CN114368208B - 哑光薄膜及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种哑光薄膜，包括膜体，其至少包括依次叠置的第一消光层、芯层和第二消光层，第一消光层和第二消光层至少包含聚乙烯和环烯烃共聚物，芯层至少包含聚乙烯；膜体总厚度为20‑40μm；本发明还提供上述哑光薄膜的生产方法。与现有技术相比，本发明的哑光薄膜，组分构成简单，且性能优异，便于回收利用；本发明的生产方法，能生产出高质量的哑光薄膜。

Description

哑光薄膜及其生产方法
技术领域
本发明涉及包装材料领域，尤其是指一种哑光薄膜及其生产方法。
背景技术
为了提升包装材料的美观性，出现了半透明的具有特定光泽度的哑光薄膜，中国专利CN202010275490公开一种双向拉伸聚乙烯柔面哑光薄膜，由第一功能层、支撑层和第三功能层组成，第一功能层包含聚乙烯、高密度聚乙烯和活化硅微球，支撑层包含聚丙烯和/或共聚聚丙烯，第三功能层包含有多碳聚合物、非迁移无机增滑剂、柔面哑光功能材料聚丙烯和/或共聚聚丙烯，但上述包装材料因为成分复杂，回收难度较大，另外，活化硅微球等无机粒子在薄膜拉伸时，会形成气孔，导致影响哑光薄膜的外观和阻隔性能，而随着环保理念的普及，市面上亟需一种便于回收利用，性能优异的的哑光薄膜。
发明内容
本发明的目的在于克服现有哑光薄膜成分复杂，回收难度较大的技术问题，提供一种哑光薄膜，组分构成简单，且性能优异，便于回收利用。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
哑光薄膜，包括膜体，其至少包括依次叠置的第一消光层、芯层和第二消光层，第一消光层和第二消光层至少包含聚乙烯和环烯烃共聚物，芯层至少包含聚乙烯；膜体总厚度为20-40μm。
与现有技术相比，本发明的一种哑光薄膜，具有以下有益效果：
(1)本发明的膜体至少包括依次叠置的第一消光层、芯层和第二消光层，组分不含无机粒子，其中第一消光层和第二消光层主要成分相同，且三层结构的主要成分均包含聚乙烯，使所述膜体被回收后，可直接制备成聚乙烯和环烯烃共聚物的混合物，再进行后续利用，降低回收再利用的成本，且第一消光层、芯层和第二消光层材质相接近，无需使用粘合剂进行粘结，降低生产成本的同时在回收利用过程中也省去作出除杂处理的步骤，另外，本发明的哑光薄膜的聚乙烯与环烯烃共聚物在一定范围内可以相容，60°的光泽度小于30％，从而可使用在可回收包装体系内，其可作为回收包装的印刷层、镀膜基材层等；
(2)本发明的哑光薄膜，由于环烯烃共聚物为非结晶共聚物，经过拉伸后，哑光薄的放卷平整度更好，且电晕处理效果较结晶度高的聚乙烯更好，电晕处理后，哑光薄膜表面极性更高，具有更好的印刷、金属化以及镀氧化物的效果，适合作为印刷膜和金属化、镀氧化物或涂覆的基膜。
优选的，第一消光层和第二消光层包含20-80％的环烯烃共聚物。
环烯烃聚合物比例过多，会导致膜体的表层的粗糙度下降，环烯烃聚合物比例过少，会导致膜体无法达到低光泽度的要求。
优选的，第一消光层的厚度占比15-35％；芯层的厚度占比30-70％；第一消光层的厚度占比15-35％。
所述膜体采用上述设置方式，能使膜体具有良好的挺度和拉伸强度，且具有优秀的低光泽度。
优选的，第一消光层和第二消光层包含的聚乙烯为熔融指数在温度190℃，重量2.16kg条件下0.25～3.0g/10min的高密度聚乙烯。
通过使用低熔指的高密度聚乙烯作为多层复合薄的最外层，可以提高膜体的表面耐温性，从而能在单向拉伸时适当提高拉伸辊温度以提升单向拉伸速度，从而提高处理效率。
优选的，芯层包含的聚乙烯包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯中至少两种。
优选的，第一消光层和第二消光层包含的环烯烃共聚物的熔融指数在温度230℃，重量2.16kg条件下5～15g/10min，且其玻璃化温度为64-150℃。
芯层为多种聚乙烯混合组成，能确保膜体保持足够挺度的同时，兼顾韧性。
本发明的另一目的在于提供一种用于生产上述哑光薄膜的生产方法，包括：
通过多层共挤吹膜制备膜体；
对膜体进行拉伸处理和电子束辐照；
对膜体进行电晕处理。
与现有技术相比，本发明的一种哑光薄膜的生产方法，具有以下有益效果：
(1)由于本发明的哑光薄膜所使用的材料的熔融指数较低，且组分的分子量有差异，相比于流延共挤，更适用于多层共挤吹膜，且多层共挤吹膜制备出的哑光薄膜的热封耐温性更优异；
(2)本发明的哑光薄膜使用聚乙烯与环烯烃聚合物的共混物，其中聚乙烯熔体在冷却过程中结晶速度快，很快结晶硬化，而环烯烃共聚物是非晶聚合物，聚乙烯结晶时，环烯烃共聚物仍处于粘流态，包裹已经结晶的聚乙烯，经过拉伸处理后，分散相的环烯烃共聚物被取向，基体相聚乙烯的晶粒突出体系表面，形成表面粗糙度，从而利用两种材料的结晶性能差异，形成细腻的磨砂表面，实现漫反射消光效果，生产出高质量的哑光薄膜。
优选的，拉伸处理在环烯烃共聚物的玻璃化温度和聚乙烯的熔点两者中较高的温度值以下10℃进行。
聚乙烯与环烯烃聚合物的结晶性能存在差异，通过使拉伸处理在环烯烃共聚物的玻璃化温度和聚乙烯的熔点两者中较高的温度值以下10℃进行，使环烯烃共聚物得分布更加均匀，另外，通过定向拉伸，进一步提升薄膜的挺度，再经过定型辊充分定型，降低后续印刷、复合、制袋过程中存在的收缩风险，且环烯烃共聚物玻璃化温度在64-150℃，如果拉伸温度太低，另一组份聚乙烯无法拉伸。
优选的，拉伸处理在具有负压吸附的拉伸辊上进行，拉伸辊上的负压为100-150mbar。
薄膜沿沿机器方向纵长拉伸定型时，其薄膜宽度方向上会出现横向回缩(宽度无法拉伸到预设长度)和薄膜边缘出现边缘堆积(边缘厚度无法拉伸到预设厚度)，导致薄膜质量(宽度和平坦度)无法达到预定目标，影响后续薄膜的加工；本发明通过使用具有负压吸附的拉伸辊，使膜体被紧密吸附在拉伸辊上，从而减少其在拉伸处理中出现横向回缩和边缘堆积的情况，另外，根据膜体表面粗糙程度和总厚度为20-40μm，拉伸辊上的负压设定为100-150mbar，从而避免膜体在拉伸过程中因为负压吸力过大而破损以及拉伸不平坦，和负压吸力过小而无法使膜体紧贴在拉伸辊上，从而加工出高规格的膜体，便于后续生产出高质量的哑光薄膜，且由于本发明的哑光薄膜的的表面较为平滑，从而使用较低的吸附负压用于吸附。
优选的，每平方米膜体的电子束辐照的辐射量为10-15mrad。
本发明的膜体组合，熔点较低，作为包装外层无法承受较高的热压温度，通过电子束辐照处理膜体组合体，聚乙烯材料除了在侧记或CH上产生自由基外，其大分子链会被打断产生带活性自由基的大分子链，自由基之间相互结合生成交联网络，提升膜体组合体的耐温性，另外，当辐射量低于10mrad时，膜体内物质的交联程度不完全，当辐射量高于15mrad时，辐照导致分解反应影响膜体内物质的结构稳定性。
附图说明
图1是哑光薄膜的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的实施方式：
实施例一
参见图1，本实施例的哑光薄膜，包括膜体，其至少包括依次叠置的第一消光层1、芯层2和第二消光层3，第一消光层1和第二消光层3至少包含聚乙烯和环烯烃共聚物，芯层2至少包含聚乙烯；膜体总厚度为20-40μm。
第一消光层1和第二消光层3包含20-80％的环烯烃共聚物。
环烯烃聚合物比例过多，会导致膜体的表层的粗糙度下降，环烯烃聚合物比例过少，会导致膜体无法达到低光泽度的要求。
第一消光层1的厚度占比15-35％；芯层2的厚度占比30-70％；第一消光层1的厚度占比15-35％。
所述膜体采用上述设置方式，能使膜体具有良好的挺度和拉伸强度，且具有优秀的低光泽度。
第一消光层1和第二消光层3包含的聚乙烯为熔融指数在温度190℃，重量2.16kg条件下0.25～3.0g/10min的高密度聚乙烯。
通过使用低熔指的高密度聚乙烯作为多层复合薄的最外层，可以提高膜体的表面耐温性，从而能在单向拉伸时适当提高拉伸辊温度以提升单向拉伸速度，从而提高处理效率。
芯层2包含的聚乙烯包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯中至少两种。
第一消光层1和第二消光层3包含的环烯烃共聚物的熔融指数在温度230℃，重量2.16kg条件下5～15g/10min，且其玻璃化温度为64-150℃。
芯层2为多种聚乙烯混合组成，能确保膜体保持足够挺度的同时，兼顾韧性。
与现有技术相比，本发明的一种哑光薄膜，具有以下有益效果：
(1)本发明的膜体至少包括依次叠置的第一消光层1、芯层2和第二消光层3，组分不含无机粒子，其中第一消光层1和第二消光层3主要成分相同，且三层结构的主要成分均包含聚乙烯，使所述膜体被回收后，可直接制备成聚乙烯和环烯烃共聚物的混合物，再进行后续利用，降低回收再利用的成本，且第一消光层1、芯层2和第二消光层3材质相接近，无需使用粘合剂进行粘结，降低生产成本的同时在回收利用过程中也省去作出除杂处理的步骤，另外，本发明的哑光薄膜的聚乙烯与环烯烃共聚物在一定范围内可以相容，60°的光泽度小于30％，从而可使用在可回收包装体系内，其可作为回收包装的印刷层、镀膜基材层等；
(2)本发明的哑光薄膜，由于环烯烃共聚物为非结晶共聚物，经过拉伸后，哑光薄的放卷平整度更好，且电晕处理效果较结晶度高的聚乙烯更好，电晕处理后，哑光薄膜表面极性更高，具有更好的印刷、金属化以及镀氧化物的效果，适合作为印刷膜和金属化、镀氧化物或涂覆的基膜。
实施例二
本发明的另一目的在于提供一种用于生产上述哑光薄膜的生产方法，包括：
(1)通过多层共挤吹膜制备膜体；
(2)对膜体进行拉伸处理和电子束辐照；
(3)对膜体进行电晕处理；
(4)收卷。
步骤(2)中，拉伸处理在环烯烃共聚物的玻璃化温度和聚乙烯的熔点两者中较高的温度值以下10℃进行。
聚乙烯与环烯烃聚合物的结晶性能存在差异，通过使拉伸处理在环烯烃共聚物的玻璃化温度和聚乙烯的熔点两者中较高的温度值以下10℃进行，使环烯烃共聚物得分布更加均匀，另外，通过定向拉伸，进一步提升薄膜的挺度，再经过定型辊充分定型，降低后续印刷、复合、制袋过程中存在的收缩风险，且环烯烃共聚物玻璃化温度在64-150℃，如果拉伸温度太低，另一组份聚乙烯无法拉伸。
步骤(2)中，拉伸处理在具有负压吸附的拉伸辊上进行，拉伸辊上的负压为100-150mbar。
薄膜沿沿机器方向纵长拉伸定型时，其薄膜宽度方向上会出现横向回缩(宽度无法拉伸到预设长度)和薄膜边缘出现边缘堆积(边缘厚度无法拉伸到预设厚度)，导致薄膜质量(宽度和平坦度)无法达到预定目标，影响后续薄膜的加工；本发明通过使用具有负压吸附的拉伸辊，使膜体被紧密吸附在拉伸辊上，从而减少其在拉伸处理中出现横向回缩和边缘堆积的情况，另外，根据膜体表面粗糙程度和总厚度为20-40μm，拉伸辊上的负压设定为100-150mbar，从而避免膜体在拉伸过程中因为负压吸力过大而破损以及拉伸不平坦，和负压吸力过小而无法使膜体紧贴在拉伸辊上，从而加工出高规格的膜体，便于后续生产出高质量的哑光薄膜，且由于本发明的哑光薄膜的的表面较为平滑，从而使用较低的吸附负压用于吸附。
步骤(2)中，每平方米膜体的电子束辐照的辐射量为10-15mrad。
本发明的膜体组合，熔点较低，作为包装外层无法承受较高的热压温度，通过电子束辐照处理膜体组合体，聚乙烯材料除了在侧记或CH上产生自由基外，其大分子链会被打断产生带活性自由基的大分子链，自由基之间相互结合生成交联网络，提升膜体组合体的耐温性，另外，当辐射量低于10mrad时，膜体内物质的交联程度不完全，当辐射量高于15mrad时，辐照导致分解反应影响膜体内物质的结构稳定性。
以下为涉及用于生产实施例一的哑光薄膜的生产方法的实验数据：
拉伸强度测量标准：ASTM D882-12《塑料薄板材抗拉特性的试验方法》；
阻隔性能测量标准：GB/T 197810-2021《包装材料：塑料薄膜和薄片氧气透过性试验》，GB/T1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法》；
光泽度测量：使用60度光泽度仪测量。
测试1：设定拉伸参数：哑光薄被拉伸成宽度为1.5m，厚度为30±1.5μm，设定拉伸辊间隙宽度为5mm，对哑光薄膜进行普通拉伸和负压拉伸(120mbar)的厚度进行测量，其中其余加工和测试条件(如温度和拉伸速度)相同，其中普通拉伸为停用设备的负压装置后进行拉伸处理。
表1：普通拉伸和负压拉伸后哑光薄膜的相同位置的厚度数值(单位：μm)
根据表1可知，使用负压拉伸后哑光薄膜的厚度整体更加接近预设的拉伸厚度，即拉伸后哑光薄膜的质量更加均匀平整，哑光薄膜整体厚度接近预设的生产厚度。
测试2：设定拉伸参数：哑光薄被拉伸成宽度为1.5m，厚度为30±1.5μm，，设定拉伸辊间隙宽度为5mm，对哑光薄膜进行不同负压拉伸的厚度测量。
表2：负压拉伸后哑光薄膜的厚度数值(单位：μm)
根据表2可知，负压为100mbar时，拉伸后哑光薄膜的厚度数值位于预设厚度范围(30±1.5μm)内，且在负压为150mbar时，拉伸后哑光薄膜的厚度数值相对稳定，为了避免能耗增加，拉伸所需的负压设定在100-150mbar。
测试3：不同厚度哑光薄膜进行电子束辐照后，测量拉伸强度和阻隔性能，其余加工和测试条件相同。
表3：实验用的哑光薄膜的参数
序号 厚度(μm) 序号 厚度(μm) 序号 厚度(μm)
1 19 5 27 9 35
2 21 6 29 10 37
3 23 7 31 11 39
4 25 8 33 12 41
设置15组1-12，共个180个样本；
第A组使用辐射量8mrad进行电子束辐照，样品序号A1-A12；
第B组使用辐射量9mrad进行电子束辐照，样品序号B1-B12；
第C组使用辐射量10mrad进行电子束辐照，样品序号C1-C12；
第D组使用辐射量11mrad进行电子束辐照，样品序号D1-D12；
第E组使用辐射量12mrad进行电子束辐照，样品序号E1-E12；
第F组使用辐射量13mrad进行电子束辐照，样品序号F1-F12；
第G组使用辐射量14mrad进行电子束辐照，样品序号G1-G12；
第H组使用辐射量15mrad进行电子束辐照，样品序号H1-H12；
第I组使用辐射量16mrad进行电子束辐照，样品序号I1-I 12；
第J组使用辐射量17mrad进行电子束辐照，样品序号J1-J12；
第K组使用辐射量18mrad进行电子束辐照，样品序号K1-K12；
第L组使用辐射量19mrad进行电子束辐照，样品序号L1-L12；
第M组使用辐射量20mrad进行电子束辐照，样品序号M1-M12。
设定拉伸强度大于35MPa，透氧率小于100cc/m2.24h 0.1MPa，透水率小于6g/m2.24h，光泽度小于30作为产品筛选标准，达标的样品包括D6-D12、E4-E11、F5-F12和G1-F4；以下示出具有代表性的3个组别的数据(未经辐照处理的空白对照样品的使用性能参数未达到标准，故未列出)。
表4：D6-D12的拉伸强度和阻隔性能测试数据
总结1：根据D6-D12可知，在辐射量为11mrad时，膜体厚度在29-35μm时，拉伸强度和阻隔性能在快速逐步上升。
总结2：膜体厚度不少于35μm时，组分的交联度没有明显提高，拉伸强度和阻隔性能的变化速度不明显。
表5：E4-E11的拉伸强度和阻隔性能测试数据
总结1：根据E4-E10可知，在辐射量为12mrad时，膜体厚度在25-37μm时，拉伸强度和阻隔性能在逐步上升。
总结2：膜体厚度不少于37μm时，组分的交联度没有明显提高，拉伸强度和阻隔性能的变化速度不明显。
总结3：膜体厚度不少于37μm时，哑光薄膜的拉伸强度和阻隔性能随着膜体厚度增加而逐步上升。
表6：F5-F12的拉伸强度和阻隔性能测试数据
总结1：根据F5-F12可知，在辐射量为13mrad时，样品的拉伸强度和阻隔性能随着厚度增大而增加。
总结2：结合表4至表6，相同厚度情况下，经过13mrad辐照处理的样品的拉伸强度和阻隔性能比11-12mrad辐照处理的样品的拉伸强度和阻隔性能要低，13mrad辐照处理的样品的出现分解情况。
综上所述：由于辐射量为13mrad时会导致哑光薄膜出现分解情况，因此哑光薄膜的最佳辐射量为11-12mrad，在辐射量为11-12mrad时，哑光薄膜的最佳指定厚度为29-35μm；因此，本发明中使用负压拉伸处理，确保哑光薄膜的厚度达到指定厚度29-35μm，再使用电子束辐照(辐射量为11-12mrad)的进行处理，使哑光薄膜在保持轻薄(控制生产成本)的情况下具有良好拉伸强度、阻隔性能和光泽度。
与现有技术相比，本发明的一种哑光薄膜的生产方法，具有以下有益效果：
(1)由于本发明的哑光薄膜所使用的材料的熔融指数较低，且组分的分子量有差异，相比于流延共挤，更适用于多层共挤吹膜，且多层共挤吹膜制备出的哑光薄膜的热封耐温性更优异；
(2)本发明的哑光薄膜使用聚乙烯与环烯烃聚合物的共混物，其中聚乙烯熔体在冷却过程中结晶速度快，很快结晶硬化，而环烯烃共聚物是非晶聚合物，聚乙烯结晶时，环烯烃共聚物仍处于粘流态，包裹已经结晶的聚乙烯，经过拉伸处理后，分散相的环烯烃共聚物被取向，基体相聚乙烯的晶粒突出体系表面，形成表面粗糙度，从而利用两种材料的结晶性能差异，形成细腻的磨砂表面，实现漫反射消光效果，生产出高质量的哑光薄膜。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.哑光薄膜的生产方法，其特征在于，
哑光薄膜，包括膜体，其至少包括依次叠置的第一消光层、芯层和第二消光层，第一消光层和第二消光层至少包含聚乙烯和环烯烃共聚物，芯层至少包含聚乙烯；
膜体总厚度为20-40μm；
生产方法，包括：
通过多层共挤吹膜制备膜体；
对膜体进行拉伸处理和电子束辐照；
对膜体进行电晕处理；
拉伸处理在环烯烃共聚物的玻璃化温度和聚乙烯的熔点两者中较高的温度值以下10℃进行；
拉伸处理在具有负压吸附的拉伸辊上进行，拉伸辊上的负压为100-150mbar。
2.根据权利要求1所述的哑光薄膜的生产方法，其特征在于，第一消光层和第二消光层包含20-80％的环烯烃共聚物。
3.根据权利要求1所述的哑光薄膜的生产方法，其特征在于，
第一消光层的厚度占比15-35％；
芯层的厚度占比30-70％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的哑光薄膜的生产方法，其特征在于，第一消光层和第二消光层包含的聚乙烯为熔融指数在温度190℃，重量2.16kg条件下0.25～3.0g/10min的高密度聚乙烯。
5.根据权利要求1至3任一项所述的哑光薄膜的生产方法，其特征在于，第一消光层和第二消光层包含的环烯烃共聚物的熔融指数在温度230℃，重量2.16kg条件下5～15g/10min，且其玻璃化温度为64-150℃。
6.根据权利要求1所述的哑光薄膜的生产方法，其特征在于，芯层包含的聚乙烯包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯中至少两种。
7.根据权利要求1所述的哑光薄膜的生产方法，其特征在于，每平方米膜体的电子束辐照的辐射量为10-15mrad。
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