CN113121993A - 一种具有高阻隔性的真空袋薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有高阻隔性能的真空袋薄膜及其制备方法和应用，所述真空袋薄膜的材料按照重量份包括如下组分：尼龙95～99重量份、纳米片材料1～5重量份和润滑剂0.5～1重量份；所述纳米片材料在加工过程中可以填充到尼龙具有的分子空隙中，并将所述空隙隔离开来，提高了尼龙的密封性，进而大大增强了所述真空袋薄膜的阻隔性能，从根本上解决了尼龙在高湿环境下分子交联结构被破坏带来的问题，得到了兼具优异阻隔性能和机械性能的真空袋薄膜，具有重要的研究意义。
Description
技术领域
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种具有高阻隔性的真空袋薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
真空袋薄膜是一种适用于真空灌注工艺的辅助材料，具有优异的阻隔性、耐温性及力学性能，目前广泛应用于风力发电、船舶、飞机等大型构件的制作，采用的加工方法多为真空灌注工艺。真空灌注工艺要求真空袋薄膜具有很好的阻隔性，并且不允许有任何漏气点的出现，目前所用的真空袋薄膜主要材料为尼龙，但是，尼龙在高湿度环境下，气体阻隔性能明显降低，不利于真空成型过程中的密封性，这主要是由于尼龙分子在高湿环境下，与水分子形成氢键，破坏原来的交联结构所造成的。
在真空包装袋领域，常用阻隔性来判断真空袋的密封性能，因此，针对于如何提高真空袋薄膜的阻隔性能的研究和报道是目前真空包装袋领域研究的重点。CN111892810A公开了一种风电叶片用聚酰胺真空袋复合膜及其生产工艺，生产工艺简单、原料来源广泛，制备得到的复合膜具有良好的机械性能，强度高、柔软，具有强度高、延伸率高、能够直接接触风电叶片胶黏树脂等优点，包装袋膜材尺寸稳定，不变形，不分层，很好的延伸性、热稳定性、阻隔性、高抗拉强度、耐撕裂，柔软，随型性佳；可以直接接触树脂，污染少，成型率高，特别是厚的风电叶片，可提高一次成型成品率，制品没有气泡，制品强度高，可重复性强，同时大大降低生产成本，不使用胶黏剂，不使用含氟树脂及薄膜，保证了叶片材料产品质量的稳定性和完整性，具有广泛的应用价值，经济实用，性价比高。CN206938118U公开了一种真空袋膜，包括袋膜本体，所述袋膜本体的两侧分别设有用于粘合的粘合层，所述粘合层的外侧设有用于解装的离型层，所述粘合层为含有阻燃剂和热稳定剂的阻燃胶层，所述袋膜本体包括聚丙烯层，所述聚丙烯层的两侧分别设有与所述聚丙烯层粘接的尼龙层。CN205952684U公开了一种高阻隔复合真空袋，其中，包括袋体，所述袋体由外及里依次包括上透明薄膜层、聚酯膜保护层、第一PA层、第一粘合层、第二PA层、中间层、双向拉伸阻隔层、第三PA层、第二粘合层、PE层和下透明薄膜层，所述中间层为纯铝箔层，所述第一粘合层和所述第二粘合层均为AD膜层，所述第一PA层、所述第二PA层和所述第三PA层的总厚度比例占据所述袋体总厚度的15～30％。该实用新型的有益效果在于：EVOH或者MXD6的机械强度、伸缩性、耐磨性和表面强度均优于PVDC，本真空袋具有良好的热封和阻隔性能。
但是，上述专利得到的真空袋薄膜没有从根本上解决尼龙分子在高湿环境下与水分子形成氢键，导致其分子结构被破坏，进而使得制备得到的真空袋薄膜阻隔性以及阻隔持久性较差的问题。
因此，开发一种具有阻隔性能高且持久的真空袋薄膜，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高阻隔性的真空袋薄膜及其制备方法和应用，所述真空袋薄膜的材料包括尼龙、纳米片材料和润滑剂的组合；所述纳米片材料可填充到尼龙分子本身具有的空隙中，并将空隙隔离开来，进而大大增强了所述真空袋薄膜的密封性，从根本上解决了尼龙分子因交联结构被破坏带来的问题，得到了具有高阻隔性能的真空袋薄膜，具有重要的研究意义。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，所述真空袋薄膜的材料按照重量份包括如下组分：尼龙95～99重量份、纳米片材料1～5重量份和润滑剂0.5～1重量份。
所述尼龙可以为95.5重量份、96重量份、96.5重量份、97重量份、97.5重量份、98重量份或98.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述纳米片材料可以为1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
所述润滑剂可以为0.55重量份、0.6重量份、0.65重量份、0.7重量份、0.75重量份、0.8重量份、0.85重量份、0.9重量份或0.95重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
本发明中所述具有高阻隔性的真空袋薄膜中“高阻隔性能”指的是在一定压力、一定温度、一定湿度、单位时间、单位面积内透过O2透过率小于10cm3·mm/24h·m2·mPa的真空袋薄膜。
本发明提供的具有高阻隔性的真空袋薄膜的内部微观模拟结构示意图如图1所示，其中1代表尼龙分子，2代表纳米片材料；通过在尼龙中添加特定份数的纳米片材料2，所述纳米片片材料2可填充尼龙分子1本身具有的空隙中，并将空隙隔离开来，填充了所述尼龙分子1在高湿条件下因交联结构被破坏所存在的间隙，进而大大增强了真空袋薄膜的密封性；本发明提供的具有高阻隔性能的真空袋薄膜还在材料中进一步添加润滑剂来增加纳米片材料在尼龙中的分散均匀性，在保证制备得到的真空袋薄膜具有高阻隔性的同时兼具优异的机械性能。
优选地，所述尼龙包括尼龙6、尼龙66或尼龙12中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述纳米片材料和尼龙的质量比为1:(20～30)，例如1:21、1:22、1:23、1:24、1:25、1:26、1:27、1:28或1:29等。
优选地，所述纳米片材料包括石墨烯、蒙脱土或云母粉中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述纳米片材料为偶联剂改性纳米片材料。
作为本发明的优选技术方案，所述纳米片材料为偶联剂改性纳米片材料，采用偶联剂改性纳米片材料可以进一步提升其与尼龙的相容性，进而进一步提升最终得到的真空袋薄膜的阻隔性能和机械性能。
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂。
优选地，所述润滑剂包括硬脂酸盐。
优选地，所述硬脂酸盐包括硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述真空袋薄膜的材料中还包括热稳定剂和/或抗静电剂。
优选地，所述真空袋薄膜的材料中热稳定剂的含量为1～5重量份，例如1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，所述热稳定剂包括铜/卤复合稳定剂。
优选地，所述真空袋薄膜的材料中抗静电剂的含量为0.5～2重量份，例如0.7重量份、0.9重量份、1.1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.7重量份或1.9重量份，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述真空袋薄膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将尼龙、纳米片材料和润滑剂进行混合、造粒，得到改性尼龙粒子；
(2)将步骤(1)得到的改性尼龙粒子、任选地热稳定剂和任选地抗静电剂混合、吹塑，得到所述真空袋薄膜。
本发明提供的真空袋薄膜的制备方法与传统的真空袋薄膜的制备方法相似，都是采用吹塑的方式，只是多增加了尼龙、纳米片材料和润滑剂混合的步骤，制备方法整体工艺简单，无需添加额外的设备，适合大批量工业化生产。
优选地，步骤(1)所述混合的时间为10～30min，例如12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min或28min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。。
优选地，步骤(1)所述混合在搅拌的条件下进行，进一步优选为在转速为100～500rpm(例如150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm或450rpm等)的搅拌条件下进行。
优选地，步骤(2)所述混合的时间为10～30min例如12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min或28min，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
优选地，步骤(2)所述混合在搅拌的条件下进行，进一步优选为在转速为100～500rpm例如150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm或450rpm等)的搅拌条件下进行。
优选地，步骤(2)所述吹塑通过单层挤出或多层共挤的方式进行。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将尼龙、纳米片材料和润滑剂进行在转速为100～500rpm的搅拌条件下混合10～30min、造粒，得到改性尼龙粒子；
(2)将步骤(1)得到的改性尼龙粒子、任选地热稳定剂和任选地抗静电剂在转速为100～500rpm的搅拌条件下混合10～30min、通过单层挤出或多层共挤的方式进行吹塑，得到所述真空袋薄膜。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的真空袋薄膜在包装中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的具有高阻隔性的真空袋薄膜的材料包括尼龙、纳米片材料和润滑剂的组合；在材料中添加特定份数的纳米片材料，所述纳米片材料可在加工过程中填充到尼龙材料分子本身具有的空隙中，并将所述空隙隔离开来，进而大大增强了所述真空袋薄膜的密封性，从根本上解决了在高湿环境下因尼龙分子交联结构被破坏带来的问题，得到了具有高阻隔性能的真空袋薄膜，且在所述材料中还进一步添加润滑剂，提升了所述真空袋薄膜的阻隔性的同时提升了其机械性能，具有重要的研究意义。
(2)具体而言，本发明提供的真空袋薄膜的O2透过率为6.2～9.8cm3·mm/24h·m2·mPa；拉伸强度为67.3～83.5MPa；断裂伸长率为340～441％；且得到的真空袋薄膜的膜面均平整、无杂质、无晶点。
附图说明
图1为本发明提供的真空袋薄膜的内部微观模拟结构示意图，其中，1-尼龙分子，2-纳米片材料。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其材料按照重量份包括如下组分：
其中，尼龙6来源于EMS、FG 40NL nat，热稳定剂来源于布吕格曼、型号H320，抗静电剂来源于科莱恩、Hostastat HS-1；
本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将尼龙6、石墨烯和硬脂酸锌在转速为300rpm的条件下混合20min，造粒，得到改性尼龙粒子；
(2)将步骤(1)得到的改性尼龙粒子、热稳定剂和抗静电剂在转速为300rpm的条件下混合20min，通过单层挤出进行吹塑，得到所述真空袋薄膜。
实施例2
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其材料按照重量份包括如下组分：
其中，尼龙66来源于兰蒂奇、A42K 100M NT，热稳定剂来源于布吕格曼、H320，抗静电剂来源于科莱恩、Hostastat HS-1；
本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将尼龙66、蒙脱土和硬脂酸镁在转速为150rpm的条件下混合30min，造粒，得到改性尼龙粒子；
(2)将步骤(1)得到的改性尼龙粒子、热稳定剂和抗静电剂在转速为200rpm的条件下混合25min，通过单层挤出进行吹塑，得到所述真空袋薄膜。
实施例3
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其材料按照重量份包括如下组分：
其中，尼龙12来源于EMS、L16，热稳定剂来源于布吕格曼、型号H318，抗静电剂来源于科莱恩、Hostastat HS-1；
本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将尼龙12、云母粉和硬脂酸钙在转速为400rpm的条件下混合13min、造粒，得到改性尼龙粒子；
(2)将步骤(1)得到的改性尼龙粒子、热稳定剂和抗静电剂在转速为450rpm的条件下混合10min、通过单层挤出进行吹塑，得到所述真空袋薄膜。
实施例4
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其与实施例1的区别仅在于，采用硅烷偶联剂改性石墨烯(将石墨烯和硅烷偶联剂KH 550在50℃去离子水中混合4h得到)替换实施例1中的石墨烯，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其与实施例1的区别在于，尼龙6的用量为95.5重量份、石墨烯的用量为4.5重量份，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其与实施例1的区别在于，尼龙6的用量为96.5重量份、石墨烯的用量为3.5重量份，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例7
一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其与实施例1的区别在于，尼龙6的用量为95重量份、石墨烯的用量为5重量份，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
实施例8
一种具有高阻隔性能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别在于，尼龙6的用量为97重量份、石墨烯的用量为3重量份，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种真空袋薄膜，其材料按照重量份包括如下组分：
其中，尼龙6来源于EMS、FG 40NL nat，热稳定剂来源于布吕格曼、H320，抗静电剂来源于科莱恩、Hostastat HS-1；
本实施例提供的真空袋薄膜的制备方法包括：将尼龙6、硬脂酸锌、热稳定剂和抗静电剂在转速为300rpm的条件下混合20min、通过单层挤出进行吹塑，得到所述真空袋薄膜。
对比例2
一种具有高阻隔性能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别在于，尼龙6的用量为94.5重量份、石墨烯的用量为5.5重量份，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种具有高阻隔性能的真空袋薄膜，其与实施例1的区别在于，尼龙6的用量为99.5重量份、石墨烯的用量为0.5重量份，其它组分、用量和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)膜面外观：肉眼观察样品表面是否平整，有无晶点，有无杂质；
(2)O2透过率：按照GB1038规定的测试方法进行测试；
(3)拉伸强度和断裂伸长率：按照GB1040规定的方法进行测试。
按照上述测试方法对实施例1～8和对比例1～3提供的真空袋薄膜进行测试，测试结果如表1所示：
表1
根据表1数据可以看出：本发明提供的真空袋薄膜具有优异的阻隔性和机械性能。
具体而言，实施例1～8提供的真空薄膜的O2透过率为6.2～9.8cm3·mm/24h·m2·mPa；拉伸强度为67.3～83.5MPa；断裂伸长率为340～441％；且膜面均平整、无杂质、无晶点。
比较实施1和对比例1和3可以发现，不添加石墨烯制备得到的真空袋薄膜(对比例1)或石墨烯添加量过低得到的真空袋薄膜(对比例3)的O2透过率高达15.6cm3·mm/24h·m2·mPa，阻隔性较差。
比较实施例1和对比例2可以发现，石墨烯用量过多(对比例2)得到的真空袋薄膜的O2透过率较低，但是拉伸强度和断裂伸长率均下降很多，且由于石墨烯用量过都容易造成团聚现象，吹出来的薄膜表面出现大量杂质点，不能满足常规需求。
进一步比较实施例1和实施例5-8可以发现，当石墨烯和尼龙的用量超过1:30得到的真空袋薄膜(实施例8)的O2透过率有所提高，当石墨烯和尼龙的用量低于1:20得到的真空袋薄膜(实施例7)的拉伸强度和断裂伸长率均有所下降。
进一步比较实施例1和实施例4可以发现，实施例4得到的真空袋薄膜的O2透过率、拉伸强度和断裂伸长率均较高，这是因为经过偶联剂改性后得到的石墨烯与尼龙的相容性更好，混合更加均匀，进而使得最终得到的真空袋薄膜的性能最佳。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种具有高阻隔性的真空袋薄膜及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种具有高阻隔性的真空袋薄膜，其特征在于，所述真空袋薄膜的材料按照重量份包括如下组分：尼龙95～99重量份、纳米片材料1～5重量份和润滑剂0.5～1重量份。
2.根据权利要求1所述的真空袋薄膜，其特征在于，所述尼龙包括尼龙6、尼龙66或尼龙12中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述纳米片材料和尼龙的质量比为1:20～30。
3.根据权利要求1或2所述的真空袋薄膜，其特征在于，所述纳米片材料包括石墨烯、蒙脱土或云母粉中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述纳米片材料为偶联剂改性纳米片材料；
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1～3任一项所述的真空袋薄膜，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸盐；
优选地，所述硬脂酸盐包括硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1～4任一项所述的真空袋薄膜，其特征在于，所述真空袋薄膜的材料中还包括热稳定剂和/或抗静电剂；
优选地，所述真空袋薄膜的材料中热稳定剂的含量为1～5重量份；
优选地，所述热稳定剂包括为铜/卤复合热稳定剂；
优选地，所述真空袋薄膜的材料中抗静电剂的含量为0.5～2重量份。
6.一种如权利要求1～5任一项所述真空袋薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将尼龙、纳米片材料和润滑剂进行混合、造粒，得到改性尼龙粒子；
(2)将步骤(1)得到的改性尼龙粒子、任选地热稳定剂和任选地抗静电剂混合、吹塑，得到所述真空袋薄膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的时间为10～30min；
优选地，步骤(1)所述混合在搅拌的条件下进行，进一步优选为在转速为100～500rpm的搅拌条件下进行。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的时间为10～30min；
优选地，步骤(2)所述混合在搅拌的条件下进行，进一步优选为在转速为100～500rpm的搅拌条件下进行。
9.根据权利要求6～8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述吹塑通过单层挤出或多层共挤的方式进行。
10.一种如权利要求1～5任一项所述的真空袋薄膜在包装中的应用。
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