CN113997665B - 一种同质化烯烃类包装自立袋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种同质化烯烃类包装自立袋及其制备方法，该自立袋包括由表及里依次设置的印刷基材层、聚乙烯醇阻隔层、油墨层、粘合剂层和热封层；所述印刷基材层为MDOPE薄膜，由PE薄膜经MDO纵向拉伸得到，所述热封层为LDPE薄膜。经过MDO纵向拉伸，大幅改善了PE膜的耐温性能和机械强度，使PE材料满足了作为软包装印刷基材的要求；通过聚乙烯醇乳液的涂布形成聚乙烯醇阻隔层，增强了氧气阻隔性；热封层采用LDPE薄膜，满足了同质化可回收的要求，在食品包装领域具有良好的应用前景。

Description

一种同质化烯烃类包装自立袋及其制备方法
技术领域
本发明属于包装袋领域，具体涉及一种同质化烯烃类包装自立袋及其制备方法。
背景技术
据科尔尼(Kearney)的分析，目前世界上只有8%的塑料被回收利用，全球塑料使用总量约30%来自包装。每年约有800万吨的塑料废物进入海洋。这一数字在2019年总计为1.1亿吨。到2050年，塑料产量预计将大幅增长，并预测将达到7亿吨。如果不采取任何对策，每年将有6.44亿吨塑料进入垃圾填埋场。
为减少包装废弃物对环境的影响、创造可循环经济的包装。多家跨国公司提出2025年可持续包装计划，计划在2025年达到包装100%可回收、可再用或可堆肥的要求。
现有软包装材料多分为多层复合结构，其中按功能分为印刷基材层和阻隔功能层、热封层的复合结构。而通常比较常用的印刷基材为双拉聚酯薄膜（PET）、双拉聚酰胺（PA）双拉聚丙烯（BOPP）等材料。通常的阻隔层有铝箔（AL）、真空镀铝材料（VMBOPP、VMPET），热封材料通常为聚乙烯（PE）和聚丙烯（CPP）材料。由于PE膜的受热后尺寸稳定性较差、熔点较低的特性，很难作为印刷、涂布的表层基材。再加之加工设备的限制，之前PE膜通常被作为热封层使用。所以通常现有一个软包装复合结构中会有一种或多种不同性质的材料经过复合工艺完成。通常如PET/PE、PET/CPP结构，由于PET材料的存在，回收再加工后的整体材料无机械强度。而如PA/PE结构，当PA的含量＞5%，由于性能的差异，在造粒加工过程时，挤出设备将无法挤出加工。所以为了满足包装材料废弃可回收再循环使用的要求，则需要包装材料在结构设计上至少要满足各层材料为同性质材料的要求，才便于材料回收熔融再造粒。
MDO（Machine Direction Orientation）是薄膜机器方向拉伸的英文缩写，即纵向拉伸。一般来说，MDO工艺是在一定温度和拉伸比下对吹塑薄膜或流延薄膜生产线生产的薄膜进行拉伸，再对其进行热处理。MDO拉伸能够大幅度提高薄膜性能，如阻透性、刚度、平整度、拉伸强度和开孔性等，但MDO工艺控制难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同质化烯烃类包装自立袋及其制备方法，该自立袋主要应用在食品包装领域，通过乙烯间材料的配方调整及涂层工艺的应用，使得该自立袋材料具有一定的阻隔性，同时又满足同质化可回收的要求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种同质化烯烃类包装自立袋，包括由表及里依次设置的印刷基材层、聚乙烯醇阻隔层、油墨层、粘合剂层和热封层；所述印刷基材层为MDOPE薄膜，由PE薄膜经MDO纵向拉伸得到，所述PE薄膜的原料组成按质量分数计，包括42-68%LLDPE、16-34%HDPE、3-6%交联HDPE、10-16%MDPE、0.8-1.8%流动促进剂和0.3-0.6%成核剂；所述热封层为LDPE薄膜。
其氧气阻隔性能＜1cm3/m2·d，制袋平整度翘边高度＜2mm，印刷套印精度小于0.35mm。
所述印刷基材层的厚度为20-25微米，聚乙烯醇阻隔层的厚度为1-1.5微米，粘合剂层的厚度为1.5-2.5微米，热封层的厚度为75-85微米。
所述油墨层为水性聚氨酯油墨，稀释剂为乙醇和水。
所述粘合剂层为水性聚氨酯粘合剂。
所述流动促进剂为聚乙烯蜡，成核剂为聚乙烯基高分子成核剂。
所述的同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，包括以下步骤：
1）将PE薄膜的原料混合制得混合料，将混合料挤压熔融后由模头挤出，其中螺杆的温度为160-170℃，模头温度为170-180℃；然后吹膜形成膜泡后进行冷却，再进行MDO纵向拉伸，得到印刷基材层，其中MDO纵向拉伸的加热温度为90-100℃，拉伸比为(1.5-3):1；
2）将印刷基材层降至30-35℃后进行电晕处理，再在印刷基材层的电晕面涂布聚乙烯醇乳液，烘干后得到聚乙烯醇阻隔层；所述聚乙烯醇乳液的原料组成按质量分数计，包括7-18%聚乙烯醇、0.005-0.01%消泡剂、81.995-92.99%去离子水；涂布量为0.4-0.8g/m2，烘干温度为90-100℃；
3）在聚乙烯醇阻隔层表面印刷油墨层，印刷完成后干燥、冷却至室温；
4）将LDPE原料加入流延机中流延成膜，或者加入吹膜机中吹塑成膜，得到热封层；
5）通过水性聚氨酯粘合剂将热封层与油墨层粘合，得到自立袋的袋体材料；
6）将自立袋的袋体材料分切、经热封工艺制袋，再刻制激光易撕开口，即得到同质化烯烃类包装自立袋。
所述步骤4）的具体操作为：将LDPE原料加入流延机中，升温至130-140℃，经平片状口模挤出成膜，成膜温度为40-50℃；
或者将LDPE原料加入吹膜机中，挤压熔融后由模头挤出，然后吹塑成膜，其中螺杆的温度为130-140℃，模头温度为135-145℃。
所述步骤5）的具体操作为：在90-110℃下，将水性聚氨酯粘合剂涂布在热封层表面，在其上压制印刷基材层、聚乙烯醇阻隔层和油墨层的复合层，其中油墨层面向热封层，压制温度为60-80℃。
所述热封工艺条件如下，温度为100-120℃，压力为0.3-0.5MPa，热封时间为0.3-1s。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供的同质化烯烃类包装自立袋，其印刷基材层为MDOPE薄膜，是由PE薄膜经MDO纵向拉伸得到的，经过MDO纵向拉伸后的PE膜的耐温性由原先的115℃提升至150℃左右，并将PE膜的纵横向机械强度大幅提升200%以上，大幅改善了PE膜的耐温性能和机械强度，使PE材料满足了作为软包装印刷基材的要求；通过聚乙烯醇乳液的涂布形成聚乙烯醇阻隔层，将PE膜原先的氧气阻隔性由几千大幅降低至个位数以下；同时热封层采用LDPE薄膜，使得整体包装材料有一定的阻隔性，同时又满足同质化可回收的要求，在食品包装领域具有良好的应用前景。
本发明提供的同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，通过拉伸定向排列工艺，将PE膜的耐温性由原先的115℃提升至150℃左右，并将PE膜的纵横向机械强度大幅提升200%以上；通过聚乙烯醇乳液的涂布，将PE膜原先的氧气阻隔性由几千大幅降低至个位数以下；加工过程无VOCs排放，无洗铝化学废液，绿色环保。制得的同质化烯烃类包装自立袋具有定位幻彩、镭射效果，满足包装材质同质化的可回收再造粒的要求。
附图说明
图1是本发明的同质化烯烃类包装自立袋的结构示意图；
其中：1为印刷基材层，2为聚乙烯醇阻隔层，3为油墨层，4为粘合剂层，5为热封层。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
由于环保要求形势的严峻，以及加工设备的优化，PE膜纵向拉伸的工艺越发成熟。本发明通过吹膜后将PE膜纵向拉伸，使材料间分子链规则排列，能够大幅改善PE膜的耐温性能和机械强度，使PE材料满足作为软包装印刷基材的要求。
本发明通过使用MDO纵向拉伸的PE膜作为印刷基材，在其电晕面进行聚乙烯醇乳液的涂布、印刷，再经过复合、制袋等工艺，生产出满足食品包装要求的同质化烯烃类包装自立袋。本发明的同质化烯烃类包装自立袋，其印刷基材层、热封层均为乙烯材料。主要应用在食品包装领域，通过乙烯间材料的配方调整，及涂层工艺的应用，使得整体包装材料有一定的阻隔性，同时又满足同质化可回收的要求。
参见图1，本发明提供的同质化烯烃类包装自立袋，包括由表及里依次设置的印刷基材层1、聚乙烯醇阻隔层2、油墨层3、粘合剂层4和热封层5；所述印刷基材层1的厚度为20-25微米，聚乙烯醇阻隔层2的厚度为1-1.5微米，粘合剂层4的厚度为1.5-2.5微米，热封层5的厚度为75-85微米；所述印刷基材层1为MDOPE薄膜，由PE薄膜经MDO纵向拉伸得到，所述PE薄膜的原料组成按质量分数计，包括42-68%LLDPE、16-34%HDPE、3-6%交联HDPE、10-16%MDPE、0.8-1.8%流动促进剂和0.3-0.6%成核剂；所述流动促进剂为聚乙烯蜡，成核剂为聚乙烯基高分子成核剂；所述油墨层3为水性聚氨酯油墨，稀释剂为乙醇和水；所述粘合剂层4为水性聚氨酯粘合剂；所述热封层5为LDPE薄膜。
经测试，本发明的同质化烯烃类包装自立袋的氧气阻隔性能＜1cm3/m2·d，制袋平整度翘边高度＜2mm，印刷套印精度小于0.35mm。
本发明选择LLDPE作为印刷基材层的主材，添加交联HDPE在PE薄膜的配方中增加高分子量的支化结构，还起到提高熔体强度的作用，克服LLDPE加工时膜泡稳定性差的缺点，配合添加HDPE和MDPE，可以稳定地吹塑成膜泡，有利于预防制成袋体后内容物泄露，提高袋体的使用耐久性；且印刷基材层与热封层复合及热封时，印刷基材层不会发生PE熔出，避免了膜层缺陷。交联HDPE的支化度为每1000个碳原子含有15-35个支链，通过提高支化度后，有利于获得稳定的吹塑膜泡，进而实现对膜层强度和耐热性的改善。本发明选择聚乙烯蜡为流动促进剂是因为它与膜层各组分有很好的相容性，特别是可促进交联HDPE的流动性，起到优良的内润滑作用。而且聚乙烯蜡作为分子PE材料，有利于自立袋的回收。本发明选择的聚乙烯基高分子成核剂与膜层各组分相容性好，可以以微小颗粒均匀分散于PE熔体中，不会迁移分解，也不会降低透明度，同时也有利于自立袋的回收。聚乙烯基高分子成核剂可以选择聚乙烯基环己烷等。加入成核剂，可以加快结晶速度，形成细小致密的球晶颗粒，使分子链在较高温度下具有很快的结晶速度，形成规整的小球晶，进而提高制品透明性、表面光泽及机械性能。
下面给出本发明的同质化烯烃类包装自立袋的制备方法的具体实施例。
实施例1
同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，包括以下步骤：
1）将PE薄膜的原料（按质量分数计，包括42%LLDPE、34%HDPE、6%交联HDPE、15.7%MDPE、1.8%流动促进剂聚乙烯蜡和0.5%聚乙烯基高分子成核剂）混合制得混合料，将混合料挤压熔融后由模头挤出，其中螺杆的温度为160℃，模头温度为170℃；然后吹膜形成膜泡后进行冷却，再进行MDO纵向拉伸，得到印刷基材层1，其中MDO纵向拉伸的加热温度为90℃，拉伸比为1.5:1；
2）将印刷基材层1降至30℃后进行电晕处理，再在印刷基材层1的电晕面涂布聚乙烯醇乳液，烘干后得到聚乙烯醇阻隔层2；所述聚乙烯醇乳液的原料组成按质量分数计，包括7%聚乙烯醇、0.01%消泡剂、92.99%去离子水；涂布量为0.4g/m2，烘干温度为90℃；
3）在聚乙烯醇阻隔层2表面印刷油墨层3，印刷完成后干燥、冷却至室温；
4）将LDPE原料加入流延机中，升温至130℃，经平片状口模挤出成膜，成膜温度为40℃，得到热封层5；
5）在90℃下，将水性聚氨酯粘合剂涂布在热封层5表面，在其上压制印刷基材层1、聚乙烯醇阻隔层2和油墨层3的复合层，其中油墨层3面向热封层5，压制温度为60℃，得到自立袋的袋体材料；
6）将自立袋的袋体材料分切、经热封工艺制袋，再刻制激光易撕开口，即得到同质化烯烃类包装自立袋。所述热封工艺条件如下，温度为100℃，压力为0.3MPa，热封时间为1s。
实施例2
同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，包括以下步骤：
1）将PE薄膜的原料（按质量分数计，包括68%LLDPE、16%HDPE、4.7%交联HDPE、10%MDPE、1%流动促进剂聚乙烯蜡和0.3%聚乙烯基高分子成核剂）混合制得混合料，将混合料挤压熔融后由模头挤出，其中螺杆的温度为165℃，模头温度为175℃；然后吹膜形成膜泡后进行冷却，再进行MDO纵向拉伸，得到印刷基材层1，其中MDO纵向拉伸的加热温度为95℃，拉伸比为2:1；
2）将印刷基材层1降至32℃后进行电晕处理，再在印刷基材层1的电晕面涂布聚乙烯醇乳液，烘干后得到聚乙烯醇阻隔层2；所述聚乙烯醇乳液的原料组成按质量分数计，包括18%聚乙烯醇、0.005%消泡剂、81.995%去离子水；涂布量为0.5g/m2，烘干温度为92℃；
3）在聚乙烯醇阻隔层2表面印刷油墨层3，印刷完成后干燥、冷却至室温；
4）将LDPE原料加入流延机中，升温至140℃，经平片状口模挤出成膜，成膜温度为50℃，得到热封层5；
5）在100℃下，将水性聚氨酯粘合剂涂布在热封层5表面，在其上压制印刷基材层1、聚乙烯醇阻隔层2和油墨层3的复合层，其中油墨层3面向热封层5，压制温度为70℃，得到自立袋的袋体材料；
6）将自立袋的袋体材料分切、经热封工艺制袋，再刻制激光易撕开口，即得到同质化烯烃类包装自立袋。所述热封工艺条件如下，温度为110℃，压力为0.4MPa，热封时间为0.8s。
实施例3
同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，包括以下步骤：
1）将PE薄膜的原料（按质量分数计，包括50%LLDPE、29.6%HDPE、3%交联HDPE、16%MDPE、0.8%流动促进剂聚乙烯蜡和0.6%聚乙烯基高分子成核剂）混合制得混合料，将混合料挤压熔融后由模头挤出，其中螺杆的温度为170℃，模头温度为180℃；然后吹膜形成膜泡后进行冷却，再进行MDO纵向拉伸，得到印刷基材层1，其中MDO纵向拉伸的加热温度为100℃，拉伸比为2.5:1；
2）将印刷基材层1降至33℃后进行电晕处理，再在印刷基材层1的电晕面涂布聚乙烯醇乳液，烘干后得到聚乙烯醇阻隔层2；所述聚乙烯醇乳液的原料组成按质量分数计，包括12%聚乙烯醇、0.008%消泡剂、87.992%去离子水；涂布量为0.6g/m2，烘干温度为95℃；
3）在聚乙烯醇阻隔层2表面印刷油墨层3，印刷完成后干燥、冷却至室温；
4）将LDPE原料加入吹膜机中，挤压熔融后由模头挤出，然后吹塑成膜，得到热封层5，其中螺杆的温度为130℃，模头温度为135℃；
5）在110℃下，将水性聚氨酯粘合剂涂布在热封层5表面，在其上压制印刷基材层1、聚乙烯醇阻隔层2和油墨层3的复合层，其中油墨层3面向热封层5，压制温度为80℃，得到自立袋的袋体材料；
6）将自立袋的袋体材料分切、经热封工艺制袋，再刻制激光易撕开口，即得到同质化烯烃类包装自立袋。所述热封工艺条件如下，温度为120℃，压力为0.5MPa，热封时间为0.5s。
实施例4
同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，包括以下步骤：
1）将PE薄膜的原料（按质量分数计，包括60%LLDPE、21.1%HDPE、5%交联HDPE、12%MDPE、1.5%流动促进剂聚乙烯蜡和0.4%聚乙烯基高分子成核剂）混合制得混合料，将混合料挤压熔融后由模头挤出，其中螺杆的温度为168℃，模头温度为178℃；然后吹膜形成膜泡后进行冷却，再进行MDO纵向拉伸，得到印刷基材层1，其中MDO纵向拉伸的加热温度为92℃，拉伸比为3:1；
2）将印刷基材层1降至35℃后进行电晕处理，再在印刷基材层1的电晕面涂布聚乙烯醇乳液，烘干后得到聚乙烯醇阻隔层2；所述聚乙烯醇乳液的原料组成按质量分数计，包括15%聚乙烯醇、0.006%消泡剂、84.994%去离子水；涂布量为0.8g/m2，烘干温度为100℃；
3）在聚乙烯醇阻隔层2表面印刷油墨层3，印刷完成后干燥、冷却至室温；
4）将LDPE原料加入吹膜机中，挤压熔融后由模头挤出，然后吹塑成膜，得到热封层5，其中螺杆的温度为140℃，模头温度为145℃；
5）在95℃下，将水性聚氨酯粘合剂涂布在热封层5表面，在其上压制印刷基材层1、聚乙烯醇阻隔层2和油墨层3的复合层，其中油墨层3面向热封层5，压制温度为75℃，得到自立袋的袋体材料；
6）将自立袋的袋体材料分切、经热封工艺制袋，再刻制激光易撕开口，即得到同质化烯烃类包装自立袋。所述热封工艺条件如下，温度为105℃，压力为0.45MPa，热封时间为0.3s。
本发明通过软包装印刷、涂布、复合等工艺，实现定位转移效果的生产，加工过程更加简单、环保同质化烯烃类包装自立袋，整体包装材质满足可回收再造粒的要求，同时通过聚乙烯醇乳液的涂布，将包装材料的氧气阻隔性能大幅提升至＜1cm3/m2·d。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种同质化烯烃类包装自立袋，其特征在于：包括由表及里依次设置的印刷基材层（1）、聚乙烯醇阻隔层（2）、油墨层（3）、粘合剂层（4）和热封层（5）；所述印刷基材层（1）为MDOPE薄膜，由PE薄膜经MDO纵向拉伸得到，所述PE薄膜的原料组成按质量分数计，包括42-68%LLDPE、16-34%HDPE、3-6%交联HDPE、10-16%MDPE、0.8-1.8%流动促进剂和0.3-0.6%成核剂；所述热封层（5）为LDPE薄膜；所述同质化烯烃类包装自立袋的氧气阻隔性能＜1cm3/m2·d，制袋平整度翘边高度＜2mm，印刷套印精度小于0.35mm；所述印刷基材层（1）的厚度为20-25微米，聚乙烯醇阻隔层（2）的厚度为1-1.5微米，粘合剂层（4）的厚度为1.5-2.5微米，热封层（5）的厚度为75-85微米；所述油墨层（3）为水性聚氨酯油墨，稀释剂为乙醇和水；所述粘合剂层（4）为水性聚氨酯粘合剂；所述流动促进剂为聚乙烯蜡，成核剂为聚乙烯基高分子成核剂。
2.权利要求1所述的同质化烯烃类包装自立袋的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将PE薄膜的原料混合制得混合料，将混合料挤压熔融后由模头挤出，其中螺杆的温度为160-170℃，模头温度为170-180℃；然后吹膜形成膜泡后进行冷却，再进行MDO纵向拉伸，得到印刷基材层（1），其中MDO纵向拉伸的加热温度为90-100℃，拉伸比为(1.5-3):1；
2）将印刷基材层（1）降至30-35℃后进行电晕处理，再在印刷基材层（1）的电晕面涂布聚乙烯醇乳液，烘干后得到聚乙烯醇阻隔层（2）；所述聚乙烯醇乳液的原料组成按质量分数计，包括7-18%聚乙烯醇、0.005-0.01%消泡剂、81.995-92.99%去离子水；涂布量为0.4-0.8g/m2，烘干温度为90-100℃；
3）在聚乙烯醇阻隔层（2）表面印刷油墨层（3），印刷完成后干燥、冷却至室温；
4）将LDPE原料加入流延机中流延成膜，或者加入吹膜机中吹塑成膜，得到热封层（5）；
5）通过水性聚氨酯粘合剂将热封层（5）与油墨层（3）粘合，得到自立袋的袋体材料；
6）将自立袋的袋体材料分切、经热封工艺制袋，再刻制激光易撕开口，即得到同质化烯烃类包装自立袋；
所述步骤4）的具体操作为：将LDPE原料加入流延机中，升温至130-140℃，经平片状口模挤出成膜，成膜温度为40-50℃；
或者将LDPE原料加入吹膜机中，挤压熔融后由模头挤出，然后吹塑成膜，其中螺杆的温度为130-140℃，模头温度为135-145℃；
所述步骤5）的具体操作为：在90-110℃下，将水性聚氨酯粘合剂涂布在热封层（5）表面，在其上压制印刷基材层（1）、聚乙烯醇阻隔层（2）和油墨层（3）的复合层，其中油墨层（3）面向热封层（5），压制温度为60-80℃；
所述热封工艺条件如下，温度为100-120℃，压力为0.3-0.5MPa，热封时间为0.3-1s。
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