CN112852048A - 一种pe透气膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯(PE)透气膜材料及其制备方法和在制备个人卫生护理用品、聚乙烯透气膜中的应用。该PE透气膜材料按质量份数计，原料组成包括：聚乙烯25～59.5份，碳酸钙38～70份，分散剂0.5～2份，壳聚糖1.5～3份，耐老化助剂0.2～2份；聚乙烯为质量比为2～4:1的线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物，混合物在190℃、2.16kg条件下熔体质量流动速率为1～30g/10min；碳酸钙D50尺寸为1.0～3.0μm。所述制备方法包括：将原料混合均匀后从双螺杆挤出机主喂料口加入，经熔融挤出得到PE透气膜材料；熔融挤出的温度为170～200℃，双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。
Description
技术领域
本发明涉及聚乙烯(PE)膜材料领域，具体涉及一种PE透气膜材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚乙烯透气膜是允许水蒸气扩散透过但阻隔液态水渗漏的一种微孔膜，目前主要用于制造卫生防护用品以及透气性防雨布等制品，在医疗卫生、个人护理、建筑、农副产品包装等领域有广泛应用。聚乙烯透气膜的生产技术已经比较成熟，其工艺过程是先将以碳酸钙为主的无机填料填充聚乙烯，制得透气膜专用料；然后将专用料经过流延或吹塑方式制成薄膜；最后通过对薄膜施加单向或双向拉伸作用，使聚合物基体与填料颗粒表面发生分离并在填料颗粒之间发展出相互连通的微孔道，从而形成微孔透气膜。在上述工艺过程中，透气膜专用料的制备非常关键，因为专用料的性能决定了透气膜的生产速度和工艺稳定性，也对透气膜的孔结构、透气性能和力学性能有重要影响。
甲壳素是自然界中产量仅次于纤维素的一种多糖类天然高分子材料，其表面化学反应活性高，适合用于制备多种衍生物，其中研究最多的衍生物是壳聚糖(CTS)。壳聚糖由甲壳素脱乙酰制备而成，分子内含有大量的亲水基团氨基和羟基，具有天然的抗菌性和其他如吸湿透气性、生物相容性、可降解性、无毒无害性等优良性质，从而成为发展前景广阔，研究最多的天然高分子材料之一。
聚乙烯透气膜主要用于个人卫生护理和医用防护服等，对于抗菌有一定的要求，而壳聚糖有较强的抗菌能力，也具备一定的成膜性，将壳聚糖应用于改性聚乙烯透气膜，将其优势体现，后续将介绍这种改性所获得的有益效果和突出特点。
如申请公布号为CN202010644470.7的中国专利文献中公开了一种防水透气膜专用的碳酸钙的制备方法，其用壳聚糖改性碳酸钙，并公开了一种防水透气膜的制备方法，主要用聚丙烯基材，壳聚糖改性纳米碳酸钙等原料制备。该技术方案壳聚糖作为分散改性剂之一来改善纳米碳酸钙的分散性，所应用的透气膜基材是聚丙烯。
又如，申请公布号为CN201820363695.3的中国专利文献中公开了一种强韧型透气防水复合薄膜，采用壳聚糖抗菌层和三层PE透气膜复合的方式来获得防水透气，韧性强的抗菌PE透气膜。
又如，申请公布号为CN200910040968.6的中国专利文献中公开了一种无卤阻燃聚乙烯透气膜及其制备方法和应用，主要通过接枝处理无卤阻燃剂和聚乙烯使其含有极性集团和非极性大分子链，加强分散，从而获得了兼有透气和阻燃性能的聚乙烯透气膜。
又如，申请公布号为CN201410799784.9的中国专利文献中公开了一种高性能聚乙烯透气膜专用料及其制备方法，包括41-60份聚烯烃数值，40-55份表面处理的超细无机粉体，0.1-1.0份加工助剂，0-2份色母，制备得到力学性能优异，挥发低，产能高的透气膜专用料。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种PE透气膜材料，密度范围宽，在1.2～1.7g/cm3可调，同时具有优异抗菌性、成膜性、透气性以及高冲击强度、高弯曲模量等力学性能，特别适用于制备高端聚乙烯透气膜、个人卫生护理用品等。
一种PE透气膜材料，按质量份数计，原料组成包括：
所述聚乙烯为质量比为2～4:1的线性低密度聚乙烯(LLDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)的混合物，所述混合物在190℃、2.16kg条件下熔体质量流动速率为1～30g/10min；
所述碳酸钙D50尺寸为1.0～3.0μm。
本发明同时优化上述各组分原料用量以及聚乙烯、碳酸钙的性能参数，进一步提高上述壳聚糖/碳酸钙/聚乙烯体系的PE透气膜材料的透气率和力学性能等性质。
为了更好地实现本发明目的，本发明可进行以下技术方案的优选：
作为优选，所述的PE透气膜材料中，所述聚乙烯、碳酸钙、分散剂、壳聚糖、耐老化助剂的质量份数之和为100份。
作为优选，所述的PE透气膜材料中，所述分散剂为有机硅改性极化聚乙烯蜡。
进一步优选，所述分散剂为HS-EPB，来源于广州市合诚化学有限公司。
作为优选，所述的PE透气膜材料中，所述壳聚糖脱乙酰度大于85％，平均粒径为1～3μm，与碳酸钙颗粒尺寸相适应，优选经球磨得到，如此所得PE透气膜材料具有更好的透气率和力学性能等性质。
作为优选，所述的PE透气膜材料中，所述耐老化助剂为复配抗氧体系，选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯(抗氧剂1076)、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)中的至少两种。进一步优选，所述耐老化助剂为质量比为1:1的抗氧剂1010和抗氧剂168的复配物。
在以上优选条件下，本发明所述PE透气膜材料的密度在1.2～1.7g/cm3内可调，透气率不小于1800cm3/(m2·d·Pa)。
本发明还提供了所述的PE透气膜材料的一种优选制备方法，包括：将所述原料混合均匀后从双螺杆挤出机主喂料口加入，经熔融挤出得到所述PE透气膜材料；
所述熔融挤出的温度为170～200℃，所述双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。
上述制备方法制备得到的PE透气膜材料具有更佳的抗菌性能、成膜性、透气率和力学性能等性质。
本发明还提供了所述的PE透气膜材料在制备个人卫生护理用品中的应用。
本发明还提供了所述的PE透气膜材料在制备聚乙烯透气膜中的应用。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明在聚乙烯透气膜材料配方中引入壳聚糖，配合其他组分性质以及用量调控，最终成品仍保有壳聚糖的优异抗菌性，并且充分发挥壳聚糖的特质，提升了材料的成膜性，使得最终成品的透气率、力学性能得到极大增强。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。如无特殊说明，份均指质量份。表1单位：质量份。
实施例1
将35份聚乙烯1，11份聚乙烯2，50份碳酸钙1，1.5份分散剂，2.0份壳聚糖，0.5份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
将制得的聚乙烯材料在鼓风干燥箱，85℃干燥2小时，然后由注塑机注塑测试样条。密度测试按GB/T 1033.1-2008标准执行；拉伸强度和断裂拉伸应变按GB/T 1040.2-2006标准执行，速度50mm/min；弯曲强度和弯曲模量测试按GB/T 9341-2008标准执行，速度为2mm/min；简支梁缺口冲击强度按GB/T 1043.1-2008标准执行，摆锤4J；熔体流动速率按GB/T3682-2018标准执行，190℃、2.16kg；大肠杆菌抗菌率和金黄色葡萄球菌抗菌率按QB/T2591-2003标准执行；透气率按GB/T 1038-2000标准执行。各性能测试数据结果见下表3。
实施例2
将36份聚乙烯1，18份聚乙烯2，40份碳酸钙1，2.0份分散剂，2.0份壳聚糖，2.0份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
实施例3
将20份聚乙烯1，5份聚乙烯2，70份碳酸钙1，1.8份分散剂，3.0份壳聚糖，0.2份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
实施例4
将44.5份聚乙烯1，15份聚乙烯2，38份碳酸钙1，0.5份分散剂，1.5份壳聚糖，0.5份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条的制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例1
将23份聚乙烯1，23份聚乙烯2，50份碳酸钙1，1.5份分散剂，2.0份壳聚糖，0.5份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例2
将35份聚乙烯1，11份聚乙烯2，50份碳酸钙2，1.5份分散剂，2.0份壳聚糖，0.5份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例3
将36.1份聚乙烯1，11份聚乙烯2，50份碳酸钙1，0.4份分散剂，2.0份壳聚糖，0.5份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
对比例4
将36.2份聚乙烯1，11份聚乙烯2，50份碳酸钙1，1.5份分散剂，0.8份壳聚糖，0.5份抗氧剂在搅拌锅中低速搅拌10分钟以上，混合均匀后，放入挤出机料斗，通过双螺杆挤出机熔融共混，挤出温度170～200℃制备得到聚乙烯透气膜材料。双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。原料配比详见下表1，各原料来源以及主要指标详见下表2。
待测试样条制备条件及测试方法同实施例1，测试数据见下表3。
表1
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 聚乙烯1 | 35 | 36 | 20 | 44.5 | 23 | 35 | 36.1 | 36.2 |
| 聚乙烯2 | 11 | 18 | 5 | 15 | 23 | 11 | 11 | 11 |
| 碳酸钙1 | 50 | 40 | 70 | 38 | 50 | 50 | 50 | |
| 碳酸钙2 | 50 | |||||||
| 分散剂 | 1.5 | 2.0 | 1.8 | 0.5 | 1.5 | 1.5 | 0.4 | 1.5 |
| 壳聚糖 | 2.0 | 2.0 | 3.0 | 1.5 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 0.8 |
| 抗氧剂 | 0.5 | 2.0 | 0.2 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 总量 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
表2
表3
上表3为各实施例与对比例分别制备的聚乙烯透气膜材料性能测试结果，其中实施例1～4中，在LLDPE和LDPE复配，采用高目数小粒径碳酸钙填充改性，再添加合适比例的壳聚糖和分散剂、抗氧剂等，可以制备不同填充度的聚乙烯透气膜材料，该透气膜材料的大肠杆菌抗菌性率和金黄色葡萄球菌抗菌率均高于99.8％，透气率≥1800cm3/(m2·d·Pa)，具备优异的成膜性、抗菌性、透气率和综合力学性能，是符合要求的优质聚乙烯透气膜材料，因此可作为个人卫生护理用品的专用料。
除此以外，不在原料限定特性以及比例范围的对比例1和对比例2，助剂添加量过少的对比例3和4，抗菌性、透气率、综合力学性能等都比较差，不适合做优质个人卫生护理用品。
综合对比各实施例和对比例，LLDPE、LDPE和特殊粒径的碳酸钙，在一定比例范围内，通过壳聚糖和分散剂的协同作用下，获得了良好的成膜性能，且具备优异的抗菌性、透气率和综合力学性能，很适合制成高端聚乙烯透气膜以及应用于个人卫生护理用品。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种PE透气膜材料，其特征在于，按质量份数计，原料组成包括：
所述聚乙烯为质量比为2～4:1的线性低密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物，所述混合物在190℃、2.16kg条件下熔体质量流动速率为1～30g/10min；
所述碳酸钙D50尺寸为1.0～3.0μm。
2.根据权利要求1所述的PE透气膜材料，其特征在于，所述聚乙烯、碳酸钙、分散剂、壳聚糖、耐老化助剂的质量份数之和为100份。
3.根据权利要求1所述的PE透气膜材料，其特征在于，所述分散剂为有机硅改性极化聚乙烯蜡。
4.根据权利要求3所述的PE透气膜材料，其特征在于，所述分散剂为HS-EPB。
5.根据权利要求1所述的PE透气膜材料，其特征在于，所述壳聚糖脱乙酰度大于85％，平均粒径为1～3μm，经球磨得到。
6.根据权利要求1所述的PE透气膜材料，其特征在于，所述耐老化助剂为复配抗氧体系，选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯中的至少两种。
7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的PE透气膜材料，其特征在于，所述PE透气膜材料的密度为1.2～1.7g/cm3，透气率不小于1800cm3/(m2·d·Pa)。
8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的PE透气膜材料的制备方法，其特征在于，包括：将所述原料混合均匀后从双螺杆挤出机主喂料口加入，经熔融挤出得到所述PE透气膜材料；
所述熔融挤出的温度为170～200℃，所述双螺杆挤出机的主机转速为200～400转/分钟。
9.根据权利要求1～7任一权利要求所述的PE透气膜材料在制备个人卫生护理用品中的应用。
10.根据权利要求1～7任一权利要求所述的PE透气膜材料在制备聚乙烯透气膜中的应用。
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