CN112708190B - 一种暖贴专用透气膜组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种暖贴专用透气膜组合物，所述组合物包括如下按重量份计算的组分：低密度聚乙烯树脂5～10份；线性低密度聚乙烯树脂10～20份；茂金属聚乙烯树脂10～20份；重质碳酸钙40～50份；相容剂5～15份；分散剂0.5～2份；抗氧剂0.5～2份；润滑剂0.5～2份；所述线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯的结晶度均小于等于35％；所述重质碳酸钙经过表面处理剂包覆处理，所述重质碳酸钙的粒径为1～6μm；所述暖贴专用透气膜采用拉伸工艺制备的总拉伸比大于等于3倍。不仅得到了低透气量的透气膜，而且还具有较高的透气量均匀度，透气量最大值为765g/m2·24h，透气量偏差小于等于15％，能够应用于制备暖贴透气膜。

Description

一种暖贴专用透气膜组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及功能包装材料技术领域，更具体地，涉及一种暖贴专用透气膜组合物及其制备方法和应用。
背景技术
暖贴起源于日本，近些年来在国内的应用日益广泛，该产品内置包装物(通常是铁粉)与空气中进入的氧气发生反应并产生热量，达到取暖效果。暖贴产品都要求发热时间长和发热温度均匀性高，该两项关键技术指标均与包装材料透过氧气的能力和均匀性密切相关。
透气膜中树脂和无机填料界面形成的微孔网络允许空气中的氧气透过，透过量直接影响铁粉氧化反应的时间和反应剧烈程度，因此透气膜的透气量是极为关键的技术指标。对应暖贴发热时间长和发热均匀度高的产品需求，暖贴用的透气膜要求具有低透气量和高透气量均匀度。
暖贴透气膜目前存在最大问题为透气量均匀度差，微观上表现为透气膜成孔均匀性差，宏观上表现为沿收卷方向和幅宽方向透气量波动大，对应暖贴产品表现为较大的发热温度偏差，影响消费者体验，甚至造成低温烧伤事故。
目前针对暖贴透气膜方面的研究不多，中国专利(CN102336940A)公开了一种低透气量透气膜组合物及其制备方法，采用透气量调节剂显著降低透气量，从组分以及制备方法看，透气量均匀度差，不能用于暖贴透气膜。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述成孔均匀性差，透气量均匀度差的缺陷，提供一种暖贴专用透气膜组合物。
本发明的另一目的在于提供所述暖贴专用透气膜组合物的制备方法
本发明的另一目的在于提供所述暖贴专用透气膜组合物的应用
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种暖贴专用透气膜组合物，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002842633270000011
Figure BDA0002842633270000021
所述线性低密度聚乙烯与茂金属聚乙烯的结晶度小于等于35％；
所述重质碳酸钙经过表面处理剂包覆处理，所述重质碳酸钙的粒径为1～6μm；
所述暖贴专用透气膜采用拉伸工艺制备的总拉伸比大于等于3倍。
一般地，若要制备得到低透气量的聚烯烃透气膜则会采用低拉伸比制备，但是低拉伸比制备的透气膜会导致成孔均匀性差，不能得到较高的透气量均匀度。
而本发明选择结晶度小于等于30％的线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯与低密度聚乙烯共混、采用总拉伸比大于等于3倍的拉伸工艺、重质碳酸钙经过表面处理包覆并且粒径在1～6μm之间，制备得到的暖贴专用透气膜不仅得到了低透气量的透气膜，而且还具有较高的透气量均匀度；其中，选择线性低密度聚乙烯与茂金属聚乙烯的结晶度小于等于30％与低密度聚乙烯共混，使得树脂非晶区与重质碳酸钙的结合更为紧密，有利于调控透气量和透气量均匀度；采用表面处理剂包覆处理的重质碳酸钙并选择粒径为1～6μm的重质碳酸钙能够提高在树脂分散水平，保证拉伸过程中的成孔均匀性，成孔均匀性更高，透气量均匀度更高。再保证了低透气量之后，选择拉伸比大于等于3倍拉伸工艺进行制备透气膜能够大幅度提高透气量均匀度。
所述表面处理剂为硬脂酸、钛酸酯或铝酸酯中一种。
优选地，所述重质碳酸钙的粒径为3～5μm。
所述重质碳酸钙的粒径为3～5μm，具有较低表面能，减少分散过程中的团聚倾向，提高碳酸钙在树脂基体中的分散水平，保证拉伸过程中的成孔均匀性。
优选地，所述低密度聚乙烯的熔融指数在4～10g/10min之间。
优选地，所述重质碳酸钙通过湿法研磨制备。
优选地，所述相容剂为丙烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、马来酸酐接枝共聚物、聚烯烃弹性体、EVA弹性体、SEBS弹性体中的一种。
所述相容剂用于增强碳酸钙与树脂界面结合，便于透气量调控和成孔均匀性调控。
优选地，所述分散剂为蒙旦酯类、高分子酯类、酰胺类、硬脂酸盐类或氧化聚乙烯蜡中的一种。
所述分散剂优选具有亲油亲水结构，能够降低基体树脂和碳酸钙界面的界面张力，提高碳酸钙的无机粉体的分散水平，有利于提高透气量均匀度。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类或硫代酯类的一种。
本发明还提供所述暖贴专用透气膜组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚乙烯、重质碳酸钙、相容剂、分散剂、抗氧剂和润滑剂经挤出机造粒，烘干后密封包装；
S2.将步骤S1制备的暖贴专用透气膜原料进行烘干处理；
S3.将步骤S2烘干后的原料输送至挤出机螺杆，物料经挤出机螺杆熔融塑化后进入T型模头，熔体经口模挤出；
S4.将步骤S3的熔体经流延辊冷却，冷却后的膜片经在线测厚系统进行检测，随后进行预热、拉伸、定型、冷却工序。
优选地，所述烘干处理的烘干时间大于等于3小时。
所述暖贴专用透气膜组合物在制备暖贴中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种暖贴专用透气膜组合物，选择结晶度小于等于30％的线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯与低密度聚乙烯共混、采用总拉伸比大于等于3倍的拉伸工艺、重质碳酸钙的粒径1～6μm，并采用表面处理剂包覆处理共同制备的暖贴专用透气膜不仅得到了低透气量的透气膜，而且还具有较高的透气量均匀度，透气量最大值为765g/m2·24h，透气量偏差小于等于15％，能够应用于暖贴中。
附图说明
图1为拉伸工艺原理示意图。
具体实施方式
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，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
低密度聚乙烯A：牌号LDPE EC7000，陶氏化学，熔融指数为4g/10min；
低密度聚乙烯B：牌号LDPE 1C7A，燕山石化，熔融指数为7.5g/10min；
低密度聚乙烯C：牌号LDPE 1C10A，燕山石化，熔融指数为10g/10min；
低密度聚乙烯D：牌号LDPE 2426H，茂名石化，熔融指数为2g/10min；
低密度聚乙烯E：牌号LDPE 940，韩华化学，熔融指数为12g/10min；
线性低密度聚乙烯A：LLDPE 2049G陶氏化学，结晶度34％；
线性低密度聚乙烯B：LLDPE 2045G，陶氏化学，结晶度23％；
线性低密度聚乙烯C：LLDPE 5500G，陶氏化学，结晶度12％；
线性低密度聚乙烯D：LLDPE 2042G，陶氏化学，结晶度42％；
茂金属聚乙烯A：牌号LLDPE 3527PA，埃克森美孚，结晶度33％
茂金属聚乙烯B：牌号LLDPE 3812PA，埃克森美孚，结晶度13％
茂金属聚乙烯C：牌号LLDPE 3518PA，埃克森美孚，结晶度25％
茂金属聚乙烯D：牌号LLDPE 4536PA，埃克森美孚，结晶度44％
重质碳酸钙A：平均粒径为2μm，经过硬脂酸处理，市售；
重质碳酸钙B：平均粒径为4μm，经过硬脂酸处理，市售；
重质碳酸钙C：平均粒径为1μm，经过硬脂酸处理，市售；
重质碳酸钙D：平均粒径为6μm，经过硬脂酸处理，市售；
重质碳酸钙E：平均粒径为10μm，经过硬脂酸处理，市售；
相容剂：乙烯丙烯共聚物，牌号VISTAMAXX 6102，埃克森美孚；
分散剂：氧化聚乙烯蜡，316A，霍尼韦尔；
抗氧剂：抗氧剂1010，抗氧剂168，利安隆；
润滑剂：硬脂酸锌BS-2818，BELIKE CHEMICAL。
下面结合实施例和对比例来详细说明本发明。
下面实施例和对比例均通过以下方法制备暖贴专用透气膜组合物，按照表1～3的重量比称取各组分；具体步骤如下：
S1.将低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、茂金属聚乙烯树脂、重质碳酸钙、相容剂、分散剂、抗氧剂和润滑剂经挤出机造粒，烘干后密封包装；
S2.将步骤S1制备的暖贴专用透气膜原料进行烘干处理；
S3.将步骤S2烘干后的原料输送至挤出机螺杆，物料经挤出机螺杆熔融塑化后进入T型模头，熔体经口模挤出；
S4.将步骤S3的熔体经流延辊冷却，冷却后的膜片经在线测厚系统进行检测，随后进行预热、拉伸、定型、冷却工序。
实施例1～5
表1实施例1～5的配方(份)
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
总拉伸比 3倍 3倍 3倍 3倍 3倍
低密度聚乙烯树脂A 10 10 10 10 10
线性低密度聚乙烯树脂A — — — 15 —
线性低密度聚乙烯树脂B 15 15 15 — —
线性低密度聚乙烯树脂C — — — — 15
茂金属聚乙烯树脂A 15 — — — —
茂金属聚乙烯树脂B — 15 — 15 15
茂金属聚乙烯树脂C — — 15 — —
重质碳酸钙A 45 45 45 45 45
相容剂 10 10 10 10 10
分散剂 1 1 1 1 1
抗氧剂 1 1 1 1 1
润滑剂 1 1 1 1 1
实施例6～11
表2实施例6～11的配方(份)
Figure BDA0002842633270000051
Figure BDA0002842633270000061
实施例12～17
表3实施例12～17的配方(份)
Figure BDA0002842633270000062
对比例1～4
表4对比例1～4的配方(份)
Figure BDA0002842633270000063
Figure BDA0002842633270000071
将上述实施例1-18和对比例1-4制备得到的暖贴透气膜产品，进行以下性能测试，测试所参照标准和方法如下：
透气量的测试方法：透气量按照GB12704-2009失重法进行测试
透气量均匀度测试方法：沿透气膜幅宽方向均匀取样，样品数量不低于10个，透气量按照GB12704-2009失重法进行测试，记录测试结果平均值并记录偏差，偏差值越小，说明透气量均匀度效果更好；
粉体分散性：用过滤网压差法进行表征，记录测试前后滤网压力升高值，滤网压力升高值越小，说明粉体分散性越好。
表5实施例和对比例的测试结果
Figure BDA0002842633270000072
Figure BDA0002842633270000081
从实施例1～5看，选择结晶度小于等于30％线性低密度聚乙烯和结晶度小于等于30％的茂金属聚乙烯，树脂非晶区和碳酸钙界面结合力增强，表现出更低的透气量和更高的透气量均匀性。
从实施例2和6～9看，低密度聚乙烯的熔融指数的变化，对透气量和透气量均匀性影响不明显，兼顾加工性和机械性能(融指高的情况下，加工性能提升，机械性能劣化，反之亦然)，最优融指范围在4～10g/10min。
从实施例2和10～11看，当在拉伸工艺中设置拉伸比分别为3倍，4倍和5倍，随着拉伸倍数的提高，碳酸钙和树脂界面成孔均匀性提升，微孔尺寸增大，表现出更高的透气量和更高的透气量均匀性，其中透气量均匀性提升非常显著。
从实施例2和12～14看，选择不同重质碳酸钙的平均粒径时，透气量均匀性变化明显，随着碳酸钙粒径增大，碳酸钙表面张力降低，团聚倾向减小，在树脂基体中分散性提升，拉伸过程中成孔均匀性增强，透气量均匀性提高。
从对比例1～4看，当拉伸工艺中拉伸比为2倍时，碳酸钙和树脂界面致孔能力不足，成孔均匀性变差造成透气量波动；当茂金属聚乙烯或者线性低密度聚乙烯的结晶度较高时，树脂结晶区域与碳酸钙界面结合力较弱，导致微孔尺寸均匀性表差，透气量波动明显；当重质碳酸钙的粒径为10μm时，单颗大粒径碳酸钙容易导致形成膜面缺陷(针孔或者破洞)，缺陷区域透气量急剧增大，造成整体均匀性波动。
图1是拉伸工艺成孔示意图，从左到右，依次为拉伸前、低拉伸和高拉伸，采用高拉伸能够使得成孔均匀，透气量均匀度更高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
低密度聚乙烯树脂 5~10份；
线性低密度聚乙烯树脂 10~20份；
茂金属聚乙烯树脂 10~20份；
重质碳酸钙 40~50份；
相容剂 5~15份；
分散剂 0.5~2份；
抗氧剂 0.5~2份；
润滑剂 0.5~2份；
所述线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯的结晶度均小于等于35%；
所述重质碳酸钙经过表面处理剂包覆处理，所述重质碳酸钙的粒径为1~6 μm；
所述暖贴专用透气膜采用拉伸工艺制备的总拉伸比3倍~5倍。
2.根据权利要求1所述暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，所述重质碳酸钙的粒径为3~5 μm。
3.根据权利要求1所述暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，所述低密度聚乙烯在190℃，2.16Kg下的熔融指数为4~10 g/10min之间。
4.根据权利要求1所述暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，所述重质碳酸钙通过湿法研磨制备。
5.根据权利要求1所述暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，所述相容剂为丙烯共聚物、乙烯丙烯共聚物、马来酸酐接枝共聚物、聚烯烃弹性体、EVA弹性体、SEBS弹性体中的一种。
6.根据权利要求1所述暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，所述分散剂为蒙旦酯类、高分子酯类、酰胺类、硬脂酸盐类或氧化聚乙烯蜡中的一种。
7.根据权利要求1所述暖贴专用透气膜组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂的一种。
8.根据权利要求1~7任一项所述暖贴专用透气膜组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 将低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂、茂金属聚乙烯树脂、重质碳酸钙、相容剂、分散剂、抗氧剂和润滑剂经挤出机造粒，烘干后密封包装；
S2. 将步骤S1制备的暖贴专用透气膜原料进行烘干处理；
S3. 将步骤S2烘干后的原料输送至挤出机螺杆，物料经挤出机螺杆熔融塑化后进入T型模头，熔体经口模挤出；
S4. 将步骤S3的熔体经流延辊冷却，冷却后的膜片经在线测厚系统进行检测，随后进行预热、拉伸、定型、冷却工序。
9.根据权利要求8所述暖贴专用透气膜组合物的制备方法，其特征在于，所述烘干处理的烘干时间大于等于3小时。
10.权利要求1~7任一项所述暖贴专用透气膜组合物在制备暖贴中的应用。
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