CN109605881B - 一种用于uht纸铝塑液体包装材料的封口膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于薄膜技术领域，具体涉及一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜及其制备方法，该封口膜由两层薄膜自粘合形成，所述薄膜为多层共挤吹塑膜；所述多层共挤吹塑膜顺次包括自粘层、阻隔层、粘合层和低温热封层，两层薄膜之间通过各自的自粘层形成封口膜，各层占薄膜总厚度的比例分别为：自粘层35％，阻隔层12％，粘合层18％，低温热封层35％，通过采用在线纵向拉伸和压纹工艺，降低了生产成本，封口膜的适用范围广，避免了低温热封表面的粘连问题，质量稳定，提高了封口膜纵向拉伸强度和断裂伸长率。

Description

一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜及其制备方法
技术领域
本发明属于薄膜技术领域，具体涉及一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜及其制备方法。
背景技术
UHT是鲜奶处理的一种灭菌工艺，作为一种优异的UHT液体包装材料，纸铝塑复合包装材料受到越来越广泛的应用。使用纸铝塑UHT液体包装材料(具体结构见附图1)时需要进行封口(封口示意图见附图2)，作为配套使用的必不可少的背封封口条的用量也随之逐步增长。封口条虽然在纸铝塑UHT包装整体占比较小，但对于整个包装的密封性、功能性及自动灌装的适用性至关重要。
目前市场上不同形式的灌装机对于用传统的吹膜背封条的功能要求并不相同。如：高速灌装机需要封口膜具有更高的纵向拉伸强度、更低的断裂伸长率和更低的热封口温度；低速灌装机需要较高的纵向拉伸轻度和较大的断裂伸长率，而现有技术中生产的封口膜在上述性能方面比较差，同时，在收卷时容易发生膜层之间粘连的问题，造成产品合格率降低，影响产品的后续使用。
目前市场上有两大类封口膜的生产方法分别为复合方式和共挤吹膜方式。其中复合方式又分为挤出涂覆和干式复合两种，复合方式选取一种带有一定阻隔性能的薄膜(如双向拉伸聚酯薄膜BOPET或双向拉伸尼龙薄膜BOPA)作为芯层，两面通过涂覆增粘剂而后挤出热涂覆聚乙烯类树脂，或通过两面涂胶干式复合聚乙烯类薄膜来达成。该类方式存在的问题是：两次复合带来产品分层风险，所采用的增粘剂或干式复合粘合剂存在的食品卫生方面的风险(涂层直接接触食品)，难以根据不同灌装机的要求进行工艺调整。共挤吹膜的方式，是根据产品的要求选取特殊材料(如非结晶性尼龙，EMS公司的G21)进行共挤吹膜，缺点是：材料昂贵，加工难度大，成品率低，缺乏灵活性，主要表现在难以根据不同灌装机的要求改变纵向拉伸强度和断裂伸长率要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜及其制备方法，降低了生产成本，封口膜的适用范围广，避免了低温热封表面的粘连问题，质量稳定，提高了封口膜纵向拉伸强度和断裂伸长率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜,该封口膜由两层薄膜自粘合形成，所述薄膜为多层共挤吹塑膜；所述多层共挤吹塑膜顺次包括自粘层、阻隔层、粘合层和低温热封层，两层薄膜之间通过各自的自粘层形成封口膜，各层占薄膜总厚度的比例分别为：自粘层35％，阻隔层12％，粘合层18％，低温热封层35％；
所述自粘层为粘合树脂与聚烯烃塑性体POP的共混材料，低温热封层为聚乙烯和聚烯烃塑性体POP的共混材料，所述阻隔层为聚酰胺PA或共聚酯PETG或乙烯-乙烯醇共聚物EVOH，所述粘合层为粘合树脂和聚乙烯的共混材料。
进一步，所述低温热封层和粘合层的聚乙烯为低密度聚乙烯LDPE或线性低密度聚乙烯LLDPE。
进一步，所述低温热封层表面设置采用压纹处理工艺形成的压纹。
本发明的有益效果是：通过选用特定材质的原料组合形成的膜层结构，同时各层设定不同的厚度，有利于提高纵向拉伸强度和断裂伸长率，适用于高速和低速灌装机进行封口；通过自粘层选用粘合树脂与聚烯烃塑性体POP的共混材料，使得自粘层的粘结强度更高；通过低温热封层选用聚乙烯和聚烯烃塑性体POP的共混材料，达到了起封温度低、粘度和韧性高的目的；通过阻隔层选用聚酰胺PA或共聚酯PETG或乙烯-乙烯醇共聚物EVOH，有利于提高阻氧效果，增加膜层的阻隔性能；通过设置粘合层，进一步增加整个膜层的物理强度；通过在低温热封层表面设置压纹，避免低温热封层在卷取时产生表面粘连的问题，有利于保证收卷工序和自动灌装机走机的正常工作。
一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法是：
(1)共挤出吹膜：设定熔体温度为220℃～235℃，和机头温度为230℃～235℃，设定吹膜厚度70～120μm，设定吹涨比为1～3和挤出量450公斤/小时，按各层的厚度比例向各自的料斗中加入相应的原料，经过挤出机和模头进行共挤出吹膜形成膜泡；
(2)一次测厚：通过一次测厚仪对膜泡厚度进行测量，并将数据反馈给模头的自动风环进行调整厚度；
(3)夹取牵引：膜泡经夹取牵引装置将膜泡自粘合形成对称结构的薄膜；
(4)预热：对薄膜进行预热，预热温度设定为90℃；
(5)在线拉伸：设定拉伸倍率为1.5-3.5倍，拉伸温度为95℃；
(6)退火和冷却：依次进行退火和冷却工序，设定退火温度为105℃，冷却温度为40℃；
(7)二次测厚：冷却后的薄膜通过二次测厚仪进行二次测厚，并将厚度信号反馈至模头的自动风环处进行调整厚度；
(8)压纹：对二次测厚完成的薄膜进行压纹工序，并且压纹前进行二次预热，温度设定为135℃～145℃，压纹后进行二次冷却，温度设定为15℃-25℃；
(9)卷取：设定卷取速度为50米/分钟进行收卷工序。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用采用特定范围的熔体温度、机头温度、吹膜厚度以及吹涨比，有利于提高膜层的透明度和光泽度；通过采用模头、自动风环装置、一次测厚和二次测厚，有利于保证膜层的厚度均匀性；通过采用特定范围的拉伸倍率，得到符合性能要求的纵向拉伸强度和断裂伸长率；通过采用压纹处理工艺，使膜层表面产生压纹，避免低温热封层在卷取时产生表面粘连的问题，有利于保证收卷工序和自动灌装机走机的正常工作，同时压纹前采用特定范围内的预热工艺以及压纹后采用特定范围内的冷却工艺，有利于提高压纹的定型效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，设定吹膜厚度为120μm，吹涨比为2，设定熔体温度和机头温度为235℃，拉伸倍率为3倍拉伸。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用上述工艺中的特定参数加工出的封口膜，其纵向拉伸强度和断裂伸长率符合高速灌装机对封口条的要求，适用于高速灌装机进行封装操作。
进一步，设定吹膜厚度为72μm，吹涨比为2，设定熔体温度和机头温度为235℃，拉伸倍率为1.8倍拉伸。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用上述工艺中的特定参数加工出的封口膜，其纵向拉伸强度和断裂伸长率符合低速灌装机对封口条的要求，适用于低速灌装机进行封装操作。
进一步，设定吹膜厚度为120μm，吹涨比为2，设定熔体温度为220℃，设定机头温度为230℃，拉伸倍率为3倍拉伸。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用上述工艺中的特定参数加工出的封口膜，其纵向拉伸强度和断裂伸长率符合高速灌装机对封口条的要求，适用于高速灌装机进行封装操作。
进一步，第(8)步中，预热温度设定为140℃，经过压纹装置进行压纹处理，压纹完毕后对薄膜进行冷却，设定冷却温度为20℃。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过在压纹工艺前后采用特定的预热温度和冷却温度，提高压纹的定型效果，避免产生产品表面粘连的问题。
进一步，第(8)步中，压纹工艺选用在线压纹工艺或离线压纹工艺。
采用上述进一步方案的有益效果是，增加了封口膜加工工艺的适用范围。
进一步，还包括去除膜边工序，所述去除膜边工序设置在二次测厚工序和压纹工序之间。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用去除膜边工序，有利于提高膜层的表面整齐度以及产品合格率。
附图说明
图1为纸铝塑UHT液体包装材料的结构示意图；
图2为封口条对纸铝塑UHT液体包装材料进行封口的示意图；
图3为本发明封口膜的膜层结构示意图；
图4为本发明封口膜的生产工艺设备示意图；
图5为实施例1、实施例2和实施例3的原料材质表；
图6为具体实施方式中的实验数据表格。
图中1.PE，2.纸，3.铝箔，6.封口膜，7.料斗，8.挤出机，9.模头，10.自动风环，11.膜泡，12.一次测厚仪，13.夹取牵引装置，14.预热装置，15.在线拉伸装置，16.退火装置，17.冷却装置，18.二次测厚仪，19.二次预热装置，20.二次冷却装置，21.压纹装置，22.卷取装置，61.自粘层，62.阻隔层，63.粘合层，64.低温热封层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
a：封口膜的原料配方种类和比例为：
厚度比例分配：
低温热封层：粘合层：阻隔层：自粘层＝35％：18％：12％：35％
配方种类和比例：
低温热封层：由DOW 2045G和AFFINITY 1881的共混材料制成，两者比例为：60％：40％；
粘合层：由杜邦41E687和DOW 2045G的共混材料制成，两者比例为：50％：50％；
阻隔层：由牌号为德国BASF C40L的共聚尼龙PA666制成；
自粘层：由杜邦41E687和DOW AFFINITY 1880G的共混材料制成，两者比例为50％：50％；
其中，DOW 2045G：美国陶氏化学线性低密度聚乙烯；
AFFINITY 1881：美国陶氏化学塑性体；
杜邦41E687：杜邦粘合树脂；
BASF C40L的共聚尼龙PA666：德国巴斯夫共聚尼龙；
DOW AFFINITY 1880G：美国陶氏化学塑性体；
b：封口膜的制备方法是：
(1)共挤出吹膜：设定熔体温度为235℃，和机头温度为235℃，设定吹膜厚度120μm，设定吹涨比为2和挤出量450公斤/小时，按各层的厚度比例向各自的料斗7中加入相应的原料，经过挤出机8和模头9进行共挤出吹膜形成膜泡11；
(2)一次测厚：通过一次测厚仪12对膜泡11厚度进行测量，并将数据反馈给模头的自动风环10进行调整厚度；
(3)夹取牵引：膜泡11经夹取牵引装置13将膜泡11自粘合形成对称结构的薄膜，自粘合后厚度为240μm；
(4)预热：通过预热装置14对薄膜进行预热，预热温度设定为90℃；
(5)在线拉伸：通过在线拉伸装置15进行拉伸，设定拉伸倍率为3倍，拉伸温度为95℃；
(6)退火和冷却：利用退火装置16和冷却装置17依次进行退火和冷却工序，设定退火温度为105℃，冷却温度为40℃，此时薄膜厚度为80μm；
(7)二次测厚：冷却后的薄膜通过二次测厚仪18进行二次测厚，并将厚度信号反馈至模头9的自动风环10处进行调整厚度；
(8)压纹：利用压纹装置21对二次测厚完成的薄膜进行压纹工序，采用二次预热装置19和二次冷却装置20在压纹前进行二次预热温度，设定为140℃，压纹后进行二次冷却，温度设定为20℃；
(9)卷取：采用卷取装置22，设定卷取速度为50米/分钟进行收卷工序。
上述步骤中，压纹工艺选用在线压纹工艺或离线压纹工艺，在线压纹工艺是指将压纹设备与整体的生产工艺设置在一起，效率较高，但是设备投入较大；离线压纹工艺是指将压纹工艺单独作为一个工序，灵活性较高，但是增加了工序，效率降低；还包括去除膜边工序，所述去除膜边工序设置在二次测厚工序和压纹工序之间，通过采用去除膜边工序，有利于提高膜层的表面整齐度以及产品合格率。
实施例2
a：封口膜的原料配方种类和比例为：
厚度比例分配：
低温热封层：粘合层：阻隔层：自粘层＝35％：18％：12％：35％
配方种类和比例：
低温热封层：由LDPE 2420H和AFFINITY 1881的共混材料制成，两者比例为：60％：40％；
粘合层：由杜邦41E687和LDPE 2420H的共混材料制成，两者比例为：50％：50％；
阻隔层：由牌号为德国BASF C40L的共聚尼龙PA666制成；
自粘层：由杜邦41E687和DOW AFFINITY 1880G的共混材料制成，两者比例为50％：50％；
其中，LDPE 2420H：低密度聚乙烯；
AFFINITY 1881：美国陶氏化学塑性体；
杜邦41E687：杜邦粘合树脂；
BASF C40L的共聚尼龙PA666：德国巴斯夫共聚尼龙；
DOW AFFINITY 1880G：美国陶氏化学塑性体；
b：封口膜的制备方法是：
(1)共挤出吹膜：设定熔体温度为235℃，和机头温度为235℃，设定吹膜厚度72μm，设定吹涨比为2和挤出量450公斤/小时，按各层的厚度比例向各自的料斗7中加入相应的原料，经过挤出机8和模头9进行共挤出吹膜形成膜泡11；
(2)一次测厚：通过一次测厚仪12对膜泡11厚度进行测量，并将数据反馈给模头的自动风环10进行调整厚度；
(3)夹取牵引：膜泡11经夹取牵引装置13将膜泡11自粘合形成对称结构的薄膜，自粘合后厚度为144μm；
(4)预热：通过预热装置14对薄膜进行预热，预热温度设定为90℃；
(5)在线拉伸：通过在线拉伸装置15进行拉伸，设定拉伸倍率为1.8倍，拉伸温度为95℃；
(6)退火和冷却：利用退火装置16和冷却装置17依次进行退火和冷却工序，设定退火温度为105℃，冷却温度为40℃，此时薄膜厚度为80μm；
(7)二次测厚：冷却后的薄膜通过二次测厚仪18进行二次测厚，并将厚度信号反馈至模头9的自动风环10处进行调整厚度；
(8)压纹：利用压纹装置21对二次测厚完成的薄膜进行压纹工序，采用二次预热装置19和二次冷却装置20在压纹前进行二次预热，温度设定为140℃，压纹后进行二次冷却，温度设定为20℃；
(9)卷取：采用卷取装置22，设定卷取速度为50米/分钟进行收卷工序。
实施例3
a：封口膜的原料配方种类和比例为：
厚度比例分配：
低温热封层：粘合层：阻隔层：自粘层＝35％：18％：12％：35％
配方种类和比例：
低温热封层：由DOW 2045G和AFFINITY 1881的共混材料制成，两者比例为：60％：40％；
粘合层：由杜邦41E687和DOW 2045G的共混材料制成，两者比例为：50％：50％；
阻隔层：由牌号为可乐丽EVAL F171B的EVOH制成；
自粘层：由杜邦41E687和DOW AFFINITY 1880G的共混材料制成，两者比例为50％：50％；
其中，DOW 2045G：美国陶氏化学线性低密度聚乙烯；
AFFINITY 1881：美国陶氏化学塑性体；
杜邦41E687：杜邦粘合树脂；
可乐丽EVAL F171B的EVOH：乙烯-乙烯醇共聚物；
DOW AFFINITY 1880G：美国陶氏化学塑性体；
b：封口膜的制备方法是：
(1)共挤出吹膜：设定熔体温度为220℃，和机头温度为230℃，设定吹膜厚度120μm，设定吹涨比为2和挤出量450公斤/小时，按各层的厚度比例向各自的料斗7中加入相应的原料，经过挤出机8和模头9进行共挤出吹膜形成膜泡11；
(2)一次测厚：通过一次测厚仪12对膜泡11厚度进行测量，并将数据反馈给模头的自动风环10进行调整厚度；
(3)夹取牵引：膜泡11经夹取牵引装置13将膜泡11自粘合形成对称结构的薄膜，自粘合后厚度为240μm；
(4)预热：通过预热装置14对薄膜进行预热，预热温度设定为90℃；
(5)在线拉伸：通过在线拉伸装置15进行拉伸，设定拉伸倍率为3倍，拉伸温度为95℃；
(6)退火和冷却：利用退火装置16和冷却装置17依次进行退火和冷却工序，设定退火温度为105℃，冷却温度为40℃，此时薄膜厚度为80μm；
(7)二次测厚：冷却后的薄膜通过二次测厚仪18进行二次测厚，并将厚度信号反馈至模头9的自动风环10处进行调整厚度；
(8)压纹：利用压纹装置21对二次测厚完成的薄膜进行压纹工序，采用二次预热装置19和二次冷却装置20在压纹前进行二次预热，温度设定为140℃，压纹后进行二次冷却，温度设定为20℃；
(9)卷取：采用卷取装置22，设定卷取速度为50米/分钟进行收卷工序。
实验数据分析
1、实验对象：
实验例1：根据实施例1的原料配方以及生产工艺所加工出来的厚度为80μm封口膜,选取一卷展开的长度50米；
实验例2：根据实施例:2的原料配方以及生产工艺所加工出来的厚度为80μm封口膜,选取一卷展开的长度50米；
实验例3：根据实施例3的原料配方以及生产工艺所加工出来的厚度为80μm封口膜,选取一卷展开的长度50米；
对照例4：现有技术中厚度为80μm的封口膜，选自山东某塑料厂,选取一卷展开的长度50米；
对照例5：现有的高速灌装机对封口膜的性能参数要求标准；
对照例6：现有的低速灌装机对封口膜的性能参数要求标准；
2、实验数据检测与分析：
分别对实施例1、实施例2、实施例3的纵向拉伸强度和断裂伸长率以及透氧率进行检测并记录形成表格；并且对实施例1、实施例2、实施例3以及对照例4的粘连面积比率进行检测，具体方法为：将实验对象展开，测量粘连面积，最终计算粘连面积与总面积的比例，所得数值即为粘连面积比率，具体数值统计见附图6。
由以上实验数据可知，①采用本发明的原料配方和制备方法生产的实施例1、实施例2、实施例3在纵向拉伸强度、断裂伸长率和透氧率等各项参数上均优于对照例4、对照例5和对照例6；②实验例1适用于高速灌装机对封口膜的要求；实验例2适用于低速灌装机对封口膜的要求；实验例3适用于高速灌装机对高阻隔封口膜的要求；③采用本发明公开的原料配方和压纹工艺，大大降低了卷取后薄膜的粘连面积，所以本发明具有提高纵向拉伸强度和断裂伸长率及透氧率的有益效果，同时还能有效降低薄膜卷取后的粘连面积。
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 (9)

1.一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜，其特征在于：该封口膜由两层薄膜自粘合形成，所述薄膜为多层共挤吹塑膜；所述多层共挤吹塑膜顺次包括自粘层、阻隔层、粘合层和低温热封层，两层薄膜之间通过各自的自粘层形成封口膜，各层占薄膜总厚度的比例分别为：自粘层35％，阻隔层12％，粘合层18％，低温热封层35％；
所述自粘层为粘合树脂与聚烯烃塑性体POP的共混材料，低温热封层为聚乙烯和聚烯烃塑性体POP的共混材料，所述阻隔层为聚酰胺PA或共聚酯PETG或乙烯-乙烯醇共聚物EVOH，所述粘合层为粘合树脂和聚乙烯的共混材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜，其特征在于：所述低温热封层和粘合层的聚乙烯为低密度聚乙烯LDPE或线性低密度聚乙烯LLDPE。
3.根据权利要求2所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜，其特征在于：所述低温热封层表面设置采用压纹处理工艺形成的压纹。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法，其特征在于：
(1)共挤出吹膜：设定熔体温度为220℃～235℃，和机头温度为230℃～235℃，设定吹膜厚度70～120μm，设定吹涨比为1～3和挤出量450公斤/小时，按各层的厚度比例向各自的料斗中加入相应的原料，经过挤出机和模头进行共挤出吹膜形成膜泡；
(2)一次测厚：通过一次测厚仪对膜泡厚度进行测量，并将数据反馈给模头的自动风环进行调整厚度；
(3)夹取牵引：膜泡经夹取牵引装置将膜泡自粘合形成对称结构的薄膜；
(4)预热：对薄膜进行预热，预热温度设定为90℃；
(5)在线拉伸：设定拉伸倍率为1.5-3.5倍，拉伸温度为95℃；
(6)退火和冷却：依次进行退火和冷却工序，设定退火温度为105℃，冷却温度为40℃；
(7)二次测厚：冷却后的薄膜通过二次测厚仪进行二次测厚，并将厚度信号反馈至模头的自动风环处进行调整厚度；
(8)压纹：对二次测厚完成的薄膜进行压纹工序，并且压纹前进行二次预热，温度设定为135℃～145℃，压纹后进行二次冷却，温度设定为15℃-25℃；
(9)卷取：设定卷取速度为50米/分钟进行收卷工序。
5.根据权利要求4所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法，其特征在于：设定吹膜厚度为120μm，吹涨比为2，设定熔体温度和机头温度为235℃，拉伸倍率为3倍拉伸。
6.根据权利要求4所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法，其特征在于：设定吹膜厚度为72μm，吹涨比为2，设定熔体温度和机头温度为235℃，拉伸倍率为1.8倍拉伸。
7.根据权利要求4所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法，其特征在于：设定吹膜厚度为120μm，吹涨比为2，设定熔体温度为220℃，设定机头温度为230℃，拉伸倍率为3倍拉伸。
8.根据权利要求4所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法，其特征在于：第(8)步中，预热温度设定为140℃，经过压纹装置进行压纹处理，压纹完毕后对薄膜进行冷却，设定冷却温度为20℃。
9.根据权利要求4所述的一种用于UHT纸铝塑液体包装材料的封口膜的制备方法，其特征在于：第(8)步中，压纹工艺选用在线压纹工艺或离线压纹工艺。
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