CN115071236A - 一种超低温热封塑料膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及塑料包装膜领域，具体公开了一种超低温热封塑料膜及其制备方法。一种超低温热封塑料膜，包括依次连接的热封层、第一芯层、第二芯层以及电晕层；所述热封层包括如下原料：m‑LLDPE、EMMA、聚烯烃弹性体POP、EVA、氧化锌以及加工助剂；所述第一芯层包括如下原料：LLDPE、m‑LLDPE以及LDPE；所述第二芯层包括如下原料：LLDPE、m‑LLDPE、LDPE以及加工助剂；所述电晕层包括如下原料：LLDPE、LDPE、m‑LLDPE、氧化锌以及加工助剂。本申请的塑料膜可用于高速自动包装，其通过对每层的配方进行设计，使得塑料膜具有热封温度低、热封强度高、力学强度高以及透明度好的优点。
Description
技术领域
本申请涉及塑料包装膜领域，更具体地说，它涉及一种超低温热封塑料膜及其制备方法。
背景技术
塑料膜是指以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等树脂制成的薄膜，可用于食品、药品的包装。其中，聚乙烯薄膜作为常用的塑料薄膜材料，其具有机械强度高、透明性好以及价格较低等优点。对于塑料包装膜/袋来说，在生产过程中通常是采用热封的方式将要包装的产品进行密封。热封效果一般与热封温度、热封压力和热封时间有关，其中，热封温度是影响材料性能的主要因素。
目前的聚乙烯薄膜的热封温度一般在110℃以上，在聚乙烯薄膜的后端制袋工序中，需要在较高的热封温度、热封压力以及较长的热封时间下，来实现材料的热封连接，但是这不仅会导致聚乙烯薄膜易出现收缩、变形等问题，而且也会导致能耗的增加以及生产效率的降低。因此，需要一种热封温度低的塑料膜材料。
塑料膜的热封温度一般与其自身性能有关，由于高聚物没有确定的熔点，只是一个熔融温度范围；当加热到该温度区域时，高聚物就进入了熔融状态。高聚物的熔融温度以及分解温度是热封温度的下限和上限。一般来说，高聚物的分子链柔顺性越高，则流动单元链段越短，熔融温度越低，热封温度越低。
为了降低聚乙烯薄膜的热封温度，通常会在配方中加入某些乙烯的共聚物，例如EVA、EMA、EEA、EAA等；这些乙烯共聚物具有柔韧性好以及热封性能好的优点，可以降低聚乙烯薄膜的热封温度。但是因EVA的拉伸强度较低，添加量过高又会导致材料的力学强度下降。因此，需要一种同时具有较高力学强度以及较低热封温度的塑料膜材料。
发明内容
为了同时改善塑料膜的低温热封性能以及力学性能，本申请提供一种超低温热封塑料膜及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种超低温热封塑料膜，采用如下的技术方案：
一种超低温热封塑料膜，包括依次连接的热封层、第一芯层、第二芯层以及电晕层；
所述热封层包括如下重量份的原料：m-LLDPE80-90份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物3-7份、聚烯烃弹性体POP2-4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-3份、氧化锌4-6份以及1-2份加工助剂；
所述第一芯层包括如下重量份的原料：LLDPE65-75份、m-LLDPE20-30份以及LDPE10-20份；
所述第二芯层包括如下重量份的原料：LLDPE55-65份、m-LLDPE20-30份、LDPE10-15份以及1-3份加工助剂；
所述电晕层包括如下重量份的原料：LLDPE45-55份、LDPE15-25份、m-LLDPE24-28份、氧化锌2-4份以及0.5-2份加工助剂。
本申请的热封层的原料包括m-LLDPE、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、聚烯烃弹性体POP以及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。m-LLDPE(茂金属聚乙烯)具有较低的熔点和明显的熔区，其韧性、透明度、热粘合性以及低温热封性均明显优于传统的聚乙烯材料；但是具有线性结构的m-LLDPE的熔体强度低，导致其加工性能比较差。EMMA属于乙烯基的共聚物，相较于EVA，其具有更好的热稳定性、热粘合性以及低温热封性。POP具有很好的热封性能，与其他树脂之间具有很好的相容性。由m-LLPDE、EMMA、POP、EVA组成的热封层具有更低的热封温度、更高的热粘合力、更高的热封强度以及很好的加工性能。
通过采用上述技术方案，本申请的塑料膜由热封层、第一芯层、第二芯层以及电晕层组成，热封层作为塑料膜的内层，需要具有良好的热封性能；第一芯层和第二芯层位于热封层和电晕层之间，其作为支撑层，需要具有很好的力学性能；电晕层作为塑料膜的外层，其需要具有一定的耐热性能，以降低塑料膜加工过程中出现收缩、变形等问题。本申请通过对每层的配方进行设计，使得塑料膜能够同时满足热封温度低、热封强度高、力学强度高以及透明度好的优点。经过上述配方设计得到的塑料膜的热封温度可以由传统的100℃以上降低为80℃，在进行热封包装时，可以减少包装袋热封时所需的时间，可以提高生产速度，节约成本。
优选的，所述热封层中m-LLDPE的熔融指数为3-4g/10min，密度为0.900-0.915g/cm3；
所述第一芯层中LLDPE的熔融指数为2-3g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3；m-LLDPE的熔融指数为2-3g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3；LDPE的熔融指数为3-4g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；
所述第二芯层中LLDPE的熔融指数为3.0-4.0g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；m-LLDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3；LDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；
所述电晕层中LLDPE的熔融指数为2-3g/10min，密度为0.915-0.925g/cm3；LDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；m-LLDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3。
优选的，所述氧化锌采用如下方法进行改性处理：
将聚乙烯醇加热熔融后，加入甘油和异山梨醇混合均匀后，加入氧化锌，混合均匀，经过挤出、造粒后，得到改性氧化锌。
通过采用上述技术方案，氧化锌作为金属氧化物，具有一定的导热、导电性能；将其用于塑料膜中可以起到导热以及抗静电的作用；一方面氧化锌可以作为导热填料，提高塑料膜的导热率；在对塑料膜进行加热时，热量能够更快的传至内层的热封层中，从而缩短热封时间；另一方面，其抗静电作用可以提高塑料膜的表面抗静电作用，降低其对灰尘的吸附，从而降低因吸附夹杂物而导致的材料的热封性能下降的问题。
为了能够提高氧化锌在聚合物中的分散性，本申请对氧化锌进行改性处理；首先向熔融态的聚乙烯醇(PVA)中加入甘油和异山梨醇，异山梨醇作为糖类衍生物，可以与聚乙烯醇中的羟基生成氢键的聚合物，以破坏PVA的分子间作用力，使得甘油能够快速进入聚乙烯醇的分子链间，进一步削弱分子链间的应力，以增加分子链的移动性、降低分子链的结晶度，使得氧化锌与处理后的聚乙烯醇共混，可以提高氧化锌与聚乙烯醇混合的均匀性，通过聚乙烯醇包裹在氧化锌粒子外，可以提高氧化锌在聚乙烯树脂中的分散性。在制膜时，经过处理后的氧化锌不仅可以明显提高材料的伸长率，降低材料的热封温度，改善材料的光学性能，而且在一定程度上可以改善材料的拉伸强度，有利于改善材料的综合性能。
优选的，所述热封层、第一芯层、第二芯层、电晕层的厚度比为2:2-4:2-4:3-5。
优选的，所述塑料膜的厚度为50-80μm。
优选的，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯的含量为5-7％。
与聚乙烯相比，EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而降低了聚乙烯的高结晶度，提高了材料的柔韧性、抗冲击性以及热封性能。EVA的性能与其醋酸乙烯(VA)的含量有关，VA的含量越高则材料的柔韧性和热封温度越低，但是也会导致材料的力学性能下降。通过采用上述技术方案，在本申请中，EVA的VA含量选择5-7％，由此得到的材料具有良好的低温热封性以及力学强度。
优选的，所述加工助剂为爽滑剂、开口剂、抗氧化剂、增塑剂中的一种或多种的混合物。
第二方面，本申请提供一种超低温热封塑料膜的制备方法，采用如下的技术方案：一种超低温热封塑料膜的制备方法，包括以下步骤：将热封层原料、第一芯层原料、第二芯层原料以及电晕层原料分别搅拌均匀后，得到热封层混合料、第一芯层混合料、第二芯层混合料以及电晕层混合料；
将热封层混合料、第一芯层混合料、第二芯层混合料以及电晕层混合料投入挤出机中，经过流延冷却，得到塑料膜。
通过采用上述技术方案，本申请采用流延工艺制得的塑料膜具有很好的加工性能，所得流延膜具有热封温度低、热封强度高、透明性好、柔韧性好以及力学强度高的优点。
优选的，所述挤出机对热封层的温度设置为一区180-190℃、二区205-215℃、三区215-225℃、四区-七区225-235℃；
所述挤出机对第一芯层的温度设置为一区190-200℃、二区210-220℃、三区215-225℃、四区-七区230-240℃；
所述挤出机对第二芯层的温度设置为一区190-200℃、二区210-220℃、三区215-225℃、四区-七区230-240℃；
所述挤出机对电晕层的温度设置为一区180-190℃、二区205-215℃、三区215-225℃、四区-七区225-235℃。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过对每层的配方进行设计，使得塑料膜能够同时满足热封温度低、热封强度高、力学强度高以及透明度好的优点。本申请的塑料膜的热封温度可以由传统的100℃以上降低为80℃，在进行热封包装时，可以减少包装袋热封时所需的时间，可以提高生产速度，节约成本。
2、本申请中的热封层和电晕层中添加有氧化锌，可以起到导热以及抗静电的作用，一方面可以缩短热封时间，另一方面，可以降低塑料膜对灰尘的吸附，从而降低因吸附夹杂物而导致的材料的热封性能下降的问题。
3、本申请的热封层和电晕层的氧化锌先经过改性处理，在制膜时，经过处理后的氧化锌不仅可以明显提高材料的伸长率，降低材料的热封温度，改善材料的光学性能，而且在一定程度上可以改善材料的拉伸强度，有利于改善材料的综合性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
改性氧化锌的制备例
除特别说明外，制备例中的原料均可通过市售获得。其中聚乙烯醇为聚乙烯醇1799。
制备例1
将20kg聚乙烯醇加热至95℃后，使其熔融，加入1kg甘油和3kg异山梨醇，以100r/min的速度搅拌30min；混合均匀后，加入40kg氧化锌，以100r/min的速度搅拌20min；将得到的混合料挤出、造粒后，得到改性氧化锌。
制备例2
本制备例与制备例1的不同之处在于，甘油的用量为2kg，异山梨醇的用量为5kg，氧化锌的用量为50kg。
制备例3
本制备例与制备例1的不同之处在于，将异山梨醇替换为等量的甘油。
制备例4
本制备例与制备例1的不同之处在于，将甘油替换为等量的异山梨醇。
实施例
除特殊说明外，实施例中的原料均可通过市售获得。其中，热封层中m-LLDPE的熔融指数为3.8g/10min，密度为0.903g/cm3，型号为SP0540；EMMA的牌号为SWA130；POP选自陶氏化学的1880G；EVA中VA的含量为5％；加工助剂为二氧化硅开口剂。第一芯层中LLDPE的熔融指数为2.3g/10min，密度为0.918g/cm3，型号为2067G；m-LLDPE的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.913g/cm3，型号为SP1520H；LDPE的熔融指数为4g/10min，密度为0.923g/cm3，型号为FD0474。第二芯层中LLDPE的熔融指数为3.8g/10min，密度为0.923g/cm3，型号为SP2540R；m-LLDPE的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.918g/cm3，型号为2018HA；LDPE的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.924g/cm3，型号为2420H；加工助剂为爽滑剂。电晕层中LLDPE的熔融指数为2.3g/10min，密度为0.918g/cm3，型号为2067G；LDPE的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.924g/cm3，型号为2420H；m-LLDPE的熔融指数为2.0g/10min，密度为0.913g/cm3，型号为SP1520H；加工助剂为爽滑剂。
实施例1-3
如表1所示，实施例1-实施例3的主要区别在于原料的用量不同。以下以实施例1为例进行说明。
实施例1提供的塑料膜的制备方法包括如下步骤：
S1、将热封层原料、第一芯层原料、第二芯层原料以及电晕层原料分别搅拌均匀后，得到热封层混合料、第一芯层混合料、第二芯层混合料以及电晕层混合料；
S2、将热封层混合料、第一芯层混合料、第二芯层混合料以及电晕层混合料投入挤出机中，所述挤出机对热封层的温度设置为一区185℃、二区210℃、三区220℃、四区230℃、五区230℃、六区230℃、七区230℃；
所述挤出机对第一芯层的温度设置为一区195℃、二区215℃、三区220℃、四区235℃、五区235℃、六区235℃、七区235℃；
所述挤出机对第二芯层的温度设置为一区195℃、二区215℃、三区220℃、四区235℃、五区235℃、六区235℃、七区235℃；
所述挤出机对电晕层的温度设置为一区185℃、二区210℃、三区220℃、四区230℃、五区230℃、六区230℃、七区230℃；经过流延冷却，得到塑料膜。
其中，塑料膜的厚度为70μm；热封层、第一芯层、第二芯层、电晕层的厚度比为2:2:2:3。
表1实施例1-3中的原料用量表(单位：kg)
实施例4
本实施例与实施例2的不同之处在于，氧化锌由等量的改性氧化锌代替，改性氧化锌由制备例1制备而得。
实施例5
本实施例与实施例2的不同之处在于，氧化锌由等量的改性氧化锌代替，改性氧化锌由制备例2制备而得。
实施例6
本实施例与实施例2的不同之处在于，氧化锌由等量的改性氧化锌代替，改性氧化锌由制备例3制备而得。
实施例7
本实施例与实施例2的不同之处在于，氧化锌由等量的改性氧化锌代替，改性氧化锌由制备例4制备而得。
对比例
对比例1
本对比例与实施例2的不同之处在于，将热封层中的EMMA和POP用等量的EVA代替。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于，将氧化锌用等量的碳酸钙代替。
性能检测试验
按照实施例1-7以及对比例1-2的方法制备复合膜，按照如下方法对其性能进行测试，将测试结果记录于表2。
1.拉伸强度与断裂伸长率：按照GB/T13022-1991《塑料薄膜拉伸性能测试方法》进行测试。
2.冲击强度：按照GB/T9639.1-2008《塑料薄膜和薄片抗冲击性能试验方法自由落镖法第1部分：梯级法》进行测试。
3.穿刺力：按照GB/T 10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》进行测试。
4.热封性能：按照QB/T2358-1998《塑料薄膜包装袋热合强度试验方法》进行测试。
5.透光率与雾度：按照GB/T2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》进行测试；透光率越大则表示材料的透明性越好；雾度越小，则表示材料的透明度和光泽度越高。
6.摩擦系数：按照GB/T10006-2021《塑料薄膜和薄片摩擦系数》进行测试。
表2实施例1-7以及对比例1-2的材料的性能测试表
结合实施例2和对比例1并结合表2可以看出，实施例2制得的塑料膜的拉伸强度、断裂伸长率、热封强度以及透光率明显高于对比例1，且实施例2的塑料膜的热封温度以及雾度明显低于对比例1，说明采用热封层的原料采用m-LLDPE、EMMA、POP、EVA配合时，所制得的塑料膜具有更好的热封性能、力学性能以及光学性能。
结合实施例2和实施例4并结合表2可以看出，实施例2制得的塑料膜的断裂伸长率、热封强度以及透光率明显高于实施例1，且实施例2的塑料膜的热封温度以及雾度明显低于实施例2，说明氧化锌经过改性处理后，可以改善材料的拉伸强度，明显提高材料的伸长率、降低材料的热封温度以及改善材料的光学性能。
结合实施例4、实施例6、实施例7并结合表2可以看出，实施例4具有较佳的综合性能，说明在对氧化锌进行改性处理时，异山梨醇和甘油具有协同配合作用，将制备例1制备的氧化锌用于塑料膜的制备时，可以明显改善制品的力学性能、热封性能以及光学性能等综合性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种超低温热封塑料膜，其特征在于，包括依次连接的热封层、第一芯层、第二芯层以及电晕层；
所述热封层包括如下重量份的原料：m-LLDPE80-90份、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物3-7份、聚烯烃弹性体POP2-4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-3份、氧化锌4-6份以及1-2份加工助剂；
所述第一芯层包括如下重量份的原料：LLDPE65-75份、m-LLDPE20-30份以及LDPE10-20份；
所述第二芯层包括如下重量份的原料：LLDPE55-65份、m-LLDPE20-30份、LDPE10-15份以及1-3份加工助剂；
所述电晕层包括如下重量份的原料：LLDPE45-55份、LDPE15-25份、m-LLDPE24-28份、氧化锌2-4份以及0.5-2份加工助剂。
2.根据权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述热封层中m-LLDPE的熔融指数为3-4g/10min，密度为0.900-0.915g/cm3；
所述第一芯层中LLDPE的熔融指数为2-3g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3；m-LLDPE的熔融指数为2-3g/10min，密度为 0.910-0.920g/cm3；LDPE的熔融指数为3-4g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；
所述第二芯层中LLDPE的熔融指数为3.0-4.0g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；m-LLDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3；LDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；
所述电晕层中LLDPE的熔融指数为2-3g/10min，密度为0.915-0.925g/cm3；LDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.920-0.930g/cm3；m-LLDPE的熔融指数为1.9-2.5g/10min，密度为0.910-0.920g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述氧化锌采用如下方法进行改性处理：
将聚乙烯醇加热熔融后，加入甘油和异山梨醇混合均匀后，加入氧化锌，混合均匀，经过挤出、造粒后，得到改性氧化锌。
4.根据权利要求3所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述聚乙烯醇、甘油、异山梨醇、氧化锌的重量比为20:1-2:3-5:40-50。
5.根据权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述热封层、第一芯层、第二芯层、电晕层的厚度比为2:2-4:2-4:3-5。
6.根据权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述塑料膜的厚度为50-80μm。
7.根据权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯的含量为5-7%。
8.根据权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜，其特征在于，所述加工助剂为爽滑剂、开口剂、抗氧化剂、增塑剂中的一种或多种的混合物。
9.权利要求1所述的一种超低温热封塑料膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将热封层原料、第一芯层原料、第二芯层原料以及电晕层原料分别搅拌均匀后，得到热封层混合料、第一芯层混合料、第二芯层混合料以及电晕层混合料；
将热封层混合料、第一芯层混合料、第二芯层混合料以及电晕层混合料投入挤出机中，经过流延冷却，得到塑料膜。
10.根据权利要求9所述的一种超低温热封塑料膜的制备方法，其特征在于，所述挤出机对热封层的温度设置为一区180-190℃、二区205-215℃、三区215-225℃、四区-七区225-235℃；
所述挤出机对第一芯层的温度设置为一区190-200℃、二区210-220℃、三区215-225℃、四区-七区230-240℃；
所述挤出机对第二芯层的温度设置为一区190-200℃、二区210-220℃、三区215-225℃、四区-七区230-240℃；
所述挤出机对电晕层的温度设置为一区180-190℃、二区205-215℃、三区215-225℃、四区-七区225-235℃。
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