CN104194143A - 纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料及其制备方法和应用 - Google Patents

纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料及其制备方法和在制备聚丙烯薄膜中的应用，按重量百分比计，所述母料包括聚丙烯载体树脂69％～90％、纳米耐磨剂0.5％～5％、爽滑剂2％～7％、抗静电剂2％～5％、表面活性剂5％～15％、抗氧化剂0.5％～1％；按组分重量百分比计算重量，并称取各组分；将各组分加入高速搅拌机，并充分搅拌；将搅拌后所有组分加入到双螺杆挤出机进行熔融、混合和挤出；对挤出的混合物料进行拉条、冷却、除水、切粒和干燥，得到纳米改性复合母料。本发明可应用于制备聚丙烯薄膜，尤其适合于香烟包装使用。本发明母料制备的聚丙烯薄膜具备优异的耐热性能，光学性能、爽滑性能、抗静电性能、耐磨耐刮擦性能等。

Description

纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于聚丙烯薄膜加工技术领域，具体地说，涉及一种用于生产双向拉伸聚丙烯薄膜的纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯薄膜具有高光泽、高挺度、阻隔性好、抗冲击强度高、耐热性好等特点，是一种性能优良的高透明包装材料，在食品、饮料、香烟、服装等行业的包装上得到广泛应用。双向拉伸聚丙烯薄膜(以下简称：“烟膜”)是聚丙烯薄膜的重要品种，经过双向拉伸后，薄膜的透明性、光泽度、拉伸强度、弹性模量等物理机械性能都有显著提高。
烟膜生产过程中要添加许多功能母料，以达到并保证烟膜优异的力学性能、光学性能、热收缩表面摩擦系数、抗静电性能、抗粘连性能、开口性能、抗氧化性能、耐磨耐刮擦性能等，这些功能母料包括表面光泽剂、爽滑剂、抗粘连剂、抗静电剂、耐磨剂、抗氧剂、表面活性剂等等。表面光泽剂可增加烟膜表面的光泽度；爽滑剂可提高添加剂与聚丙烯基材的相容性，提高烟膜的表面爽滑性，降低烟膜常温和高温下的摩擦系数；抗粘连剂可使烟膜表面不平整，防止烟膜粘连；抗静电剂可防止烟膜表面产生静电；耐磨剂可提高烟膜的表面耐磨性，防止烟膜表面被刮花刮伤。这些添加助剂都是以母料的形式加入，根据烟膜生产和客户的需求，几种添加剂按照一定的比例配合制备成一种或几种功能母料，多种功能母料的添加使用保证了烟膜的顺利生产，以及烟膜产品的各种性能要求，满足了下游客户的需求。
原有抗静电母料和市场上现有的抗静电母料所采用的抗静电剂是几种迁移性较强的低熔点表面活性剂的复配物，但是由于烟膜的分子较大，抗静电剂的组分分散均匀性差，同时抗静电剂的迁移性无法进行合理控制调节，为了达到充分消除静电的目的，只能一味盲目的增加抗静电剂添加量，造成抗静电剂的迁移速度加快，大量迁移出薄膜表面，在烟膜表面形成一层薄薄的有机层，随着环境温度的变化，烟膜在收卷过程中因张力所产生的内应力和径向压力会使有机层凝固，从而导致薄烟膜粘连板结，影响烟膜的使用。同样，这也是聚丙烯薄膜生产过程中普遍存在的问题。
耐磨性在整个薄膜行业内部都属于一个技术难关。尤其是烟膜在包装香烟过程中，烟膜表面与烟机输送薄膜通道之间存在一定的摩擦，会擦伤其表面，容易导致薄膜产生“掉粉”现象，影响香烟的展示效果；无论是进口烟膜还是国产烟膜，都未能有效解决此类问题，各大烟草企业都希望薄膜生产企业开发耐磨的烟膜。同样，在薄膜运输、使用、包装等过程中，长时间的磨擦也会造成薄膜表面擦伤，这种擦伤有时会使薄膜泛白，表面呈雾状严重影响到薄膜外观效果。
因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明提供了一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料及其制备方法和在制备聚丙烯薄膜中的应用，本发明采用纳米改性技术，将纳米耐磨剂、抗静电剂和爽滑剂分散于聚丙烯基材中，形成纳米改性复合母料，解决了现有技术中存在的因抗静电剂添加量过大而造成的向表层迁移而导致的薄膜粘连板结的问题，以及耐磨性不足而导致的薄膜“掉粉”以及表面擦伤的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：
其中：所述聚丙烯载体树脂选自均聚聚丙烯、乙烯与丙烯共聚物、丁烯与丙烯共聚物、辛烯与丙烯共聚物、乙烯、丁烯与丙烯共聚物其中的一种或几种的混合；
所述纳米耐磨剂粒径为10nm～100nm，选自纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米尼龙6；
所述爽滑剂选自芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸硬脂酸酰胺、山芋酸酰胺、硬脂酸芥酸酰胺、硬脂酸、硅酮粉、蒙旦蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合；
所述抗静电剂选自磷酸二氢硬脂酰胺基二甲基二乙醇胺、甲基硫酸(3-月桂酰胺基丙基)三甲基铵、硝酸3-丙基二甲基β-羟乙基铵、十八烷基二甲基羟乙基季胺硝酸盐、C13～C16乙氧基化脂肪胺、C14～C18乙氧基化脂肪胺、单乙醇胺、C13～C16烷基二乙醇胺、C14～C18烷基二乙醇胺、十八烷基二乙醇胺、羟乙基烷基胺与高级脂肪醇和二氧化硅的复配物聚氧乙烯十二烷基胺、月桂基硫酸酯钠、二月桂基磷酸酯钠其中的一种或几种的混合；
所述表面活性剂选自单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油脂、山梨醇酐单月桂酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯、油酸单甘油酯、二聚甘油单硬脂酸脂、三聚甘油单硬脂酸脂、聚环氧乙烷甘油单硬脂酸脂、聚环氧乙烷甘油单油酸脂其中的一种或几种的混合。
进一步地，按重量百分比计，所述组分的优选配比为：
优选地，所述纳米耐磨剂选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛。
优选地，所述爽滑剂选自芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸硬脂酸酰胺、硅酮粉、蒙旦蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述抗静电剂选自选自C13～C16乙氧基化脂肪胺、C14～C18乙氧基化脂肪胺、单乙醇胺、C13～C16烷基二乙醇胺、C14～C18烷基二乙醇胺、十八烷基二乙醇胺、月桂基硫酸酯钠、二月桂基磷酸酯钠。
优选地，所述表面活性剂优选自单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油脂、油酸单甘油酯、二聚甘油单硬脂酸脂、三聚甘油单硬脂酸脂、聚环氧乙烷甘油单硬脂酸脂。
一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料的制备方法，其特征在于，按如下步骤：
①按组分重量百分比计算重量，并称取各组分；
②将各组分加入高速搅拌机，并充分搅拌；
③将搅拌后所有组分加入到双螺杆挤出机进行熔融、混合和挤出，双螺杆挤出机转速：180～480转/分钟，双螺杆挤出机加热区温度：100℃～230℃；
④对挤出的混合物料进行拉条、冷却、除水、切粒和干燥，得到纳米改性复合母料。
优选地，上述步骤②中各组分的添加方法为，蜡状组分提前在恒温水浴箱中融化为液体，首先在高速搅拌机加入颗粒状基材组分，并启动高速搅拌机搅拌，然后依次加入融化为液体的蜡状组分、珠状组分、微珠状组分和粉末状组分进行充分搅拌。
由于本发明所采用的各种组分在常温下有粉末状、蜡状、颗粒状、微珠状和珠状，因此在纳米改性复合母料的制备过程中要采用上述特殊的物料混和搅拌方法。在本发明中的特殊的物料混和搅拌方法原理是先将蜡状组分恒温融化为液体，然后加入高速搅拌机中遇到常温下的其他组分温度降低转变回蜡状，通过这一物理过程在高速搅拌机的作用下将其他组分充分均匀的牢牢粘附在颗粒状基材组分上。在本发明中经双螺杆挤出机挤出的混合物料牵引牵条通过冷却设备、除水设备、切利设备和干燥设备进行拉条、冷却、除水、切粒和干燥。
本发明所述纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料可应用于制备聚丙烯薄膜。
进一步地，所述母料制备的聚丙烯薄膜包括双向拉伸聚丙烯薄膜、流延聚丙烯薄膜、泡管法聚丙烯薄膜、吹塑成型聚丙烯制件和注塑成型聚丙烯制件。
进一步地，所述双向拉伸聚丙烯薄膜尤其适合于香烟包装使用。
本发明的有益效果在于：首先，纳米耐磨技术的应用攻克了聚丙烯薄膜耐磨性的技术难关，大大改善了聚丙烯薄膜的耐磨耐刮擦性能；其次，生产工艺的调整、高分子量爽滑剂和长碳链表面活性剂的添加、纳米材料尺寸效应大大改善了抗静电剂组分分散均匀性，使得抗静电剂的迁移速度得到了合理控制调节，抗静电剂的迁移实现循序渐进的效果，因此可以减少抗静电剂的添加量，同时聚丙烯薄膜抗静电性能能够得到保持和提升并且还能够产生持久的抗静电效果，解决了聚丙烯薄膜发粘板结的问题；最后，纳米材料具有的纳米尺寸效应、表面能效应和强界面效应，再加上爽滑剂的协同作用，聚丙烯薄膜中取向的结晶更加完善，纤维晶状的耐热性提高，使得聚丙烯薄膜具备优异的耐热性能，光学性能、爽滑性能、抗静电性能、耐磨耐刮擦性能等。
具体实施方式
实施例1:纳米改性复合母料的制备
按照表1的配方设计准备载体聚丙烯树脂和各种添加组分。
表1 纳米改性复合母料配方表
按照表1的配比制备纳米改性复合母料，其中，蜡状添加组分提前在恒温水浴箱中融化为液体；在高速搅拌机加入颗粒状载体聚丙烯树脂，并启动高速搅拌机搅拌，然后依次加入融化为液体的蜡状添加组分、珠状添加组分、微珠状添加组分和粉末状添加组分进行充分搅拌，然后混合物料通过喂料系统加入双螺杆挤出机。
双螺杆挤出机转速设定：180～480转/分钟，双螺杆挤出机加热区温度设定：100℃～230℃。
载体聚丙烯树脂和各种添加组分在双螺杆挤出机中熔融、混合和挤出后，在水槽中牵引拉条、吹风机风冷除水、切粒机切粒、振动筛高温干燥、储存罐空调干燥冷却，得到纳米改性复合母料。
实施例2：香烟包装用双向拉伸聚丙烯薄膜的制备
将按照表1所述实例和参考例配比所制得的纳米耐磨复合母料按照2.5％(重量百分比)的用量分别加入到烟膜的芯层，生产耐磨高收缩烟膜。生产设备为德国布鲁克纳公司的三层挤出机组和双向异步拉伸机组，主要工艺参数如下：
主挤出机、共挤出机各区段加热温度设定：200℃～260℃；
主挤出机、共挤出机的螺杆转速根据烟膜芯层和外层2层的厚度比例以及烟膜产量而定；
激冷水槽温度设定：15℃～40℃，激冷辊温度设定：20℃～35℃；
纵拉预热区温度设定：100℃～140℃，纵拉区温度设定：80℃～130℃；
纵拉定型区温度设定：70℃～130℃，纵向拉伸比设定：3.0～8.0；
横拉预热区温度设定：150℃～190℃，横拉区温度设定：150℃～170℃；
横拉定型区温度设定：120℃～170℃；
牵引机速度设定：120～300米/秒；
收卷机张力设定：100～300牛顿/米；
时效处理：室温，2～15天。
在相同工艺条件下生产采用不同实例和参考例配比纳米改性复合母料的同一类型的烟膜，一个月后对烟膜的主要性能指标进行测试，结果见下表2。
表2 烟膜主要性能指标测试结果
表2的测试结果对比表明，使用本发明的纳米改性复合母料生产的烟膜，首先，烟膜的耐刮擦性明显地提升，磨擦实验后烟膜的雾度大幅降低，烟膜的耐磨擦性也明显地提升，整体耐磨性能提升显著；其次，在抗静电剂和表面润滑剂添加量减少的情况下，表面电阻变化不大且有所下降，烟膜的抗静电性能保持稳定且有所提升；最后，减少抗静电剂的添加量情况下，烟膜的摩擦系数和雾度下降，光泽度升高，烟膜的爽滑性能和光学性能提升，烟膜的综合性能提升显著。
本实施例目的在于使本领域专业技术人员可以据其了解本发明的技术方案并加以实施，并不能以其限制本专利的保护范围，凡依据本发明披露技术所作的变形，均落入本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求书所述内容为准。

Claims (11)

1.一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分： 
其中：所述聚丙烯载体树脂选自均聚聚丙烯、乙烯与丙烯共聚物、丁烯与丙烯共聚物、辛烯与丙烯共聚物、乙烯、丁烯与丙烯共聚物其中的一种或几种的混合； 
所述纳米耐磨剂粒径为10nm～100nm，选自纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米尼龙6； 
所述爽滑剂选自芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸硬脂酸酰胺、山芋酸酰胺、硬脂酸芥酸酰胺、硬脂酸、硅酮粉、蒙旦蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合； 
所述抗静电剂选自磷酸二氢硬脂酰胺基二甲基二乙醇胺、甲基硫酸(3-月桂酰胺基丙基)三甲基铵、硝酸3-丙基二甲基β-羟乙基铵、十八烷基二甲基羟乙基季胺硝酸盐、C13～C16乙氧基化脂肪胺、C14～C18乙氧基化脂肪胺、单乙醇胺、C13～C16烷基二乙醇胺、C14～C18烷基二乙醇胺、十八烷基二乙醇胺、羟乙基烷基胺与高级脂肪醇和二氧化硅的复配物聚氧乙烯十二烷基胺、月桂基硫酸酯钠、二月桂基磷酸酯钠其中的一种或几种的混合； 
所述表面活性剂选自单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油脂、山梨醇酐单月桂酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯、油酸单甘油酯、二聚甘油单硬脂酸脂、三聚甘油单硬脂酸脂、聚环氧乙烷甘油单硬脂酸脂、聚环氧乙烷甘油单油酸脂其中的一种或几种的混合。 
2.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，按重量百分比计，所述组分的优选配比为： 
3.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，所述纳米耐磨剂优选自纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛。 
4.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，所述爽滑剂优选自芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸硬脂酸酰胺、硅酮粉、蒙旦蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚二甲基硅氧烷。 
5.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，所述抗静电剂选自优选自C13～C16乙氧基化脂肪胺、C14～C18乙氧基化脂肪胺、单乙醇胺、C13～C16烷基二乙醇胺、C14～C18烷基二乙醇胺、十八烷基二乙醇胺、月桂基硫酸酯钠、二月桂基磷酸酯钠。 
6.根据权利要求1所述的一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料，其特征在于，所述表面活性剂优选自单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油脂、油酸单甘油酯、二聚甘油单硬脂酸脂、三聚甘油单硬脂酸脂、聚环氧乙烷甘油单硬脂酸脂。 
7.一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料的制备方法，其特征在于，按如下步骤： 
①按组分重量百分比计算重量，并称取各组分； 
②将各组分加入高速搅拌机，并充分搅拌； 
③将搅拌后所有组分加入到双螺杆挤出机进行熔融、混合和挤出，双螺杆挤出机转速：180～480转/分钟，双螺杆挤出机加热区温度：100℃～230℃； 
④对挤出的混合物料进行拉条、冷却、除水、切粒和干燥，得到纳米改性复合母料。 
8.根据权利要求7所述的一种纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料的制备方法，其特征在于，步骤②中各组分的添加方法为，蜡状组分提前在恒温水浴箱中融化为液体，首先在高速搅拌机加入颗粒状基材组分，并启动高速搅拌机搅拌，然后依次加入融化为液体的蜡状组分、珠状组分、微珠状组分和粉末状组分进行充分搅拌。 
9.纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料的应用，其特征在于，所述母料可应用于制备聚丙烯薄膜。 
10.根据权利要求9所述的纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料的应用，其特征在于，所述母料制备的聚丙烯薄膜包括双向拉伸聚丙烯薄膜、流延聚丙烯薄膜、泡管法聚丙烯薄膜、吹塑成型聚丙烯制件和注塑成型聚丙烯制件。 
11.根据权利要求10所述的纳米耐磨改性抗静电爽滑复合母料的应用，其特征在于，所述双向拉伸聚丙烯薄膜尤其适合于香烟包装使用。 
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