CN113831483A - 一种薄膜制品专用开口爽滑剂 - Google Patents

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包晓萱
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Abstract

本发明公开了一种薄膜制品专用开口爽滑剂,所述开口爽滑剂是一种聚合物包覆材料,由内到外依次包含芯层、壳层及柔性伸展支链。本发明所公开的这种复合粒子作为薄膜制品的开口爽滑剂具有较好的分散性,与聚烯烃树脂的相容性,优异的开口爽滑作用,极大地降低薄膜的摩擦系数,防止静电的产生,并且在作为填料在树脂体系中添加量可高达20%的同时,不影响树脂本身性能,大大降低了生产成本。

Description

一种薄膜制品专用开口爽滑剂
技术领域
本发明涉及爽滑剂领域,更具体地涉及一种薄膜制品专用开口爽滑剂。
背景技术
随着现代社会的发展,塑料制品由于其具有较好地稳定性、生产成本低廉、质量轻、性能好等特点受到了越来越多的人的青睐,被广泛应用于食品包装、医药用品、化工等领域,尤其在食品包装领域的应用尤为广泛,比如饮料包装、速冻食品包装、蒸煮食品包装等,这些产品都给人们生活带来了极大的便利。
但是目前所使用的塑料薄膜制品普遍存在着开口性差,易粘连,容易产生静电等问题,因此塑料薄膜制品的改性成为了国内外热门的研究方向。
滑石粉是一种由天然的水合硅酸盐矿物加工后粉碎而得,具有良好的润滑性、化学稳定性、优异的吸附性,因此在塑料薄膜、化妆品、电缆、等行业被作为无机填充材料广泛使用。由于其成本价格低廉,通过向塑料薄膜中填充滑石粉可以极大的降低生产成本,同时还可以赋予制品润滑爽口作用,提升抗静电性能,以及在制品成型收缩率、刚性、抗蠕变性、热稳定性等方面发挥重要作用。
但是滑石粉具有无机材料特有的高表面能性能,当与高聚物共混时,由于高聚物具有较低表面能,使得滑石粉极难与高聚物互溶,所以我们需要通过对滑石粉的表面改性来提高其与高聚物的相容性。
文献1(Liu Z,Gilbert M.Structure and properties of talc-filledpolypropylene:Effect of phosphate coating[J].Journal of Applied PolymerScience,1996,59(7):1087-1098.)中使用多种磷酸酯偶联剂对滑石粉进行表面处理,通过研究发现当滑石粉表面覆盖了6 %左右的磷酸酯时,改性的滑石粉在体系中相容性有所提高,并且使得体系的抗张强度得到显著提升。文献2(陈振耀,祝建中,庄翼.滑石粉填充丙烯酸塑料的研究[J].塑料科技,)中采用钛酸酯偶联剂等对滑石粉进行偶联处理,并用氯化石蜡进行表面处理,将改性后的滑石粉填充至聚丙烯体系中,发现改性滑石粉能增加流动性能,改善体系的成型性。然而这些现有技术在相容性方面的改善未完全达到理想状态,滑石粉作为爽滑剂大量使用时会对高聚物的机械性能带来负面影响,兼顾爽滑性与力学强度是开发方向。
发明内容
为了解决上述问题,本发明公开了一种薄膜制品专用开口爽滑剂,所述开口爽滑剂由内到外依次包含芯层、壳层及柔性伸展支链。
作为本发明的进一步方案,所述芯层为改性滑石粉。
作为本发明的进一步方案,所述改性滑石粉的制备方法包含以下步骤:将滑石粉与无机碱在加热条件下反应,然后冷却、离心、干燥,即得表面羟基化的改性滑石粉。
作为本发明的进一步方案,所述壳层为聚丙烯酸酯。
作为本发明的进一步方案,本发明壳层包覆芯层的方法为通过自由基聚合得到。
作为本发明的进一步方案,上述自由基聚合的方法包含以下步骤:
(1)首先对丙烯酸单体进行减压蒸馏提纯,除去丙烯酸单体中混有的阻聚剂;
(2)将处理好的丙烯酸单体用有机溶剂充分溶解;所述有机溶剂优选DMF和异丙醇组成的混合溶剂;
(3)将真空干燥后的改性滑石粉与甲苯以质量比为1:1-5混合,取步骤(2)中1/5-3/5的混合物加入改性滑石粉与甲苯的混合物中,再向该混合物中加入体系总质量1-3%的引发剂(例如AIBN)作为聚合反应液,将反应液搅拌,升温至50-70℃,再向步骤(2)中剩余的混合物中加入体系总质量1-2%的引发剂作为聚合补充液,将聚合补充液缓慢滴加至聚合反应液中,并控制反应温度维持在50-70℃;
(4)滴加结束后,继续反应5-30min,出料,使用有机溶剂稀释反应液,再加入由水和与水互溶的有机溶剂(例如甲醇、乙醇)组成的混合溶剂,产物析出,过滤、洗涤、烘干,得到壳层包覆的芯层。
作为本发明的进一步方案,步骤(1)中所述丙烯酸单体至少包含一种或更多种选自由甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯组成的混合物。
作为本发明的进一步方案,步骤(1)中所述丙烯酸单体还包含至少一种选自由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异冰片脂、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片脂、甲基苯乙烯组成的混合物。
作为本发明的进一步方案,所述柔性伸展支链为有机硅,特别优选异氰酸丙基三乙氧基硅烷,结构如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
作为本发明的进一步方案,所述壳层与柔性伸展支链通过异氰酸酯反应实现连接。
作为本发明的进一步方案,本发明一种薄膜制品专用开口爽滑剂中异氰酸酯反应包含以下步骤:
将已经包覆芯层的壳层材料与过量异氰酸丙基三乙氧基硅烷混合,再加入催化剂(例如二月桂酸二丁基锡),在60-80℃下反应12-36h,反应结束后(可通过对反应液取样离心沉淀得到聚合物颗粒,使用红外光谱监测羟基基团,如羟基基团消失则视为反应完全),将反应液离心、沉淀,使用无水甲苯反复冲洗聚合物颗粒,得到所述开口爽滑剂。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是:
(1)本发明通过丙烯酸酯共聚物包覆滑石粉表面,根据相似相溶原理,使得制备的复合粒子作为填料在聚烯烃树脂中具有优异地相容性,不析出;
(2)通过对滑石粉进行表面羟基改性,增强了滑石粉和外层丙烯酸酯共聚物的结合能力;
(3)通过引入柔性有机硅伸展支链,提高了复合材料整体的爽滑性;
(4)本发明提供的这种复合粒子作为薄膜制品的开口爽滑剂具有较好的分散性,以及与树脂材料的相容性,具有优异的开口爽滑作用,极大地降低了薄膜摩擦系数,防止静电的产生,并且在作为填料在树脂体系中添加量可高达20%的同时,不影响树脂本身性能,大大降低了生产成本。
具体实施方法
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中,所涉及的操作未注明条件者,均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。本发明方案中所用原料购自国药试剂以及阿拉丁试剂。
改性滑石粉的制备:
将20g的滑石粉与400mL浓度为30%氢氧化钠溶液混合倒入三口烧瓶中,温度维持在80℃,持续搅拌5h,待溶液冷却后,经洗涤、离心,80℃条件下真空干燥48h,制得表面羟基化的滑石粉。
壳层(丙烯酸酯)包覆芯层(改性滑石粉):
(1)首先对丙烯酸单体进行减压蒸馏提纯,除去丙烯酸单体中混有的阻聚剂;
(2)将处理好的丙烯酸单体按照一定的摩尔比准确称量后用DMF和异丙醇按体积比2:1组成的混合溶剂充分溶解;(具体丙烯酸单体类型及比例参见下表1)
(3)将真空干燥后的改性滑石粉与甲苯以质量比为1:4混合加入四口烧瓶中,取步骤(2)中3/5的混合物加入该四口烧瓶中,再向该四口烧瓶中加入体系总质量2.5%的引发剂AIBN作为聚合反应液,将反应液搅拌升温至65℃,再向步骤(2)中另外2/5的混合物中加入体系总质量1.5%的聚合引发剂AIBN作为聚合补充液,将聚合补充液缓慢滴加至聚合反应液中,并控制反应温度维持在50-70℃;
(4)滴加结束后,继续反应15min,出料,使用DMF稀释反应液,再加入由水和与甲醇按体积比10:1组成的混合溶剂,产物析出,过滤、反复洗涤2-3次、在60℃下烘干,最终得到白色固体,即为壳层包覆的芯层。
表1
丙烯酸单体及其摩尔比
实施例1 甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸甲酯=1:1.55
实施例2 丙烯酸羟乙酯:丙烯酸丁酯=1:1.5
实施例3 甲基丙烯酸羟丙酯:丙烯酸甲酯=1:1.5
实施例4 丙烯酸羟丙酯:苯乙烯:甲基丙烯酸羟乙酯=1:0.5:1.5
实施例5 甲基丙烯酸缩水甘油酯:甲基丙烯酸甲酯=1:1.6
实施例6 甲基丙烯酸缩水甘油酯:丙烯酸甲酯=1.25:1
实施例7 甲基丙烯酸羟乙酯:丙烯酸异冰片酯=1:1.45
实施例8 丙烯酸羟基乙酯:丙烯酸异冰片酯=1:1.5
壳层与柔性伸展支链连接:
将上述制备得到的已经包覆芯层的壳层材料与过量异氰酸丙基三乙氧基硅烷混合,再加入0.05%的催化剂二月桂酸二丁基锡,在70℃下反应24h,通过对反应液取样离心沉淀得到聚合物颗粒,使用红外光谱监测羟基基团,如羟基基团消失则视为反应完全,反应结束后,将反应液离心、沉淀,使用无水甲苯反复冲洗聚合物颗粒,得到所述开口爽滑剂。
将上述制备得到的爽滑剂应用于聚乙烯薄膜的制造工艺中,工艺如下:将上文制备得到的爽滑剂20份与聚乙烯100份、抗氧剂(1010)0.5份、助剂硬脂酸锌0.5份在高速混合机中搅拌,搅拌均匀后出料,在双螺杆挤出机上挤出,并造粒用于吹塑薄膜,挤出工艺参数为:温度190℃,螺杆电机频率为20Hz,吹塑工艺参数为:温度:170℃,螺杆电机频率:15Hz,吹胀比:2。
另外,设置如下对比例1和对比例2:
对比例1:不添加开口爽滑剂,其余工艺与实施例1一致。
对比例2:将爽滑剂替换为普通滑石粉,其余工艺与实施例1一致。
性能测定方法:
摩擦系数测试:GB /T10006-1998( ASTMD1894)。
粘结力测试:GB/16276-1996。
拉升强度测试:GB13022-1992。
表2
实验序号 静摩擦力 动摩擦力 粘结力(N) 拉升强度(纵向)MPa 拉升强度(横向)MPa
实施例1 0.15 0.16 0.05 24.8 17.2
实施例2 0.17 0.17 0.06 24.7 17.4
实施例3 0.17 0.16 0.07 25.5 17.6
实施例4 0.16 0.17 0.06 25.2 17.1
实施例5 0.20 0.20 0.05 25.7 17.4
实施例6 0.19 0.20 0.04 25.3 17.5
实施例7 0.19 0.19 0.06 24.9 17.3
实施例8 0.16 0.17 0.04 24.4 17.7
对比例1 0.65 0.68 0.83 25.1 17.8
对比例2 0.54 0.62 0.64 22.2 15.6
从上表2可看出,本发明制备得到的爽滑剂具有较好的分散性,因而具有优异的开口爽滑作用,极大地降低了薄膜摩擦系数,防止静电的产生,并且在作为填料在树脂体系中添加量可高达20%的同时,还使得树脂兼具优异的性能,也同时大大降低了生产成本。

Claims (10)

1.一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述开口爽滑剂由内到外依次包含芯层、壳层及柔性伸展支链。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述芯层为改性滑石粉。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述壳层为聚丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述柔性伸展支链为有机硅。
5.根据权利要求1所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述壳层与柔性伸展支链通过异氰酸酯反应实现连接。
6.根据权利要求2所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述改性改性滑石粉的制备方法包含以下步骤:将滑石粉与无机碱在加热条件下反应,然后冷却、离心、干燥,即得表面羟基化的改性滑石粉。
7.根据权利要求3所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述壳层包覆所述芯层的方法为通过自由基聚合得到。
8.根据权利要求7所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述自由基聚合的方法包含以下步骤:
(1)首先对丙烯酸单体进行减压蒸馏提纯,除去丙烯酸单体中混有的阻聚剂;
(2)将处理好的丙烯酸单体用有机溶剂充分溶解;
(3)将真空干燥后的改性滑石粉与甲苯以质量比为1:1-5混合,取步骤(2)中1/5-3/5的混合物加入改性滑石粉与甲苯的混合物中,再向该混合物中加入体系总质量1-3%的聚合引发剂作为聚合反应液,将反应液搅拌升温至50-70℃,再向步骤(2)中剩余的混合物中加入体系总质量1-2%的聚合引发剂作为聚合补充液,将聚合补充液缓慢滴加至聚合反应液中,并控制反应温度维持在50-70℃;
(4)滴加结束后,继续反应5-30min,出料,使用有机溶剂稀释反应液,再加入由水和与水互溶的有机溶剂组成的混合溶剂,产物析出,过滤、洗涤、烘干,得到壳层包覆的芯层。
9.根据权利要求8所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述丙烯酸单体至少包含一种或更多种选自由甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯组成的混合物;所述丙烯酸单体还包含至少一种选自由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异冰片脂、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片脂、甲基苯乙烯组成的混合物。
10.根据权利要求5所述的一种薄膜制品专用开口爽滑剂,其特征在于,所述异氰酸酯反应包含以下步骤:
将已经包覆芯层的壳层材料与过量异氰酸丙基三乙氧基硅烷混合,再加入催化剂,在60-80℃下反应12-36h,反应结束后,将反应液离心、沉淀,使用无水甲苯反复冲洗聚合物颗粒,得到所述开口爽滑剂。
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