的低分子聚合物，这种低分子量聚合物在一般温度情况下与大分子量的聚合物共存，但一旦温度较高或制成薄膜进行电晕处理时，低分子量聚合物就会向表层迁移，低分子聚合物越多，迁移的量就会越多，因而造成基膜表面张力衰减越大，如图8所示。

当CPP镀铝基膜进入高真空镀铝机中后，由于高真空度（10^-4~10^-6mbar）的影响，薄膜材料中的低分子聚合物会快速往表面迁移或逃逸至空气中，如含量过大，逃逸至空气中的浓度增加，严重时会影响到真空度的保持。

当真空度达到一定指标，就开始镀铝，高达1400~1500℃的铝分子快速冲击薄膜表面，使薄膜瞬间升至很高温度，极大地加速了低分子聚合物逸出表面悬浮在空中，薄膜被镀完铝后即进行快速冷却（-20℃），飘逸在空气中的低分子聚合物碰到冷的铝面即很快沉积下来，在铝层界面形成一个由低分子聚合物覆盖的薄弱界面层，这个薄弱界面层会导致铝层表面张力降低，低分子量聚合物浓度越高，造成表面张力的降低会越严重（如图8所示）。

聚合物材料中的低分子量聚合物在镀铝层面的沉积，形成一个薄弱界面层，这就是部份镀铝膜下线时表面张力低或下线后表面张力衰减快的根本原因。

镀铝膜下线时表面张力低或下线后表面张力衰减快一直以来是摆在我们面前的几乎无法解决的难题。

首先我们想到的是对原料的筛选，选择高纯度的聚丙烯和丙烯共聚物，曾对几十种聚丙烯和丙烯—乙烯共聚物进行镀铝后表面张力跟踪测试，仅选择出几个较好的品牌，能获得较高的表面张力，但是即使是同一个品牌不同的批次，有时也会出现问题，同样会造成初始表面张力低或表面张力衰减过大。

综上所述，现有的CPP镀铝基膜的镀铝层存在表面张力衰减快等缺点，严重影响到它的印刷和复合功能，部分限制了它的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述CPP镀铝基膜的镀铝层存在表面张力衰减快等缺点，提供一种能保持镀铝面高表面张力的CPP镀铝基膜，使其经镀铝之后，具有良好的保持铝层面表面张力的功能，解决了一般CPP镀铝膜铝层表面张力衰减快，不利于铝层面印刷和铝层面与其它膜复合不牢的难题。

在进行本发明的研究试验过程中，依据天然沸石是一种多孔隙，表面积很大的硅-铝-钙-氧四面体结构的矿物质的特点，它具有以下几个特征：

（1）比表面积大，≈400m²/g；

（2）孔隙率高，≈48%，孔径4~5?，孔-孔相连四通八达；

（3）能吸附多种物质，一般天然沸石水的吸附量＞10%。

沸石是一种很强的吸附性矿物质，工业上大量用作分子筛就是例证，但是能不能吸附聚丙烯中低分子聚合物或者阻止低分子聚合物通过其孔道还没有见到相关报告，要通过试验来证实。

本发明，其试验条件仍然是在CPP生产线上正常生产镀铝基膜的情况下进行，由通过热熔、共挤成为一体的A层、B层和C层构成，其中A层为镀铝层，厚度为4~5μm，B层为主体层，厚度为15~17μm，C层为密封层，厚度为4~5μm，不改变原有工艺条件，只有在A、B、C三层中的A、C两表层加入一定量的沸石母料。其各层的原料组成为：

A层：二元共聚聚丙烯 93~97wt%、抗粘剂3~5wt%、沸石母料0.5~2.0 wt%； 

B层：PP 100wt%；

C层：三元共聚聚丙烯 94~97wt%、抗粘剂3~5wt%、沸石母料0.1~2.0 wt%。

本发明，所述抗粘剂由5~10wt%的二氧化硅加90~95%的二元共聚聚丙烯或三元共聚聚丙烯混炼造粒而成。

本发明，所述沸石母料由10~20wt%的天然沸石粉加80~90wt%二元共聚聚丙烯共混挤出造粒制得。

本发明，所述沸石粉可以依据如下要求外购，也可以由如下方法制备：将采自河南的天然沸石矿放入高温焙烧炉经600摄氏度烘焙至少六小时，除去孔隙中的水分或其他低分子化合物，然后在球磨机中球磨至少十个小时磨成3~10微米细粉，再经1000~1500目的微孔筛除去大于10微米的粒子，制得沸石粉。

试验完成后，取前一卷样M2831和加沸石母料样M2832进行表面张力衰减跟踪，其结果如图9和图10所示。

图9和图10表明，加有沸石粉的基膜表面张力衰减缓慢，一个月后仍有较高的表面张力，对镀铝有利。而未加沸石的M2831批在十天之内表面张力已衰减到38达因/厘米。

试验表明，沸石粉加入基膜两表面层，有效地阻止了低分子量聚合物向表面的迁移，从而能保持基膜表面的表面张力。

用M2831和M2832两批CPP镀铝基膜在时效处理十天之后，用同一台镀铝机，同样的工艺条件进行镀铝，镀后对镀铝层表面张力进行跟踪测试，表面张力衰减情况如图11和图12所示。

试验结果讨论：（1）从图9和图10可以看出：M2831和M2832两批CPP镀铝基膜，所用主材料相同，所用工艺相同，只是在M2832的A、C两表层加入一定量的沸石粉，加有沸石粉的基膜表面张力衰减缓慢，一个月之后仍高达41达因/厘米。（2）从图11和图12可以看出：上述两批基膜经镀铝后，加有沸石粉的VM2832批表面张力衰减比较缓慢，一个月之后仍保持在38达因/厘米以上，具有优越的印刷、复合功能，而未加沸石粉的VM2831，在二周之内表面张力已衰减到38达因/厘米之下。（3）A、C层沸石粉用量增加，基膜和镀铝层表面张力保持更好，但基膜雾度会增加。

结论：在CPP镀铝基膜的A、C两表层加入一定量的天然沸石粉，由于沸石粉具有大量的孔隙及强的吸附性，一方面在孔隙中贮藏了一部份聚丙烯中的催化剂残渣及聚合过程中产生的低分子聚合物，另一面，由于迷宫式的孔隙纵横交错，使那些由于高温铝分子的冲击而变得异常活跃的低分子聚合物还未冲击出表面而薄膜已被冷却，从而有效的阻止了部份低分子聚合物冲出表层，飘逸到空中，当镀铝膜冷却时沉积在铝层表面而形成一个薄弱界面层的可能，从而使镀铝层面能保持较高的表面张力。

附图说明

图1为铝箔复合包装材料的基本结构示意图；

图2为各种常用包装膜镀铝前后阻透性能表；

图3为CPP镀铝膜与BOPP印刷膜复合结构示意图；

图4为CPP镀铝膜与其它材料复合后剥离情况示意图；

图5为不同批号CPP镀铝基膜表面张力衰减表；

图6为不同批号CPP镀铝基膜表面张力衰减图；

图7为不同批次镀铝膜表面张力衰减数据表（高值）；

图8为刚下线时表面张力就低的膜衰减情况表（低值）；

图9为CPP镀铝基膜表面张力衰减对照表；

图10为CPP镀铝基膜表面张力衰减趋势图对比；

图11为镀铝后镀铝面表面张力衰减对照表；

图12镀铝后镀铝面表面张力衰减对照图。

具体实施方式

一种保持镀铝面高表面张力的CPP镀铝基膜，是在CPP生产线上正常生产镀铝基膜的情况下进行，由通过热熔、共挤成为一体的A层、B层和C层构成，其中A层为镀铝层，厚度为4~5μm，B层为主体层，厚度为15~17μm，C层为密封层，厚度为4~5μm，不改变原有工艺条件，只有在A、B、C三层中的A、C两表层加入沸石母料。其各层的原料组成为：

A层：二元共聚聚丙烯 93.2wt%、抗粘剂5.0wt%、沸石母料1.8 wt%； 

B层：PP 100wt%；

C层：三元共聚聚丙烯 94.5wt%、抗粘剂4.0wt%、沸石母料1.5 wt%。

其中，抗粘剂由5~10wt%的二氧化硅加90~95%的二元共聚聚丙烯或三元共聚聚丙烯混炼造粒而成；沸石母料由10~20wt%的天然沸石粉加80~90wt%二元共聚聚丙烯共混挤出造粒制得。

其中，沸石粉可以依据如下要求外购，也可以由如下方法制备：将采自河南的天然沸石矿放入高温焙烧炉经600摄氏度烘焙至少六小时，除去孔隙中的水分或其他低分子化合物，然后在球磨机中球磨至少十个小时磨成3~10微米细粉，再经1000~1500目的微孔筛除去大于10微米的粒子，制得沸石粉。

其中，二元共聚聚丙烯可采用新加坡TPC公司的FL7540、北欧化工的Rc213等产品。三元共聚聚丙烯可采用新加坡TPC公司的FL7641和FL7632等产品。

Claims (4)

1.一种保持镀铝面高表面张力的CPP镀铝基膜，由通过热熔、共挤和双向拉伸成为一体的A层、B层和C层构成，其中A层为镀铝层，厚度为4~5μm，B层为主体层，厚度为15~17μm，C层为密封层，厚度为4~5μm，其特征在于各层的原料组成为：

A层：二元共聚聚丙烯 93~97wt%、抗粘剂3~5wt%、沸石母料0.5~2.0 wt%； 

B层：PP 100wt%；

C层：三元共聚聚丙烯 94~97wt%、抗粘剂3~5wt%、沸石母料0.1~2.0 wt%。

2.根据权利要求 1 所述的CPP镀铝基膜，其特征在于：所述抗粘剂由5~10wt%的二氧化硅加90~95%的二元共聚聚丙烯或三元共聚聚丙烯混炼造粒而成。

3.根据权利要求 1 或2所述的CPP镀铝基膜，其特征在于：所述沸石母料由10~20wt%的天然沸石粉加80~90wt%二元共聚聚丙烯共混挤出造粒制得。

4.根据权利要求 3所述的CPP镀铝基膜，其特征在于所述沸石粉由如下方法制备：将采自河南的天然沸石矿放入高温焙烧炉经600摄氏度烘焙至少六小时，除去孔隙中的水分或其他低分子化合物，然后在球磨机中球磨至少十个小时磨成3~10微米细粉，再经1000~1500目的微孔筛除去大于10微米的粒子，制得沸石粉。

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