CN107283980B - 一种耐高温蒸煮聚乙烯膜及其生产工艺 - Google Patents

一种耐高温蒸煮聚乙烯膜及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种耐高温蒸煮聚乙烯膜及其生产工艺。所述聚乙烯膜包括电晕层、中间层和热封层，电晕层、中间层和热封层的原料各自独立地包含茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯，其中茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯各自的维卡软化点与熔点相差不超过10℃。本发明提供的聚乙烯膜具有高机械强度、优异的光学性能、低温冷冻性能、高热封强度、高热黏力、宽热封窗口、低气味性，耐在121℃温度下蒸煮30min等优异性能，可作为耐高温蒸煮复合膜的内层材料。

Description

一种耐高温蒸煮聚乙烯膜及其生产工艺
技术领域
本发明属于包装领域，具体地涉及一种耐高温蒸煮聚乙烯膜及其生产工艺。
背景技术
近年来，伴随着人民生活水平的提高，食品愈发趋于多样化、卫生化、方便化及高档化，复合膜软包装也逐渐占据了重要的地位。耐高温蒸煮食品包装袋作为符合膜软包装的一种，普遍用于食品的常温存放，常用于肉类、豆制品等食品的包装形式，一般采用真空包装，经过高温加热灭菌，可在常温下储存。耐蒸煮包装食品携带方便，开袋即食，卫生方便，又能很好地保持食品风味，深受消费者喜爱。
耐高温蒸煮食品是将食品包装后连同包装材料一起进行加热灭菌。根据灭菌工艺、包装材料的不同，耐蒸煮包装产品的保质期从半年至两年不等。现有的耐蒸煮包装由多种基材复合而成，常用材料有PA、PET、AL和CPP，常用结构有两层复合膜(如BOPA/CPP、PET/CPP)、三层复合膜(如PA/AL/CPP、PET/PA/CPP)和四层复合膜(如PET/PA/AL/CPP)。可见目前的耐蒸煮产品的内层热封材料常用的是CPP薄膜，因其原料的熔点较高，符合耐蒸煮的要求。然而刚性很强的CPP薄膜热封强度低，热封温度较高(包装时能源消耗多)，韧性差，低温存储环境下易破包。
因此，目前急需开发一种能耐高温蒸煮的膜，既能满足耐蒸煮需求，又能提供复合膜很好的柔软度，减少耐蒸煮复合膜在低温存储情况下破包情况的发生。
发明内容
为此，本发明的目的之一在于提供一种耐高温蒸煮聚乙烯(PE)膜，其具有高机械强度、优异的光学性能、低温冷冻性能、高热封强度、高热黏力、宽热封窗口、低气味性，耐在121℃温度下蒸煮30min等优异性能，可作为耐高温蒸煮复合膜的内层材料。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种耐高温蒸煮聚乙烯膜，包括电晕层、中间层和热封层，其中，电晕层、中间层和热封层的原料各自独立地包含茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯，其中茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯各自的维卡软化点与熔点相差不超过10℃。茂金属中密度聚乙烯的维卡软化点与熔点相差值和茂金属高密度聚乙烯的维卡软化点与熔点相差值可相同，也可不同。
由于选型原料的维卡软化点和熔点基本接近，可以很好的满足高温蒸煮性能，例如在121℃温度下蒸煮30min的要求。整体材料的有很好的耐高温蒸煮性，同时又有低温抗冷冻性。电晕层和热封层中相同组分含量优选为相同。
作为优选，茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯各自的维卡软化点与熔点相差不超过5℃。茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯各自的维卡软化点与熔点越接近效果越好，制得膜的耐高温蒸煮性能越好。
作为优选，所述电晕层的原料包含20-40wt％，例如为22wt％、26wt％、29wt％、33wt％、37wt％等的茂金属高密度聚乙烯和60-80wt％，例如为62wt％、66wt％、69wt％、73wt％、77wt％等的茂金属中密度聚乙烯。
优选地，所述电晕层的原料包含30wt％茂金属高密度聚乙烯和70wt％茂金属中密度聚乙烯。
电晕层中优选还含有0.5～1％PPA(安配色加工助剂100991-K)。
作为优选，所述中间层的原料包含30-50wt％，例如为32wt％、35wt％、39wt％、43wt％、48wt％等的茂金属高密度聚乙烯和50-70wt％，例如为52wt％、55wt％、59wt％、63wt％、67wt％等的茂金属中密度聚乙烯。
优选地，所述中间层的原料包含40wt％茂金属高密度聚乙烯和60wt％茂金属中密度聚乙烯。
作为优选，所述热封层的原料包含20-40wt％，例如为22wt％、26wt％、29wt％、33wt％、37wt％等的茂金属高密度聚乙烯和60-80wt％，例如为62wt％、66wt％、69wt％、73wt％、77wt％等的茂金属中密度聚乙烯。上述组成的热封层能提供高强度热封强度。
优选地，所述热封层的原料包含30wt％茂金属高密度聚乙烯和70wt％茂金属中密度聚乙烯。上述组成的热封层能提供尤其高强度热封强度。
优选地，所述热封层的原料还包含爽滑剂和/或开口剂。本发明对所述爽滑剂和开口剂的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的爽滑剂和开口剂即可，如可以采用其市售商品。在本发明中，所述爽滑剂和开口剂均能降低聚乙烯膜的摩擦系数，使得复合膜包装走机性好。例如使用的爽滑剂的MI在190℃/2.16kg下为10±2g/10min，堆积密度550±20g/l，每克粒料为55±5，相对密度0.92±0.02。在本发明中，所述爽滑剂优选牌号为10090-K的安配色的爽滑剂，为薄膜提供爽滑性。所述开口剂分为有机类和无机类；有机类开口剂主要包括油酸酰胺；无机类开口剂主要以二氧化硅为主。具体的，所述开口剂优选牌号为AB-20LD的北京亚伦的开口剂。本发明优选同时采用爽滑剂和开口剂，效果最佳。在本发明中，所述爽滑剂的质量优选为热封层中中高密度聚乙烯总质量的0.5-2％，更优选为1％；所述开口剂的质量优选为热封层中中高密度聚乙烯总质量的0.5-2％，更优选为1％。上述范围的爽滑剂合开口剂的含量可使得最终制得的聚乙烯膜具有更低的摩擦系数，使得复合膜包装走机性最好。
作为优选，茂金属高密度聚乙烯的MI在190℃/2.16kg下为0.6-0.8g/min。
优选地，茂金属高密度聚乙烯的密度为0.940-0.950g/cm3。
优选地，茂金属高密度聚乙烯的维卡软化点为125-130℃，熔点为128-133℃。
优选地，茂金属高密度聚乙烯的MI为0.7g/min，密度为0.947g/cm3，维卡软化点为127℃，熔点为130℃。
作为优选，茂金属中密度聚乙烯的MI在190℃/2.16kg下为0.8-1.0g/min。
作为优选，茂金属中密度聚乙烯的密度为0.930-0.940g/cm3。
优选地，茂金属中密度聚乙烯的维卡软化点为120-125℃，熔点为120-127℃。
优选地，茂金属中密度聚乙烯的MI为0.9g/min，密度为0.934g/cm3，维卡软化点为123℃，熔点为124℃。
作为优选，所述茂金属高密度聚乙烯为M4707EP。
作为优选，所述茂金属中密度聚乙烯为M3410EP。
作为优选，电晕层、中间层与热封层的厚度比为1:0.5-2:0.5-2，如可以为1:0.5:0.5；也可以为1:1:2，需要热封层树脂的性能表现如抗污染热封更突出些；还可以为1:2:2，需要热封层和中间层树脂的性能表现更突出；更优选为1:1:1，三层树脂的性能表现均匀，综合性能更优异。
作为优选，本发明所述耐高温蒸煮聚乙烯膜，包括电晕层、中间层和热封层，所述电晕层的原料包含20-40wt％M4707EP和60-80wt％M3410EP，所述中间层的原料包含30-50wt％M4707EP和50-70wt％M3410EP，所述热封层的原料包含20-40wt％M4707EP和60-80wt％M3410EP。上述组成的耐高温蒸煮聚乙烯膜具有高强度热封强度，同时还具有很好的耐高温蒸煮性和低温抗冷冻性。
本发明所述耐高温蒸煮聚乙烯膜可以通过现有的已知方法制备，作为优选，通过如下本发明提供的方法制备。
一种本发明所述的耐高温蒸煮聚乙烯膜的生产工艺，所述工艺为由本发明所述电晕层、中间层和热封层的原料共挤出吹塑成型，具体包括如下步骤：
将电晕层、中间层和热封层的原料共挤出成型，得到包括依次相接触的电晕层、中间层和热封层的热熔筒膜；
将所述热熔筒膜的熄泡夹扁后吹塑成片膜、冷却定型；
将所述冷却定型后的膜的外层面进行电晕处理，得到聚乙烯膜。
作为优选，所述生产工艺使用三层W&H设备。
作为优选，生产工艺中过滤器的滤网至少为4层。
优选地，所述滤网为20/60/100/20目，采用上述组合滤网可避免薄膜产生晶点。
作为优选，共挤出时电晕层、中间层和热封层的槽式机筒的挤出温度为50±10℃，优选为50±5℃。
作为优选，共挤出时电晕层、中间层和热封层的机筒1区的挤出温度为190±10℃，优选为190±5℃。
作为优选，共挤出时电晕层、中间层和热封层的机筒2区、机筒3区、机筒4区、换网区、法兰区的挤出温度为195±10℃，优选为195±5℃。
作为优选，共挤出时1区至10区的模头温度为200±10℃，优选为200±5℃。
原料经过挤出机熔融并形成管坯，将管坯拉伸后从挤出机模头中心冲出压缩空气，将管坯吹胀成泡状膜，同时将泡状膜经风环冷却风冷却定型，从而制得依次包括电晕层、中间层和热封层的聚乙烯膜。
在本发明中，所述共挤出吹塑成型的吹胀比优选1.5-4，在一些实施例中优选为2-3，在一些实施例中优选为25。吹胀比为薄膜的横向膨胀倍数，实际上是对薄膜进行横向拉伸，是吹塑工艺的控制要点之一。管坯的尺寸和重量一定时，制件尺寸愈大，管坯吹胀比愈大。虽然较大吹胀比可以使薄膜变薄，有利于节约材料，但是制得薄膜容易出现皱褶，刚度和强度降低。吹胀比过小，塑料消耗增加，制件有效容积减小，壁厚，冷却时间变长，成本增加。因此，应当根据材料的种类和性质，制品的形状和尺寸，管坯的尺寸，合理确定吹胀比才能生产出好的制品。本发明在加工工艺中控制聚合物膜的吹胀比为2-3时，可使得最终制得的薄膜具有高热封强度，整体材料具有很好的耐高温蒸煮性，同时又有低温抗冷冻性。
本发明中物质的密度是按照ISO1183的方法测得的。MI是按照ISO1133的方法测得的。熔点是按照ISO11357的方法测得的。维卡软化点是ISO306的方法测得的。
本发明提供的一种耐高温蒸煮聚乙烯膜，包括电晕层、中间层和热封层，电晕层、中间层和热封层各自包含茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯，其中茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯各自的维卡软化点与熔点相差不超过10℃。由于选型原料的维卡软化点和熔点基本接近，可以很好的满足在121℃温度下蒸煮30min的要求；热封层能提供高强度热封强度。整体材料的有很好的耐高温蒸煮性，同时又有低温抗冷冻性。
通过开发耐高温蒸煮的PE薄膜，能够有效的替代部分121℃蒸煮30min的耐蒸煮复合膜的内层热封材料CPP薄膜，同时可以提供高机械强度，具有优异的光学性能、低温冷冻性能、高热封强度、高热黏力、宽热封窗口、低气味性等一系列优异的性能，为抗冷冻耐高温蒸煮产品的材质选型提供很好的技术支持，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明聚乙烯膜的生产工艺流程图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例1-5
实施例1-5的聚乙烯膜的原料组成及配方见表1。
M3410EP和M4707EP为TOTAL生产的中高密度茂金属PE，10090-K为安配色的爽滑剂，AB-20LD为北京亚伦的开口剂。
表1
其中厚度比为电晕层、中间层与热封层的厚度比。
图1为本发明聚乙烯膜的生产工艺流程图。本发明的聚乙烯膜由PE粒子经过吹膜工艺制得PE薄膜。
具体生产工艺如下：
将电晕层、中间层和热封层的原料共挤出成型，得到包括依次相接触的电晕层、中间层和热封层的热熔筒膜；
将所述热熔筒膜的熄泡夹扁后吹塑成片膜、冷却定型；
将所述冷却定型后的膜的外层面进行电晕处理，得到聚乙烯膜。
其中，过滤器的滤网大约为20/60/100/20目，网孔大小约为80μm，否则可能导致薄膜产生晶点。
三层W&H设备的挤出温度设定如下表2所示，A、B、C层分别对应电晕层、中间层与热封层。
表2
挤出温度 槽式机筒 机筒1区 机筒2区 机筒3区 机筒4区 换网区 法兰区
层次 ±5℃ ±5℃ ±5℃ ±5℃ ±5℃ ±5℃ ±5℃
A层 50 190 195 195 195 195 195
B层 50 190 195 195 195 195 195
C层 50 190 195 195 195 195 195
模头温度 1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区
±5℃ 200 200 200 200 200 200 200
模头温度 8区 9区 10区
±5℃ 200 200 200
对比例1
与实施例4相同，除了电晕层、中间层均由100kgM4707EP制得，热封层由100kgM4707EP、1kg10090-K、AB20-LD1kg制得。
对比例2
与实施例4相同，除了电晕层、中间层均由100kgM3410EP制得。热封层由100kgM3410EP、1kg10090-K、AB20-LD1kg制得。
性能测试
本发明实施例1-5和对比例1-2制得薄膜手感柔软。将制得薄膜进行性能测试，屈服抗张强度、断裂抗张强度、屈服断裂伸长率按照ISO527-3进行测试。结果见下表3。
表3
上述数据是在如下挤出条件下制得的样品的数据：三个挤出模头，三个挤出直径分别为A(电晕层)：70mm；B(中间层)：90mm；C(热封层)70mm，L/D＝30，模口间隙＝1.25～2.25mm，吹胀比为1.5～2.6。
MD：机械方向，TD：横向方向。
从表3中可以看出，本发明制得的聚乙烯膜具有优异的机械性能如屈服抗张强度、断裂抗张强度、屈服断裂伸长率，且对氧气和水汽均具有较高的阻隔性。
在121℃温度下蒸煮30min后材料性能测试结果如下表4。
表4
从表4可以看出，本发明的聚乙烯膜经过高温蒸煮后仍然具有基本不变的优异的机械性能，和对氧气和水汽高的阻隔性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种耐高温蒸煮聚乙烯膜，包括电晕层、中间层和热封层，其特征在于，电晕层、中间层和热封层的原料各自独立地包含茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯，其中茂金属中密度聚乙烯和茂金属高密度聚乙烯各自的维卡软化点与熔点相差不超过10℃；所述电晕层的原料包含20-40wt％茂金属高密度聚乙烯和60-80wt％茂金属中密度聚乙烯；所述中间层的原料包含30-50wt％茂金属高密度聚乙烯和50-70wt％茂金属中密度聚乙烯；所述热封层的原料包含20-40wt％茂金属高密度聚乙烯和60-80wt％茂金属中密度聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯膜，其特征在于，所述热封层的原料还包含爽滑剂和/或开口剂。
3.根据权利要求1或2所述的聚乙烯膜，其特征在于，茂金属高密度聚乙烯的MI在190℃/2.16kg下为0.6-0.8g/min；茂金属高密度聚乙烯的密度为0.940-0.950g/cm3；茂金属高密度聚乙烯的维卡软化点为125-130℃，熔点为128-133℃。
4.根据权利要求1或2所述的聚乙烯膜，其特征在于，茂金属中密度聚乙烯的MI在190℃/2.16kg下为0.8-1.0g/min；茂金属中密度聚乙烯的密度为0.930-0.940g/cm3；茂金属中密度聚乙烯的维卡软化点为120-125℃，熔点为120-127℃。
5.根据权利要求1或2所述的聚乙烯膜，其特征在于，所述茂金属高密度聚乙烯为M4707EP；所述茂金属中密度聚乙烯为M3410EP；电晕层、中间层与热封层的厚度比为1:0.5-2:0.5-2。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯膜，其特征在于，所述电晕层的原料包含20-40wt％M4707EP和60-80wt％M3410EP，所述中间层的原料包含30-50wt％M4707EP和50-70wt％M3410EP，所述热封层的原料包含20-40wt％M4707EP和60-80wt％M3410EP。
7.一种权利要求1-6任一项所述的耐高温蒸煮聚乙烯膜的生产工艺，其特征在于，所述工艺为由权利要求1-6任一项所述电晕层、中间层和热封层的原料共挤出吹塑成型。
8.根据权利要求7所述的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺使用三层W&H设备；生产工艺中过滤器的滤网至少为4层；所述滤网为20/60/100/20目，网孔大小约为80μm。
9.根据权利要求7或8所述的生产工艺，其特征在于，共挤出时电晕层、中间层和热封层的槽式机筒的挤出温度为50±10℃，共挤出时电晕层、中间层和热封层的机筒1区的挤出温度为190±10℃。
10.根据权利要求9所述的生产工艺，其特征在于，共挤出时电晕层、中间层和热封层的槽式机筒的挤出温度为50±5℃，共挤出时电晕层、中间层和热封层的机筒1区的挤出温度为190±5℃。
11.根据权利要求7或8所述的生产工艺，其特征在于，共挤出时电晕层、中间层和热封层的机筒2区、机筒3区、机筒4区、换网区、法兰区的挤出温度为195±10℃。
12.根据权利要求11所述的生产工艺，其特征在于，共挤出时电晕层、中间层和热封层的机筒2区、机筒3区、机筒4区、换网区、法兰区的挤出温度为195±5℃。
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