CN108102194A - 一种pe薄膜包装材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PE薄膜包装材料及其制备方法，属于薄膜材料制备技术领域。所述的PE薄膜包装材料，包括以下原料：PE树脂、纳米SiO2、十二烷基苯磺酸钠、a‑氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾、聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺。所述的PE薄膜包装材料是经过研磨、高温反应、混合、造粒、压延等步骤制成的。采用本发明的工艺，可提高PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度。

Description

一种PE薄膜包装材料及其制备方法
技术领域
本发明属于薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种PE薄膜包装材料及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量也越来越关注，对产品的性能有众多要求的同时，对产品的包装和外观也越来越高，在人们选择商品时，产品外包装的质量和外观也成为人们选择产品和判断产品质量的很重要的一项考量指标。目前市场上的外包装膜材料通常采用聚氯乙烯作为原材料，聚氯乙烯是由氯乙烯在引发剂的作用下聚合而成的热塑性树脂，其具有较好的机械性能而被广泛应用于包装，然而其高透明性和耐刮擦性性能差，雾度(HAZE)高，且该包装材料在受热和光照的作用下会发生分解，同时力学强度也会下降，作为食品包装而言，长期使用则对人体健康产生影响。
PE树脂在大气、阳光和氧的作用下，会发生老化，变色、龟裂、变脆或粉化，丧失其力学性能。在成型加工温度下，也会因氧化作用，使其熔体戮度下降，发生变色、出现条纹，故而在成型加工和使用过程或选材时应予以注意。PE薄膜包装材料具有优良的水蒸气与气体阻隔性能，特别适合用作卫生用品包装薄膜。现有的PE薄膜包装材料制备过程复杂，导致成本高，更重要的是制得的薄膜热封性、挺度与柔韧性较差。
中国专利文献“一种PE薄膜包装材料及其制备方法(专利号ZL201410294112.2)”公开了一种PE薄膜包装材料，由包含以下重量份的组分制成：PE树脂50-80份，聚环氧乙烷25-30份，硬脂酸锌10-25份，丙三醇8-12份，蒙脱土5-8份，油酸3-8份，聚乙酰亚胺2-4份。该发明制得的PE薄膜包装材料包装材料不需要经过表面处理，即具有良好的油墨附着力和颜料附着力，并且不易脱落，且该PE薄膜包装材料包装材料表面的光泽度良好，具有良好的拉伸性能，但是存在着拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度较差的问题。
发明内容
本发明提供一种PE薄膜包装材料及其制备方法，以解决在中国专利文献“一种PE薄膜包装材料及其制备方法(专利号ZL 201410294112.2)”公开的PE薄膜包装材料配方基础上，如何优化组分、用量等，提高PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种PE薄膜包装材料，包括以下原料：PE树脂、纳米Si02、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾、聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺；
所述纳米Si02、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾的重量比为(5-8)：(4-6)：(8-12)：(4-8)：(6-10)。
优选地，所述纳米Si02、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾的重量比为7:5:11:7:8。
优选地，所述的PE薄膜包装材料，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂85-100份、纳米Si025-8份、十二烷基苯磺酸钠4-6份、a-氰基丙烯酸酯8-12份、异丙醇铝4-8份、甲基硅醇钾6-10份、聚环氧乙烷32-40份、硬脂酸锌26-32份、丙三醇15-18份、蒙脱土9-13份、油酸10-14份、聚乙酰亚胺5-9份。
优选地，所述的PE薄膜包装材料，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂92份、纳米Si027份、十二烷基苯磺酸钠5份、a-氰基丙烯酸酯11份、异丙醇铝7份、甲基硅醇钾8份、聚环氧乙烷36份、硬脂酸锌30份、丙三醇17份、蒙脱土12份、油酸13份、聚乙酰亚胺7份。
本发明还提供一种PE薄膜包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份将PE树脂和纳米Si02放在三头研磨机中研磨，制得纳米复合材料，然后加入重量份的十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾混合均匀，接着熔融，并置于真空条件下反应1.5-2.5h，制得聚合物溶液；
S2：将蒙脱土在125-136℃下，干燥1-2h，加入球磨机中进行研磨，备用；
S3：向步骤S1制得的聚合物溶液中加入重量份的聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、步骤S2研磨的蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺，然后加入混合机中搅拌均匀，调节混合温度为105-120℃，混合时间为20-30min；
S4：将步骤S3搅拌均匀的物料送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后熔融挤出造粒，压延成型，制得PE薄膜包装材料。
优选地，所述步骤S1中研磨时间为1-2h。
优选地，所述步骤S1中熔融温度为150-180℃，反应是在真空度为0.8-1.2MPa的条件下进行的。
优选地，所述步骤S3中搅拌速率为200-400r/min。
本发明改进方案的创新之处在于：1)a-氰基丙烯酸酯能改善PE树脂黏结层的韧性，提高其抗冲击强度，异丙醇铝可降低a-氰基丙烯酸酯热膨胀系数，减少收缩性，使PE薄膜包装材料的抗冲击强度和机械强度提高；2)十二烷基苯磺酸钠作为亲水性表面活性剂，可增大聚烯烃高分子材料表面的孔隙，使胶粘剂能够渗透进材料内部而形成牢固的机械连接。因此，十二烷基苯磺酸钠能够促进a-氰基丙烯酸酯和异丙醇铝与PE树脂中的作用，改善低密度聚乙烯的结构韧性，提高PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度；3)甲基硅醇钾具有较强的渗透能力，可提高PE树脂与a-氰基丙烯酸酯和异丙醇铝间的粘附力，使其在基体中以原生粒子的形态均匀分散，为对PE树脂进行表面改性提供着力点，有利于提高PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度；4)纳米Si02可以提高PE薄膜的强度和延伸率，提高其耐磨性、改善表面的光洁，提高抗老化性能，但存在与PE树脂分子相容性差的问题。异丙醇铝和a-氰基丙烯酸酯能改善纳米Si02的表面活性，同时增大Si02分子之间的位阻，从而能较好地分散到PE树脂分子中，提高Si02分子与PE树脂分子间相容性，增强交互作用。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的PE薄膜包装材料，拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度可以显著提高。
(2)本发明中a-氰基丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、甲基硅醇钾、异丙醇铝和纳米Si02在制备PE薄膜包装材料中起到了协同作用，协同提高了PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度。
(3)本发明在补强体系中以a-氰基丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、甲基硅醇钾、异丙醇铝和纳米Si02为主导的PE薄膜包装材料制备方法，使得补强体系运用到本发明的PE薄膜包装材料中，提高PE薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
一种PE薄膜包装材料，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂92份、纳米Si027份、十二烷基苯磺酸钠5份、a-氰基丙烯酸酯11份、异丙醇铝7份、甲基硅醇钾8份、聚环氧乙烷36份、硬脂酸锌30份、丙三醇17份、蒙脱土12份、油酸13份、聚乙酰亚胺7份；
所述PE薄膜包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份将PE树脂和纳米Si02放在三头研磨机中研磨1.6h制得纳米复合材料，然后加入重量份的十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾混合均匀，再在172℃下熔融，并置于真空度0.93MPa条件下反应2h，制得聚合物溶液；
S2：将蒙脱土在132℃下，干燥1.5h，加入球磨机中进行研磨，备用；
S3：向步骤S1制得的聚合物溶液中加入重量份的聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、步骤S2研磨的蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺，然后加入混合机中搅拌均匀，搅拌速率为300r/min，调节混合温度为108℃，混合时间为26min；
S4：将步骤S3搅拌均匀的物料送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后熔融挤出造粒，压延成型，制得PE薄膜包装材料。
实施例2
一种PE薄膜包装材料，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂85份、纳米Si025份、十二烷基苯磺酸钠4份、a-氰基丙烯酸酯12份、异丙醇铝8份、甲基硅醇钾6份、聚环氧乙烷32份、硬脂酸锌32份、丙三醇18份、蒙脱土9份、油酸14份、聚乙酰亚胺5份；
所述PE薄膜包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份将PE树脂和纳米Si02放在三头研磨机中研磨1h制得纳米复合材料，然后加入重量份的十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾混合均匀，再在165℃下熔融，并置于真空度0.9MPa条件下反应2.5h，制得聚合物溶液；
S2：将蒙脱土在125℃下，干燥2h，加入球磨机中进行研磨，备用；
S3：向步骤S1制得的聚合物溶液中加入重量份的聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、步骤S2研磨的蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺，然后加入混合机中搅拌均匀，搅拌速率为200r/min，调节混合温度为105℃，混合时间为30min；
S4：将步骤S3搅拌均匀的物料送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后熔融挤出造粒，压延成型，制得PE薄膜包装材料。
实施例3
一种PE薄膜包装材料，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂100份、纳米Si028份、十二烷基苯磺酸钠6份、a-氰基丙烯酸酯8份、异丙醇铝4份、甲基硅醇钾10份、聚环氧乙烷40份、硬脂酸锌26份、丙三醇15份、蒙脱土13份、油酸10份、聚乙酰亚胺9份；
所述PE薄膜包装材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按重量份将PE树脂和纳米Si02放在三头研磨机中研磨2h制得纳米复合材料，然后加入重量份的十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾混合均匀，再在175℃下熔融，并置于真空度0.95MPa条件下反应1.5h，制得聚合物溶液；
S2：将蒙脱土在136℃下，干燥1h，加入球磨机中进行研磨，备用；
S3：向步骤S1制得的聚合物溶液中加入重量份的聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、步骤S2研磨的蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺，然后加入混合机中搅拌均匀，搅拌速率为400r/min，调节混合温度为120℃，混合时间为20min；
S4：将步骤S3搅拌均匀的物料送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后熔融挤出造粒，压延成型，制得PE薄膜包装材料。
对比例1
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备PE薄膜包装材料的原料中缺少a-氰基丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、甲基硅醇钾、异丙醇铝和纳米Si02。
对比例2
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备PE薄膜包装材料的原料中缺少a-氰基丙烯酸酯。
对比例3
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备PE薄膜包装材料的原料中缺少十二烷基苯磺酸钠。
对比例4
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备PE薄膜包装材料的原料中缺少甲基硅醇钾。
对比例5
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备PE薄膜包装材料的原料中缺少异丙醇铝。
对比例6
与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备PE薄膜包装材料的原料中缺少纳米Si02。
对比例7
采用中国专利文献“一种PE薄膜包装材料及其制备方法(专利号ZL201410294112.2)”实施例1-3所述的方法制备PE薄膜包装材料。
按照实施1-3和对比例1-7所述的方法制备PE薄膜包装材料，对制得PE薄膜包装材料的性能测试结果如下表所示。
由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例7的数据可见，采用实施例1-3的方法制备的PE薄膜包装材料，拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度明显提高；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
(2)由实施例1和对比例1-6的数据可见，a-氰基丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、甲基硅醇钾、异丙醇铝和纳米Si02在制备PE薄膜包装材料中起到了协同作用，协同提高了PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度，这是由于：
1)a-氰基丙烯酸酯能改善PE树脂黏结层的韧性，提高其抗冲击强度，异丙醇铝可降低a-氰基丙烯酸酯热膨胀系数，减少收缩性，使PE薄膜包装材料的抗冲击强度和机械强度提高；2)十二烷基苯磺酸钠作为亲水性表面活性剂，可增大聚烯烃高分子材料表面的孔隙，使胶粘剂能够渗透进材料内部而形成牢固的机械连接。因此，十二烷基苯磺酸钠能够促进a-氰基丙烯酸酯和异丙醇铝与PE树脂中的作用，改善低密度聚乙烯的结构韧性，提高PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度；3)甲基硅醇钾具有较强的渗透能力，可提高PE树脂与a-氰基丙烯酸酯和异丙醇铝间的粘附力，使其在基体中以原生粒子的形态均匀分散，为对PE树脂进行表面改性提供着力点，有利于提高PE薄膜包装材料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度；4)纳米Si02可以提高PE薄膜的强度和延伸率，提高其耐磨性、改善表面的光洁，提高抗老化性能，但存在与PE树脂分子相容性差的问题。异丙醇铝和a-氰基丙烯酸酯能改善纳米Si02的表面活性，同时增大Si02分子之间的位阻，从而能较好地分散到PE树脂分子中，提高Si02分子与PE树脂分子间相容性，增强交互作用。
本发明中a-氰基丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、甲基硅醇钾、异丙醇铝和纳米Si02作为补强体系，实施例1-3制备PE薄膜包装材料时通过添加纳米Si02、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾的重量比为(5-8)：(4-6)：(8-12)：(4-8)：(6-10)，实现在补强体系中以a-氰基丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、甲基硅醇钾、异丙醇铝和纳米Si02为主导的PE薄膜包装材料制备方法，利用a-氰基丙烯酸酯具有改善PE树脂黏结层的韧性，提高其抗冲击强度；异丙醇铝可降低a-氰基丙烯酸酯热膨胀系数，减少收缩性；甲基硅醇钾具有较强的渗透能力，促进a-氰基丙烯酸酯和异丙醇铝与PE树脂中的作用；异丙醇铝和a-氰基丙烯酸酯能改善纳米Si02的表面活性，同时增大Si02分子之间的位阻，从而能较好地分散到PE树脂分子中，提高Si02分子与PE树脂分子间相容性，增强交互作用等特点；使得补强体系运用到本发明的PE薄膜包装材料中，提高PE薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种PE薄膜包装材料，其特征在于，包括以下原料：PE树脂、纳米Si02、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾、聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺；
所述纳米SiO2、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾的重量比为(5-8)：(4-6)：(8-12)：(4-8)：(6-10)。
2.根据权利要求1所述的PE薄膜包装材料，其特征在于，所述纳米SiO2、十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾的重量比为7:5:11:7:8。
3.根据权利要求1所述的PE薄膜包装材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂85-100份、纳米SiO25-8份、十二烷基苯磺酸钠4-6份、a-氰基丙烯酸酯8-12份、异丙醇铝4-8份、甲基硅醇钾6-10份、聚环氧乙烷32-40份、硬脂酸锌26-32份、丙三醇15-18份、蒙脱土9-13份、油酸10-14份、聚乙酰亚胺5-9份。
4.根据权利要求3所述的PE薄膜包装材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：PE树脂92份、纳米SiO27份、十二烷基苯磺酸钠5份、a-氰基丙烯酸酯11份、异丙醇铝7份、甲基硅醇钾8份、聚环氧乙烷36份、硬脂酸锌30份、丙三醇17份、蒙脱土12份、油酸13份、聚乙酰亚胺7份。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的PE薄膜包装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将PE树脂和纳米SiO2放在三头研磨机中研磨，制得纳米复合材料，然后加入十二烷基苯磺酸钠、a-氰基丙烯酸酯、异丙醇铝、甲基硅醇钾混合均匀，接着熔融，并置于真空条件下反应1.5-2.5h，制得聚合物溶液；
S2：将蒙脱土在125-136℃下，干燥1-2h，加入球磨机中进行研磨，备用；
S3：向步骤S1制得的聚合物溶液中加入聚环氧乙烷、硬脂酸锌、丙三醇、步骤S2研磨的蒙脱土、油酸、聚乙酰亚胺，然后加入混合机中搅拌均匀，调节混合温度为105-120℃，混合时间为20-30min；
S4：将步骤S3搅拌均匀的物料送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后熔融挤出造粒，压延成型，制得PE薄膜包装材料。
6.根据权利要求5所述的PE薄膜包装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中研磨时间为1-2h。
7.根据权利要求5所述的PE薄膜包装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中熔融温度为150-180℃，反应是在真空度为0.8-1.2MPa的条件下进行的。
8.根据权利要求5所述的PE薄膜包装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中搅拌速率为200-400r/min。
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