热收缩膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及包装材料技术领域,特别涉及一种热收缩膜及其制备方法。
背景技术
聚烯烃热收缩膜(POF)作为新型环保包装材料,相比于传统木质、纸质、金属、玻璃等包装材料及聚氯乙烯(PVC)热收缩膜,具有质量轻、贴体透明、环保节能、安全卫生、使用方便等优点,且更符合商品对展示效果及工业化生产的要求,日益广泛应用于食品、药品、日用品、文体用品、电子电器等产品包装领域。
目前市场聚烯烃热收缩膜(POF),主要以线性低密度聚乙烯(LLDPE)为中间层,共聚丙烯(PP)为内外层复合挤出,采用双泡法,吹胀双向拉伸技术生产而成。虽然现有的聚烯烃热收缩膜(POF)具有高透明度、贴体、高收缩率等优良性能,在软包装领域备受青睐,特别在食品、药品、日用品等领域得到了广泛应用,但是现有的聚烯烃热收缩膜(POF)在应用过程中也存在明显的缺点与不足:
(1)现有的聚烯烃热收缩膜(POF)通常需要在120℃以上才能完全收缩,实际应用中不少产品,特别在化妆品、食品、电子产品以及医药行业,对加工温度要严格控制,过高的温度会导致被包装物变形、变质、失效、老化等,从而影响产品的质量。因此,在温度敏感产品的包装领域,聚烯烃热收缩膜(POF)应用受到了很大的限制;
(2)现有的聚烯烃热收缩膜(POF)通常收缩率只有45%到55%,随着产品的多元化,越来越多个性化产品外观以及高收缩率要求产品,聚烯烃热收缩膜(POF)也得不到很好的应用;
(3)由于原料及工艺特点的原因,现有的聚烯烃热收缩膜(POF)强度和机械性能不足,只能通过增加厚度来保证聚烯烃热收缩膜(POF)的强度和机械性能,这无疑是增加生产成本。对于一些重型包装的产品,更是囿于强度不足,应用受限;
(4)现有的聚烯烃热收缩膜(POF)由于其结构的原因,还存在易剥层,易被穿刺,手感偏硬,容易松垮等不足,极大的限制了其进一步的应用。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种热收缩膜的制备方法,旨在解决现有的聚烯烃热收缩膜(POF)的热收缩温度高,热收缩率低,薄膜强度、机械性能不足以及易剥层,易被穿刺,手感偏硬,容易松垮等问题。
为实现上述目的,本发明提出的热收缩膜的制备方法,包括以下步骤:
加入外层、中间层和内层的原料,经过熔融共挤得到复合料;
对复合料进行一次吹胀,一次吹胀的膜泡冷却定型后牵引形成管膜;
将管膜引入束流输出窗,通过电子辐照使管膜线性分子链发生交联;
加热交联后的管膜进行二次吹胀,经过双向拉伸再冷却定型,剖边形成所述热收缩膜。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述中间层包括下述重量百分数的原料组成:70-95%的聚乙烯和5-30%的第一功能母粒。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述管膜引入束流输出窗,通过加速器以双向扫描的方式电子辐照,其中,辐照电流为0.5mA至60mA,辐照能量为0.5 MeV至1.8MeV。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述经过双向拉伸再冷却定型的管膜在剖边前要依次进行退火处理和冷却处理,其中,退火温度为40℃至80℃,冷却温度为10℃至30℃。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述外层和内层均包括下述重量百分数的原料组成:70-95%的聚烯烃和5-30%的第二功能母粒。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述熔融共挤过程采用挤出机组,所述挤出机组包括共挤模头和至少两台挤出机,所述挤出机包括三个控温区域,相邻两个控温区域中,后一个控温区域的温度比前一个控温区域的温度高10℃~30℃,所述共挤模头包括四段控温区间,每一段控温区间的温度为180℃到240℃。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述一次吹胀过程通过感应膜泡的大小以控制充气气压,一次吹胀的膜泡采用水环冷却定型,水环中冷水温度为5℃至15℃。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述交联后的管膜采用分段控温加热,当加热到85℃至120℃时开始打泡进行二次吹胀。
优选地,所述的热收缩膜的制备方法,所述双向拉伸的管膜通过定径风环定径冷却成型,所述定径风环的出风口与膜泡垂直切面的夹角为10°到20°。
本发明还提出一种热收缩膜,所述热收缩膜由权利要求1~9任一所述的热收缩膜的制备方法制备得到,所述热收缩膜包括依次层叠的内层、中间层和外层,所述外层、所述中间层和所述内层的厚度比为1:(3-8):1,所述热收缩膜的厚度为8μm至50μm。
本发明的技术方案通过采用一次吹胀的膜泡冷却定型后牵引形成管膜,将管膜引入束流输出窗进行电子辐照,加热交联后的管膜开始二次吹胀。本发明对一次吹胀后的管膜电子辐照,有效地提高了管膜线性分子链的交联度,保证了外层、中间层和内层之间相互交联,提高交联度后再进行二次吹胀成型,使得所制备的热收缩膜不仅具有良好的热收缩性能,而且提高了薄膜的强度和机械性能,避免了易剥层、易被穿刺、手感偏硬、容易松垮等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的热收缩膜的制备方法的一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提出一种热收缩膜的制备方法。
参照图1,图1为本发明提供的热收缩膜的制备方法的一实施例的流程示意图。
在本发明实施例中,一种热收缩膜的制备方法,包括以下步骤:
加入外层、中间层和内层的原料,经过熔融共挤得到复合料;
对复合料进行一次吹胀,一次吹胀的膜泡冷却定型后牵引形成管膜;
将管膜引入束流输出窗,通过电子辐照使管膜线性分子链发生交联;
加热交联后的管膜进行二次吹胀,经过双向拉伸再冷却定型,剖边形成所述热收缩膜。
本发明的技术方案通过采用一次吹胀的膜泡冷却定型后牵引形成管膜,管膜引入束流输出窗进行电子辐照,交联后的管膜加热开始二次吹胀。本发明对一次吹胀后的管膜电子辐照,有效地提高了管膜线性分子链的交联度,保证了外层、中间层和内层之间相互交联,提高交联度后再进行二次吹胀成型,使得所制备的热收缩膜不仅具有良好的热收缩性能,而且提高了薄膜的强度和机械性能,避免了易剥层、易被穿刺、手感偏硬、容易松垮等问题。需要说明的是,在加入外层、中间层和内层的原料之前,要先分别配置好外层、中间层和内层的原料,再分别加入到共挤机组的挤出机中,通过挤出机分别使外层、中间层和内层的原料熔融,熔融的原料再汇集到共挤机组的共挤摸头中,通过共挤摸头实现外层、中间层和内层的共挤,从而得到复合料。
优选地,所述中间层包括下述重量百分数的原料组成:70-95%的聚乙烯、和5-30%的第一功能母粒。本发明实施例所述第一功能母粒包括爽滑剂母粒、抗粘粘剂母粒、引发剂母粒、抗静电剂母粒、色母粒、气相防锈母粒及抗菌剂母粒中的至少两种。更优的,所述中间层包括下述重量百分数的原料组成:70-95%的聚乙烯、2-15%的爽滑剂和1-10%的引发剂。本发明通过在中间层中加入引发剂,在电子辐照的条件下引发交联,通过控制引发剂的用量实现了交联度的可控调节,在提高交联度的同时保证了热收缩膜的加工性能。当然,中间层也可以加入适量的抗静电剂、抗菌剂、气相防锈剂等。本发明实施例所述引发剂采用过氧化二异丙苯,过氧化二异丙苯作为聚乙烯的引发剂,不仅使聚乙烯具有优良的绝缘性能,而且引发速度也快,还能提高聚乙烯的耐热性和耐老化性能。当然,本发明也还可以采用其他的过氧化物作为引发剂。
优选地,所述管膜引入束流输出窗,通过加速器以双向扫描的方式进行电子辐照,其中,辐照电流为0.5mA至60mA,辐照能量为0.5 MeV至1.8MeV。并且,束下装置可以采用带驱动并可控恒张力的装置,以确保走膜平直、平稳。本发明实施例以双向扫描的方式进行电子辐照,保证了电子辐照的均匀性以及充分性。通过控制辐照电流为0.5mA至60mA,辐照能量为0.5 MeV至1.8MeV,一方面保证了管膜线性分子链充分交联,通过提高交联度改善薄膜性能;另一方面,也避免了交联度过大所导致的加工难度大、能源损耗大等问题。
优选地,所述经过双向拉伸再冷却定型的管膜在剖边前要依次进行退火处理和冷却处理,其中,退火温度为40℃至80℃,冷却温度为10℃至30℃。本发明实施例所述膜泡经过夹辊排气后,经过一组热辊进行退火,热辊的温度设定在40℃到80℃区间,保证了风环冷却定型后的一部分分子链获得一定程度的舒展,防止了所制备的薄膜在后续室温放置时发生收缩;再经过冷辊冷却定型,冷辊的温度设定在10℃到30℃,使得生长后的分子链快速冷却定型,从而提高了聚合物分子的结晶度,再次提高所述热收缩膜的机械性能和强度。
优选地,所述外层和内层均包括下述重量百分数的原料组成:70-95%的聚烯烃和5-30%的第二功能母粒。本发明实施例所述第二功能母粒包括抗粘剂母粒、爽滑剂母粒、交联剂母粒和爽滑剂母粒中的至少两种。更优的,所述外层和内层均包括下述重量百分数的原料组成:70-95%的聚烯烃、1-20%的抗粘剂和1-10%的爽滑剂。所述聚烯烃包括聚乙烯或者聚丙烯中的一种或两种。其中,所述聚乙烯包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯中的一种或者多种混合物。所述聚丙烯包括三元共聚聚丙烯、二元共聚聚丙烯、均聚丙烯中的一种或者多种混合物。本发明实施例内层和外层通过加入抗粘剂和爽滑剂,有效避免了薄膜所存在的摩擦力强以及易磨花的问题。当然,所述外层和内层还可以添加其他功能性原料,比如,内层和外层也可以加入适量的交联剂和增韧剂。需要说明的是,本发明实施例中所述外层和内层可以采用相同的原料组成,也可以采用不同的原料组成,比如所述外层采用的聚烯烃为聚乙烯,所述内层采用的聚烯烃可以为聚丙烯,也可以为与外层不同重量百分数的聚乙烯。同理,所述外层和内层也可以采用不同种类的抗粘剂和爽滑剂,或者不同重量百分数的抗粘剂和爽滑剂。
优选地,所述熔融共挤过程采用挤出机组,所述挤出机组包括共挤模头和至少两台挤出机,所述挤出机包括至少三个控温区域,相邻两个控温区域中,后一个控温区域的温度比前一个控温区域的温度高10℃~30℃,所述共挤模头包括至少四段控温区间,每一段控温区间的温度为180℃到240℃。在本发明实施例中,每一层可以对应一台挤出机,当然,对称层也可以采用同一台挤出机,由于内层和外层的原料组成可以一致,因此可以采用同一台挤出机熔融内层和外层的原料,再分流到共挤模头中实现共挤。当有3层时,内层与外层采用同一部挤出机,当有5层时,次外层和次内层采用同一部挤出机。很显然,挤出机包括单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。另外,共挤机组也可以采用挤出机与计量泵的形式。本发明实施例控制后一个控温区域的温度比前一个控温区域的温度高10℃~30℃,通过逐步加热熔融,保证了原料良好塑化。在本发明实施例中,可以根据热收缩膜的层数选择不同层数的共挤模头,以确保具有合适、稳定的背压及各层压力的均衡。例如中间层为1层时,采用3层共挤模头;中间层为3层时,采用5层共挤模头。当然,本发明的共挤模头包括锥形模头和叠加模头。挤出机组中共挤模头控温区间的温度为180℃到240℃,保证了熔融状态的原料能够在管道密布的共挤模头内均匀分布,并挤出成厚度均匀的薄膜。另外,本发明实施例所述挤出模具的模唇开度为1.5mm到1.8mm,均匀的模唇开度使得所制备的热收缩膜厚度均匀、表面平整。当然,在生产过程中,模唇开度会依据不同的薄膜厚度规格而调整,同时也会根据共挤模头内压力的变化适量调整模唇开度。
优选地,所述一次吹胀过程通过感应膜泡的大小以控制充气气压,一次吹胀的膜泡采用水环冷却定型,水环中冷水温度为5℃至15℃。在生产过程中充气气压过小,膜泡吹胀不足;反之,充气气压过大,膜泡将会爆裂。本发明实施例采用传感器感应膜泡的大小,所述传感器为超声波传感器。当然,本发明也可以采用非接触式传感器,如电容式、红外反射、激光对射等传感器。相比于接触式传感器,非接触式传感器不接触膜泡表面,即能够测定膜泡尺寸,不会伤害到热收缩膜的表观质量。另外,所述水环冷却定型采用迷宫式流道,使得溢流冷水与膜泡接触平稳、均匀,保证热交换冷却均匀、充分。相比于风环冷却定型,水环冷却更有效率,同时可节约设备空间和能源。
优选地,所述交联后的管膜采用分段控温加热,当加热到85℃至120℃时开始打泡进行二次吹胀。本发明实施例中采用红外电加热片加热,分段控温,确保拉伸烘箱出口膜泡膜温均匀,当加热到100℃到120℃时,膜泡牵引至拉伸烘箱进行二次吹胀,膜泡入口有环形风刀锁风,避免拉伸烘箱热量溢出;膜泡出口有环形风环锁风,防止串风;出口设置可快速打开的环形定位导轮环,可稳定膜泡位置,遇到破膜时可快速打开,排掉积膜。
优选地,所述二次吹胀的管膜通过定径风环定径冷却,拉伸烘箱的出口处设置定径风环,定径风环的出风口与膜泡垂直切面的夹角为10°到20°。经过双向拉伸后的管膜从拉伸烘箱中牵出,在所述拉伸烘箱的出口处设置一个可调整位置的定径风环,定径风环的出风口同膜泡垂直切面的角度为15°,通过调整定径风环的风量及风环位置,确保达到设定的管膜泡径。更优地,所述二次吹胀的管膜通过冷却风环进一步冷却,冷却时,导辊护架稳定膜泡,同时冷却风环对膜泡冷却,冻住拉伸后的分子链。
本发明还提供一种热收缩膜,所述热收缩膜由所述热收缩膜的制备方法制备得到,所述热收缩膜的制备方法参照上述实施例,由于热收缩膜采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。所述热收缩膜包括依次层叠的内层、中间层和外层,所述外层、所述中间层和所述内层的厚度比为1:(3-8):1,所述热收缩膜的厚度为8μm至50μm。在本发明实施例中,所述中间层可以包括多层,可以根据需要由3层,5层等形成中间层。本发明所述中间层提供了热收缩膜主要的机械性能,所述中间层厚度比为3-8,使得热收缩膜具有了良好的耐穿刺性能和拉伸强度性能。另外,所述中间层成本低,通过采用较厚的所述中间层,在保证机械性能的同时,节约了生产成本。当所述中间层厚度比大于8时,所述外层和所述内层过薄,容易破裂,无法保证良好的爽滑性能。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明,应当理解,以下实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
(1)配制原料:
本实施例的热收缩膜共分为5层,即A/B/C/D/E,总厚度为16μm,A\B\C\D\E平均厚度比为2/3/3/3/2,A/B/C/D/E各层的原料组成如下:
A层与E层的组成一致,A层与E层均由以下重量百分比的原料组成:89%的线性低密度聚乙烯,4.5%的二氧化硅(抗粘剂),2%的芥酸酰胺类爽滑剂和4.5%的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)。
B层、C层和D层的组成一致,B层、C层和D层均由以下重量百分比的原料组成:87%的线性低密度聚乙烯,4%的过氧化二异丙苯(引发剂)和9%的爽滑剂。其中,爽滑剂选用油基棕榈酰胺、硬脂酸芥酸酰胺和芥酸酰胺类爽滑剂的混合物。
(2)熔融共挤
将A\B\C\D\E各层的原料分别按重量百分比混合均匀,通过各个对应料斗送至A\B\C\D\E五台单螺杆挤出机中,五台单螺杆挤出机的控温一致,每一台单螺杆挤出机包括三个控温区域,三个控温区域的温度依次为155℃、175℃190℃;共挤模头采用五层共挤平行锥形模头,锥形模头有四段温控区间,温控区间依次设置为190℃、185℃、185℃、190℃,挤出模具的模唇开度为1.5mm到1.8mm,复合料从挤出模具中挤出。
(3)一次吹胀
将挤出的复合料送往吹膜机中进行一次吹胀,一次吹胀的膜泡经过水环冷却,夹辊牵引排气,形成平整的管膜。水环中冷水水温为12℃,管膜折径为435mm,牵引速度为16m/min。
(4)电子辐照
在电子加速器的束下牵引装置的牵引下,管膜进入束流输出窗采用高频高压电子加速器以双向扫描的方式进行电子辐照,通过电子辐照使管膜线性分子链活化交联,辐照电流为20mA,辐照能量为0.6MeV。
(5)二次吹胀
交联后的管膜在夹辊牵引下穿过拉伸烘箱,当加热到102℃时开始打泡进行二次吹胀,通过定径风环和冷却风环定径冷却。在夹辊牵引下,进行纵、横向同步拉伸,定径风环的风量为2800 CMH,冷却风环的风量为5000CMH,定径风环和冷却风环的风温为18℃,夹辊的牵引速度90m/min,薄膜折径为2420mm。
(6)后处理
双向拉伸的管膜依次经过一组热辊和一组冷辊,对分剖开后,再进行收卷、分切、包装入库。热辊的温度为75℃,冷辊的温度为15℃,收卷速度89m/min,张力60N/m。
实施例2
(1)配制原料:
本实施例的热收缩膜共分为5层,即A/B/C/D/E,总厚度为16μm,A\B\C\D\E平均厚度比为1.8/3/3/3/1.8,A/B/C/D/E各层的原料组成如下:
A层与E层的组成一致,A层与E层均由以下重量百分比的原料组成:80%的三元共聚聚丙烯,15%的乙烯-辛烯热塑性弹性体(增韧剂),2%的玻璃微珠(抗粘剂)和3%的芥酸酰胺类爽滑剂母粒。
B层、C层和D层的组成一致,B层、C层和D层均由以下重量百分比的原料组成:89%的线性低密度聚乙烯,3%的芥酸酰胺类爽滑剂、4%的环氧乙烷胺类抗静电剂和4%的过氧化二异丙苯。
(2)熔融共挤
将A\B\C\D\E各层的原料分别按重量百分比混合均匀,通过各个对应料斗送至A\B\C\D\E五台单螺杆挤出机中。其中,A层和E层的单螺杆挤出机的控温一致,三个控温区域的温度依次为165℃、190℃、200℃;B层、C层和D层的单螺杆挤出机的控温一致,三个控温区域的温度依次为155℃、175℃、190℃。共挤模头采用五层共挤平行锥形模头,锥形模头有四段温控区间,温控区间依次设置为195℃、190℃、190℃、200℃,挤出模具的模唇开度为1.5mm到1.8mm,复合料从挤出模具中挤出。
(3)一次吹胀
将挤出的复合料送往吹膜机中进行一次吹胀,一次吹胀的膜泡经过水环冷却,夹辊牵引排气,形成平整的管膜。水环中冷水水温为12℃,管膜折径为430mm,牵引速度为16m/min。
(4)电子辐照
在电子加速器的束下牵引装置的牵引下,管膜进入束流输出窗采用高频高压电子加速器以双向扫描的方式进行电子辐照,通过电子辐照使管膜线性分子链活化交联,辐照电流为14mA,辐照能量为0.75MeV。
(5)二次吹胀
交联后的管膜在夹辊牵引下穿过拉伸烘箱,当加热到114℃时开始打泡进行二次吹胀,通过定径风环和冷却风环定径冷却。在夹辊牵引下,进行纵、横向同步拉伸,定径风环的风量为2400 CMH,冷却风环的风量为5000CMH,定径风环和冷却风环的风温为18℃,夹辊的牵引速度92m/min,薄膜折径为2450mm。
(6)后处理
双向拉伸的管膜依次经过一组热辊和一组冷辊,对分剖开后,再进行收卷、分切、包装入库。热辊的温度为75℃,冷辊的温度为15℃,收卷速度90.5m/min,张力70N/m。
为了更好地说明本发明实施例的有益效果,本发明进行了如下的对比例实验:在本发明实施例的基础上,对比例的中间层没有加入引发剂,也没有采用电子辐照,其他与本发明实施例一致,其性能检测参数图下表1所示,其中,MD表示纵向,TD表示横向:
表1:
从表1可以看出,与对比例相比,本发明所述热收缩膜具有更高的低温收缩率(100℃)以及更高的最终热收缩率(120℃),并且机械强度以及热封强度也明显提高,同时还保持优异的光学性能及其他物化性能。采用本发明的原料配方以及制备方法,特别是包括电子辐照交联工艺,所制备的热收缩膜具有非常出色的热收缩包装效果,热收缩温度更低、热收缩率更高,应用范围更为广泛;封口温度更宽、封口更牢固,薄膜更为柔软、收缩力更小,包装更贴体紧致,更为适应下游设备,且外观更为美观;更高的强度使得同样的包装可以相应的减薄,节约成本;同样的厚度,原来不能胜任的重型包装也成为了可能。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。