CN108264678A - 疏水型气泡膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种疏水型气泡膜及其制备方法，属于聚乙烯发泡材料领域，其技术方案要点是一种疏水型气泡膜，包括气泡膜以及喷涂于气泡膜表面的疏水涂层，以LDPE、MDPE为原料，丁烷为发泡剂经过混料、挤出、发泡、喷涂的方法制备疏水型气泡膜，其中疏水涂层是以纳米二氧化硅、甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、有机蒙脱土以及四氢呋喃为原料制得，疏水涂层具有疏水特性，从而达到了气泡膜的表面能够疏水的技术效果。

Description

疏水型气泡膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚乙烯发泡材料领域，特别涉及一种疏水型气泡膜及其制备方法。
背景技术
气泡膜又称气垫膜、气珠膜、气泡布、气泡纸、泡泡膜、气泡薄膜、气垫薄膜。是用于包装填充的一种防压防潮防震的化工产品。具有良好的减震性、抗冲击性、热合性、无毒、无味、防潮、耐腐蚀、透明度好等优点；其以高压聚乙烯为主要原料，再添加增白剂、开口剂等辅料，经230度左右高温挤出吸塑成气泡的产品，是一种质地轻、透明性好、无毒、无味的塑料包装材料，可对产品起防湿、缓冲、保温等作用。
现有技术可参考申请公布号为CN104448484A的专利申请文件，其公开了一种PE气泡膜及其制备方法和气泡膜复铝箔，该PE气泡膜，按质量份计，高压聚乙烯90-100份、开口剂0.5-3份、增白剂0.5-1份、防静电剂0.5-1份、丁烷发泡剂0.5-2份、蜜胺焦磷酸盐0.5-1.5份、聚乙烯蜡2-3份、茂金属石蜡聚合体4-8份。
但是现有技术中，由于气泡膜的一面有若干个气泡，导致另一面的表面不平整，并且在包装物品时该面的部分气泡会发生破碎，导致不含有气泡的一面的表面会更加的凹凸不平，又因为气泡膜的材质较软，气泡膜与水的接触角较小，若气泡膜的表面聚集水滴，会使部分水滴粘附于气泡膜的表面而不易自然脱落，从而影响包装效果，因此如何能够使气泡膜的表面具有疏水特性是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种疏水型气泡膜，在PE气泡膜的没有气泡的一侧涂覆有疏水涂层，使得气泡膜具有了疏水性能，由于疏水涂层与水的接触角比较大，在做包装缓冲材料时，能使落在其表面的水滴迅速落下，并且使气泡膜的表面具有一定的自清洁性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种疏水型PE气泡膜，包括气泡膜以及喷涂于气泡膜表面的疏水涂层；
所述PE气泡膜包括如下重量份数的组分：LDPE 80-90份、MDPE 10-20份、丁烷发泡剂3-5份、开口剂1-3份以及抗收缩剂1-2份；
LDPE熔融指数为1.8-2.2g/min,密度为0.921-0.923kg/m3；
MDPE熔融指数为0.8-1.2g/min,密度为0.935-0.939kg/m3；
所述抗收缩剂为单甘脂；
所述疏水涂层包括以下重量份数的组分：纳米二氧化硅0.6-1份、甲基三甲氧基硅烷9-11份、正硅酸乙酯1-2份、有机蒙脱土4-6份以及四氢呋喃2-4份。
通过采用上述方案，LDPE(低密度聚乙烯)因密度较低，材质最软，主要用在塑胶袋、农业用膜等；MDPE(中密度聚乙烯)的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性，并且在LDPE中添加MDPE能够增加LDPE的耐热性；通过以丁烷作为物理发泡剂制得气泡膜，在包装时，使含有气泡的一侧朝向被包装物以对其提供包装缓冲的作用；在气泡膜没有气泡的一侧涂覆有一层疏水涂层，能够覆于气泡膜疏水的特性，通过增加气泡膜与水的接触角，使得落在气泡膜上的水能够迅速凝聚而从气泡膜上脱落，减少水渍在气泡膜上的残留。
较佳的，包括气泡膜以及喷涂于气泡膜表面的疏水涂层；
所述PE气泡膜包括如下重量份数的组分：LDPE 70份、MDPE 15份、丁烷发泡剂4份、开口剂2份以及抗收缩剂1.5份；
LDPE熔融指数为2.0g/min,密度为0.922kg/m3；
MDPE熔融指数为1.0g/min,密度为0.937kg/m3；
所述抗收缩剂为单甘脂；
所述疏水涂层包括以下重量份数的组分：纳米二氧化硅0.8份、甲基三甲氧基硅烷10份、正硅酸乙酯1.5份、有机蒙脱土5份以及四氢呋喃3份。
通过采用上述方案，纳米二氧化硅能够提高气泡膜的强度、表面硬度、透明性光洁度、防水性以及抗老化性；以甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯为原料制得的含硅超疏水涂层，使水在疏水涂层表面的静态接触角大于150°，滚动角小于5°，因此涂覆有超疏水涂层的气泡膜能够具有疏水的特性。
较佳的，所述开口剂包括油酸酰胺以及二氧化硅；油酸酰胺与二氧化硅的重量份数比为3：1。
通过采用上述方案，开口剂可有效提高薄膜的开口性能；油酸酰胺，既可提高抗静电和润滑性能，又可提高防湿性能，能明显降低摩擦系数和粘结阻力，显著提高吹膜(挤塑)时的效益，可有效地防止薄膜间的粘结和粒料间的结块，并可增加薄膜表面的光洁度；二氧化硅开口剂能够有效改善“末端黄变”的现象，二氧化硅多孔的结构吸附了金属离子，例如铁离子，使其发生氧化导致黄变的可能性减小；在油酸酰胺与二氧化硅以重量比为3：1的比例混合使用时，能够发挥协同作用，提高薄膜的开口性能以及加工性能。
较佳的，涂层厚度为30-50μm。
通过采用上述方案，涂层厚度为30-50μm，在能够为气泡膜提高疏水性能的同时能够尽量减少涂层对气泡膜的影响，使其仍然具有质轻、减震、透明性好等性能。
本发明的目的之二在于提供一种疏水型气泡膜的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
疏水型气泡膜制备方法，包括如下步骤：
(1)混料：将LDPE、MDPE、丁烷发泡剂、开口剂以及抗收缩剂按照比例混合均匀后置于挤出机的进料斗处；
(2)挤出：对挤出机进行升温至110℃，预热3min，然后调整挤出机的温度，以对原料进行加工；其中，加热段为130-150℃，塑化段为170-190℃，均化段为200-220℃，反应时间为20-30min；
(3)发泡：将PE吹塑成型，模口温度设为160-180℃，以制得PE气泡膜；
(4)喷涂：将疏水涂层用喷枪涂覆于气泡膜没有气泡的一侧；然后将涂覆有疏水涂层的气泡膜置于110-130℃的温度下烘烤4-6h，得到疏水型PE气泡膜。
通过采用上述方案，采用丁烷为发泡剂以LDPE与MDPE为原料的聚乙烯材料进行发泡制得气泡膜后，在其表面涂覆有一层疏水涂层，从而赋予其疏水的性能。
较佳的，所述疏水涂层采用如下方法制备：以重量份数计，将0.6-1.0份纳米二氧化硅、9-11份甲基三甲氧基硅烷加入到10-30份乙醇水溶液中，然后加入1-2份草酸水溶液，升温至70℃-90℃，搅拌10-12h，制得溶液A；将1-2份正硅酸乙酯加入到20-30份含氨的醇溶液中，在50-70℃的温度下保持3-5h，得到溶液B；将A溶液、B溶液以及4-6份有机蒙脱土加入到溶于2-4份四氢呋喃中，以70-90r/min的转速在60-70℃的温度下搅拌反应6-8h，得到疏水涂层溶液。
通过采用上述方案，以甲基三甲基氧基硅烷与正硅酸乙酯为原料制备疏水涂层，能够增大涂层与水的接触角，从而增加疏水性能；而纳米二氧化硅能够提高气泡膜的增透性，增加涂层的持久性；正硅酸乙酯加入到含氨的醇溶液中，氨水作为其反应的催化剂，能够提高疏水性能，加快反应速度；蒙脱土能够提高基体材料的抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能，从而起到增强基体材料综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能；蒙脱土由于层间的大量无机离子而表现出来的疏油性，不利于其在基体材料中的分散，因此要对其进行有机改性，有机蒙脱土的层间转变为亲油性，其表面能降低且层间距增大；四氢呋喃是一种性能优良的溶剂，适用于表面涂料以及薄膜涂料的溶剂，有利于溶液A、溶液B、有机蒙脱土的分散以及反应。
较佳的，所述A溶液的搅拌速度为100-120r/min。
通过采用上述方案，A溶液的搅拌速度为100-120r/min，有利于反应的充分进行。
较佳的，所述纳米二氧化硅的粒径为40-60nm。
通过采用上述方案，纳米二氧化硅的粒径为40-60nm，有利于制得性能更优的疏水涂层。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.在PE气泡膜的没有气泡的一侧涂覆有疏水涂层，使得气泡膜具有了疏水性能，由于疏水涂层与水的接触角比较大，在做包装缓冲材料时，能使落在其表面的水滴迅速落下，并且使气泡膜的表面具有一定的自清洁性；
2.以甲基三甲基氧基硅烷与正硅酸乙酯为原料制备的疏水涂层，能够增大涂层与水的接触角，从而增加气泡膜的疏水性能；而纳米二氧化硅能够提高气泡膜的增透性，增加涂层的持久性；正硅酸乙酯加入到含氨的醇溶液中，氨水作为其反应的催化剂，能够提高疏水性能，加快反应速度；蒙脱土能够提高基体材料的抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能，从而起到增强基体材料综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、实施例1-3
实施例1：一种疏水型气泡膜采用如下方法制备而得：
(1)混料：将85kg LDPE、15kg MDPE、4kg丁烷发泡剂、1.5kg油酸酰胺、0.5kg二氧化硅以及1.5kg单甘脂混合均匀后置于挤出机的进料斗处；其中，LDPE熔融指数为2.0g/min,密度为0.922kg/m3；MDPE熔融指数为1.0g/min,密度为0.937kg/m3；
(2)挤出：对挤出机进行升温至110℃，预热3min，然后调整挤出机的温度，以对原料进行加工；其中，加热段为140℃，塑化段为180℃，均化段为210℃，反应时间为25min；
(3)发泡：将PE吹塑成型，模口温度设为170℃，以制得PE气泡膜；
(4)喷涂：将疏水涂层用喷枪涂覆于气泡膜没有气泡的一侧，使涂层厚度为40μm；然后将涂覆有疏水涂层的气泡膜置于120℃的温度下烘烤5h，得到疏水型PE气泡膜。
其中，疏水涂层采用如下方法制备：将0.8kg粒径为50nm的纳米二氧化硅、10kg甲基三甲氧基硅烷加入到20kg乙醇水溶液中，然后加入1.5kg草酸水溶液，升温至80℃，以110r/min的转速搅拌11h，制得溶液A；将1.5kg正硅酸乙酯加入到2kg含氨的醇溶液中，在60℃的温度下保持4h，得到溶液B；将A溶液、B溶液以及5kg有机蒙脱土加入到溶于3kg四氢呋喃中，以80r/min的转速在65℃的温度下搅拌反应7h，得到疏水涂层溶液。
实施例2：一种疏水型气泡膜采用如下方法制备而得：
(1)混料：将80kg LDPE、10kg MDPE、3kg丁烷发泡剂、0.75kg油酸酰胺、0.25kg二氧化硅以及1.0kg单甘脂混合均匀后置于挤出机的进料斗处；其中，LDPE熔融指数为1.8g/min,密度为0.921kg/m3；MDPE熔融指数为0.8g/min,密度为0.935kg/m3；
(2)挤出：对挤出机进行升温至110℃，预热3min，然后调整挤出机的温度，以对原料进行加工；其中，加热段为130℃，塑化段为170℃，均化段为200℃，反应时间为30min；
(3)发泡：将PE吹塑成型，模口温度设为160℃，以制得PE气泡膜；
(4)喷涂：将疏水涂层用喷枪涂覆于气泡膜没有气泡的一侧，使涂层厚度为30μm；然后将涂覆有疏水涂层的气泡膜置于110℃的温度下烘烤6h，得到疏水型PE气泡膜。
其中，疏水涂层采用如下方法制备：将0.6kg粒径为40nm的纳米二氧化硅、9kg甲基三甲氧基硅烷加入到10kg乙醇水溶液中，然后加入1.0kg草酸水溶液，升温至70℃，以100r/min的转速搅拌12h，制得溶液A；将1.0kg正硅酸乙酯加入到1kg含氨的醇溶液中，在50℃的温度下保持3h，得到溶液B；将A溶液、B溶液以及4kg有机蒙脱土加入到溶于2kg四氢呋喃中，以70r/min的转速在60℃的温度下搅拌反应8h，得到疏水涂层溶液。
实施例3：一种疏水型气泡膜采用如下方法制备而得：
(1)混料：将90kg LDPE、20kg MDPE、5kg丁烷发泡剂、2.25kg油酸酰胺、0.75kg二氧化硅以及2kg单甘脂混合均匀后置于挤出机的进料斗处；其中，LDPE熔融指数为2.2g/min,密度为0.923kg/m3；MDPE熔融指数为1.2g/min,密度为0.939kg/m3；
(2)挤出：对挤出机进行升温至110℃，预热3min，然后调整挤出机的温度，以对原料进行加工；其中，加热段为150℃，塑化段为190℃，均化段为220℃，反应时间为20min；
(3)发泡：将PE吹塑成型，模口温度设为180℃，以制得PE气泡膜；
(4)喷涂：将疏水涂层用喷枪涂覆于气泡膜没有气泡的一侧，使涂层厚度为50μm；然后将涂覆有疏水涂层的气泡膜置于130℃的温度下烘烤4h，得到疏水型PE气泡膜。
其中，疏水涂层采用如下方法制备：将1.0kg粒径为60nm的纳米二氧化硅、11kg甲基三甲氧基硅烷加入到30kg乙醇水溶液中，然后加入2kg草酸水溶液，升温至90℃，以120r/min的转速搅拌9h，制得溶液A；将2kg正硅酸乙酯加入到3kg含氨的醇溶液中，在70℃的温度下保持3h，得到溶液B；将A溶液、B溶液以及6kg有机蒙脱土加入到溶于4kg四氢呋喃中，以90r/min的转速在70℃的温度下搅拌反应6h，得到疏水涂层溶液。
二、对比例1-2
对比例1：采用申请公布号为CN104448484A的专利申请文件，其公开了一种PE气泡膜及其制备方法和气泡膜复铝箔，该PE气泡膜，按质量份计，高压聚乙烯90-100份、开口剂0.5-3份、增白剂0.5-1份、防静电剂0.5-1份、丁烷发泡剂0.5-2份、蜜胺焦磷酸盐0.5-1.5份、聚乙烯蜡2-3份、茂金属石蜡聚合体4-8份。
对比例2：采用授权公布号为CN103818069B的中国专利，其公开了一种超疏水涂层的制备方法，其包括如下步骤：步骤1、将疏水性树脂与改性粒子混合，溶于溶剂中，制备出溶液I；步骤2、将甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯加入到乙醇中形成混合溶液，向所述混合溶液中加入水，再加入草酸水溶液，搅拌静置后，再加入氨水，搅拌静置后得到超疏水凝胶，超声制得溶液II；步骤3、将涂层溶液I喷涂或滚涂在基材上，将涂层I固化后得涂层I，再将涂层溶液II浸涂在涂层I的表面，待涂层II干燥后，即制得超疏水表面。
三、将上述实施例1-3、对比例1制得的气泡膜以及涂覆有对比例2的疏水涂层的PE气泡膜的性能进行测试，测试结果示于表1。
表1实施例1-3以及对比例1-2的性能测试结果表
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 检测标准
气泡性能 A A A C / /
接触角(°) 161 160 161 86 152 GB/T 30693-2014
滚动角(°) 2.7 2.7 2.5 7.1 3.5 GB/T 30693-2014
附着力/级 0 0 0 / 1 GB/T9286-1998
其中气泡性能通过取实施例1-3以及对比例1中新制备的气泡膜，放置在相同的环境中，分别在1d以及14d的时间测量气泡的高度，根据1d以及14d的气泡高度之差为结果；A：差值≤1mm；B：差值1.1-2mm；C：差值>2mm。
由以上数据可知，对比例1中传统的气泡膜的表面与水的滚动角较大，当水附着在气泡膜的表面时，水滴无法迅速脱落，当水滴滚动脱落后，气泡膜的表面会粘附有水渍，水渍无法迅速脱落，使得气泡膜的表面汇集有水分子，从而影响包装效果；而对比例2制得的疏水涂层的疏水性能虽然比较优异，但是由于其与PE气泡膜的相容性不佳，涂层附着力较低，导致其持久性不佳；而本发明制得的疏水型气泡膜不仅具有气泡膜良好的缓冲包装性能，并且其表层涂覆有的疏水涂层与气泡膜具有良好的相容性，涂覆的涂层的持久性较佳。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种疏水型气泡膜，其特征在于：包括气泡膜以及喷涂于气泡膜表面的疏水涂层；
所述气泡膜包括如下重量份数的组分：LDPE 80-90份、MDPE 10-20份、丁烷发泡剂3-5份、开口剂1-3份以及抗收缩剂1-2份；
LDPE熔融指数为1.8-2.2g/min,密度为0.921-0.923kg/m3；
MDPE熔融指数为0.8-1.2g/min,密度为0.935-0.939kg/m3；
所述抗收缩剂为单甘脂；
所述疏水涂层包括以下重量份数的组分：纳米二氧化硅0.6-1份、甲基三甲氧基硅烷9-11份、正硅酸乙酯1-2份、有机蒙脱土4-6份以及四氢呋喃2-4份。
2.根据权利要求1所述的疏水型气泡膜，其特征在于：包括气泡膜以及喷涂于气泡膜表面的疏水涂层；
所述气泡膜包括如下重量份数的组分：LDPE 70份、MDPE 15份、丁烷发泡剂4份、开口剂2份以及抗收缩剂1.5份；
LDPE熔融指数为2.0g/min,密度为0.922kg/m3；
MDPE熔融指数为1.0g/min,密度为0.937kg/m3；
所述抗收缩剂为单甘脂；
所述疏水涂层包括以下重量份数的组分：纳米二氧化硅0.8份、甲基三甲氧基硅烷10份、正硅酸乙酯1.5份、有机蒙脱土5份以及四氢呋喃3份。
3.根据权利要求1所述的疏水型气泡膜，其特征在于：所述开口剂包括油酸酰胺以及二氧化硅；油酸酰胺与二氧化硅的重量份数比为3：1。
4.根据权利要求1所述的疏水型气泡膜，其特征在于：涂层厚度为30-50μm。
5.一种疏水型气泡膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)混料：将LDPE、MDPE、丁烷发泡剂、开口剂以及抗收缩剂按照比例混合均匀后置于挤出机的进料斗处；
(2)挤出：对挤出机进行升温至110℃，预热3min，然后调整挤出机的温度，以对原料进行加工；其中，加热段为130-150℃，塑化段为170-190℃，均化段为200-220℃，反应时间为20-30min；
(3)发泡：将PE吹塑成型，模口温度设为160-180℃，以制得PE气泡膜；
(4)喷涂：将疏水涂层用喷枪涂覆于气泡膜没有气泡的一侧；然后将涂覆有疏水涂层的气泡膜置于110-130℃的温度下烘烤4-6h，得到疏水型PE气泡膜。
6.根据权利要求5所述的疏水型气泡膜的制备方法，其特征在于：所述疏水涂层采用如下方法制备：以重量份数计，将0.6-1份纳米二氧化硅、9-11份甲基三甲氧基硅烷加入到10-30份乙醇水溶液中，然后加入1-2份草酸水溶液，升温至70℃-90℃，搅拌10-12h，制得溶液A；将1-2份正硅酸乙酯加入到1-3份含氨的醇溶液中，在50-70℃的温度下保持3-5h，得到溶液B；将A溶液、B溶液以及4-6份有机蒙脱土加入到溶于2-4份四氢呋喃中，以70-90r/min的转速在60-70℃的温度下搅拌反应6-8h，得到疏水涂层溶液。
7.根据权利要求6所述的疏水型气泡膜的制备方法，其特征在于：所述A溶液的搅拌速度为100-120r/min。
8.根据权利要求6所述的疏水型气泡膜的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为40-60nm。
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