CN109367180A - 一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜及其制备方法。所述基材膜由面层、芯层、预涂层构成；其中面层主要材料为均聚聚丙烯，芯层主要材料为均聚聚丙烯和丙烯基弹性体，预涂层主要材料为低密度聚乙烯、纳米二氧化硅、爽滑剂。其中，面层、芯层、预涂层各层的用量为：面层8‑18wt%，芯层64‑84wt%，预涂层8‑18wt%，以上各层质量分数之和为100wt%。本发明制得的免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，无需涂布工序即可与EVA很好的结合，降低环境污染，提高复合薄膜生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜及其制备方法。
背景技术
在图书、期刊杂志封面和封底、手提袋、纸质食品包装袋等纸质产品表面复合一层薄膜，可以起到防止印刷层刮花、防水、防尘等功能。我国是文化大国，文化出版与教育行业发展迅速，每年各类图书期刊合计出版发行超过100亿册，产值超过1万亿元，如此巨大的产值规模，再加上快速消费品的巨大市场，势必加大对纸材复合膜的需求，据研究显示，我国纸材复合薄膜需求每年都在数十亿平方米。
市场上传统纸材复合膜主要由基材层BOPP（三层共挤双向拉伸聚丙烯）与热熔层EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）制成的复合材料，基材层的面层、芯层、电晕层主要材料均为聚丙烯，EVA为热熔层，EVA加热后可很好的与纸张黏合。由于聚丙烯与乙烯醋酸乙烯共聚物相容性差，需在二者之间涂布一层底涂黏合涂层，该黏合涂层为溶剂型黏合剂，待溶剂挥发后，再将EVA熔融挤出涂覆到含有黏合涂层的BOPP表面，然而黏合涂层中溶剂的挥发含量大量挥发性有机物，对人体、环境危害较大,并且涂布环节的生产速度为100m/min,生产速度低。因此，开发一种对环境友好的纸材用免底涂预涂膜用基材膜成为当务之急。
本发明开发免底涂预涂膜用基材膜，关键技术是寻找一种可以不用底涂黏合涂层的方法，就可将基材膜与EVA很好的结合在一起。通过前期预研发现，以低密度聚乙烯做为基材膜预涂层，并在基材膜芯层中加上适量丙烯基弹性体，通过这两种材料的作用，无需涂布便能够很好的将EVA与基材薄膜复合在一起，免去了涂布工序，制成的复合材料层合强度高，透明度高，纸材复合薄膜生产速度由涂布环节的100m/min提高到400m/min,生产效率大大提高，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于研制出一种新型免底涂无VOCs排放预涂膜的基材膜及其制备方法，无需涂布工序即可与EVA很好的结合，降低环境污染，提高复合薄膜生产效率。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，由面层、芯层、预涂层构成。面层主要材料为均聚聚丙烯（HoPP），芯层材料为均聚聚丙烯（HoPP）和丙烯基弹性体(PBE)，预涂层材料为低密度聚乙烯(LDPE)、纳米二氧化硅、爽滑剂，其整体结构为：HoPP/HoPP+PBE/(LDPE+纳米二氧化硅+助剂)。
其中，面层、芯层、预涂层各层的用量为：面层8-18wt%，芯层64-84wt%，预涂层8-18wt%，以上各层质量分数之和为100wt%。
芯层中各组分的用量配比：均聚聚丙烯70-95wt%，丙烯基弹性体5-30wt%，以上各组分质量分数之和为100wt%。
预涂层中各组分的用量配比：低密度聚乙烯95-99.4wt%，纳米二氧化硅0.5-5.0wt%，爽滑剂0.1-2.5wt%，以上各组分质量分数之和为100wt%。
一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将面层、芯层、预涂层三层的原料分别按比例计量，并混合均匀；
（2）将三种混合好的原料分别加入面层、芯层、预涂层的挤出机，并挤出塑化；
（3）将步骤（2）塑化好的熔融状态的料挤入多歧管模头，经冷却铸膜、自动测厚、纵向拉伸、横向拉伸、再次测厚、表面处理、切边收卷、时效定型和分切工序，得到一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜；其中，面层、芯层塑化好的熔融状态的料的温度控制在230-250℃，压力45-58MPa；预涂层塑化好的熔融状态的料的温度控制在220-235℃，压力45-58MPa；纵向拉伸温度100-110℃，拉伸比4-4.8；横向拉伸温度145-155℃，拉伸比8-10。
技术原理：免底涂预涂膜用基材薄膜由面层、芯层、预涂层构成。面层主要材料为均聚聚丙烯（HoPP），芯层材料为均聚聚丙烯（HoPP）和丙烯基弹性体(PBE)，预涂层材料为低密度聚乙烯(LDPE)、纳米二氧化硅等其他助剂，其整体结构为：HoPP/HoPP+PBE/(LDPE+纳米二氧化硅+助剂)。热熔层EVA与HoPP因极性不同无法直接相容，故传统做法需在BOPP上底涂一层黏合层，才能使BOPP与EVA黏合成预涂膜，见图1。EVA为乙烯与醋酸乙烯的共聚物，同LDPE可以相容，因此选用聚乙烯中的LDPE作为预涂层的主要材料，连接HoPP与EVA，同时在预涂层中加入适量纳米二氧化硅及爽滑剂，防止预涂层复卷黏连；但LDPE与HoPP共挤后，初期层合较好，时间久了，随着环境的改变，因二者收缩率不同容易产生分层，因此，在基材层的芯层中再引入含有丙烯与乙烯共聚的丙烯基弹性PBE，来加强芯层与LDPE的相容性及粘合性，见图2。
重点解决的关键技术：
①预涂层配方研究：因预涂层起到连接聚丙烯与EVA的作用，选择的材料需同时具备与聚丙烯及EVA相容的能力，根据聚合物的性能可知，当两者物质内部存在相似基团结构时，该两者材料具有较好的相容性，因此，寻找到含有EVA及聚丙烯相似基团结构的聚合物，将其作为预涂层的主要材料，是本发明重点解决的关键技术。
②预涂层与芯层的黏结牢度：预涂层LDPE与芯层HoPP共挤后，初期层合较好，但因二者收缩率不同，在环境改变后容易产生分层，因此，提升二者的黏结牢度是本发明的另一关键技术。
③工艺参数的确定：采用三层共挤双向拉伸法生产出透明度、强度高的免底涂预涂膜用的基材薄膜，因基材薄膜的面层、芯层为聚丙烯，与预涂层材料不同，要研究确定相对应的加工工艺条件，包括挤出温度、压力、拉伸速度等参数。
本发明的显著优点在于：
1）预涂层主要材料为LDPE，LDPE与EVA相容性好，且易加工，加工环节无异味，芯层中添加PBE，提高芯层与预涂层黏合强度。
2）研制出可免底涂的基材膜，不会像传统方法产生溶剂，薄膜生产速度由涂布环节的100m/min提高到400m/min，生产效率大幅提高，绿色环保，具有广阔的推广应用前景。
附图说明
图1为传统纸塑复合示意图；
图2为本发明免底涂纸塑复合示意图；
图3为本发明的生产技术路线图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，由面层、芯层、预涂层构成；其中面层主要材料为均聚聚丙烯，芯层主要材料为均聚聚丙烯和丙烯基弹性体，预涂层主要材料为低密度聚乙烯、纳米二氧化硅、爽滑剂。
其中，面层、芯层、预涂层各层的用量为：面层8wt%，芯层84wt%，预涂层层8wt%。
芯层中各组分的用量配比：均聚聚丙烯70wt%，丙烯基弹性体30wt%。
预涂层中各组分的用量配比：低密度聚乙烯,95wt%，纳米二氧化硅3.0wt%，爽滑剂2.0wt%。
按以下步骤生产：
（1）将面层、芯层、预涂层三层的原料分别按比例计量，并混合均匀；
（2）将三种混合好的原料分别加入面层、芯层、预涂层的挤出机，并挤出塑化；
（3）将步骤（2）塑化好的熔融状态的料挤入多歧管模头，经冷却铸膜、自动测厚、纵向拉伸、横向拉伸、再次测厚、表面处理、切边收卷、时效定型和分切工序。其中面层、芯层塑化好的熔融状态的料的温度控制在240℃，压力50MPa；预涂层塑化好的熔融状态的料的温度控制在225℃，压力45MPa；纵向拉伸温度105℃，拉伸比4.5；横向拉伸温度148℃，拉伸比9.8。可以制得一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜。
实施例2
一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，由面层、芯层、预涂层构成；其中面层主要材料为均聚聚丙烯，芯层主要材料为均聚聚丙烯和丙烯基弹性体，预涂层主要材料为低密度聚乙烯、纳米二氧化硅、爽滑剂。
其中，面层、芯层、预涂层各层的用量为：面层10wt%，芯层80wt%，预涂层层10wt%。
芯层中各组分的用量配比：均聚聚丙烯80wt%，丙烯基弹性体20wt%。
预涂层中各组分的用量配比：低密度聚乙烯,96wt%，纳米二氧化硅3.5wt%，爽滑剂0.5wt%。
按以下步骤生产：
（1）将面层、芯层、预涂层三层的原料分别按比例计量，并混合均匀；
（2）将三种混合好的原料分别加入面层、芯层、预涂层的挤出机，并挤出塑化；
（3）将步骤（2）塑化好的熔融状态的料挤入多歧管模头，经冷却铸膜、自动测厚、纵向拉伸、横向拉伸、再次测厚、表面处理、切边收卷、时效定型和分切工序。其中面层、芯层塑化好的熔融状态的料的温度控制在245℃，压力53MPa；预涂层塑化好的熔融状态的料的温度控制在230℃，压力48MPa；纵向拉伸温度107℃，拉伸比4.7；横向拉伸温度150℃，拉伸比9.9。可以制得一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜。
实施例3
一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，由面层、芯层、预涂层构成；其中面层主要材料为均聚聚丙烯，芯层主要材料为均聚聚丙烯和丙烯基弹性体，预涂层主要材料为低密度聚乙烯、纳米二氧化硅、爽滑剂。
其中，面层、芯层、预涂层各层的用量为：面层15wt%，芯层70wt%，预涂层层15wt%。
芯层中各组分的用量配比：均聚聚丙烯90wt%，丙烯基弹性体10wt%。
预涂层中各组分的用量配比：低密度聚乙烯,97wt%，纳米二氧化硅2.5wt%，爽滑剂0.5wt%。
按以下步骤生产：
（1）将面层、芯层、预涂层三层的原料分别按比例计量，并混合均匀；
（2）将三种混合好的原料分别加入面层、芯层、预涂层的挤出机，并挤出塑化；
（3）将步骤（2）塑化好的熔融状态的料挤入多歧管模头，经冷却铸膜、自动测厚、纵向拉伸、横向拉伸、再次测厚、表面处理、切边收卷、时效定型和分切工序。其中面层、芯层塑化好的熔融状态的料的温度控制在250℃，压力55MPa；预涂层塑化好的熔融状态的料的温度控制在228℃，压力50MPa；纵向拉伸温度108℃，拉伸比4.6；横向拉伸温度153℃，拉伸比10。可以制得一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜。
实验测试方法：
①拉伸强度按GB/T1040.3进行；
②落镖冲击质量按GB/T9639.1试验方法；
③透明度/雾度按GB2410试验方法；
④润湿张力按GB/T14216试验方法；
产品可以达到的技术指标 拉伸强度(纵/横，MPa) ≥80/120； 透光率(%) ≥90； 雾度（%）≤4.0； 落镖冲击质量（g）≥200； 润湿张力（mN/m）≥38，
芯层与预涂层的黏合情况：不分层。
分别对实施例1-3制得的产品进行按实验测测试方法①-④进行检测，其性能数据如表1所示：
表1 产品的性能数据
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
Claims (5)
1.一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，其特征在于，所述基材膜由面层、芯层、预涂层构成；其中面层主要材料为均聚聚丙烯，芯层主要材料为均聚聚丙烯和丙烯基弹性体，预涂层主要材料为低密度聚乙烯、纳米二氧化硅、爽滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，其特征在于：面层、芯层、预涂层各层的用量为：面层8-18wt%，芯层64-84wt%，预涂层8-18wt%，以上各层质量分数之和为100wt%。
3.根据权利要求1所述的一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，其特征在于：芯层中各组分的用量配比：均聚聚丙烯70-95wt%，丙烯基弹性体5-30wt%，以上各组分质量分数之和为100wt%。
4.根据权利要求1所述的一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜，其特征在于：预涂层中各组分的用量配比：低密度聚乙烯95-99.4wt%，纳米二氧化硅0.5-5.0wt%，爽滑剂0.1-2.5wt%，以上各组分质量分数之和为100wt%。
5.一种如权利要求1-4任一所述的免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将面层、芯层、预涂层三层的原料分别按比例计量，并混合均匀；
（2）将三种混合好的原料分别加入面层、芯层、预涂层的挤出机，并挤出塑化；
（3）将步骤（2）塑化好的熔融状态的料加入多歧管模头，经冷却铸膜、自动测厚、纵向拉伸、横向拉伸、再次测厚、表面处理、切边收卷、时效定型和分切工序，得到一种免底涂无VOCs排放预涂膜用基材膜；其中，面层、芯层塑化好的熔融状态的料的温度控制在230-250℃，压力45-58MPa；预涂层塑化好的熔融状态的料的温度控制在220-235℃，压力45-58MPa；纵向拉伸温度100-110℃，拉伸比4-4.8；横向拉伸温度145-155℃，拉伸比8-10。
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