CN111454504A - 一种耐低温聚乙烯组合物及其注塑包装箱和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，包括70％～90％高密度聚乙烯，还包括低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯；其中，高密度聚乙烯、密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯分别满足不同的物性指标。本发明同时公开了使用上述聚乙烯组合物注塑包装箱的制造方法及其注塑包装箱。本发明所提供的制造方法，通过选择满足一定物性指标的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯作为原料，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯按重量比例混合，然后通过注塑工艺，可以注塑形成成分均匀且耐低温的塑料包装箱，整体材料性价比较高。

Description

一种耐低温聚乙烯组合物及其注塑包装箱和制造方法

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯组合物，尤其涉及用于注塑耐低温塑料包装箱的聚乙烯组合物，同时涉及使用上述聚乙烯组合物制造包装箱的方法及其包装箱。

背景技术

原封券，是未打开的、保持原检封包装状态的钞票产品。原封券塑料包装箱采用塑料材料注塑形成。

市面上大部分周转箱采用聚丙烯塑料(PP)原料注塑，但是聚丙烯材料耐低温性能较差，不能满足原封券塑料箱检测标准及使用需求。要满足该性能必须对PP进行增韧增强改性，改性剂一般有乙烯-辛烯共聚物(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)等橡胶弹性体，或者增强改性剂玻璃纤维、碳纤维等增强材料。无论增韧剂或者增强剂，首先需要进行双螺杆挤出机造粒改性，增加生产工序及成本，而且本身增韧剂较 PP价格高出1.5倍到2倍不等，整体性价比不高；其次，通过改性的材料受改性生产工序的原料混合均一度、温度、压力等影响，改性材料的性能存在波动，不能保障注塑产品质量。

其它高端材料，例如PC(聚碳酸酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PA(聚酰胺)、PEEK(聚醚醚酮)等，均存在价格高、加工成本高等缺陷。而且，随着工程材料性能增强，其加工成本直线上升。比如 PA材料，对注塑机要求特殊止逆环机构，材料前端烘料环节必须配备专用除湿干燥机，100℃～120℃烘干4小时才能进行注塑作业，增加加工成本。PEEK等材料加工温度400℃左右，一般注塑机根本达不到该加工范围。

聚乙烯材料因其成本低廉，使用较为广泛。聚乙烯主要分为线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE) 三大类。关于传统聚乙烯不同配方组合，一般需要进行二次挤出造粒，同时，市面上聚乙烯组合配方材料大部分适用于膜材和管材，适用于膜材和管材配方的聚乙烯组合物，整体流动性较低，对注塑而言，可加工性差，无法直接注塑。同时，挤出加工无法完成原封券塑料包装箱生产，而且挤出加工废品率较高。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种使用上述聚乙烯组合物制造注塑包装箱的方法。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种注塑包装箱。

为了实现上述技术目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，包括70％～90％高密度聚乙烯，还包括低密度聚乙烯和 /或线性低密度聚乙烯；其中，

所述高密度聚乙烯满足以下要求：熔融指数：7.5～12g/10min；拉伸屈服应力≥26MPa；断裂伸长率≥500％；

所述低密度聚乙烯满足以下要求：熔融指数1.5～3g/10min；拉伸屈服应力≥10MPa；断裂伸长率≥800％；

所述线性低密度聚乙烯满足以下要求：熔融指数1.5～3g/10min；拉伸屈服应力≥8MPa；断裂伸长率≥1000％。

其中较优地，各组分满足以下重量比：80％～90％高密度聚乙烯， 10％～20％低密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯和所述低密度聚乙烯的总含量为100％。

或者，其中较优地，各组分满足以下重量比：80％～90％高密度聚乙烯，10％～20％线性低密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯、所述低密度聚乙烯和所述线性低密度聚乙烯的总含量为100％。

或者，其中较优地，各组分满足以下重量比：70％～85％高密度聚乙烯，5％～10％低密度聚乙烯，10％～18％线性低密度聚乙烯，0～3％相容剂，所述高密度聚乙烯、所述低密度聚乙烯、所述线性低密度聚乙烯和所述相容剂的总含量为100％。

其中较优地，所述相容剂是乙烯-辛烯共聚物或乙烯醋酸乙烯酯。

其中较优地，所述相容剂满足以下要求：熔融指数：6～20g/10min；断裂伸长率≥400％。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种注塑包装箱的制造方法，包括如下步骤：

(1)将上述聚乙烯组合物中各组分的原料按重量比例放入混料机，混合均匀；

(2)将混合均匀的组合物置入注塑机进行注塑。

其中较优地，在步骤(2)中，所使用的注塑工艺如下：

温度范围：170℃～220℃；压力值：80～110MPa；速度值：70～ 100mm/s；注塑时间：5～15s；模具温度：30℃～50℃。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种使用上述制造方法制造的注塑包装箱。

其中较优地，所述注塑包装箱满足如下物性指数：

熔融指数5.5～10g/10min；拉伸屈服应力≥24MPa；断裂伸长率≥800％。

本发明所提供的注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，通过选择满足一定物性指标的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯作为原料，可以使得上述原料熔融后满足成型加工性，并使得注塑出的箱体满足强度、耐低温等要求。通过将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯按重量比例混合，然后通过注塑工艺直接注塑包装箱，可以获得成分均匀、性价比较高且满足耐低温使用需求的注塑包装箱。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步地详细描述。

本发明采用价格较低的聚乙烯组合物注塑形成满足耐低温使用需求的塑料包装箱。其中，通过选择满足一定物性指标的高密度聚乙烯 (HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)作为原料，并使用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯进行复合配方试验，选择合适配方比例，通过物理混合(混料机)后直接注塑包装箱产品。上述塑料包装箱具有优异的耐低温性能，按照《第五套人民币(2005年版)原封券塑料包装箱》技术标准进行产品相关检验，各项指标均合格，因此，可以用于原封券塑料包装箱。通过注塑工艺加工包装箱，整体废品率较低，精度较好，更有利于箱体和箱盖的配合，实现原封券的流水线装箱。

具体来说，本发明提供了一种注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，包括70％～90％高密度聚乙烯，还包括低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯；其中，各项成分需要满足以下性能：

高密度聚乙烯(HDPE)满足以下要求：熔融指数(MFR)为7.5～ 12g/10min(标准GB/T3682)；拉伸屈服应力≥26MPa(标准 GB/T1040.2)；断裂伸长率≥500％(标准GB/T1040.2)。

低密度聚乙烯(LDPE)满足以下要求：熔融指数(MFR)为1.5～ 3g/10min(标准GB/T3682)；拉伸屈服应力≥10MPa(标准GB/T1040.2)；断裂伸长率≥800％(标准GB/T1040.2)。

线性低密度聚乙烯(LLDPE)满足以下要求：熔融指数(MFR)为 1.5～3g/10min(标准GB/T3682)；拉伸屈服应力≥8MPa(标准 GB/T1040.2)；断裂伸长率≥1000％(标准GB/T1040.2)。

上述聚乙烯组合物，通过选取满足一定物性要求的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯作为原料，可以注塑出满足耐低温性能的注塑包装箱。

具体来说，当使用高密度聚乙烯和低密度聚乙烯作为原料时，高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的重量比满足以下条件：80％～90％高密度聚乙烯，10％～20％低密度聚乙烯。上述两种成分的总含量为100％。

当使用高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯作为原料时，高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比满足以下条件；80％～90％高密度聚乙烯，10％～20％线性低密度聚乙烯。上述两种成分的总含量为100％。

当使用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯一起作为原料时，所有原料应满足以下重量比：70％～85％高密度聚乙烯，5％～ 10％低密度聚乙烯，10％～18％线性低密度聚乙烯，0～3％相容剂，上述所有成分的总含量为100％。其中，为了增加三种聚乙烯之间的相容性，建议同时添加相容剂：例如，乙烯-辛烯共聚物(POE)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)等。其中，乙烯-辛烯共聚物(POE)作为一种价格较便宜的添加剂，具有更高的性价比。在上述组合物中，添加相容剂的量保持在0～3％之间。并且，相容剂以具有如下物性指标为佳：熔融指数(MFR)为6～20g/10min(标准ASTM D-1238)；断裂伸长率≥400％(标准ASTM D-638)。

在上述多个配方中，选取多种聚乙烯作为原料，所有原料均为树脂颗粒，因此，可以采用物理混合后直接注塑成型，从而可以避免对组合物进行二次造粒。并且，整体配方材料价格较低，无前端材料预处理(加热除湿)环节，整个制造工艺性价比较高。

本发明同时提供了使用上述聚乙烯组合物制造注塑包装箱的制造方法及注塑获得的注塑包装箱。

具体来说，使用上述聚乙烯组合物注塑包装箱的制造方法，包括如下步骤：

(1)将上述任一配方所对应的聚乙烯组合物中各组分的原料按重量比例放入混料机，混合均匀；

(2)将混合均匀的组合物置入注塑机进行注塑；

(3)将注塑半成品修剪注胶料把，完成原封券塑料包装箱生产。

其中，在步骤(1)中，针对上述组合物所使用的混料工艺如下：温度：室温；转速：85r/min；时间：15min。

在步骤(2)中，所使用的注塑工艺如下：温度范围：170℃～220℃；压力值：80～110MPa；速度值：70～100mm/s；注塑时间：5～15s；模具温度：30℃～50℃。

在上述步骤中，针对不同批次、不同生产商的原料，混料工艺可调整，以使所有原料颗粒混合均匀为准。注塑工艺也可进行微调，上述工艺参数仅用于示例性说明，不构成对本发明实施方式的限制。

通过上述工艺制备的注塑包装箱满足如下物性指数：熔融指数 (MFR)5.5～10g/10min(标准GB/T3682)；拉伸屈服应力≥24MPa(标准GB/T1040.2)；断裂伸长率≥800％(标准GB/T1040.2)。

本发明所提供的聚乙烯组合物，通过选取满足一定物性要求的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯作为原料，使得熔融后的原料满足成型加工性的要求，又能满足强度等其它物性指标。通过将上述组合物混合后直接注塑加工，可以形成具有耐低温性的注塑包装箱。具体来说，主要对高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的熔融指数、拉伸屈服应力和断裂伸长率有较高要求，使得注塑形成的包装箱在保证成型加工性和结构强度的同时，具有较好的低温韧性，可以满足零下30℃冷冻4小时的跌落测试要求。

本申请人对使用上述聚乙烯组合物制造的注塑包装箱进行《第五套人民币(2005年版)原封券塑料包装箱》技术标准中零下30℃冷冻 4小时的跌落测试。测试时，“将装有25千克人民币或模拟纸券的试样箱机械方式压好箱盖，在(-30±2)℃环境里放置4小时取出，提升至3米高进行自由落体实验，同一试样箱跌落五次，按顺序要求： (1)包装箱底面先着地；(2)包装箱长侧面先着地；(3)短侧面先着地；(4)长、短两侧面所夹棱边先着地；(5)箱盖面先着地。每种方式试验后，观察并记录包装箱受损情况。”使用上述方法对上述制造方法获得包装箱进行试验，多次试验，包装箱的箱体和箱盖不脱开，箱体、箱盖不破裂，并且箱内产品无外露。

以下，提供一些具体可行的实施例用以对上述技术方案进行充分说明。

其中，实施例1用作对比实验例，使用100％高密度聚乙烯(HDPE) 制造的注塑包装箱所具备的性能指标如表1所示，仅使用高密度聚乙烯注塑包装箱，断裂伸长率较低，不能满足耐低温性能的要求。

从实施例2至实施例14所给出的实验数据可知，通过在高密度聚乙烯(HDPE)中添加适量的低密度聚乙烯(LDPE)和/或线性低密度聚乙烯(LLDPE)，可以改善注塑包装箱的断裂伸长率，并且，保证熔融指数和拉伸屈服应力满足需求。其中，在温度较高的季节，可以仅在高密度聚乙烯(HDPE)中添加少量的低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)，使混合后的组合物满足注塑包装箱的成型加工性，并保证注塑包装箱的低温韧性；而在温度较低的季节，则需要在高密度聚乙烯(HDPE)中同时加入线性低密度聚乙烯(LLDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)，才能满足注塑包装箱的成型加工性，同时保证注塑包装箱的低温韧性。而为了使得三种聚乙烯材料更相容，添加相容剂 (例如，乙烯-辛烯共聚物，POE)后，注塑包装箱的断裂伸长率可以得到大幅度提升，对低温韧性也会有改善。

表1 多个实施例的成分及注塑包装箱的性能对照表

具体来说，如实施例2至实施例7所示，当在温度较高的情况下，通过在高密度聚乙烯(HDPE)中添加适量低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)，可以提高注塑包装箱的断裂伸长率，同时可以使熔融指数和拉伸屈服应力满足使用需求。当在高密度聚乙烯 (HDPE)中添加的低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE) 的量不足时，注塑包装箱的断裂伸长率不能满足注塑包装箱的耐低温需求。当在高密度聚乙烯(HDPE)中添加过量低密度聚乙烯(LDPE) 或线性低密度聚乙烯(LLDPE)时，会使注塑包装箱的强度降低，不能满足注塑包装箱的使用需求。并且，从实施例3和实施例6的对比可知，当在高密度聚乙烯(HDPE)中添加等量低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)时，单独添加线性低密度聚乙烯对注塑包装箱的断裂伸长率、熔融指数和拉伸屈服应力的影响更大。这一点从实施例2和实施例5的比较，以及实施例4和实施例7的比较中均能得到相同的结论。

在实施例8至实施例14中，给出了三种聚乙烯组合时的情况。在温度较低的季节，仅在高密度聚乙烯(HDPE)中添加适量低密度聚乙烯(LDPE)或线性低密度聚乙烯(LLDPE)可能会影响产品生产加工风险，材料可能会存在物理分层，因此，需要在高密度聚乙烯(HDPE)中同时添加适量低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)。

从实施例9、10、13的对比可知，在三种聚乙烯组合物中，随着高密度聚乙烯的减少，低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯增加，可以提高注塑包装箱的断裂伸长率，同时减小熔融指数和拉伸屈服应力。为了使注塑包装箱的强度和韧性满足使用需求，需要使熔融指数和拉伸屈服应力落入合适的范围。

此外，从实施例10和11的对比可知，在相同高密度聚乙烯中，添加线性低密度聚乙烯对组分最终断裂伸长率贡献值更大，因此主要通过添加线性低密度聚乙烯来调整整个组合物的断裂伸长率性能指标参数。

当同时使用三种聚乙烯组成组合物注塑包装箱时，由于高密度聚乙烯属于单向长链结构，低密度聚乙烯属于短支链结构，线性低密度聚乙烯属于长支链结构，三种聚乙烯的相容性较差，注塑包装箱的均一性受到影响。上述问题可通过加入少量的相容剂(例如，POE)解决。

从实施例10、11和实施例12的对比中可以看出，使用相似重量比的组合物注塑包装箱，其中，加入相容剂后，改善了三种材料的相容性能，使得注塑包装箱的性能均一。这一点从实施例13和实施例 14这两个组合物具有相似重量比的实施例的对比中，也可以看出，即使加入很少的POE，也会对注塑包装箱的性能产生较大影响。而在实施例8和实施例9这两个实施例的对比中，也可以得到类似结论。

而从实施例8至14的对比可知，相容剂在改变三种聚乙烯颗粒的融合性的同时，对断裂伸长率影响较大，对拉伸屈服应力(MPa)影响较小。因此，仅添加少量的相容剂即可满足对整体材料的均一性调整的目的。

综上所述，本发明所提供的聚乙烯组合物，通过选择具有一定物性要求的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯作为原料，使得组合物熔融后满足成型加工性，可以注塑加工，并且，将高密度聚乙烯与低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯按重量比例混合均匀，通过注塑工艺，可以获得成分均匀且耐低温的塑料包装箱，整体材料性价比较高。

以上对本发明所提供的一种耐低温聚乙烯组合物及其注塑包装箱和制造方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，其特征在于包括70％～90％高密度聚乙烯，还包括低密度聚乙烯和/或线性低密度聚乙烯；其中，

所述高密度聚乙烯满足以下要求：熔融指数：7.5～12g/10min；拉伸屈服应力≥26MPa；断裂伸长率≥500％；

所述低密度聚乙烯满足以下要求：熔融指数1.5～3g/10min；拉伸屈服应力≥10MPa；断裂伸长率≥800％；

所述线性低密度聚乙烯满足以下要求：熔融指数1.5～3g/10min；拉伸屈服应力≥8MPa；断裂伸长率≥1000％。

2.如权利要求1所述的注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，其特征在于，各组分满足以下重量比：

80％～90％高密度聚乙烯，10％～20％低密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯和所述低密度聚乙烯的总含量为100％。

3.如权利要求1所述的注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，其特征在于，各组分满足以下重量比：

80％～90％高密度聚乙烯，10％～20％线性低密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯和所述线性低密度聚乙烯的总含量为100％。

4.如权利要求1所述的注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，其特征在于：各组分满足以下重量比：

70％～85％高密度聚乙烯，5％～10％低密度聚乙烯，10％～18％线性低密度聚乙烯，0～3％相容剂；所述高密度聚乙烯、所述低密度聚乙烯、所述线性低密度聚乙烯和所述相容剂的总含量为100％。

5.如权利要求4所述的注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，其特征在于：所述相容剂是乙烯-辛烯共聚物或乙烯醋酸乙烯酯。

6.如权利要求4所述的注塑包装箱用的耐低温聚乙烯组合物，其特征在于：

所述相容剂满足以下要求：熔融指数：6～20g/10min；断裂伸长率≥400％。

7.一种注塑包装箱的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将如权利要求1所述的聚乙烯组合物中各组分的原料按重量比例放入混料机，混合均匀；

(2)将混合均匀的组合物置入注塑机进行注塑。

8.如权利要求7所述的注塑包装箱的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，所使用的注塑工艺如下：

温度范围：170℃～220℃；压力值：80～110MPa；速度值：70～100mm/s；注塑时间：5～15s；模具温度：30℃～50℃。

9.一种使用权利要求7所述制造方法制造的注塑包装箱。

10.如权利要求7所述的注塑包装箱，其特征在于，所述注塑包装箱满足如下物性指数：

熔融指数5.5～10g/10min；拉伸屈服应力≥24MPa；断裂伸长率≥800％。