CN108912472A - 一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料及其制备方法，属于塑料技术领域。其由以下重量份的原料制成：茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 100份、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 20‑35份、低密度聚乙烯LDPE 2100 10‑20份、低密度聚乙烯LDPE 2102 5‑10份、滑石粉1‑3份、硅藻土0.5‑2.0份、芥酸酰胺0.5‑2.0份、聚乙二醇0.5‑1.0份、过乙酸叔丁酯0.1‑0.2份、抗氧化剂0.2‑0.5份和光稳定剂0.1‑0.2份。该聚乙烯材料制成的膜的透光率为84‑87%、雾度为12‑13%且表面光滑、无蛇纹、力学性能优异。加工条件为：熔体流动速率为0.40‑0.46g/min和模头压力为3.0‑3.5mPa，便于生产。

Description

一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料技术领域，具体涉及一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料及其制备方法，尤其涉及一种透光率为84-87%、雾度为12-13%和力学性能优异的聚乙烯农用膜，同时加工条件为：熔体流动速率为0.40-0.46g/min和模头压力为3.0-3.5mPa。
背景技术
茂金属聚乙烯（mPE）是一种新颖热塑性塑料，是90年代聚烯烃工业最重要的技术进展，是继LLDPE生产技术后的一项重要革新。由于它是使用茂金属(MAO)为聚合催化剂生产出来的聚乙烯，因此，在性能上与传统的Ziegler-Natta催化剂聚合而成的PE有显著的不同。茂金属催化剂用于合成茂金属聚乙烯独特的优良性能和应用，引起了市场的普遍关注，许多世界著名大型石化公司投入巨大人力、物力竞相开发 和研究，成为聚烯烃工业乃至整个塑料工业的热门话题。
MPE提供的多样性能够适用于广泛的软包装薄膜应用，包括：(1)瓶装水、饮料、罐装商品、洗手液、清洁剂、保健品以及护肤品所用的收缩包装薄膜；(2)大宗货物的托盘包装；(3)多层手工流涎缠绕包装薄膜；(4)农用温室大棚膜；(5)中型及重型包装袋；以及(6)各种用于食品、非食品的复合软包装薄膜等。
虽然茂金属聚乙烯相对于常规聚乙烯（齐格勒-纳塔催化）具有较多的优点，但是在工业加工中，由于茂金属产品分子量分布较窄，树脂粘度较大，熔体流动速率超过0.6g/min和模头压力超过4.0mPa，导致加工困难。另外，茂金属聚乙烯作为农用膜使用时，其透光度等光学指标还有提升空间。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，该聚乙烯材料制成的膜的透光率为84-87%、雾度为12-13%且表面光滑、无蛇纹、力学性能优异。本发明的目的之二在于提供了前述聚乙烯材料的制备方法，加工时熔体流动速率为0.40-0.46g/min和模头压力为3.0-3.5mPa，使其具有优异的加工性能。其技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其由以下重量份的原料制成：茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 100份、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 20-35份、低密度聚乙烯LDPE 2100 10-20份、低密度聚乙烯LDPE 2102 5-10份、滑石粉1-3份、硅藻土0.5-2.0份、芥酸酰胺0.5-2.0份、聚乙二醇0.5-1.0份、过乙酸叔丁酯0.1-0.2份、抗氧化剂0.2-0.5份和光稳定剂0.1-0.2份。
其中，茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE和线性低密度聚乙烯LLDPE作为主体材料；茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA具有优异的力学和光学性能；线性低密度聚乙烯LLDPE能改善产品的成膜性，能降低熔体流动速率，另外可以使产品平滑、无蛇纹。同时，茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE和低密度聚乙烯LDPE按一定比例配合能使产品的力学性能符合要求。
其中，低密度聚乙烯LDPE作为辅助助剂主要用于改善材料的力学性能，对屈服强度和拉伸强度改善明显。另外，在加工时，低密度聚乙烯LDPE能提高熔体强度，降低熔体压力，进而降低生产负荷。进一步地，低密度聚乙烯LDPE 2100能明显增大产品的雾化度，低密度聚乙烯LDPE 2102使产品的透光率轻微下降和雾度的少量增加，而加工性能改善明显。
其中，聚乙二醇为表面处理剂，其分子量为5400-7800。不同密度的聚乙烯在混合过程中易发生相分离，因此需要加入一种表面处理剂，能减少聚合物分子链间的摩擦力，降低树脂粘度，提高流动性从而提高聚合物的加工性能。
其中，滑石粉、硅藻土和芥酸酰胺为加工助剂；进一步地，滑石粉和硅藻土为无机抗粘附剂，芥酸酰胺为有机润滑剂，协同作用可有效改善熔体压力，对力学性能有一定影响，而对光学性能有较大影响。
其中，滑石粉的粒径为5-30μm。
其中，硅藻土的粒径为2.0-5.5μm。
其中，抗氧剂能保持树脂对热、氧的稳定性，能降低熔体流动速率。进一步地，本实施例中的抗氧化剂由抗氧化剂641与抗氧化剂168按质量比1：0.6-0.8组成。
其中，光稳定剂能减缓产品在紫外线等光线下老化，延长其使用寿命。本实施例采用了多种光稳定剂，使其在延长其使用寿命的前提下，不会影响其光学性能、力学性能和加工性能。进一步地，本实施例中的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，其由光稳定剂GW 628与光稳定剂TINUV 770按质量比1：0.5-2.0组成。
其中，过乙酸叔丁酯为引发剂，在引发剂作用下，较易生成叔碳自由基，不破坏聚乙烯晶格结构而易于使各种聚乙烯进行连接，能稍微增加雾度，能明显降低熔体流动速率，稍微改善撕裂强度。
优选地，本发明实施例提供的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料由以下重量份的原料制成：茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 100份、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 25-30份、低密度聚乙烯LDPE 2100 10-15份、低密度聚乙烯LDPE 2102 5-10份、滑石粉1.0-1.5份、硅藻土0.5-1.0份、芥酸酰胺1.0-1.5份、聚乙二醇0.5-0.8份、过乙酸叔丁酯0.15-0.2份、抗氧化剂641 0.2-0.25份、抗氧化剂168 0.15-0.2份、光稳定剂GW 6280.05-0.08份和光稳定剂TINUV 770 0.06-0.1。
另一方面，本发明提供了前述优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比将茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA、线性低密度聚乙烯LLDPE7042、低密度聚乙烯LDPE 2100、低密度聚乙烯LDPE 2102、聚乙二醇和过乙酸叔丁酯在混合机中混合1-3 分钟，然后加入滑石粉、硅藻土、芥酸酰胺、抗氧化剂和光稳定剂后再混合1-3分钟，混合机的转速为1500-2000 转/分钟，得到预混料。
(2)将步骤(1)得到的预混料经双螺杆挤出机熔融挤出得到产品，其中加料段温度为130-160℃，挤出机的熔融温度为200℃-210℃，模头温度为200-205℃，螺杆各区温度为165-210℃，模头压力为3.0-3.5mPa，喂料转速为10r/min-18r/min，主机的转速为95-105r/min。
其中，双螺杆挤出机的一段温度为165-170℃，二段温度为202-206℃，三段温度为206-210℃，四段温度为207-210℃。
其中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为35-45，螺杆直径为20-30mm。
本发明具有以下优点：该材料制成30-60μm的膜时，透光率为84-87%和雾度为12-13%，光学性能优异；同时力学性能优异，符合农用膜的使用要求。另外，加工条件为：熔体流动速率为0.40-0.46g/min和模头压力为3.0-3.5mPa，便于生产。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
实施例1提供了一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比将茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 10kg、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 3kg、低密度聚乙烯LDPE 2100 1kg、低密度聚乙烯LDPE 2102 0.8kg、聚乙二醇60g和过乙酸叔丁酯20g在高混机中混合1-3 分钟，然后加入滑石粉120g、硅藻土80g、芥酸酰胺120g、抗氧化剂641 20g、抗氧化剂168 20g、光稳定剂GW 628 7g和光稳定剂TINUV 7708g后再混合1-3 分钟得到预混料。
(2)将预混料经双螺杆挤出机（长径比为40，螺杆直径为25mm）熔融挤出得到产品，其中加料段温度为150-155℃，挤出机的熔融温度为205℃，模头温度为200-205℃，螺杆各区温度为165-210℃，模头压力为3.2-3.4mPa，喂料转速为15r/min，主机的转速为100r/min。
对上述试品进行测试，采用的检测标准为：熔体流动速度ASTM 1238-98，透光率和雾度ASTM D1003-97，拉伸性能ASTM D638-99，撕裂伸长率GB/T6344-1996，撕裂强度 GB/T10808-89；用SJ45×28MJ-1200吹膜机组进行吹膜。
其结果如表1所示：
表1
项目 厚度μm 拉伸强度MPa 撕裂强度kN/m 伸长率% 雾度% 透光率%
本实施例 50 34.6 124 652 12.6 85
常规薄膜 80 24.3 86.6 395 24.3 86
实施例2-5
其制备方法与实施例1一样，不同之处在于：各原料的配比不同，其配比如表2所示：
表2
成分 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
EXCEED 1018CA（kg） 100 100 100 10
LLDPE 7042（kg） 20 30 25 35
LDPE 2100（kg） 10 20 15 15
LDPE 2102（kg） 5 10 6 8
聚乙二醇（g） 100 50 75 80
滑石粉（g） 250 200 300 200
硅藻土（g） 150 100 200 80
芥酸酰胺（g） 50 120 200 100
抗氧化剂641（g） 20 25 15 30
抗氧化剂168（g） 15 20 10 18
光稳定剂GW 628（g） 5 10 8 5
光稳定剂TINUV 770（g） 5 10 6 10
对比例1
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：仅有茂金属极低密度聚乙烯MVLDPEEXCEED 1018CA。
对比例2
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：仅有线性低密度聚乙烯LLDPE 7042。
对比例3
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：无聚乙二醇和过乙酸叔丁酯。
对比例4
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：无滑石粉、硅藻土和芥酸酰胺。
对比例5
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：无光稳定剂GW 628、光稳定剂TINUV770、抗氧化剂641和抗氧化剂168。
对比例6
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：线性低密度聚乙烯LLDPE 7042的用量1kg。
对比例7
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：低密度聚乙烯LDPE 2100 1.5kg、低密度聚乙烯LDPE 2102 1.5kg。
对比例8
其制备方法与实施例1基本一致，不同之处在于：由以下原料制成：茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 10kg、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 3kg、低密度聚乙烯LDPE2100 1kg、低密度聚乙烯LDPE 2102 0.8kg、聚乙二醇10g、过乙酸叔丁酯50g、滑石粉100g、硅藻土80g、芥酸酰胺120g、抗氧化剂641 10g、抗氧化剂168 40g和光稳定剂TINUV 77010g。
其结果如表3和表4所示：
表3
项目 厚度μm 拉伸强度MPa 撕裂强度kN/m 伸长率% 雾度% 透光率% 外观
实施例1 50 34.6 124 652 12.6 85 透明
实施例3 50 33.3 121 673 12.7 86 透明
对比例1 50 35.3 97 631 13.5 86 透明
对比例2 50 25.1 104 519 10.3 85 有晶点
对比例3 50 33.7 103 645 11.3 85 有蛇纹
对比例4 50 32.1 127 607 8.3 88 透明
对比例5 50 34.9 121 663 12.9 84 有蛇纹
对比例6 50 32.1 115 623 10.7 87 透明
对比例7 50 30.2 127 604 12.4 86 有蛇纹
对比例8 50 25.3 122 578 9.3 88 有晶点
表4
项目 熔体流动速度g/10min 熔体压力MPa
实施例1 0.42 3.2
实施例3 0.43 3.4
对比例1 0.79 5.4
对比例2 0.25 1.7
对比例3 0.59 4.3
对比例4 0.64 4.4
对比例5 0.62 4.5
对比例6 0.61 4.5
对比例7 0.53 4.3
对比例8 0.55 4.3
从表3和4可以看出EXCEED 1018CA具有较好的力学和光学性能，但是加工困难；而LLDPE 7042加工容易，但是力学性能和光学性能较差。本专利中通过添加多种辅助成分和采用特定的比例使产品不但具有更好的光学性能和力学性能，且较易生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，其由以下重量份的原料制成：茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 100份、线性低密度聚乙烯LLDPE7042 20-35份、低密度聚乙烯LDPE 2100 10-20份、低密度聚乙烯LDPE 2102 5-10份、滑石粉1-3份、硅藻土0.5-2.0份、芥酸酰胺0.5-2.0份、聚乙二醇0.5-1.0份、过乙酸叔丁酯0.1-0.2份、抗氧化剂0.2-0.5份和光稳定剂0.1-0.2份。
2.根据权利要求1所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为5400-7800。
3.根据权利要求1所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，所述滑石粉的粒径为5-30μm。
4.根据权利要求1所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，所述硅藻土的粒径为2.0-5.5μm。
5.根据权利要求1所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，所述抗氧化剂由抗氧化剂641与抗氧化剂168按质量比1：0.6-0.8组成。
6. 根据权利要求1所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，所述光稳定剂由光稳定剂GW 628与光稳定剂TINUV 770按质量比1：0.5-2.0组成。
7. 根据权利要求1所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料，其特征在于，其由以下重量份的原料制成：茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA 100份、线性低密度聚乙烯LLDPE 7042 25-30份、低密度聚乙烯LDPE 2100 10-15份、低密度聚乙烯LDPE2102 5-10份、滑石粉1.0-1.5份、硅藻土0.5-1.0份、芥酸酰胺1.0-1.5份、聚乙二醇0.5-0.8份、过乙酸叔丁酯0.15-0.2份、抗氧化剂641 0.2-0.25份、抗氧化剂168 0.15-0.2份、光稳定剂GW 628 0.05-0.08份和光稳定剂TINUV 770 0.06-0.1份。
8.一种优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配比将茂金属极低密度聚乙烯MVLDPE EXCEED 1018CA、线性低密度聚乙烯LLDPE7042、低密度聚乙烯LDPE 2100、低密度聚乙烯LDPE 2102、聚乙二醇和过乙酸叔丁酯在混合机中混合1-3 分钟，然后加入滑石粉、硅藻土、芥酸酰胺、抗氧化剂和光稳定剂后再混合1-3分钟，转速为1500-2000 转/分钟，得到预混料；
(2)将预混料经双螺杆挤出机熔融挤出得到产品，其中加料段温度为130-160℃，挤出机的熔融温度为200℃-210℃，螺杆各区温度为165-210℃，模头温度为200-205℃，模头压力为3.0-3.5mPa，喂料转速为10r/min-18r/min，主机的转速为95-105r/min。
9.根据权利要求8所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的一段温度为165-170℃，二段温度为202-206℃，三段温度为206-210℃，四段温度为207-210℃。
10.根据权利要求8所述的优异光学性能和加工性能的聚乙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为35-45，螺杆直径为20-30mm。
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