CN115044125B - 一种bope复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及bope复合膜 - Google Patents

一种bope复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及bope复合膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及BOPE复合膜技术领域，具体为一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及BOPE复合膜，采用载体树脂85‑95%、防粘剂5‑15%，有机硅改性二氧化硅制备的防粘结母料不仅可为BOPE提供优异的防粘性能，同时可使其具有稳定的爽滑性能，使BOPE复合膜能够克服现有技术难点，为单一材料可回收循环经济提供新的解决方案。

Description

一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以 及BOPE复合膜
技术领域
本发明涉及BOPE复合膜技术领域，具体为一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及BOPE复合膜。
背景技术
双向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜是一种新型双向拉伸薄膜，由于其具有较好的拉伸强度，良好的韧性、热封性、耐穿刺性、以及耐寒性等综合性能，可替代双向拉伸尼龙膜（BOPA）和流延、吹膜聚丙烯（CPP/IPP）等复合膜，比传统的复合膜中BOPA、BOPET、CPP等，无论性能还是后期环保可回收方面都具有明显优势。中国专利CN102602100B公开了一种BOPE涂布复合膜，包括功能层、芯层和次功能层，使提供的产品具有印刷性能好、耐擦拭性能好的特点；中国专利CN203624197U公开了一种双向拉伸聚乙烯生态包装复合膜，由BOPE膜和PVA改性涂布PE膜组成，印刷后的BOPE膜层通过粘合层与PVA改性涂布PE膜层复合为一体，有效减轻材料重量，提高资源利用率。但其均需要经过后期涂布，加工工艺复杂。
但是BOPE复合膜若要取代常规BOPA，CPP，IPP等薄膜，需要解决以下几个重点问题：（1）优异的防粘性能，要求粘合力≤50g/100cm2（非电晕面）。复合膜制袋的热封过程需要在一定高温和压力条件下作业，由于PE熔点相对较低，这使得BOPE薄膜容易粘连，因此BOPE需要具有良好的防粘性能，使得薄膜后期容易打开。普通防粘母料在保证薄膜加工性和雾度情况下仅能做到粘合力100g/100cm2左右，很难实现复合制袋需要。（2）非电晕面需要良好的爽滑性能，摩擦系数（0.15-0.25），且要求复合后摩擦系数不能明显升高（≤0.3）。常规CPP和IPP复合膜在复合前具有良好的爽滑性能，但复合后摩擦系数升高明显，严重限制了后期制袋的效率和效果。BOPE薄膜非电晕面层厚非常小，仅1.0-1.5微米，因此不适合直接添加常规爽滑母料，添加量少，起不了爽滑作用，添加量高，又非常容易析出喷霜，影响薄膜性能。若添加在薄膜芯层，爽滑母料中的爽滑剂主要往电晕面迁移，非电晕摩擦系数难以降低。
发明内容
因此，本发明针对以上难点，设计开发一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料，该母料不仅可为BOPE提供优异的防粘性能，同时可使其具有稳定的爽滑性能。
本发明一方面提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料，按照重量百分比计，其制备原料至少包括：载体树脂85-95%、防粘剂5-15%。
作为一种优选的技术方案，所述载体树脂的熔融指数（190℃/2.16kg）为2-6g/10min；基于本发明体系，通过采用熔融指数（190℃/2.16kg ）为2-6g/10min的PE树脂，方便加工，也与BOPE主料的熔融指数更匹配，加工性能更好。
作为一种优选的技术方案，所述载体树脂为茂金属线性聚乙烯（MLLDPE）和/或低密度聚乙烯（LDPE）；优选的，所述载体树脂为茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的组合；所述茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的质量比为（5-6）：（3-4）。基于本发明体系，通过采用质量比为（5-6）：（3-4）茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的组合作为载体树脂，使得防粘剂在树脂中较容易分散，降低加工过程难度，使得母料粒子无气泡和杂色粒子，保证后续制备的得到的BOPE复合膜膜面质量佳，无黑点，晶点和模唇线等问题。
所述茂金属线性聚乙烯为TF80、中石化BOPE-3或来源于陶氏化学。
所述低密度聚乙烯为2420H、2426K中的至少一种；
作为一种优选的技术方案，所述防粘剂为端羧基有机硅改性二氧化硅；
优选的，所述端羧基有机硅改性二氧化硅的制备方法至少包括以下制备步骤：
（1）以二氧化硅和硅烷偶联剂为原料，合成硅烷偶联剂改性二氧化硅；
（2）以硅烷偶联剂改性二氧化硅为原料，合成端羧基有机硅改性二氧化硅。
作为一种优选的技术方案，所述步骤（1）中二氧化硅为球型二氧化硅和/或无规二氧化硅；优选的，所述步骤（1）中二氧化硅为球型二氧化硅和无规二氧化硅的组合；所述球型二氧化硅和无规二氧化硅的质量比为（5-7）：（3-5）。优选的，所述球型二氧化硅中心粒径5-6um，粒径分布宽度≤1.2；所述无规二氧化硅粒径4-5微米，粒径分布宽度≤1.5；基于本发明体系，通过控制球型二氧化硅和无规二氧化硅的粒径，避免由于二氧化硅粒径过大出现脱落且雾度太大，影响母料的综合性能；若球型二氧化硅和无规二氧化硅的粒径太小，很难实现好的防粘性能。
作为一种优选的技术方案，所述步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH792中的至少一种；优选的，所述硅烷偶联剂为KH550。
市场上常规的防粘母粒，主要为吹膜PE用母料，雾度非常大，粘合力不佳，摩擦非常大，不适合复合，无法满足BOPE复合膜的实际应用需求，而且，市场上的防粘爽滑双功能母料虽然具有较低初始摩擦，但复合后不稳定，摩擦明显反弹，防粘性能无法持续，基于本发明体系，通过对包括质量比为（5-7）：（3-5）的球型二氧化硅和无规二氧化硅，由于无规二氧化硅具有极佳的防粘性能，球型二氧化硅具有更好的光学性能，可降低雾度同时可辅助降低摩擦系数，获得更稳定的摩擦系数。
作为一种优选的技术方案，所述步骤（2）中端羧基有机硅改性二氧化硅的制备原料至少包括硅烷偶联剂改性二氧化硅、羧基封端二甲基硅氧烷；所述硅烷偶联剂改性二氧化硅、羧基封端二甲基硅氧烷的质量比为21：（1-5）；所述羧基封端二甲基硅氧烷的型号为Magnasoft™ 800L，来源于迈图（上海）企业管理有限公司。
作为一种优选的技术方案，所述端羧基有机硅改性二氧化硅的聚合度n=6-16（参见图1）。
通过对二氧化硅原料先进行硅烷偶联剂改性，使得制备得到的硅烷偶联剂改性二氧化硅具有较高的活性，能够与端羧基二甲基硅氧烷反应获得端羧基有机硅改性二氧化硅，一方面极大地改善了二氧化硅在树脂体系的分散性及其与树脂的相容性，避免其他分散助剂的添加使用，降低原料成本；另一方面使提供的母粒产品具有优异的防粘性能，这可能是由于端羧基有机硅改性二氧化硅结构中可自由旋转的硅氧烷链段起到良好的爽滑作用，使得其添加后制备的薄膜具有良好的爽滑性能，且由于其链段与二氧化硅通过化学键连接，在复合制袋过程中都能稳定起效，因此可实现优异的防粘性能和爽滑性能。
本发明另一方面提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的制备方法：将载体树脂和防粘剂采用混料机进行混合，之后采用双螺杆挤出机挤出冷却后通过切粒机切粒后即得。
一种BOPE复合膜，包括电晕面（复合面）、芯层和非电晕面（热封面）；所述电晕面中所述BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的添加量为0.8-1.2wt%；所述非电晕面中所述BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的添加量为3-5wt %。
有益效果
1、本发明提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法，该母料不仅可为BOPE提供优异的防粘性能，同时可使其具有稳定的爽滑性能，使BOPE复合膜能够克服现有技术难点，取代传统薄膜实现大规模应用。
2、基于本发明体系，通过采用质量比为（5-6）：（3-4）茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的组合作为载体树脂，使得防粘剂在树脂中较容易分散，降低加工过程难度，使得母料粒子无气泡和杂色粒子，保证后续制备的得到的BOPE复合膜膜面质量佳，无黑点，晶点和模唇线等问题。
3、基于本发明体系，通过控制球型二氧化硅和无规二氧化硅的粒径，避免由于二氧化硅粒径过大出现脱落且雾度太大，影响母料的综合性能。
4、基于本发明体系，通过对包括质量比为（5-7）：（3-5）的球型二氧化硅和无规二氧化硅，由于无规二氧化硅具有极佳的防粘性能，球型二氧化硅具有更好的光学性能，可降低雾度同时可辅助降低摩擦系数，获得更稳定的摩擦系数。
5、通过对二氧化硅原料先进行硅烷偶联剂改性，使得制备得到的硅烷偶联剂改性二氧化硅具有较高的活性，能够与端羧基二甲基硅氧烷反应获得端羧基有机硅改性二氧化硅，一方面极大地改善了二氧化硅在树脂体系的分散性及其与树脂的相容性，避免其他分散助剂的添加使用，降低原料成本；另一方面带有端羧基二甲基硅氧烷改性的二氧化硅由于其外端的硅氧烷表面能较低，可有效降低摩擦系数，因此本发明提供的母料产品具有优异防粘性能的同时可保证薄膜获得稳定的爽滑性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的端羧基有机硅改性二氧化硅的结构图；
图2为本发明实施例1制备得到的BOPE复合膜的结构图，图中1、电晕面；2、芯层；3、非电晕面。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例1一方面提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料，按照重量百分比计，其制备原料包括：载体树脂90%、防粘剂10%。
所述载体树脂为茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的组合；所述茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的质量比为5：4。所述茂金属线性聚乙烯的型号为ELITE 5401G，来源于陶氏化学；所述低密度聚乙烯的型号为2420H，来源于中海壳牌；
参见图1，所述防粘剂为端羧基有机硅改性二氧化硅；
所述端羧基有机硅改性二氧化硅的制备方法包括以下制备步骤：
（1）将二氧化硅置于真空干燥箱中 60℃下真空干燥 12h，除去体系内残余水分及挥发性杂质。准确称量干燥后二氧化硅 1.50g，量取甲苯 30.0mL 加入磁力搅拌装置中，开启搅拌，25℃下分散半个小时，使二氧化硅在甲苯溶液中均匀分散，装置抽真空，通入 N2，反复数次保证体系内纯净氮气氛围。加入0.05g硅烷偶联剂，缓慢升温加热到 80℃。恒温回流，反应 4h。反应结束后真空抽滤，产物置于真空干燥箱中 60℃干燥 2h 备用，得到硅烷偶联剂改性二氧化硅；
（2）取硅烷偶联剂改性二氧化硅21.00g 与 40mL 二甲苯加入磁力搅拌装置中，开启搅拌，25℃下下均匀分散半小时，N2保护下缓慢升温至二甲苯回流温度，恒定回流温度下分批加入3g羧基封端二甲基硅氧烷，每十分钟加入0.2g羧基封端二甲基硅氧烷。完全加入后持续恒温反应2h，抽滤，置于真空干燥箱中保存备用，得到 3.5g端羧基有机硅改性二氧化硅。
所述羧基封端二甲基硅氧烷的型号为Magnasoft™ 800L，来源于迈图（上海）企业管理有限公司。
所述端羧基有机硅改性二氧化硅的聚合度n=10（参见图1）。
所述步骤（1）中二氧化硅为球型二氧化硅，所述球型二氧化硅中心粒径5um，粒径分布宽度为1.0，型号为DQ1005，来源于联瑞新材料。
所述硅烷偶联剂为KH550。
本发明的实施例1另一方面提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的制备方法：将载体树脂和防粘剂采用混料机进行混合，之后采用双螺杆挤出机挤出冷却后通过切粒机切粒后即得。
参照图2，一种BOPE复合膜，包括电晕面（复合面）、芯层和非电晕面（热封面）；所述电晕面中所述BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的添加量为1wt%；所述非电晕面中所述BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的添加量为4wt %；所述BOPE复合膜的厚度为30微米。
所述BOPE复合膜的制备方法为：
（1）将防粘结母料与BOPE专用料按照重量比为1:99进行混合得到电晕面制备原料；
（2）将防粘结母料与BOPE专用料按照重量比为4:96进行混合制备得到非电晕面制备原料；
（3）芯层的制备原料为BOPE专用料；
（4）将各层原料熔融、过滤、挤出、预热纵拉、冷却牵引、预热横拉、电晕处理、收卷即得。
实施例2
本发明的实施例2提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及BOPE复合膜，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述步骤（1）中二氧化硅无规二氧化硅；所述无规二氧化硅粒径5微米，粒径分布宽度为1.36，型号为GRACE G45，来源于格蕾斯。
实施例3
本发明的实施例3提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及BOPE复合膜，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述步骤（1）中二氧化硅为球型二氧化硅和无规二氧化硅的组合；所述球型二氧化硅和无规二氧化硅的质量比为6：4，所述无规二氧化硅粒径5微米，粒径分布宽度为1.36，型号为GRACE G45，来源于格蕾斯。
对比例1
本发明的对比例1提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及BOPE复合膜，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0g/10min，型号为1001BT，来源于埃克森美孚化工；所述防粘剂为碳酸钙，所述碳酸钙的粒径为5微米，粒径分布宽度为3.12，型号为CC2800，来源于广源化工。
对比例2
本发明的对比例2提供了一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料及其制备方法以及BOPE复合膜，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按照重量百分比计，其制备原料包括：载体树脂85%、防粘剂10%、爽滑剂5%；所述载体树脂为线性低密度聚乙烯，所述线性低密度聚乙烯的熔融指数为1.0g/10min，型号为1001BT，来源于埃克森美孚化工；所述防粘剂为碳酸钙，所述碳酸钙的粒径为5微米，粒径分布宽度为3.12，型号为CC2800，来源于广源化工；所述爽滑剂为芥酸酰胺。
性能测试方法
对实施例和对比例制备得到的BOPE复合膜进行粘合力、薄膜雾度、薄膜摩擦系数以及复合牢度、热封牢度性能测试，测试方法及结果参见表1。
表1、
Figure DEST_PATH_IMAGE001

Claims (3)

1.一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料，其特征在于，按照重量百分比计，其制备原料至少包括：载体树脂85-95%、防粘剂5-15%；
所述载体树脂的熔融指数为2-6g/10min；所述载体树脂为茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的混合；所述茂金属线性聚乙烯和低密度聚乙烯的质量比为（5-6）：（3-4）；
所述防粘剂为端羧基有机硅改性二氧化硅，所述端羧基有机硅改性二氧化硅的制备方法至少包括以下制备步骤：
（1）以二氧化硅和硅烷偶联剂为原料，合成硅烷偶联剂改性二氧化硅；
（2）以硅烷偶联剂改性二氧化硅为原料，合成端羧基有机硅改性二氧化硅；
所述步骤（1）中二氧化硅为球型二氧化硅和/或无规二氧化硅；所述球型二氧化硅中心粒径5-6μm，粒径分布宽度≤1.2；所述无规二氧化硅粒径4-5μm，粒径分布宽度≤1.5；
所述步骤（2）中端羧基有机硅改性二氧化硅的制备原料至少包括硅烷偶联剂改性二氧化硅、羧基封端二甲基硅氧烷；所述硅烷偶联剂改性二氧化硅、羧基封端二甲基硅氧烷的质量比为21：（1-5）；
所述步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550、KH792中的至少一种。
2.一种根据权利要求1所述的一种BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的制备方法，其特征在于，将载体树脂和防粘剂采用混料机进行混合，之后采用双螺杆挤出机挤出冷却后通过切粒机切粒后即得。
3.一种BOPE复合膜，其特征在于，包括电晕面、芯层和非电晕面；所述电晕面中权利要求1所述BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的添加量为0.5-4wt%；所述非电晕面中所述BOPE复合膜专用低摩擦系数防粘结母料的添加量为2-8wt%。
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