CN109849476A - 一种多层共挤cpe膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层共挤CPE膜及其制备方法，多层共挤CPE膜为对称结构的多层膜；多层膜为三层膜、五层膜、七层膜、九层膜中的任一种；多层膜包括：表层膜、芯层膜，或者表层膜、中间层膜和芯层膜；制备表层膜的原料为：线性低密度聚乙烯、聚全氟乙丙烯、助剂；制备中间层膜的原料为：低压聚乙烯、偏二氯乙烯‑氯乙烯‑丙烯酸酯共聚物；制备芯层膜的原料为：低压聚乙烯、二元乙丙橡胶。本发明的多层共挤CPE膜平整率高、力学强度高、薄膜表面印刷效果好、可大规模生产。

Description

一种多层共挤CPE膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料的成型领域，具体涉及一种多层共挤CPE膜及其制备方法。

背景技术

聚乙烯薄膜无毒无味且具有良好的耐低温性、防潮性、抗透湿性和抗老化性能，是我国生产用量最大的塑料薄膜之一。常见的聚乙烯加工成型工艺有：吹胀法、流延法、双向拉伸法。其中由于流延法聚乙烯薄膜是平挤薄膜，后续工序如印刷、复合等极为方便，因而广泛应用于包装印刷行业。

多层聚乙烯流延膜相对于单层聚乙烯流延膜，具有高阻隔、高稳定性和高适应性，被广泛应用于食品、医疗等领域。但由于聚乙烯本身的长链状聚合物结构和非极性属性，使得多层聚乙烯薄膜剥离效果较差以及表层膜的印刷性差，限制了它在印刷包装制品上的使用。因此，改善聚乙烯薄膜的力学强度和表层印刷效果，具有深远的意义。

目前，针对薄膜剥离效果的改善通常采用在薄膜配料时添加各种助剂或者各层配方中加入极性树脂。但添加各种助剂易造成薄膜助剂溶出率高，从而污染包装物。各层配方中加入极性树脂在多层共挤时易造成各层伸缩程度各异，从而使薄膜品质下降。针对薄膜表层印刷效果通常采用对薄膜表面改性，方法有：电晕处理、火焰处理、化学改性、光化学改性等。其中电晕处理利用高频电压在待处理塑料表面电晕放电，使塑料表面产生游离基反应，极性增加，与油墨的结合力增强，印刷性能增强，但是其衰退性明显。化学改性通常采用化学试剂浸渍薄膜，使薄膜表面发生化学和物理的变化，从而改善薄膜表面的印刷性，但是化学改性会产生大量的废液，会造成环境污染，需要限制使用。

中国专利CN201210245970.9公开了一种聚乙烯薄膜的生产方法，该方法采用吹胀法，挤出温度分为九段，分别为：200℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、210℃-220℃、220℃-230℃。但是相对于聚乙烯的熔点为100℃-130℃，该发明的挤出温度过高，易造成树脂分解，且制得的聚乙烯薄膜发脆，尤其纵向拉伸强度显著下降。

中国专利CN201510495141.X公开了一种防粘超滑低密度聚乙烯薄膜及其制备方法：将制得的低密度聚乙烯/纳米氧化镁混合薄膜置于酸性溶液中浸泡，得到多孔低密度聚乙烯薄膜；再将多孔低密度聚乙烯薄膜置于全氟润滑液中浸泡，得到防粘超滑低密度聚乙烯薄膜。但是该专利产品制备过程产生大量酸液废液，会造成环境污染，需要限制使用。

因此，针对上述问题，有必要通过技术手段改善聚乙烯薄膜的力学性能和表层印刷效果。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种多层共挤CPE膜及其制备方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种多层共挤CPE膜，多层共挤CPE膜为对称结构的多层膜；多层膜为三层膜、五层膜、七层膜、九层膜中的任一种；多层膜包括：表层膜、芯层膜，或者表层膜、中间层膜和芯层膜；制备表层膜的原料为：线性低密度聚乙烯90wt％～94wt％，聚全氟乙丙烯3wt％～5wt％，助剂2.5wt％～5wt％；制备中间层膜的原料为：低压聚乙烯97wt％～99wt％，偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物1wt％～3wt％；制备芯层膜的原料为：低压聚乙烯99wt％～100wt％，二元乙丙橡胶0～1wt％。

其中，本发明采用对称结构的多层膜，且多层膜为奇数层膜，一方面适用于大部分多层共挤出机，另一方面由于其对称结构，有利于平衡多层膜各层的伸缩程度，从而使得成品的平整率上升，品质提高。

发明人在生产中发现，在CPE表层膜配方中添加适量的聚全氟乙丙烯，可有效提高薄膜表面的印刷效果，这可能是由于添加少量聚全氟乙丙烯可改善线性低密度聚乙烯的极性，且CPE表层膜表面经电晕处理后，CPE表层膜表面以及表面附近的部分聚全氟乙丙烯的缺陷增加，极性增加，从而使得表层膜的表面张力增加，从而提高了表层膜与印刷油墨的结合力，提高了印刷水平。

制备中间层膜时在低压聚乙烯中添加少量偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用以改善中间膜层的热塑性，提高与CPE多层膜表层膜与芯层膜的结合力。

制备芯层膜时在低压聚乙烯中可添加少量二元乙丙橡胶，通过其弹性体性质，提高芯层膜的热塑性，并提高芯层膜的耐候性和耐变形性能以及与相邻层的结合程度。

进一步的，表层膜中的线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.3～9.5：0.5～0.7共聚而成。

进一步的，助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇的组合物。助剂中PE-g-ST可以改善线性低密度聚乙烯和聚全氟乙丙烯的相容性，交联聚苯乙烯可以增强本发明表层膜的结合强度，提高粘接性，纳米二氧化硅和纳米蒙脱土可以改善线性低密度聚乙烯的力学强度，以增强本发明的拉伸强度和抗冲击性能，二亚苄基山梨醇可以增强本发明的成型性，改善加工难度，提高本发明的质量和品质。

更进一步的，PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇组合物的质量比为0.3～0.4：0.15：0.23：0.16：0.08。

进一步的，表层膜有至少一层进行电晕处理。其中，采用电晕处理，使得表面膜表面极性增加，与表面膜表面的缺陷和暴露的聚全氟乙丙烯协同作用，增加表面膜的表面张力，提高表面膜的热封性和可印刷性。

进一步的，表层膜、中间层膜、芯层膜的厚度均为5μm～50μm。其中，相同的膜层厚度使得制得的多层共挤CPE膜各层伸缩程度相近，降低了成品薄膜的卷曲程度，且更有利于规模化生产。

本发明的另一发明目的，在于提供一种上述多层共挤CPE膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按所述质量百分数准备多层共挤CPE膜各层原料，送入真空料上料机，通过液压快速换滤网装置；

步骤二，将各层原料输送至挤出机，按照各层膜挤出机制挤出；其中，表层膜挤出机制：机筒六区加热，加热温度依次为：125℃，140℃，170℃，170℃，160℃，142℃；中间层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，135℃，145℃，160℃，165℃，150℃，130℃；芯层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，130℃，140℃，150℃，155℃，150℃，130℃；

步骤三，各层膜按照上述挤出机制挤出，通过自动平口模头挤出成膜，经空气定边装置、流延冷却装置、厚度测量及控制装置、电晕处理装置、冷却处理装置、真空箱，所得多层膜再经辊式定型装置、牵引切边装置、收卷装置、边料在线回收系统处理，即得多层共挤CPE膜。

进一步的，步骤二中，表层膜挤出机制中：螺杆转速不超过90r/min。

进一步的，步骤二中，中间层膜和芯层膜挤出机制中：螺杆转速不超过80r/min。

本发明的优点和有益效果是：本发明采用对称结构的多层膜，且多层膜为奇数层膜，一方面适用于大部分多层共挤出机，另一方面由于其对称结构，有利于平衡多层膜各层的伸缩程度，从而使得成品的平整率上升，品质提高；在CPE表层膜配方中添加适量的聚全氟乙丙烯，有效提高薄膜表面的印刷效果；制备中间层膜时在低压聚乙烯中添加少量偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用以改善中间膜层的热塑性，提高与CPE多层膜表层膜与芯层膜的结合力；制备芯层膜时在低压聚乙烯中可添加少量二元乙丙橡胶，提高芯层膜的热塑性，并提高芯层膜的耐候性和耐变形性能以及与相邻层的结合程度。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

一种对称结构的三层共挤CPE膜，构型为A/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯90wt％，聚全氟乙丙烯5wt％，助剂5wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯99wt％，二元乙丙橡胶1wt％。助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇按质量比为0.3：0.15：0.23：0.16：0.08组成的组合物；线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.3：0.6共聚而成；表层膜和芯层膜的厚度均为50μm；表层膜有一层进行电晕处理。

上述三层共挤CPE膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按上述质量百分数准备三层共挤CPE膜各层原料，送入真空料上料机，通过液压快速换滤网装置；其中真空料上料机处理能力为300kg/H、垂直输送小于6.5米、水平输送小于8米；

步骤二，将各层原料输送至挤出机，按照各层膜挤出机制挤出；

表层膜挤出机制：机筒六区加热，加热温度依次为：125℃，140℃，170℃，170℃，160℃，142℃；其中，挤出机螺杆直径Φ90mm，长径比为33/1，转速为90r/min；采用铸铝加热器，机筒进料段强制冷却，带加热器故障声光报警，主驱动电动机为110kW交流变频电机，电机与减速器用连轴器直接连接，减速器配有强制润滑、水冷却系统；

芯层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，130℃，140℃，150℃，155℃，150℃，130℃；其中，挤出机螺杆直径Φ110mm，长径比为33/1，转速为80r/min；采用铸铝加热器，机筒进料段强制冷却，带加热器故障声光报警，主驱动电动机为132kW交流变频电机，电机与减速器用连轴器直接连接，减速器配有强制润滑、水冷却系统；

步骤三，各层膜按照上述挤出机制挤出，通过自动平口模头挤出成膜，经空气定边装置、流延冷却装置、厚度测量及控制装置、电晕处理装置、冷却处理装置、真空箱，所得多层膜再经辊式定型装置、牵引切边装置、收卷装置、边料在线回收系统处理，即得三层共挤CPE膜；其中，流延冷却装置中主冷却辊直径：表面为雾面，辅冷却辊直径：表面为镜面；厚度测量及控制装置采用X射线测厚仪，带厚度自动控制系统；电晕处理装置为单面处理电晕机，电晕处理面为贴辊面，有后冷却系统；辊式定型装置采用介质温度调节式，工作温度最高95℃，介质为水。

对比例1

一种对称结构的三层共挤CPE膜，构型为A/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯100wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯99wt％，二元乙丙橡胶1wt％。线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.4：0.5共聚而成；表层膜和芯层膜的厚度均为50μm；表层膜有一层进行电晕处理。

上述多层共挤CPE膜的制备过程，与实施例1相同。

对比例2

一种对称结构的三层共挤CPE膜，构型为A/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯90wt％，聚全氟乙丙烯5wt％，助剂5wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯100wt％。助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇按质量比为0.33：0.15：0.23：0.16：0.08组成的组合物；线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.5：0.7共聚而成；表层膜和芯层膜的厚度均为50μm；表层膜有一层进行电晕处理。

上述多层共挤CPE膜的制备过程，与实施例1相同。

实验例1

对实施例1和对比例1～2所制得的三层共挤CPE膜的性能进行测试，测试结果如表1所示。

其中，表层膜表面张力指经电晕处理后的表层膜表面张力。

表1制得的三层共挤CPE膜的性能测试结果

由表1可以看出，添加聚全氟乙丙烯和助剂成分的表层膜的表面张力较高、印刷效果较好；添加二元乙丙橡胶成分的芯层膜的剥离强度较高；这说明添加少量聚全氟乙丙烯可改善聚乙烯薄膜的极性，且CPE表层膜表面经电晕处理后，其表面张力增加，表层膜与印刷油墨的结合力增强，提高了印刷水平；添加少量二元乙丙橡胶的芯层膜，其热塑性提高，与相邻层的结合程度变强。

实施例2

一种五层共挤CPE膜，构型为A/B/C/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯94wt％，聚全氟乙丙烯3wt％，助剂3wt％；中间层膜的成分为：低压聚乙烯97wt％，偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物3wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯100wt％；助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇按质量比为；0.35：0.15：0.23：0.16：0.08组成的组合物；线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.3：0.5共聚而成；表层膜、中间层膜、芯层膜的厚度均为5μm；表层膜有一层进行电晕处理。

上述多层共挤CPE膜的制备方法，与实施例1相同，只是各层挤出机制和挤出机螺杆转速有所不同，本实施例的挤出机制为：

表层膜挤出机制：机筒六区加热，加热温度依次为：125℃，140℃，170℃，170℃，160℃，142℃；螺杆转速为85r/min；

中间层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，135℃，145℃，160℃，165℃，150℃，130℃；螺杆转速为80r/min；

芯层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，130℃，140℃，150℃，155℃，150℃，130℃；螺杆转速为75r/min。

对比例3

一种五层共挤CPE膜，构型为A/B/C/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯94wt％，聚全氟乙丙烯3wt％，助剂3wt％；中间层膜的成分为：低压聚乙烯100wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯100wt％；助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇按质量比为；0.4：0.15：0.23：0.16：0.08组成的组合物；线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.4：0.6共聚而成；表层膜、中间层膜、芯层膜的厚度均为5μm；表层膜有一层进行电晕处理。

上述五层共挤CPE膜的制备过程，与实施例2相同。

实验例2

对实施例2和对比例3所制得的五层共挤CPE膜的结合性能进行测试，测试结果如表2所示。

表2制得的五层共挤CPE膜的结合性能结果

由表2可以看出：添加偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物成分的中间膜层与相邻层的结合强度要优于未添加的中间膜层；这说明制备中间层膜时在低压聚乙烯中添加少量偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物，可以改善中间膜层的热塑性，提高与CPE多层膜表层膜与芯层膜的结合力。

实施例3

一种七层共挤CPE膜，构型为A/B/B/C/B/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯92wt％，聚全氟乙丙烯4wt％，助剂4wt％；中间层膜的成分为：低压聚乙烯98wt％，偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物2wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯99.5wt％，二元乙丙橡胶0.5％；助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇按质量比为；0.32：0.15：0.23：0.16：0.08组成的组合物；线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.5：0.5共聚而成；表层膜、中间层膜、芯层膜的厚度均为20μm；表层膜有两层进行电晕处理。

上述多层共挤CPE膜的制备方法，与实施例2相同。

实施例4

一种九层共挤CPE膜，构型为A/B/B/B/C/B/B/B/A，表层膜的成分为：线性低密度聚乙烯93wt％，聚全氟乙丙烯4.5wt％，助剂2.5wt％；中间层膜的成分为：低压聚乙烯97.5wt％，偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物2.5wt％；芯层膜的成分为：低压聚乙烯99.2wt％，二元乙丙橡胶0.8％；助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇按质量比为；0.36：0.15：0.23：0.16：0.08组成的组合物；线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.3：0.7共聚而成；表层膜、中间层膜、芯层膜的厚度均为30μm；表层膜有两层进行电晕处理。

上述多层共挤CPE膜的制备方法，与实施例2相同，只是各层挤出机螺杆转速有所不同，本实施例的螺杆转速为：表层膜挤出机螺杆转速为80r/min；中间层膜挤出机螺杆转速为73r/min；芯层膜挤出机螺杆转速为68r/min。

实验例3

对实施例1～4制得的多层共挤CPE膜的性能进行测试，测试结果如表3所示。其中拉伸强度根据GB/T1040-2006标准，采用机械式拉力试验机进行测量。耐磨性采用摩擦磨损试验机进行测量。耐腐蚀性根据GB/T11547-2008标准，采用浸渍实验方法分别在23℃和70℃温度下，将试样完全浸渍在质量分数为10％的盐酸溶液和质量分数为40％的氢氧化钠溶液中，在完全浸渍1周时间后，观察比对试样的颜色及外观变化情况。

表3实施例1～4制得的多层共挤CPE膜的性能测试结果

由表3可知：实施例1～4制得的多层共挤CPE膜的拉伸强度较高，耐磨性和耐腐蚀性优秀，说明本申请制得的多层共挤CPE膜的力学性能优秀；实施例1～4制得的多层共挤CPE膜的表面张力高、表面电阻小，说明本申请制得的多层共挤CPE膜的抗静电效果好，与印刷油墨的结合力增加，其印刷效果均清晰完整。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种多层共挤CPE膜，其特征在于，所述多层共挤CPE膜为对称结构的多层膜；所述多层膜为三层膜、五层膜、七层膜、九层膜中的任一种；所述多层膜包括：表层膜、芯层膜，或者表层膜、中间层膜和芯层膜；制备所述表层膜的原料为：线性低密度聚乙烯90wt％～94wt％，聚全氟乙丙烯3wt％～5wt％，助剂2.5wt％～5wt％；制备所述中间层膜的原料为：低压聚乙烯97wt％～99wt％，偏二氯乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚物1wt％～3wt％；制备所述芯层膜的原料为：低压聚乙烯99wt％～100wt％，二元乙丙橡胶0～1wt％。

2.根据权利要求1所述的多层共挤CPE膜，其特征在于，所述表层膜中的线性低密度聚乙烯为乙烯和己烯-1按质量比9.3～9.5：0.5～0.7共聚而成。

3.根据权利要求1所述的多层共挤CPE膜，其特征在于，所述助剂为PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇的组合物。

4.根据权利要求3所述的多层共挤CPE膜，其特征在于，所述PE-g-ST、交联聚苯乙烯、纳米二氧化硅、纳米蒙脱土和二亚苄基山梨醇组合物的质量比为0.3～0.4：0.15：0.23：0.16：0.08。

5.根据权利要求1所述的多层共挤CPE膜，其特征在于，所述表层膜有至少一层进行电晕处理。

6.根据权利要求1所述的多层共挤CPE膜，其特征在于，所述表层膜、中间层膜、芯层膜的厚度均为5μm～50μm。

7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的多层共挤CPE膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，按所述质量百分数准备多层共挤CPE膜各层原料，送入真空料上料机，通过液压快速换滤网装置；

步骤二，将各层原料输送至挤出机，按照各层膜挤出机制挤出；其中，表层膜挤出机制：机筒六区加热，加热温度依次为：130℃，150℃，175℃，175℃，160℃，142℃；中间层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，135℃，145℃，160℃，165℃，150℃，130℃；芯层膜挤出机制：机筒七区加热，加热温度依次为：120℃，130℃，140℃，150℃，155℃，150℃，130℃；

步骤三，各层膜按照上述挤出机制挤出，通过自动平口模头挤出成膜，经空气定边装置、流延冷却装置、厚度测量及控制装置、电晕处理装置、冷却处理装置、真空箱，所得多层膜再经辊式定型装置、牵引切边装置、收卷装置、边料在线回收系统处理，即得所述多层共挤CPE膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述表层膜挤出机制中：螺杆转速不超过90r/min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述中间层膜和芯层膜挤出机制中：螺杆转速不超过80r/min。