CN114773717A - 一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包装材料领域,提供了一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜及制备方法。该薄膜由低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂经高速混合、挤出吹塑而成。其中,填料A为油基棕榈酰胺接枝链状氧化锡锑,填料B为油基棕榈酰胺接枝银纳米线。本发明分别采用一维的链状氧化锡锑和银纳米线,先以含乙烯基的硅烷偶联剂进行表面改性,再以油基棕榈酰胺进行接枝,制得兼具导电和爽滑作用的填料。含有该填料的聚乙烯吹塑薄膜表面具有链状氧化锡锑和银纳米线相互搭接形成的导电通路,表面电阻率低,抗静电性能好,而且该薄膜具有高的透明度。
Description
技术领域
本发明属于包装材料的技术领域,提供了一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜及制备方法。
背景技术
包装材料在现代社会生产和生活中有着非常重要和广泛的用途。其中,塑料包装膜在庞大的软包装市场中的需求量最大。塑料包装膜可紧贴商品且适用于各种形状的包装,外形美观,卫生、安全,具有透明性、密封性、固定性、防尘阻湿等功能。目前常用的塑料包装膜材质主要有聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇等。
聚乙烯薄膜在包装材料中应用非常普遍。低密度聚乙烯薄膜的透明度与热封性好,防水、防潮,抗张强度低,拉伸伸长率大,而线性低密度聚乙烯薄膜具有良好的韧性,抗撕裂强度高,抗穿刺性能好。目前已有很多将低密度聚乙烯与线性低密度聚乙烯复合制备吹塑薄膜的研究和应用。
众所周知,塑料包装薄膜的绝缘性好,有着很高的表面电阻率,导致薄膜和物品之间、薄膜和薄膜之间极易产生静电。静电可导致薄膜之间发生粘连,降低印刷适性,并且容易吸附灰尘。尤其是用于电子产品时,静电累积可导致放电、产品短路等,直至引发火灾、爆炸等安全事故,因此需要提高塑料膜表面的抗静电性能。
通常通过在塑料包装膜中添加抗静电剂,可以降低薄膜表面电阻率,实现抗静电效果。常用的抗静电剂为颗粒状或片状,通过相互接触形成导电通路,需要较高的添加量才能达到良好效果。而添加量的增加,既提高了制备成本,又会降低包装膜的透明度,不利于获得兼具良好抗静电性和高透明度的包装薄膜。
发明内容
针对上述情况,本发明提出一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜及制备方法,既可降低薄膜的表面电阻率,提高抗静电性能,又可维持薄膜的高透明度。
本发明涉及的具体技术方案如下:
本发明提供了一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜。该薄膜由低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂组成。其中,填料A为油基棕榈酰胺接枝链状氧化锡锑,填料B为油基棕榈酰胺接枝银纳米线。
优选的,低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂的质量比为55-65:35-45:1-1.2:1-1.2:0.4-0.8:0.2-0.4。
公知的,氧化锡锑和银都是良好的抗静电填料,但是,粉末状氧化锡锑和纳米银粒子都是通过相互接触形成导电通路的,这需要达到一定的添加量才能实现彼此间的相互接触,相应的对薄膜透明度的影响也会较大。本发明采用一维的链状氧化锡锑和银纳米线,它们具有高的长径比,容易相互搭接形成导电网络,可在较低添加量的情况下达到良好的抗静电性能,对薄膜透明度的影响也随之减小。
进一步的,本发明采用的是油基棕榈酰胺接枝的链状氧化锡锑和银纳米线。油基棕榈酰胺是一种爽滑剂,可迁移至薄膜表面,在表面形成一层膜,使薄膜不会互相粘连,同时降低薄膜表面的摩擦系数,使薄膜之间易于滑动,从而提高开口性。将油基棕榈酰胺接枝在抗静电填料表面,二者一起向薄膜表面迁移,一方面可防止爽滑剂挥发,另一方面,由于静电多分布在薄膜表面,一维抗静电填料向薄膜表面移动,可在薄膜表面搭接形成更为致密的导电通路,有利于消除表面静电,因此表面电阻率得到进一步降低,抗静电性能得到进一步提高。并且,虽然链状氧化锡锑和银纳米线向表面移动会降低分散均匀性,使薄膜透明度出现一定下降,但下降幅度很低,所得到的聚乙烯吹塑薄膜仍然具有高的透明度。
本发明还提供了上述包装用聚乙烯薄膜的制备方法,具体步骤如下:
(1)将链状氧化锡锑加入去离子水中,搅拌均匀,调节pH值至4,再加入乙烯基三甲氧基硅烷,在80-82℃反应50-70min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性氧化锡锑;
(2)将银纳米线加入硝酸/乙醇溶液中,超声处理10-15min,倒掉上清液,加入乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液,在70-75℃反应100-120min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性银纳米线;
(3)将表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70-75℃反应3-4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料A;
(4)将表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70-75℃反应3-4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料B;
(5)将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂在高速混合机中混合均匀,再挤出吹塑成薄膜,得到包装用聚乙烯薄膜。
步骤(1)采用含乙烯基的硅烷偶联剂对链状氧化锡锑进行表面改性,使氧化锡锑表面含有C=C双键。优选的,链状氧化锡锑、去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为2-4:100:0.1-0.2。
由于银纳米线表面的活性基团较少,步骤(2)先采用硝酸/乙醇溶液对银纳米线进行处理以增加表面活性基团,再采用含乙烯基的硅烷偶联剂进行表面改性,使银纳米线表面含有C=C双键。优选的,硝酸/乙醇溶液中,硝酸、乙醇的质量比为3.8-4.2:100。优选的,乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液中,乙烯基三甲氧基硅烷、去离子水、乙醇的质量比为20-25:10-12:88-90。需要注意的是,为控制硅烷水解速率,应采用冰醋酸将乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的pH值调节至6左右,并且该溶液必须现配现用。
进一步优选的,步骤(2)中,银纳米线、硝酸/乙醇溶液、乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的质量比为18-20:25-30:100。
步骤(3)通过油基棕榈酰胺的C=C双键与表面改性氧化锡锑的C=C双键的反应,将油基棕榈酰胺接枝在链状氧化锡锑表面,得到兼具导电和爽滑作用的填料A。优选的,表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为10-12:4-5:0.6-0.8:0.03-0.05:0.3-0.5:100。
步骤(4)通过油基棕榈酰胺的C=C双键与表面改性银纳米线的C=C双键的反应,将油基棕榈酰胺接枝在银纳米线表面,得到兼具导电和爽滑作用的填料B。优选的,表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为10-12:2.5-3.5:0.6-0.8:0.03-0.05:0.3-0.5:100。
步骤(5)将填料A、填料B与基体树脂及其他添加剂进行共混、挤出吹塑,得到包装用聚乙烯薄膜。优选的,挤出吹塑过程的料筒温度为区155℃、区165℃、区170℃、区173℃、区172℃,模头温度为168℃。
本发明提供了一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜及制备方法,与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:本发明分别采用一维的链状氧化锡锑和银纳米线,先以含乙烯基的硅烷偶联剂进行表面改性,再以油基棕榈酰胺进行接枝,制得兼具导电和爽滑作用的填料。含有该填料的聚乙烯吹塑薄膜表面具有链状氧化锡锑和银纳米线相互搭接形成的导电通路,表面电阻率低,抗静电性能好,而且该薄膜具有高的透明度。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
(1)将链状氧化锡锑加入去离子水中,搅拌均匀,调节pH值至4,再加入乙烯基三甲氧基硅烷,在80℃反应70min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性氧化锡锑;链状氧化锡锑、去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为4:100:0.2;
(2)将银纳米线加入硝酸/乙醇溶液(质量比为4:100)中,超声处理10min,倒掉上清液,加入乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液(质量比为20:10:90),在70℃反应120min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性银纳米线;银纳米线、硝酸/乙醇溶液、乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的质量比为20:30:100;
(3)将表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70℃反应4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料A;表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为11:4.5:0.7:0.04:0.4:100;
(4)将表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在75℃反应3h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料B;表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为11:3:0.7:0.04:0.4:100;
(5)将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂在高速混合机中混合均匀,挤出吹塑成为厚度为0.03mm的薄膜,即为包装用聚乙烯薄膜;低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂的质量比为55:45:1:1:0.4:0.4。
实施例2
(1)将链状氧化锡锑加入去离子水中,搅拌均匀,调节pH值至4,再加入乙烯基三甲氧基硅烷,在82℃反应50min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性氧化锡锑;链状氧化锡锑、去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为2:100:0.1;
(2)将银纳米线加入硝酸/乙醇溶液(质量比为4:100)中,超声处理15min,倒掉上清液,加入乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液(质量比为20:10:90),在75℃反应100min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性银纳米线;银纳米线、硝酸/乙醇溶液、乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的质量比为18:25:100;
(3)将表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在72℃反应3.5h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料A;表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为10:4:0.6:0.03:0.3:100;
(4)将表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70℃反应4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料B;表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为10:2.5:0.6:0.03:0.3:100;
(5)将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂在高速混合机中混合均匀,挤出吹塑成为厚度为0.03mm的薄膜,即为包装用聚乙烯薄膜;低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂的质量比为55:45:1:1.1:0.8:0.2。
实施例3
(1)将链状氧化锡锑加入去离子水中,搅拌均匀,调节pH值至4,再加入乙烯基三甲氧基硅烷,在81℃反应60min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性氧化锡锑;链状氧化锡锑、去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为3:100:0.15;
(2)将银纳米线加入硝酸/乙醇溶液(质量比为4:100)中,超声处理12min,倒掉上清液,加入乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液(质量比为20:10:90),在73℃反应110min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性银纳米线;银纳米线、硝酸/乙醇溶液、乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的质量比为19:27:100;
(3)将表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在75℃反应3h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料A;表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为12:5:0.8:0.05:0.5:100;
(4)将表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在75℃反应3h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料B;表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为12:3.5:0.8:0.05:0.5:100;
(5)将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂在高速混合机中混合均匀,挤出吹塑成为厚度为0.03mm的薄膜,即为包装用聚乙烯薄膜;低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂的质量比为55:45:1.1:1.1:0.6:0.3。
实施例4
(1)将链状氧化锡锑加入去离子水中,搅拌均匀,调节pH值至4,再加入乙烯基三甲氧基硅烷,在82℃反应55min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性氧化锡锑;链状氧化锡锑、去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为3:100:0.15;
(2)将银纳米线加入硝酸/乙醇溶液(质量比为4:100)中,超声处理15min,倒掉上清液,加入乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液(质量比为20:10:90),在70℃反应120min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性银纳米线;银纳米线、硝酸/乙醇溶液、乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的质量比为20:28:100;
(3)将表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在73℃反应3.5h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料A;表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为11:4.5:0.7:0.04:0.4:100;
(4)将表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70℃反应4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料B;表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为11:3:0.7:0.04:0.4:100;
(5)将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂在高速混合机中混合均匀,挤出吹塑成为厚度为0.03mm的薄膜,即为包装用聚乙烯薄膜;低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂的质量比为55:45:1.2:1.2:0.5:0.25。
对比例1
未使用油基棕榈酰胺与表面改性链状氧化锡锑、表面改性银纳米线进行接枝,而是直接将表面改性链状氧化锡锑、表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、抗氧剂、光稳定剂进行共混、挤出吹塑,其他制备条件与实施例4一致。
上述各实施方式所涉及的原料中,链状氧化锡锑采用以下现有技术制备:将锡粉和三氧化二锑加入反应釜中,预冷降温至5℃,加入硝酸溶液(硝酸与水按体积比1:1),反应3h,加入双氧水,继续反应1h,加入氨水进行共沉淀,再陈化12h,抽滤、洗涤,得到纳米氧化锡锑前驱体凝胶;将纳米氧化锡锑前驱体凝胶加入去离子水中,置于冰水浴中,细胞粉碎机超声处理30min,得到纳米氧化锡锑水性分散液;再加入氨水调节pH至8,220℃水热反应24h,再采用去离子水透析洗涤,干燥,即可得到链状氧化锡锑。其中,锡粉、三氧化二锑、硝酸溶液、双氧水的质量比为20:2.7:100:12。
银纳米线采用以下现有技术制备:将氯化钠加入聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中,用恒流泵将溶液以3mL/min的速率转移至硝酸银的乙二醇溶液中,转移完成后磁力搅拌15min,得到银盐的前驱体溶液;将前驱体溶液在160℃下水热反应2h,然后自然冷却,得到灰白色粘稠液体;向粘稠液体中加入无水乙醇,以8000r/min的速度离心,再洗涤,干燥,即可得到高长径比银纳米线。其中,聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的摩尔比为2:1,体系中氯化钠浓度为0.3mmol/L。
抗氧剂为抗氧剂264;光稳定剂为巴斯夫光稳定剂2020。
性能测试:
(1)表面电阻率:将本发明实施例和对比例制得的聚乙烯薄膜静置7天,然后参照GB/T 1410-2006,采用EST121数字超高组、微电流测量仪测试薄膜的表面电阻率,测试电压为500V,温度为25℃,相对湿度为40%。每组测试5次计算平均值。
(2)透明度:将本发明实施例和对比例制得的聚乙烯薄膜静置7天,然后参照ASTMD1003-2000,采用透光率测定仪测试薄膜的透光率。每组测试5次计算平均值。
所得数据如表1所示。
表1:
Claims (9)
1.一种包装用抗静电、高透明聚乙烯薄膜,该薄膜的组分包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、抗氧剂、光稳定剂,其特征在于:该薄膜的组分还包括填料A和填料B;所述填料A为油基棕榈酰胺接枝链状氧化锡锑;所述填料B为油基棕榈酰胺接枝银纳米线。
2.如权利要求1所述的聚乙烯薄膜,其特征在于:低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂的质量比为55-65:35-45:1-1.2:1-1.2:0.4-0.8:0.2-0.4。
3.如权利要求1所述的聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于,所述聚乙烯薄膜制备的具体步骤如下:
(1)将链状氧化锡锑加入去离子水中,搅拌均匀,调节pH值至4,再加入乙烯基三甲氧基硅烷,在80-82℃反应50-70min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性氧化锡锑;
(2)将银纳米线加入硝酸/乙醇溶液中,超声处理10-15min,倒掉上清液,加入乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液,在70-75℃反应100-120min,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到表面改性银纳米线;
(3)将表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70-75℃反应3-4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料A;
(4)将表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝加入1,4-二氧六环中,通入氮气,在70-75℃反应3-4h,抽滤,无水乙醇洗涤,真空干燥,得到填料B;
(5)将低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、填料A、填料B、抗氧剂、光稳定剂在高速混合机中混合均匀,再挤出吹塑成薄膜,得到包装用聚乙烯薄膜。
4.根据权利要求3所述聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,链状氧化锡锑、去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为2-4:100:0.1-0.2。
5.根据权利要求3所述聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,硝酸/乙醇溶液中,硝酸、乙醇的质量比为3.8-4.2:100;乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液中,乙烯基三甲氧基硅烷、去离子水、乙醇的质量比为20-25:10-12:88-90,并且采用冰醋酸将混合溶液的pH值调节至6左右。
6.根据权利要求3所述聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,银纳米线、硝酸/乙醇溶液、乙烯基三甲氧基硅烷/去离子水/乙醇混合溶液的质量比为18-20:25-30:100。
7.根据权利要求3所述聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,表面改性氧化锡锑、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为10-12:4-5:0.6-0.8:0.03-0.05:0.3-0.5:100。
8.根据权利要求3所述聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,表面改性银纳米线、油基棕榈酰胺、偶氮二异丁腈、钛酸丁酯、三乙基铝、1,4-二氧六环的质量比为10-12:2.5-3.5:0.6-0.8:0.03-0.05:0.3-0.5:100。
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