CN104015448A

CN104015448A - 一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜及其制备方法

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Publication number: CN104015448A
Application number: CN201410259203.2A
Authority: CN
Inventors: 陈付兵; 方洲; 叶青松; 章善良; 谢永胜; 陈旭
Original assignee: Novel Huangshan Packaging Co Ltd
Current assignee: Novel Huangshan Packaging Co Ltd
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2014-09-03

Abstract

一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜及其制备方法，属于包装材料技术领域，该流延聚丙烯薄膜，依次包括厚度比为20～30：50～65：15～20的电晕层、中间层和热封层。电晕层为均聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯；中间层为等规均聚聚丙烯；热封层包括90～98wt％的丙烯共聚物、1～3wt％的抗黏剂和1～7wt％的高分子滑爽剂，高分子滑爽剂为硅酮母粒。制备方法依次包括混料、挤出成膜、冷却定形、测厚、电晕、切边、收卷、时效处理和分切。高分子滑爽剂均匀的分散热封层在主体树脂中，由于其分子量高，与主体树脂的的相容性良好，这样就不会因为储存或使用环境的温度高低而发生迁移，造成薄膜表面摩擦系数的变化。

Description

一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜及其制备方法。

背景技术

食品等日常用品是人们日常生活不可或缺，随着生活节奏的不断加快，各类包装食品、日用品充满了超市、商场，方便了人们的购买、贮存和使用，这其中包装材料起着至关重要的作用。随着包装工业的不断发展，自动包装生产线在食品、日用品生产中的使用范围越来越广泛。随着自动包装机器运行速度和自动化程度越来越高，其质量问题也突出起来，包装薄膜拉断、打滑、包装生产线断流、包装漏气等问题不断增多，给许多软包装材料厂、软包装印刷厂造成巨大损失。其主要原因就在于对自动包装薄膜的摩擦性能、热封性能没有把握好。目前市场上的自动包装薄膜主要存在如下缺点：

1)、包装薄膜外层摩擦系数低，而内层摩擦系数较高，造成薄膜在包装线上走膜打滑。

2)、包装薄膜在较低温度状况下使用良好，但当使用温度较高时，薄膜在自动包装过程中即发生走膜不畅。

3)、包装薄膜内层摩擦系数过低，内容物在包装薄膜上放置后不能定位，在其滑到封口区域时，即热封条压在内容物上导致封口失败。

4)、包装薄膜在低速下使用良好，但当包装线速度提高时，薄膜发生热封不良，存在漏气问题。

摩擦系数是量度包装材料滑动特性的指标，薄膜材料表面爽滑并具有适当的摩擦系数对于薄膜包装工艺来说非常重要，生产不同用途的包装材料产品对摩擦系数有不同的要求。

在实际包装过程中的摩擦力常常既是拖动力又是阻力，因此必须有效地控制摩擦系数的大小，使它在适当的范围内。自动包装用薄膜，一般要求内层摩擦系数比较小，而外层摩擦系数适中。内层摩擦系数不能过小，否则有可能引起制袋成型时叠料不稳定而产生错边。外层摩擦系数太大会引起包装过程中阻力过大致使材料拉伸变形，太小可能又会引起拖动机构打滑造成电眼跟踪和切断定位不准。内层材料的抗黏剂和爽滑剂的含量以及薄膜的挺度、平滑度等因素都会影响复合膜摩擦系数的大小。

目前，上述内层材料通常使用的滑爽剂类型是基于脂肪酸氨基化合物(伯酰胺、仲酰胺、双酰胺)合成的。由于这些材料在聚合物中并不是可以完全溶解的，因而它们会向薄膜的表层迁移并且包覆在表面从而会降低表面的摩擦力。由于胺类滑爽剂在聚合物薄膜中的迁移收到诸多因素的影响，如：滑爽剂浓度、薄膜厚度、树脂类型、卷绕张力、储存环境、下游加工过程、使用条件以及其它添加剂等因素，因此，难以保证薄膜具有稳定的摩擦系数。而由于越来越多的聚合物都在更高的温度下进行加工，所以爽滑剂的耐热氧化稳定性能也成为了日益重要的一个因素。爽滑剂的氧化降解行为可以导致爽滑剂的性能损失、变色、变臭等。

用在聚烯烃中的最常见的滑爽剂是长链脂肪族酰胺，从油酸酰胺到芥酸酰胺都可应用。滑爽剂的效果是因为挤出后能够在薄膜表面析出，不同的滑爽剂具有不同的表面析出和摩擦系数下降速度，由于胺类滑爽剂为低分子量迁移性滑爽剂，其在薄膜内的迁移收到多种因素的影响，从而导致薄膜摩擦系数的不稳定。在无溶剂复合工艺中薄膜中过高的酰胺类滑爽剂会造成复合后的薄膜热封性能异常，一般称之为“阻封”现象。其机理为胶黏剂中游离的异氰酸酯单体迁移到薄膜表面与酰胺反应，生成了脲，由于脲的熔点高，故造成复合后薄膜热封性能下降。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，该流延聚丙烯薄膜具有可控、稳定的摩擦系数，能够满足不同环境下的高速自动包装生产线要求，并且热封温度低、热封范围宽。

为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，依次包括电晕层、中间层和热封层，所述电晕层、中间层和热封层的厚度比为20～30：50～65：15～20；所述电晕层为均聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯；所述中间层为等规均聚聚丙烯；所述热封层包括90～98wt％的丙烯共聚物、1～3wt％的抗黏剂和1～7wt％的高分子滑爽剂，所述高分子滑爽剂为硅酮母粒。

优选的，所述丙烯共聚物为丙烯-乙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物和丙烯-乙烯弹性体中的一种。

优选的，所述硅酮母粒中硅酮的有效成分为50％，硅酮的分子量为90～100万。

同时，本发明还提供一种该摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，步骤如下：

①、混料

将热封层原料混合在一起，充分搅拌，使其混合均匀；

②、挤出成膜

电晕层、中间层和热封层的原料树脂经过各自的挤出机加热熔融，熔融后的树脂经过过滤器过滤掉其中的杂质后进入分配器，在分配器中按厚度比分配后进入T形模头，经过模头展开成膜；

③、冷却定形

从模头流出的融膜被真空箱、风刀迅速贴附在流延辊表面进行冷却，形成流延聚丙烯薄膜；

④、测厚、电晕、切边、收卷

流延辊冷却形成的流延聚丙烯薄膜经过在线厚度检测后，对电晕层进行电晕处理，再将两端的厚边切除后收卷成半成品；

⑤、时效处理和分切

将收卷后的半成品放置在时效处理架上进行时效处理，然后分切成流延聚丙烯成品膜卷。

优选的，所述步骤②中热封层的挤出机熔融温度设定为220～240℃，中间层的挤出机熔融温度设定为230～260℃，电晕层的挤出机熔融温度设定为230～260℃，模头温度设定为230～250℃。

优选的，所述步骤②中电晕层、中间层和热封层的熔融树脂在分配器中按薄膜总厚度的20～30％：50～65％：15～20％比例进行分配。

优选的，所述步骤④中电晕层的电晕处理功率设定为34～38Wmin/m²。

优选的，所述步骤⑤中时效处理的温度设定为25～40℃，相对湿度设置为50～80％。

进一步优选的，所述丙烯共聚物为丙烯-乙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物和丙烯-乙烯弹性体中的一种。

进一步优选的，所述硅酮母粒中硅酮的有效成分为50％，硅酮的分子量为90～100万。

聚烯烃薄膜在加工和使用过程中，为了保证薄膜的开口和走机性能，需要在其中添加滑爽剂，以调节其摩擦系数。爽滑剂可以通过减少薄膜之间、薄膜与设备之间的摩擦而使得加工和下游包装操作变得方便易行。爽滑剂的性能是通过静态或动态摩擦系数(static or kinetic Coefficient of Friction，COF)来测定的。COF是一个无量纲数，它代表了相互接触的两表面之间的滑行抵抗力，其值等于加在其中一表面上促使两表面之间滑动所需力的最小值除以垂直作用于接触面上的力。

COF＝促使两表面之间滑动所需力的最小值/垂直作用于接触面上的力。

ASTMD1894-73是用来测定塑料薄膜间摩擦系数COF的一种标准测试方法。通常来讲，当摩擦系数大于0.50时，可以认为是防滑表面；当摩擦系数小于0.20时，则认为是可以用于辗轧的高滑表面。

硅酮等无迁移型爽滑剂具有非常高的分子量，它们的分子量是伯酰胺类爽滑剂和仲酰胺类爽滑剂的30倍到50倍。由于这类爽滑剂的分子量较大，无法在聚合物基体中扩散，因而这类爽滑剂摩擦系数COF值的降低是通过在聚合物挤出过程中，爽滑剂到达树脂表面完成的。这类爽滑剂材料在一些专业领域中有所应用。这类爽滑剂可以迅速还原COF值，而不会受到高贮藏温度或者高使用温度的影响。正因为使用该类爽滑剂的薄膜在挤出之后，其COF值的变化最小，因而爽滑剂只需加入多层薄膜的表层中，从而降低了相应的成本。

硅酮又称有机硅，分子式为：-(Si(-R)₂-O)_n-，其中R为Me、Ph、Et、Vi、有机或无机取代基)，作为主要的性能提供者，含有特殊的有机官能团，与PE、PP材料复配而成应用型功能母粒。添加到薄膜材料中，提高制品的表面光洁度和表面手感，改善拉伸和冲击强度，降低制品表面的动静摩擦系数，赋予薄膜良好的爽滑效果，增强薄膜的防刮伤、耐磨效果，提升薄膜材料的易开口、防粘连性。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

1)、高分子滑爽剂均匀的分散热封层在主体树脂中，由于其分子量高，与主体树脂的的相容性良好，这样就不会因为储存或使用环境的温度高低而发生迁移，造成薄膜表面摩擦系数的变化，薄膜表面的摩擦系数只与高分子滑爽剂在主体树脂中的浓度有关。中间层为流延聚丙烯薄膜提供良好的挺度，利于薄膜在客户自动包装线上的走机。电晕层使流延聚丙烯薄膜易于电晕处理提高表面润湿张力，满足下游与其它薄膜基材干式复合的需要。抗黏剂的作用是防止流延聚丙烯薄膜之间的粘连，高分子滑爽剂的作用是提供流延聚丙烯薄膜可控的摩擦系数。

2)、由于其存在有机基团接枝，固硅酮爽滑剂活性成分更高，与塑料相容性更好，有出色的光、热稳定性，可以帮助薄膜厂家生产出更优质的产品。

3)、由于硅酮的特殊结构，使摩擦系数(COF)不随时间延长而下降，滑爽性能稳定，无须在仓库存放，使产品更适合于自动化包装。

4)、高分子量硅酮在螺杆中不打滑，在薄膜表面的迁移量极少，不影响产品的后加工如印刷、复合或热封。与酰胺类滑爽剂产品相比，该产品无色无味，用于薄膜产品的加工，有效的改善滑爽性能，尤其该产品无味，不会有因添加酰胺类产品而有的特殊气味。

5)、将超高分子量硅酮制成粉状和颗粒状，使用方便，计量容易，与塑料搅拌混合即可，加工性优。硅酮以极小的微粒均匀的分散于塑胶当中，产品性能好。对塑胶表面的滑性、抗粘、离模性改善持久、稳定。

6)、硅酮滑爽剂的分子量大小影响其在挤出过程中到达薄膜表面的量，分子量越高与树脂相容性好，达到薄膜的量越少；分子量越低与树脂相容性差，达到薄膜表面的量就越多。低分子量的硅酮会造成薄膜表面的油状，影响薄膜后续的使用；过高分子量的硅酮加工时易造成薄膜表面的疵点数量增加，试验证明分子量在90～100万的高分子硅酮最适合用于CPP薄膜的加工。

附图说明

图1为实施例1～3制备的流延聚丙烯薄膜的24h摩擦系数变化曲线。

图2为实施例4和5制备的流延聚丙烯薄膜的48h摩擦系数变化曲线。

具体实施方式

实施例1

一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，为三层共挤流延聚丙烯薄膜，分为热封层、中间层、电晕层，其层间比例为1:3:1，总厚度为30um。热封层为优选的丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物，以97％丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物为主体，同时含有1％的硅酮高分子滑爽剂(相当于滑爽剂浓度为5000ppm)，2％的抗黏剂。

中间层为高挺度等规均聚聚丙烯，电晕层为无规共聚聚丙烯。

本实施例的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法为：

(1)混料：将热封层原料——97％的丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物原料树脂粒子、2％的抗黏剂母料粒子、1％的高分子量硅酮滑爽剂母料粒子混合在一起，充分搅拌，使其混合均匀。

(2)挤出成膜：各层的原料树脂经过各自的挤出机加热熔融，其中热封层的熔融温度为220℃，中间层的熔融温度为260℃，电晕层的熔融温度为240℃，熔融后的树脂经过过滤器过滤掉其中的杂质后进入分配器，在分配器中按1:3:1的比例分配后进入T形模头，模头温度设定为240℃，经过模头展开成膜。

(3)冷却定形：从模头流出的融膜被真空箱、风刀迅速贴附在流延辊(又称激冷辊)表面进行冷却，形成流延聚丙烯薄膜。

(4)测厚、电晕、切边、收卷：流延辊冷却形成的流延聚丙烯薄膜经过在线厚度检测后，再电晕层进行电晕处理(电晕处理功率设定为34Wmin/m²)，再将两端的厚边切除后收卷成半成品。

(5)时效处理和分切：将收卷后的半成品放置在时效处理架上，在温度35℃、相对湿度70％的环境下进行时效处理，使得薄膜的性能趋于稳定，然后按照订单要求分切成流延聚丙烯成品膜卷。

经检测，本实施例摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的摩擦系数为0.7，跟踪检测24小时内的摩擦系数见表1，其变化曲线如图1所示。

实施例2

一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，为三层共挤流延聚丙烯薄膜，分为热封层、中间层、电晕层，其层间比例为1:3:1，总厚度为30um。热封层为优选的丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物，以96％丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物为主体，同时含有2％的硅酮高分子滑爽剂(相当于滑爽剂浓度为10000ppm)，2％的抗黏剂。

中间层为高挺度等规均聚聚丙烯，电晕层为均聚聚丙烯。

本实施例的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法为：

(1)混料：将热封层原料——96％的丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物原料树脂粒子、2％的抗黏剂母料粒子、2％的高分子量硅酮滑爽剂母料粒子混合在一起，充分搅拌，使其混合均匀。

(2)挤出成膜：各层的原料树脂经过各自的挤出机加热熔融，其中热封层的熔融温度为230℃，中间层的熔融温度为230℃，电晕层的熔融温度为260℃，熔融后的树脂经过过滤器过滤掉其中的杂质后进入分配器，在分配器中按1:3:1的比例分配后进入T形模头，模头温度设定为240℃，经过模头展开成膜。

(4)测厚、电晕、切边、收卷：流延辊冷却形成的流延聚丙烯薄膜经过在线厚度检测后，再电晕层进行电晕处理(电晕处理功率设定为38Wmin/m²)，再将两端的厚边切除后收卷成半成品。

(5)时效处理和分切：将收卷后的半成品放置在时效处理架上，在温度25℃、相对湿度50％的环境下进行时效处理，使得薄膜的性能趋于稳定，然后按照订单要求分切成流延聚丙烯成品膜卷。

经检测，本实施例摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的摩擦系数为0.5，跟踪检测24小时内的摩擦系数见表1，其变化曲线如图1所示。

实施例3

一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，为三层共挤流延聚丙烯薄膜，分为热封层、中间层、电晕层，其层间比例为1:3:1，总厚度为30um。热封层为优选的丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物，以95％丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物为主体，同时含有3％的硅酮高分子滑爽剂(相当于滑爽剂浓度为15000ppm)，2％的抗黏剂。

本实施例的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法为：

(1)混料：将热封层原料——95％的丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物原料树脂粒子、2％的抗黏剂母料粒子、3％的高分子量硅酮滑爽剂母料粒子混合在一起，充分搅拌，使其混合均匀。

(2)挤出成膜：各层的原料树脂经过各自的挤出机加热熔融，其中热封层的熔融温度为240℃，中间层的熔融温度为250℃，电晕层的熔融温度为230℃，熔融后的树脂经过过滤器过滤掉其中的杂质后进入分配器，在分配器中按1:3:1的比例分配后进入T形模头，模头温度设定为250℃，经过模头展开成膜。

(4)测厚、电晕、切边、收卷：流延辊冷却形成的流延聚丙烯薄膜经过在线厚度检测后，在电晕层进行电晕处理(电晕处理功率设定为35Wmin/m²)，再将两端的厚边切除后收卷成半成品。

(5)时效处理和分切：将收卷后的半成品放置在时效处理架上，在温度40℃、相对湿度80％的环境下进行时效处理，使得薄膜的性能趋于稳定，然后按照订单要求分切成流延聚丙烯成品膜卷。

经检测，本实施例摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的摩擦系数为0.3，跟踪检测24小时内的摩擦系数见表1，其变化曲线如图1所示。

表1实施例1-3制成流延聚丙烯薄膜的摩擦系数的24h变化数据

实施例4

其与实施例1的区别仅在于将1％的硅酮高分子滑爽剂更换为1％的芥酸酰胺滑爽剂。本实施例制备的流延聚丙烯薄膜的摩擦系数为1.1，跟踪检测48小时内的摩擦系数变化曲线如图2所示。

实施例5

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，其特征在于：本薄膜依次包括电晕层、中间层和热封层，所述电晕层、中间层和热封层的厚度比为20～30：50～65：15～20；所述电晕层为均聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯；所述中间层为等规均聚聚丙烯；所述热封层包括90～98wt％的丙烯共聚物、1～3wt％的抗黏剂和1～7wt％的高分子滑爽剂，所述高分子滑爽剂为硅酮母粒。

2.根据权利要求1所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述丙烯共聚物为丙烯-乙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物和丙烯-乙烯弹性体中的一种。

3.根据权利要求1所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述硅酮母粒中硅酮的有效成分为50％，硅酮的分子量为90～100万。

4.一种如权利要求1所述摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征是步骤如下：

①、混料

将热封层原料混合在一起，充分搅拌，使其混合均匀；

②、挤出成膜

③、冷却定形

④、测厚、电晕、切边、收卷

⑤、时效处理和分切

5.根据权利要求4所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤②中热封层的挤出机熔融温度设定为220～240℃，中间层的挤出机熔融温度设定为230～260℃，电晕层的挤出机熔融温度设定为230～260℃，模头温度设定为230～250℃。

6.根据权利要求4所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤②中电晕层、中间层和热封层的熔融树脂在分配器中按薄膜总厚度的20～30％：50～65％：15～20％比例进行分配。

7.根据权利要求4所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤④中电晕层的电晕处理功率设定为34～38Wmin/m²。

8.根据权利要求4所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤⑤中时效处理的温度设定为25～40℃，相对湿度设置为50～80％。

9.根据权利要求4～8任一项所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述丙烯共聚物为丙烯-乙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物和丙烯-乙烯弹性体中的一种。

10.根据权利要求4～8任一项所述的摩擦系数可控的流延聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于：所述硅酮母粒中硅酮的有效成分为50％，硅酮的分子量为90～100万。