CN110116485A - 一种聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水溶性聚乙烯醇薄膜的生产成型工艺。其目的是提供一种高速混合、混炼挤出、成型挤出联用的聚乙烯醇薄膜的熔融制备成型工艺。一种聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，包括高速混合、混炼和成型三部分，其中：高速混合工艺采用粉状原材料，通过选择合理的搅拌速度、搅拌时间、温度、加料顺序以及原材料颗粒大小，有效地提高了增塑剂对聚乙烯醇的浸润效果，提高了混合料的性状，因而混合料可以不经陈化处理直接进行塑化，缩短了产品的工艺时间。

Description

一种聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺
技术领域
本发明涉及薄膜生产技术领域，具体地说，是涉及一种水溶性聚乙烯醇薄膜的生产成型工艺。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)是一种综合性能优异的可由非石油路线大规模生产的高分子聚合物，具有优异的耐油、耐溶剂及气体阻隔性，在烃类溶剂、农药、石油等的包装运输方面具有独特优势。由于PVA高分子链相邻羟基间易形成大量的分子内和分子间氢键，使其热分解温度(200-250℃)与熔点(226℃)接近，熔融即分解，难以热塑加工。目前PVA的应用基于溶液加工成型，通过湿法纺丝、流延成膜制备纤维、薄膜等制品。溶液加工成型需经历溶解和干燥过程，存在工艺复杂、投资大、成本高、产量低等缺点。这极大地限制了PVA的应用与发展。热塑加工相比溶液加工具有工艺简单、能耗低、效率高、投资小、成本低等优点。若能挤出、注塑等热塑加工而制备PVA三维制品，可拓展PVA的应用领域。因此实施PVA的热塑加工具有重要的意义。申请号为201710030724.4的中国专利公开了一种PVA绣花膜的制备方法：先将PVA原料混合均匀，用双螺杆挤出机进行造粒，在单螺杆挤出机上挤出后吹膜成型。申请号为201310750387.8的中国专利申请公开了一种可热塑加工的聚乙烯醇改性材料，将PVA原材料高速混合后，在80℃的烘箱内陈化12h以上，在双螺杆挤出机中挤出造粒，再将挤出的粒子用单螺杆吹膜机进行热塑吹成薄膜。这些专利申请开发了聚乙烯醇薄膜的制备方法，但均未提到高速混合的详细工艺，工艺步骤是先混合陈化和混炼造粒，再进行挤出成型。聚乙烯醇原料在混炼挤出机中受热熔融，挤出后再冷却切粒，在成型时还需要在单螺杆挤出机上熔融挤出后才能成型，多次经受高温熔融和反复升降温度，聚乙烯醇易分解，造成制品颜色发黄、透明度下降。聚乙烯醇制品成型过程有混合料陈化和造粒过程，成型过程时间长、设备占地多、生产效率低下。
专利公开号CN101864132A的专利公开了一种聚乙烯醇薄膜的熔融制备方法，提到在高速搅拌机中，在搅拌温度≤80℃下充分混合均匀各种原材料，熔融塑化造粒，在加工温度140～250℃下进行吹塑成膜、流延成膜或者压延成膜，或将所得预混料在加工温度140～220℃下直接吹塑成膜、流延成膜或者压延成膜。实践证明这种混合料未经造粒直接成型的薄膜有很多孔洞和颗粒，极易破膜，产品质量低下、合格率很低，达不到批量生产的要求。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足之处，提供一种高速混合、混炼挤出、成型挤出联用的聚乙烯醇薄膜的熔融制备成型工艺。
本申请的发明目的是通过以下技术方案来实现的：
一种聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，具体工艺步骤为：
(1)将聚乙烯醇加入高速混合机，在小于600rpm的搅拌状态下缓慢加入增塑剂甘油和PEG200，继续搅拌5-10分钟后，将搅拌速度升高到1000-1200rpm，搅拌5-8分钟，再将搅拌速度升高到3000-3200rpm，搅拌3-5分钟，然后将搅拌速度继续升高到5000-5200rpm，搅拌1-2分钟，待物料温度升高到55-60℃，立即降低搅拌速度至1000-1200rpm，继续搅拌5-10分钟。
(2)加入硬脂酸锌、固体润滑剂、固体增塑剂、滑石粉、亚硫酸钠和PE蜡，搅拌速度1000-1200rpm，搅拌10-15分钟。
(3)混炼挤出机预热，将上述步骤(2)所得聚乙烯醇混合料不经陈化，直接缓慢投入混炼挤出机的料斗，进行混炼挤出。
(4)上述步骤(3)中所得混炼挤出料条不经冷却直接进入成型挤出机，成型挤出机挤出料条，在吹膜机进行吹膜成型，收卷形成产品。
其中，所述聚乙烯醇、硬脂酸锌、固体润滑剂、固体增塑剂、滑石粉、亚硫酸钠和PE蜡均为细度为300目以上的粉状材料。
本申请中上文以及后面所述的“缓慢加入”或“缓慢投入”等描述，并不是指对加入或投入的速度有特定的要求，只要不是一下子大量投入即可，避免引起粉尘飞扬。本领域技术人员根据相关的操作标准对具体的操作不应也不会产生任何疑义。
本发明通过高速旋转搅拌叶片，与粉状物料产生剧烈摩擦，产生的热量使粉状物料温度升高。本发明通过控制搅拌叶片的转速和搅拌时间，优化原材料的高速混合工艺，发现混合料的混合温度不超过60℃时，聚乙烯醇粉体颗粒表面不熔化，不会相互粘结，有利于增塑剂充分浸润聚乙烯醇颗粒。硬酯酸锌等各种粉状加工助剂在增塑剂和聚乙烯醇充分混合均匀之后才加入，一方面增塑剂不会被粉状加工助剂大量吸收，聚乙烯醇能够被增塑剂良好浸润；另一方面粉状加工助剂包裹到细小的聚乙烯醇颗粒表面，混合料混合完成后呈现细沙状，而不是粘结成团。细沙状浸润充分的聚乙烯醇混合料，不需要作陈化处理(陈化处理指聚乙烯醇原材料完成混合后保持一定温度放置一段时间，使增塑剂充分渗入聚乙烯醇颗粒内部)。聚乙烯醇混合物直接进入成型挤出机，不需要混合料的造粒过程，避免了聚乙烯醇反复升温降温，成型挤出机可以减少加热区段、缩短螺杆，减少料体受热时间。
其中，所述步骤(1)中所用的高速混合机的搅拌叶片为三叶式，搅拌速度范围为500～10000rpm，所述高速混合机的腔体底部带有感温探头。
其中，所述步骤(3)中采用的混炼挤出机为平行双螺杆挤出机。聚乙烯醇混合料在平行双螺杆挤出机内充分熔融混合，塑化均匀。混炼塑化过程聚乙烯醇受到的挤出压力比较小，不易降解和氧化。
由于一般平行双螺杆挤出机的混炼速度比较慢，而成型挤出机的挤出速度较快，为了平衡两者之间的差异，保持全过程均衡，优选地，在所述步骤(4)中，是将两台混炼挤出机和一台成型挤出机通过三通阀连接，混炼塑化挤出机挤出的物料不经冷却直接通过三通阀送到成型挤出机的进料口，保证物料的供应。所述三通阀包括两进料支管和一出料支管，所述两进料支管分别连接至两台混炼挤出机的模口，所述出料支管连接至成型挤出机的进料口。聚乙烯醇混合料混炼之后在模口挤出，经进料支管进入出料支管，在受热状态下直接进入成型挤出机，所述三通阀的温度设定与混炼挤出机末段的温度设定相同；所述三通阀外安置电热圈并以保温材料包裹。
优选地，所述两进料支管上分别设有放料口，放料口的设计方便混炼和成型过程出现异常时处理机内物料，而不必停止整机才能处理。
优选地，在所述三通阀的内部连通处，所述两进料支管之间设有活动蝶片，所述活动蝶片沿所述出料支管的中心轴焊接在管壁上并且可以以所述中心轴为中心左右摇摆，所述活动蝶片的长度略大于所述进料支管的管内径。当两台混炼挤出机同时工作的时候，三通阀的两进料支管充满物料，此时活动蝶片在两管中间，使两进料支管均与出料支管保持连接状态；若因机械故障或工艺处理原因，仅有一台混炼挤出机工作的时候，两进料支管中的一支是空的，另一支充满物料。由于物料的推挤，活动蝶片向空管一边摆动，堵住了空管，使物料不会流到空管中，保证了全系统的正常工作。
作为一种可选择的较优实施方式，所述混炼挤出机的10段温度设定分别为：150℃，160℃，165℃，175℃，185℃，180℃，180℃，175℃，175℃，170℃；三通阀温度设定为170℃。所述成型挤出机的4段温度分别设定，170℃，185℃，185℃，170℃。在吹膜机上进行吹膜成型，吹胀比设为1∶3，牵引比设为1∶2。
作为一种可选择的较优实施方式，以上所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，各原材料的重量份数为：
其中，所述固体润滑剂可以为硬脂酸；所述固体增塑剂可以为季戊四醇。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、由于本发明通过选择合理的搅拌速度、搅拌时间、温度、加料顺序以及原材料颗粒大小，有效地提高了增塑剂对聚乙烯醇的浸润效果，提高了混合料的性状，因而混合料可以不经陈化处理直接进行塑化，缩短了产品的工艺时间。
2、本发明的成型工艺省略了混合料造粒过程，混炼塑化后直接送到成型挤出机，大幅度缩短了产品制造的过程时间，减少了在线物料的库存，降低了生产场所的场地面积要求，同时避免了聚乙烯醇反复升降温度，降低聚乙烯醇受热分解和发黄的程度，有利于保持聚乙烯醇制品的透明度和颜色。
3、本发明的聚乙烯醇溶融挤出成型工艺自动化程度高，人工需要少，可以提高生产效率，减少人为失误。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例中的三通阀的结构示意图。
图2为图1所示三通阀的一种工作状态的结构示意图，此时活动蝶片在两进料支管中间。
图3为图1所示三通阀的另一种工作状态的结构示意图，此时两进料支管中有一支为空的，另一支充满物料，活动蝶片在物料的推挤作用下向空管一边摆动，堵住了空管。
具体实施方式
通过以下本发明的实施例的描述，示出本发明的其它优点和特征，有必要在此指出的是实施例只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
实施例1
分别按以下重量份称量原材料：
其中，聚乙烯醇、硬脂酸锌、硬酯酸、季戊四醇、滑石粉、亚硫酸钠、PE蜡为粉状材料，细度均为300目以上。
聚乙烯醇加入高速混合机，在500rpm的搅拌状态下缓慢加入甘油和PEG 200，继续搅拌5分钟，将搅拌速度升高到1000rpm，搅拌5分钟，再将搅拌速度升高到3000rpm，搅拌3分钟，继续将搅拌速度升高到5000rpm，搅拌1分钟，待物料温度升高到55℃，立即降低搅拌速度到1000rpm，继续搅拌5分钟。加入硬酯酸锌、滑石粉、硬酯酸和PE蜡、季戊四醇、亚硫酸钠，搅拌速度1000rpm，搅拌10分钟。
混炼挤出机预热，将上述聚乙烯醇混合料不经陈化，直接缓慢投入混炼挤出机的料斗，进行混炼挤出。挤出的料条不经冷却，直接进入成型挤出机的进料口。采用的混炼挤出机为平行双螺杆挤出机。由于一般平行双螺杆挤出机的混炼速度比较慢，而成型挤出机的挤出速度较快，为了平衡两者之间的差异，保持全过程均衡，将两台混炼挤出机和一台成型挤出机通过三通阀连接，混炼塑化挤出机挤出的物料不经冷却直接通过三通阀送到成型挤出机的进料口，保证物料的供应。三通阀外安置电热圈并以保温材料包裹。
三通阀的结构如图1所示，三通阀1包括进料支管11、进料支管12和出料支管13。进料支管11和进料支管12分别连接至两台混炼挤出机的模口，出料支管13连接至成型挤出机的进料口。在进料支管11和进料支管12上分别设有放料口14。在三通阀1的内部连通处，进料支管11和进料支管12之间设有活动蝶片15，活动蝶片15沿出料支管13的中心轴焊接在管壁上并且可以以该中心轴为中心左右摇摆。活动蝶片15的长度略大于进料支管11和12的管内径。当两台混炼挤出机同时工作的时候，三通阀1的进料支管11和进料支管12均充满物料，此时活动蝶片15在两管中间(如图2所示)，使进料支管11和进料支管12均与出料支管13保持连接状态；若因机械故障或工艺处理原因，仅有一台混炼挤出机工作的时候，两进料支管中的一支是空的，另一支充满物料。如图3所示，此时进料支管11为空的，进料支管12充满物料，由于物料的推挤，活动蝶片15向空管的进料支管11一边摆动，堵住了进料支管11，使物料不会流到空的进料支管11中，保证了全系统的正常工作。
混炼挤出机的的10段温度设定分别为：150℃，160℃，165℃，175℃，185℃，180℃，180℃，175℃，175℃，170℃，三通阀温度设定为170℃。
成型挤出机的4段温度分别设定，170℃，185℃，185℃，170℃。
将成型挤出机挤出料条，在吹膜机进行吹膜成型，吹胀比设为1∶3，牵引比设为1∶2。最后收卷形成产品。
吹塑得到的薄膜无白点，无油孔，无黑油，表面光滑，不破洞，颜色略微带有黄色，经由美国Hunter Lab测色仪得到的b值为0.86。从混料开始到吹膜完成，整个工艺生产过程时间6.5小时。
实施例2
分别按以下重量份称量原材料：
将聚乙烯醇加入高速混合机，在400rpm的搅拌状态下加入甘油和PEG 200，继续搅拌8分钟，将搅拌速度升高到1200rpm，搅拌8分钟，再将搅拌速度升高到3200rpm，搅拌5分钟，继续将搅拌速度升高到5000rpm，搅拌2分钟，待物料温度升高到60℃，立即降低搅拌速度到1100rpm，继续搅拌9分钟。加入硬酯酸锌、硬酯酸、滑石粉、季戊四醇、亚硫酸钠、PE蜡，搅拌速度1100rpm，搅拌15分钟。
混炼挤出机预热，将上述聚乙烯醇混合料不经陈化，直接缓慢投入混炼挤出机的料斗，进行混炼挤出。挤出的料条不经冷却，直接进入成型挤出机的进料口。采用的混炼挤出机为平行双螺杆挤出机。将成型挤出机挤出料条，在吹膜机进行吹膜成型，吹胀比设为1∶3，牵引比设为1∶2，最后收卷形成产品。
混炼挤出机和成型挤出机的温度设定与实施例1相同。
吹塑得到的薄膜经由美国Hunter Lab测色仪得到的b值为1.20。从混料开始到吹膜完成，整个工艺生产过程时间7.0小时。
对比例
为了说明本发明成型工艺的效果，本对比例按照现有的工艺制备成型。
按实施例1相同的重量份比例称量原材料。
将聚乙烯醇加入高速混合机，加入甘油和PEG200，搅拌速度500-600rpm，搅拌数分钟，加入所有的剩余原材料，提高搅拌速度，使混合物温度逐渐升高，升到80℃时降低搅拌速度使温度不再升高，继续搅拌10分钟。出料装袋，放入80℃的烘箱陈化12小时。
混炼造粒挤出机启动预热，聚乙烯醇混合料缓慢投入挤出机的料斗，在挤出机内熔融混合，通过模口挤出成小料条，经牵引拉伸，料条的直径小于2.5mm，风冷冷却料条，在切粒机上切成长度5mm左右的料粒。
预热成型挤出机和吹膜机，将料粒投入成型挤出机的料斗内，开始挤出吹膜。成型挤出机的6段温度分别设定，140℃，160℃，175℃，185℃，180℃，170℃。吹胀比设为1∶3，牵引比设为1∶2。
制备得到的薄膜颜色发黄，经由美国Hunter Lab测色仪得到的b值为2.35。全部物料从混料开始到吹膜生产完毕，总共工艺生产时间为20小时。

Claims (9)

1.一种聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于，具体工艺步骤为：
(1)将聚乙烯醇加入高速混合机，在小于600rpm的搅拌状态下缓慢加入增塑剂甘油和PEG200，继续搅拌5-10分钟后，将搅拌速度升高到1000-1200rpm，搅拌5-8分钟，再将搅拌速度升高到3000-3200rpm，搅拌3-5分钟，然后将搅拌速度继续升高到5000-5200rpm，搅拌1-2分钟，待物料温度升高到55-60℃，立即降低搅拌速度至1000-1200rpm，继续搅拌5-10分钟；
(2)加入硬脂酸锌、固体润滑剂、固体增塑剂、滑石粉、亚硫酸钠和PE蜡，搅拌速度1000-1200rpm，搅拌10-15分钟；
(3)混炼挤出机预热，将上述步骤(2)所得聚乙烯醇混合料不经陈化，直接缓慢投入混炼挤出机的料斗，进行混炼挤出；
(4)上述步骤(3)中所得混炼挤出料条不经冷却直接进入成型挤出机，成型挤出机挤出料条，在吹膜机进行吹膜成型，收卷形成产品；
其中，所述聚乙烯醇、硬脂酸锌、固体润滑剂、固体增塑剂、滑石粉、亚硫酸钠和PE蜡均为细度为300目以上的粉状材料。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述步骤(1)中所用的高速混合机的搅拌叶片为三叶式，搅拌速度范围为500～10000rpm，所述高速混合机的腔体底部带有感温探头。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述步骤(3)中采用的混炼挤出机为平行双螺杆挤出机。
4.根据权利要求1或3所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，混炼挤出料条不经冷却直接进入成型挤出机，是将两台混炼挤出机和一台成型挤出机通过三通阀连接，所述三通阀包括两进料支管和一出料支管，所述两进料支管分别连接至两台混炼挤出机的模口，所述出料支管连接至成型挤出机的进料口。
5.根据权利要求4所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：在所述三通阀的内部连通处，所述两进料支管之间设有活动蝶片，所述活动蝶片沿所述出料支管的中心轴焊接在管壁上并且可以以所述中心轴为中心左右摇摆，所述活动蝶片的长度略大于所述进料支管的管内径。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述混炼挤出机的10段温度设定分别为：150℃，160℃，165℃，175℃，185℃，180℃，180℃，175℃，175℃，170℃；所述成型挤出机的4段温度分别设定，170℃，185℃，185℃，170℃；在吹膜机上进行吹膜成型，吹胀比设为1∶3，牵引比设为1∶2。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述工艺中各原材料的重量份数为：
8.如权利要求7所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述固体润滑剂为硬脂酸。
9.如权利要求7所述的聚乙烯醇薄膜熔融挤出成型工艺，其特征在于：所述固体增塑剂为季戊四醇。
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