CN109401056A - 一种高性能透气膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子化合物的制备技术领域，特别涉及一种高性能透气膜的制备方法，将树脂基体、无机填料、甘油三月桂酸酯、加工助剂混合充分后通过挤出机挤出原生膜，将所得的原生膜经退火处理后依次进行冷拉伸、热拉伸得到透气膜。通过甘油三月桂酸酯的加入，有效提升了薄膜的透气性，从而在无机填料颗粒用量较少的情况下，也能达到理想的透气效果。

Description

一种高性能透气膜的制备方法
技术领域
本发明属于高分子化合物的制备技术领域，特别涉及一种高性能透气膜的制备方法。
背景技术
透气膜是一种允许水蒸气扩散透过但能阻隔液态水透过的一种微孔膜，可用于医疗防护用品、透气性防雨布、果蔬保鲜的包装材料等，在医疗卫生、护理、农副产品包装等领域已有广泛的应用。目前传统的透气膜制备工艺主要是将无机填料与有机树脂共混制膜，再通过对膜层进行单向或双向拉伸，是有机聚合物基体与无机颗粒表面发生分离并在无机颗粒之间产生相互连通的微孔道，从而形成微孔透气膜。
但这对无机颗粒填料的添加量要求比较高，一般都要达到50％或更多，大大降低了材料的力学性能，在实际使用上受到限制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高性能透气膜的制备方法：
(1)将树脂基体、无机填料、甘油三月桂酸酯、加工助剂混合充分得到混合料，
其中，树脂基体、无机填料、甘油三月桂酸酯的重量比为100：20～35：10～20，
树脂基体为聚丙烯，无机填料为碳酸钙粉末，
加工助剂包括热稳定剂、润滑剂、抗老化剂，
热稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙等，
润滑剂为石蜡或硬脂酸；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出原生膜，将所得的原生膜经退火处理后立即进行冷拉伸，
挤出温度为180℃～240℃，挤出的原生膜的厚度控制为2.5mm～4mm，
退火处理的温度为100℃～150℃，退火处理时间为20分钟～45分钟，
冷拉伸为纵向拉伸，拉伸温度为0℃～15℃，拉伸1.2～1.5倍；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜进行热拉伸，最后经过冷却定形后得到透气膜，
热拉伸为纵向拉伸，拉伸温度为100℃～160℃。
本方案以碳酸钙为无机填料加入聚丙烯树脂基体中，通过对薄膜的操作使碳酸钙颗粒之间的薄膜上产生相互连通的微孔道，而甘油三月桂酸酯的加入，进一步有效提升了薄膜的透气性，从而在无机填料颗粒用量较少的情况下，也能达到理想的透气效果。对此，申请人认为，有可能是在退火处理后立即对薄膜进行冷拉的环节中，甘油三月桂酸酯忽然遇冷会迅速释放能量，而所释放的能量又能对薄膜内部的组织结构造成某种改变或破坏，从而使后续拉伸过程中在碳酸钙颗粒之间所形成的微孔道在结构及分布上变得更为复杂，最终在整体上有效提升了薄膜的透气性。
具体实施方式
实施例1
(1)常温(25℃，下同)下，按重量份数计算，将100份聚丙烯(F280M茂名石化)、30份碳酸钙粉末(中位粒径1μm江西华明纳米碳酸钙有限公司)、15份甘油三月桂酸酯、2.5份硬脂酸锌、2份石蜡、0.7份抗氧剂1010投入高速混合机中混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出，挤出温度为220℃，挤出机模头间隙为3.0mm，挤出并切割得到厚度为3mm、尺寸为1m×1m的原生膜，将所得的原生膜于100℃下退火处理40分钟后立即进入5℃的环境下进行纵向冷拉伸，拉伸速率为0.05m/min，拉伸倍数为1.35，拉伸后定型20分钟；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜置于110℃环境下进行纵向热拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸速率为0.8m/min，拉伸至所需倍数后冷却定形得到厚度为25μm的透气膜。
实施例2
在步骤(2)进行冷拉时，冷拉环境的温度为12℃，其余操作同实施例1：
(1)常温(25℃，下同)下，按重量份数计算，将100份聚丙烯(F280M茂名石化)、30份碳酸钙粉末(中位粒径1μm江西华明纳米碳酸钙有限公司)、15份甘油三月桂酸酯、2.5份硬脂酸锌、2份石蜡、0.7份抗氧剂1010投入高速混合机中混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出，挤出温度为220℃，挤出机模头间隙为3.0mm，挤出并切割得到厚度为3mm、尺寸为1m×1m的原生膜，将所得的原生膜于100℃下退火处理40分钟后立即进入12℃的环境下进行纵向冷拉伸，拉伸速率为0.05m/min，拉伸倍数为1.35，拉伸后定型20分钟；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜置于110℃环境下进行纵向热拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸速率为0.8m/min，拉伸至所需倍数后冷却定形得到厚度为25μm的透气膜。
对比实施例1
未加入甘油三月桂酸酯，其余组分及操作参照实施例1：
(1)常温(25℃，下同)下，按重量份数计算，将100份聚丙烯(F280M茂名石化)、30份碳酸钙粉末(中位粒径1μm江西华明纳米碳酸钙有限公司)、2.5份硬脂酸锌、2份石蜡、0.7份抗氧剂1010投入高速混合机中混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出，挤出温度为220℃，挤出机模头间隙为3.0mm，挤出并切割得到厚度为3mm、尺寸为1m×1m的原生膜，将所得的原生膜于100℃下退火处理40分钟后立即进入5℃的环境下进行纵向冷拉伸，拉伸速率为0.05m/min，拉伸倍数为1.35，拉伸后定型20分钟；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜置于110℃环境下进行纵向热拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸速率为0.8m/min，拉伸至所需倍数后冷却定形得到厚度为25μm的透气膜。
对比实施例2
将“冷拉伸”和“热拉伸”的次序调换，其余操作同实施例1：
(1)常温(25℃，下同)下，按重量份数计算，将100份聚丙烯(F280M茂名石化)、30份碳酸钙粉末(中位粒径1μm江西华明纳米碳酸钙有限公司)、15份甘油三月桂酸酯、2.5份硬脂酸锌、2份石蜡、0.7份抗氧剂1010投入高速混合机中混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出，挤出温度为220℃，挤出机模头间隙为3.0mm，挤出并切割得到厚度为3mm、尺寸为1m×1m的原生膜，将所得的原生膜于100℃下退火处理40分钟后置于110℃环境下进行纵向热拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸速率为0.8m/min，拉伸至同实施例1的热拉伸倍数后充分定型；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜立即进入5℃的环境下进行纵向冷拉伸，拉伸速率为0.05m/min，拉伸倍数为1.35，拉伸后充分定型得到厚度为25μm的透气膜。
对照试验1
将实施例1中的无机填料“碳酸钙粉末”替换为“二氧化硅粉末”，其余组分及操作参照
实施例1：
(1)常温(25℃，下同)下，按重量份数计算，将100份聚丙烯(F280M茂名石化)、30份二氧化硅粉末(中位粒径1μm)、15份甘油三月桂酸酯、2.5份硬脂酸锌、2份石蜡、0.7份抗氧剂1010投入高速混合机中混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出，挤出温度为220℃，挤出机模头间隙为3.0mm，挤出并切割得到厚度为3mm、尺寸为1m×1m的原生膜，将所得的原生膜于100℃下退火处理40分钟后立即进入5℃的环境下进行纵向冷拉伸，拉伸速率为0.05m/min，拉伸倍数为1.35，拉伸后定型20分钟；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜置于110℃环境下进行纵向热拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸速率为0.8m/min，拉伸至所需倍数后冷却定形得到厚度为25μm的透气膜。
对照试验2
未加入甘油三月桂酸酯，其余组分及操作参照对照试验1：
(1)常温(25℃，下同)下，按重量份数计算，将100份聚丙烯(F280M茂名石化)、30份二氧化硅粉末(中位粒径1μm)、2.5份硬脂酸锌、2份石蜡、0.7份抗氧剂1010投入高速混合机中混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出，挤出温度为220℃，挤出机模头间隙为3.0mm，挤出并切割得到厚度为3mm、尺寸为1m×1m的原生膜，将所得的原生膜于100℃下退火处理40分钟后立即进入5℃的环境下进行纵向冷拉伸，拉伸速率为0.05m/min，拉伸倍数为1.35，拉伸后定型20分钟；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜置于110℃环境下进行纵向热拉伸，拉伸温度为110℃，拉伸速率为0.8m/min，拉伸至所需倍数后冷却定形得到厚度为25μm的透气膜。
对以上各实施例、对比实施例、对照试验中所得的透气膜进行性能检测，结果如下表所示：
上表中，透气率和拉伸强度分别根据GB/T1037-1988、GB/13022-1991检测，
防水性检测操作为：将透气膜裁剪成10cm×10cm的尺寸，然后将其平放于烧杯上使透气膜盖住烧杯的开口并通过夹子将透气膜固定住，向该透气膜的上表面中心位置处滴加5g水(确保这部分水不从透气膜边沿滑落)，于25℃下静置6小时后观察透气膜下表面是否有水珠、水雾的析出现象。
从上表的检测结果来看，实施例1在加入甘油三月桂酸酯后，透气性有了大幅的提升(相比于其空白对照，即对比实施例1)，且防水性能同样满足要求；
实施例2中将冷拉的温度提升了7℃，虽然透气性相比于未加入甘油三月桂酸酯的对比实施例1仍然有明显的优势，但是相比于实施例1已经出现了较大幅度的下降，申请人认为，这可能是冷拉温度提高后，甘油三月桂酸酯遇冷释放能量(热量)时的状态已没有实施例1那么强烈所导致；
对比实施例2中在加入甘油三月桂酸酯的情况下先进行热拉伸、再进行冷拉伸，结果相比于空白对照(对比实施例1)透气性的提高程度十分有限，远远不如实施例1中的“先冷拉、后热拉”方案，对此，申请人认为原因可能在于：
由于填料碳酸钙的存在，拉伸过程中聚合物基体与无机填料表面发生分离并在无机填料之间产生相互连通的微孔道，这也是目前人们对薄膜成孔机理的基本理解，而从本方案的工艺中不难看出，冷拉伸的程度相比于热拉伸要小得多：原生膜厚度为3mm，最终被拉伸至25μm，相当于被拉伸了上百倍，而其中的冷拉伸的拉伸倍数只有1.35，因此大部分都是热拉伸，换言之，填料之间所产生的孔道大部分也是基于热拉伸所生成的，
明确了这一点后，对比实施例2中先进行热拉伸促进填料之间形成孔道，而此时由于温度还很高，甘油三月桂酸酯基本不释放能量；等到热拉伸完成后将环境温度骤降并开始冷拉伸，甘油三月桂酸酯会受到环境刺激而相应释放能量，但此时整个透气膜上的孔道已基本生成完毕了，也就是说，在对比实施例2中，绝大部分拉伸成孔操作并不是在“甘油三月桂酸酯强烈释放能量，从而破坏薄膜内部组织结构”这一基础上所进行的，其热拉伸与空白对照(对比实施例1)中未加入甘油三月桂酸酯进行拉伸成孔的情况类似，因此对比实施例2的工艺中甘油三月桂酸酯对薄膜拉伸成孔，即薄膜透气性的贡献十分有限；
对照试验1采用二氧化硅作为无机填料，但是在同样加入甘油三月桂酸酯后的造孔效果(即对照试验1相比于其对应的空白例对照试验2在透气性能的提升上)却十分有限，对此，申请人认为原因在于：
正如上文所述，拉伸造孔中所谓的“孔”是指的各无机填料粒子之间相互连通的微孔道，而甘油三月桂酸酯的作用在于改变薄膜内部组织结构，使在该区域薄膜上拉伸所形成的孔道在结构及分布上也随之发生改变，可见，甘油三月桂酸酯所作用的区域与后续拉伸成孔的区域应该尽量一致，才能发挥甘油三月桂酸酯对透气性的贡献，
而本方案中之所以能较大程度地实现这一点，申请人认为，应该是薄膜中甘油三月桂酸酯存在向碳酸钙粒子靠拢、聚集的趋势所致，这有可能是因为甘油三月桂酸酯分子结构中的三个酯基靠得很近形成较为密集的碳氧区域，而碳酸钙又具有典型的碳氧结构，根据相似相容原理，甘油三月桂酸酯通过其分子中的碳氧区域存在向碳酸钙附近迁移的趋势；而二氧化硅在元素组成及分子结构上与碳酸钙存在较大区别，因此甘油三月桂酸酯用于二氧化硅作为填料的拉伸造孔工艺时，其在薄膜中所在位置与二氧化硅粒子间的成孔位置重叠性很低，造成大部分微孔道无法在“甘油三月桂酸酯强烈释放能量，破坏薄膜内部组织结构”这一基础上生成，
而上一段中所提到的“甘油三月桂酸酯向碳酸钙粒子靠拢、聚集”的现象也在一定程度上能减少碳酸钙无机填料间的团聚，正如上表中，实施例1相比于对比实施例1加入甘油三月桂酸酯后在力学性能上的改善程度，要优于对照试验1相对于对照试验2的改善程度，也印证了这一点。

Claims (9)

1.一种高性能透气膜的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，
(1)将树脂基体、无机填料、甘油三月桂酸酯、加工助剂混合充分得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料通过挤出机挤出原生膜，将所得的原生膜经退火处理后立即进行冷拉伸；
(3)将步骤(2)中得到的薄膜进行热拉伸，最后经过冷却定形后得到透气膜。
2.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，树脂基体、无机填料、甘油三月桂酸酯的重量比为100：20～35：10～20。
3.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的树脂基体为聚丙烯，所述的无机填料为碳酸钙粉末。
4.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的加工助剂包括热稳定剂、润滑剂、抗老化剂。
5.如权利要求4所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：所述的热稳定剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙；所述的润滑剂为石蜡或硬脂酸。
6.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，挤出温度为180℃～240℃，挤出的原生膜的厚度控制为2.5mm～4mm。
7.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，退火处理的温度为100℃～150℃，退火处理时间为20分钟～45分钟。
8.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，冷拉伸为纵向拉伸，拉伸温度为0℃～15℃，拉伸1.2～1.5倍。
9.如权利要求1所述的高性能透气膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，热拉伸为纵向拉伸，拉伸温度为100℃～160℃。
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