CN115107339B - 一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法。本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,包括依序设置的第一光亮表层、芯层和第二消光表层;所述第一光亮表层包括线性低密度聚乙烯、乙烯‑降冰片烯共聚物和抗粘连剂,所述乙烯‑降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45‑60wt%;所述第一光亮表层经电晕处理后所述第一光亮表层的表面张力为44‑48dyn/cm。本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,通过在第一光亮表层中添加特定比例的乙烯‑降冰片烯共聚物,经过电晕处理后触发乙烯‑降冰片烯共聚物的相对持久性高表面能的保持效果,使整个薄膜具有相对持久性的高表面能,满足后续印刷、复合或制袋应用时对薄膜高表面能的要求。
Description
技术领域
本发明涉及聚乙烯薄膜技术领域,特别是涉及一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,简称为BOPE薄膜,是聚乙烯树脂在一定温度和速度下沿纵向和横向同步或异步拉伸,并经过适当的冷却或热处理或特殊的加工(如电晕)后制成的薄膜。其中聚乙烯树脂多为茂金属催化剂的线性低密度聚乙烯树脂,经过拉伸后,聚乙烯的分子链和片晶沿两个方向高度取向,BOPE薄膜的光学性能和力学性能大幅度提升。BOPE薄膜是一种非常重要的软包装材料,无色、无嗅、无味、无毒,并具有高拉伸强度、冲击强度和良好的透明性。
实际应用中,BOPE消光膜表面经常做为承印层和复合层,无论薄膜表面需要印刷还是复合都要求有持久较高的表面能。
BOPE消光膜中消光表层为无规共聚聚丙烯和低密度聚乙烯制成,其消光表层通过低电晕功率因数20W·min/m2的电晕处理后,其表面张力即可达到44dyn/cm以上;而光亮表层为茂金属催化剂的线性低密度聚乙烯树脂,通过同样的低电晕功率因数20W·min/m2的电晕处理后光亮表层的即测表面张力只有38dyn/cm,同样电晕处理表面后的表面能会随着时间的增加而减少,一般60天后表面张力会降低到34dyn/cm。而BOPE消光膜从生产到下游客户印刷或复合平均需要60天时间,现有的BOPE消光膜经过60天的时效后,薄膜的表面能已下降到影响正常使用的38dyn/cm以下,无法良好的附着印刷的油墨层,油墨印刷后容易脱落而导致印刷效果差,或者与其他薄膜的复合强度太低而分层,后续制袋或包装时容易产生漏包问题。为解决上述问题,一般情况下可以通过提高电晕功率因数而提高表面处理后的表面能,但BOPE消光膜生产中增加电晕处理会导致薄膜挺度降低,从而难以收卷,更重要的是经过电晕处理后收卷的薄膜会产生严重的粘连,导致薄膜两个表面因粘连损坏而无法解卷和使用。
发明内容
基于此,本发明的目的在于,提供一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,通过在第一光亮表层中添加特定比例的乙烯-降冰片烯共聚物,经过电晕处理后触发乙烯-降冰片烯共聚物的相对持久性高表面能的保持效果,使整个薄膜具有相对持久性的高表面能,满足后续印刷、复合或制袋应用时对薄膜高表面能的要求。
一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,包括依序设置的第一光亮表层、芯层和第二消光表层;所述第一光亮表层包括线性低密度聚乙烯、乙烯-降冰片烯共聚物和抗粘连剂,所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45-60wt%;所述第一光亮表层表面经电晕处理,经电晕处理后所述第一光亮表层的表面张力为44-48dyn/cm;所述芯层包括线性低密度聚乙烯和抗静电剂;所述第二消光表层包括低密度聚乙烯和无规共聚聚丙烯。
本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,为满足薄膜后续印刷、复合或制袋应用中对表面能的要求,薄膜表面一般经电晕处理,在高压电场作用下,高压使电极间的空气发生电离,产生电子流,电子流对薄膜表面进行了强有力的冲击,在薄膜表面形成氧化极化基团,其来源于电晕辐照过程中的氧化作用以及聚丙烯薄膜表面的分子链断裂产物,使电晕处理后的薄膜比原始薄膜具有更高的表面能。经过电晕处理后的薄膜,其表面的极性会随着存放时间的增长而减小。在相同的时效处理条件下电晕衰减的机理主要是因为极性基团的取向,根据热力学原理,材料的表面能总是有减小的趋势,以保持能量最低的稳定状态,经电晕处理的薄膜表面的极性基团会转动重新取向而朝向材料的内部,以减小材料的表面能,而极性基团的取向导致表面能降低和材料分子链运动的难易程度有关。乙烯-降冰片烯共聚物是乙烯和降冰片烯(NBE)两种单体的无规共聚物,是一种非晶性聚烯烃,共聚单体降冰片烯(NBE)是一种常见的高活性环烯烃单体,其六元环状的结构具有极大的环张力。本发明人经大量的试验研究发现,在聚乙烯消光膜表层加入特定比例的乙烯-降冰片烯共聚物,经过电晕处理后,薄膜具有相对持久性的高表面能,这主要是因为:乙烯-降冰片烯共聚物中的六元环状结构中具有较高反应活性的叔碳H原子和桥碳H原子,在电晕处理时,电子流对薄膜表面进行了强有力的冲击,较高反应活性的叔碳H原子和桥碳H原子将更容易被氧化形成极性基团,且乙烯-降冰片烯共聚物是一种非晶性聚烯烃,使得薄膜表层有更多的无定型区,分子链相对松散,可更好地与电子流相互作用,有利于在薄膜表层产生更多的氧化极性基团,使得聚乙烯薄膜表面具有相对更高的初始表面能;乙烯-降冰片烯共聚物中的六元环状结构有较大的空间位阻,导致分子链难以运动,从而减少了材料表面的极性基团的取向和大分子链的运动迁移,使得经电晕处理的薄膜表面的表面能衰减减缓。因此本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,在所述第一光亮表层中添加所述乙烯-降冰片烯共聚物,在不影响薄膜的力学性能和光学性能的前提下,所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45-60wt%,通过电晕处理后触发了所述乙烯-降冰片烯共聚物的持久的高表面能的保持效果,使薄膜具有相对持久性的高表面能,满足后续印刷、复合或制袋应用时对薄膜高表面能的要求。所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45-60wt%,如果所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层中添加比例过少,则经一定的时效处理后所述第一光亮表层的表面能无法达到持久的满足下游加工的高表面能效果,如果所述乙烯-降冰片烯共聚物在第一光亮表层中添加比例过多,则导致所述第一光亮表层的挺度大韧性差,造成双向拉伸过程中破膜多而无法连续稳定生产。经电晕处理后所述第一光亮表层的表面张力为44-48dyn/cm,保证收卷的薄膜两个表面不会产生严重的粘连,使薄膜收解卷顺畅。
进一步地,所述抗粘连剂在所述第一光亮表层的占比为2wt%;所述线性低密度聚乙烯在所述第一光亮表层的占比为38-53wt%。所述抗粘连剂能够降低薄膜的粘连,进一步防止薄膜两个表面因粘连损坏而无法解卷和使用。
进一步地,所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45-50wt%。在所述第一光亮表层中,所述乙烯-降冰片烯共聚物的占比为45-50wt%,在保证所述第一光亮表层具有相对持久性高表面能的前提下,使所述乙烯-降冰片烯共聚物与所述第一光亮表层中的线性低密度聚乙烯具有更好的共混性,利于双向拉伸成膜,利于稳定生产。
进一步地,所述乙烯-降冰片烯共聚物的玻璃化转变温度为60℃-80℃、熔融指数为0.5-5g/10min,所述乙烯-降冰片烯共聚物中降冰片烯的含量为60-70wt%。通过限定所述乙烯-降冰片烯共聚物中降冰片烯的含量为60-70wt%,使所述乙烯-降冰片烯共聚物具有适中的空间位阻,可提高所述第一光亮表层的挺度,如果位阻过大使所述第一光亮表层韧性大幅降低,不利于双向拉伸成膜。所述乙烯-降冰片烯共聚物具有良好的耐热性,其耐热性由降冰片烯的含量决定,由于降冰片烯具有刚性环状结构,它可以抑制结晶,通过将降冰片烯随机的嵌入到聚乙烯主链中,使乙烯-降冰片烯共聚物成为非晶性聚烯烃,通过在聚乙烯链中引入降冰片烯单体可以增加共聚物的刚性和强度,其玻璃化转变温度也随主链上的降冰片烯的比率增加而上升,可以提高下游印刷或复合的适用性。采用上述玻璃化转变温度和熔融指数范围的乙烯-降冰片烯共聚物,在不影响薄膜的力学性能和光学性能的同时,使其与所述第一光亮表层中的线性低密度聚乙烯有良好的共混性,利于双向拉伸成膜。
进一步地,所述芯层中所述线性低密度聚乙烯的含量为99.0-99.5wt%,所述抗静电剂的含量为0.5-1wt%。在薄膜生产的过程中,若不添加抗静电剂,静电的积累易导致薄膜表面产生静电纹,该静电纹位置的表面张力对比于其他位置表面张力变大。加入上述含量范围的抗静电剂可降低薄膜表面静电的产生,避免薄膜局部的表面张力变大。若抗静电剂的含量低于0.5wt%,抗静电效果差,薄膜表面还是会存在静电大的问题,若抗静电剂的含量高于1wt%,易导致抗静电剂的回迁。
进一步地,所述第一光亮表层和所述芯层中的线性低密度聚乙烯的熔融指数均为1-5g/10min。在所述第一光亮表层中,采用熔融指数为1-5g/10min的线型低密度聚乙烯,与所述乙烯-降冰片烯共聚物的熔融指数匹配,有良好的共混性,利于双向拉伸成膜;所述第一光亮表层和所述芯层中的线性低密度聚乙烯的熔融指数均为1-5g/10min,保证薄膜具有良好的成膜性和力学性能。
进一步地,所述第二消光表层中所述低密度聚乙烯和所述无规共聚聚丙烯的重量比为(45-55):(55-45),所述低密度聚乙烯的熔融指数为5-20g/10min,所述无规共聚聚丙烯熔融指数为0.1-0.5g/10min。采用上述重量比的所述低密度聚乙烯和所述无规共聚聚丙烯的组成比例,所述低密度聚乙烯、所述无规共聚聚丙烯的熔融指数在上述范围,如此可以使BOPE薄膜消光表层的整体消光效果更为理想。
进一步地,所述第一光亮表层的厚度为1~2μm;所述第二消光表层的厚度为2~3μm;所述双向拉伸聚乙烯薄膜的厚度为15~60μm。所述第一光亮表层的厚度为1~2μm,保证所述第一光亮表层能够覆盖整个薄膜,保证整个薄膜表面均具有相对持久性高表面能,同时还能够有效利用昂贵的所述乙烯-降冰片烯共聚物,降低生产成本。
进一步地,所述第二消光表层的表面经电晕处理。表面经过电晕处理后使薄膜表面具有优异的印刷性和复合性。
本发明还提供一种上述任一所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜的制备方法,包括以下步骤:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,经过T型模头在激冷辊流延成厚片,然后进行纵向拉伸,再进入横向拉伸,或同步纵向横向拉伸后形成薄膜,所述薄膜经电晕处理后收卷,最后经时效处理后分切包装成成品。
与现有技术相比,本发明有以下有益效果:
本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其通过在所述第一光亮表层中添加特定比例的乙烯-降冰片烯共聚物,降冰片烯(NBE)中的特殊的六元环状结构上具有较高反应活性的叔碳H原子和桥碳H原子,经过电晕处理后使聚乙烯薄膜表面具有相对更高的初始表面能,且减少了材料表面的极性基团的取向和分子链运动,使得薄膜表面电晕衰减减缓,从而使制得的薄膜表面可保持相对持久性的高表面能。本发明中,持久高表面能属于材料本身特殊结构赋予薄膜所具有的性能,不同于提高电晕处理的强度,高强度的电晕处理后收卷的薄膜会产生严重的粘连,导致薄膜两个表面因粘连损坏而无法解卷和使用;同时也不同于添加含有羟基、羧基等极性基团材料的方式,极性材料通常难以挤出后双向拉伸,挤出机容易积碳导致破膜多,拉伸过程中极性材料非常容易粘附在拉伸辊导致无法连续稳定生产。本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法,能够高效的制备出相对持久性高表面能的双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,为后续的印刷、复合或制袋应用提供了一种具有持久性的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜。
附图说明
图1为本发明的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜的截面示意图。
具体实施方式
为了便于理解发明,下面将结合较佳的实施例对本发明进行更全面的描述,但本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语均与本技术领域的技术人员通常理解的含义一致。
请参阅图1,一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,包括依序设置的第一光亮表层1、芯层2和第二消光表层3;第一光亮表层1包括线性低密度聚乙烯、乙烯-降冰片烯共聚物和抗粘连剂,所述乙烯-降冰片烯共聚物在第一光亮表层1的占比为45-60wt%;第一光亮表层1表面经电晕处理,经电晕处理后第一光亮表层1的表面张力为44-48dyn/cm;芯层2包括线性低密度聚乙烯和抗静电剂;第二消光表层3包括低密度聚乙烯和无规共聚聚丙烯。
所述抗粘连剂在第一光亮表层1的占比为2wt%;所述线性低密度聚乙烯在第一光亮表层1的占比为38-53wt%。
作为一个优选的实施方式,所述乙烯-降冰片烯共聚物在第一光亮表层1的占比为45-50wt%。
所述乙烯-降冰片烯共聚物的玻璃化转变温度为60℃-80℃、熔融指数为0.5-5g/10min,所述乙烯-降冰片烯共聚物中降冰片烯的含量为60-70wt%。作为一个优选的实施方式,所述乙烯-降冰片烯共聚物的玻璃化转变温度为65-78℃、熔融指数为0.5-3g/10min。
芯层2中所述线性低密度聚乙烯的含量为99.0-99.5wt%,所述抗静电剂的含量为0.5-1wt%。
第一光亮表层1和芯层2中的线性低密度聚乙烯的熔融指数均为1-5g/10min。
第二消光表层3中所述低密度聚乙烯和所述无规共聚聚丙烯的重量比为(45-55):(55-45),所述低密度聚乙烯的熔融指数为5-20g/10min,所述无规共聚聚丙烯熔融指数为0.1-0.5g/10min。优选的,所述低密度聚乙烯的熔融指数为5-15g/10min,所述无规共聚聚丙烯熔融指数为0.2-0.4g/10min。
第一光亮表层1的厚度为1~2μm,第二消光表层3的厚度为2~3μm,所述高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜的总厚度为15~60μm。
第二消光表层3的表面经电晕处理。
本发明还提供一种上述任一所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜的制备方法,包括以下步骤:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,第一光亮表层1和芯层2对应的挤出温度控制在220-240℃,第二消光表层3对应的挤出机温度控制在240-260℃,经过分配器汇合于T型模头后,在25-40℃的激冷辊上流延冷却成厚片,然后进行纵向拉伸装置,第一光亮表层1纵向拉伸预热110-130℃,纵向拉伸温度80-100℃,第二消光表层3纵向拉伸预热120-140℃,纵向拉伸温度90-110℃,纵向拉伸比4.5-5.5倍,再进入横向拉伸装置,横向拉伸预热130-140℃,横向拉伸温度110-130℃,横向拉伸比8-10倍,横向拉伸定型温度120-140℃,双向拉伸成薄膜后经风淋牵引装置后,薄膜再经过电晕处理后收卷,最后经时效处理后分切包装成成品。
下面结合较佳的实施例对本发明进行更全面的描述,以下实施例对应的薄膜总厚度为40μm,第一光亮表层1.5μm,第二消光表层2.5μm。
以下实施例的物性指标及其测试方法如下:
薄膜厚度根据GB/T6672-2001测定;
熔融指数根据GB/T3682-2018,线性低密度聚乙烯、乙烯-降冰片烯共聚物和低密度聚乙烯按2.16kg、190℃下测定,无规共聚聚丙烯按2.16kg、230℃下测定;
拉伸强度和断裂伸长率测试是根据GB/T1040.3-2006标准执行;雾度测试根据GB/T2410-2008执行,光泽度测试根据GB/T8807-1988标准执行;
表面能长久性检验及判定方法:
表面能根据GB/T14216测定,用达因笔测定薄膜表面的表面能,达因值越大,表面能越大。将薄膜放置在25℃下,分别检测实施例和对比例所制备的薄膜在0天、30天、60天时的第一光亮表层表面能,以60天的电晕测试达因值作为长久性的判定对比。
实施例1
本实施例的一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,请参阅图1,包括依序设置的第一光亮表层1、芯层2和第二消光表层3。
本实施例的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法具体如下:
(1)制备聚乙烯薄膜原料:
第一光亮表层1:取53wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、45wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量65wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
芯层2:取99.5wt%线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)和0.5wt%的抗静电剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到芯层2树脂。
第二消光表层3:取55wt%低密度聚乙烯(熔融指数7.5g/10min)和45wt%无规共聚聚丙烯(熔融指数0.3g/10min)经双螺杆共混加工并造粒的树脂,得到第二消光表层3树脂。
(2)制备聚乙烯薄膜:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,第一光亮表层1和芯层2对应的挤出温度控制在220-240℃,第二消光表层3对应的挤出机温度控制在240-260℃,经过分配器汇合于T型模头后,在25-40℃的激冷辊上流延冷却成厚片,然后进行纵向拉伸装置,第一光亮表层1纵向拉伸预热110-130℃,纵向拉伸温度80-100℃,第二消光表层3纵向拉伸预热120-140℃,纵向拉伸温度90-110℃,纵向拉伸比4.5-5.5倍,再进入横向拉伸装置,横向拉伸预热130-140℃,横向拉伸温度110-130℃,横向拉伸比8-10倍,横向拉伸定型温度120-140℃,双向拉伸成薄膜后经风淋牵引装置后,薄膜再经过电晕(功率因数20W·min/m2)处理后收卷,最后经时效处理后分切、包装成成品。
实施例2
本实施例的一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法与实施例1相同,不同在于:
第一光亮表层1:取48wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、50wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量65wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
实施例3
本实施例的一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法与实施例1相同,不同在于:
第一光亮表层1:取38wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、60wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量65wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
实施例4
本实施例的一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法与实施例1相同,不同在于:
第一光亮表层1:取48wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、50wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量60wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
实施例5
本实施例的一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法与实施例1相同,不同在于:
第一光亮表层1:取48wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、50wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量70wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
对比例1
本对比例的一种聚乙烯薄膜,其结构与实施例1相同,请参阅图1,包括依序设置的第一光亮表层1、芯层2和第二消光表层3。
本对比例的聚乙烯薄膜及其制备方法具体如下:
(1)制备聚乙烯薄膜原料:
第一光亮表层1:取98wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
芯层2:取99.5wt%线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)和0.5wt%抗静电剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到芯层2树脂。
第二消光表层3:取55wt%低密度聚乙烯(熔融指数7.5g/10min)和45wt%无规共聚聚丙烯(熔融指数0.3g/10min)经双螺杆共混加工并造粒的树脂,得到第二消光表层3树脂。
(2)制备聚乙烯薄膜:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,第一光亮表层1和芯层2对应的挤出温度控制在220-240℃,第二消光表层3对应的挤出机温度控制在240-260℃,经过分配器汇合于T型模头后,在25-40℃的激冷辊上流延冷却成厚片,然后进行纵向拉伸装置,第一光亮表层1纵向拉伸预热110-130℃,纵向拉伸温度80-100℃,第二消光表层3纵向拉伸预热120-140℃,纵向拉伸温度90-110℃,纵向拉伸比4.5-5.5倍,再进入横向拉伸装置,横向拉伸预热130-140℃,横向拉伸温度110-130℃,横向拉伸比8-10倍,横向拉伸定型温度120-140℃,双向拉伸成薄膜后经风淋牵引装置后,薄膜再经过电晕(功率因数20W·min/m2)处理后收卷,最后经时效处理后分切、包装成成品。
对比例2
本对比例的一种聚乙烯薄膜,其结构与实施例1相同,请参阅图1,包括依序设置的第一光亮表层1、芯层2和第二消光表层3。
本对比例的聚乙烯薄膜及其制备方法具体如下:
(1)制备聚乙烯薄膜原料:
第一光亮表层1:取33wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、65wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量65wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
芯层2:取99.5wt%线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)和0.5wt%的抗静电剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到芯层2树脂。
第二消光表层3:取55wt%低密度聚乙烯(熔融指数7.5g/10min)和45wt%无规共聚聚丙烯(熔融指数0.3g/10min)经双螺杆共混加工并造粒的树脂,得到第二消光表层3树脂。
(2)制备聚乙烯薄膜:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,第一光亮表层1和芯层2对应的挤出温度控制在220-240℃,第二消光表层3对应的挤出机温度控制在240-260℃,经过分配器汇合于T型模头后,在25-40℃的激冷辊上流延冷却成厚片,然后进行纵向拉伸装置,第一光亮表层1纵向拉伸预热110-130℃,纵向拉伸温度80-100℃,第二消光表层3纵向拉伸预热120-140℃,纵向拉伸温度90-110℃,纵向拉伸比4.5-5.5倍,再进入横向拉伸装置,横向拉伸预热130-140℃,横向拉伸温度110-130℃,横向拉伸比8-10倍,横向拉伸定型温度120-140℃,双向拉伸成薄膜后经风淋牵引装置后,薄膜再经过电晕(功率因数20W·min/m2)处理后收卷,最后经时效处理后分切、包装成成品。
对比例3
本对比例的一种聚乙烯薄膜,其结构与实施例1相同,请参阅图1,包括依序设置的第一光亮表层1、芯层2和第二消光表层3。
本对比例的聚乙烯薄膜及其制备方法具体如下:
(1)制备聚乙烯薄膜原料:
第一光亮表层1:取58wt%的线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)、40wt%乙烯-降冰片烯共聚物(玻璃化转变温度78℃,熔融指数1.8g/10min,降冰片烯含量65wt%)和2wt%抗粘连剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到第一光亮表层1树脂。
芯层2:取99.5wt%线性低密度聚乙烯树脂(熔融指数1.7g/10min)和0.5wt%的抗静电剂,经过失重称计量后进入混合搅拌单元混合均匀,得到芯层2树脂。
第二消光表层3:取55wt%低密度聚乙烯(熔融指数7.5g/10min)和45wt%无规共聚聚丙烯(熔融指数0.3g/10min)经双螺杆共混加工并造粒的树脂,得到第二消光表层3树脂。
(2)制备聚乙烯薄膜:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,第一光亮表层和芯层对应的挤出温度控制在220-240℃,第二消光表层对应的挤出机温度控制在240-260℃,经过分配器汇合于T型模头后,在25-40℃的激冷辊上流延冷却成厚片,然后进行纵向拉伸装置,第一光亮表层纵向拉伸预热110-130℃,纵向拉伸温度80-100℃,第二消光表层纵向拉伸预热120-140℃,纵向拉伸温度90-110℃,纵向拉伸比4.5-5.5倍,再进入横向拉伸装置,横向拉伸预热130-140℃,横向拉伸温度110-130℃,横向拉伸比8-10倍,横向拉伸定型温度120-140℃,双向拉伸成薄膜后经风淋牵引装置后,薄膜再经过电晕(功率因数20W·min/m2)处理后收卷,最后经时效处理后分切、包装成成品。
表1-1双向拉伸聚乙烯薄膜表面能测试
请参阅表1-1,实施例1-5的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜有较高的初始表面能,且经过长时间60天的时效后仍然高于下游加工所需的最低38dyn/cm的要求。而对比例1为不添加乙烯-降冰片烯的聚乙烯薄膜,用同样的电晕(功率因数20W·min/m2)处理后,再经过60天的时效后表面能只有34dyn/cm,低于下游印刷或复合的最低38dyn/cm的要求。而对比例2中添加65wt%的乙烯-降冰片烯共聚物,使第一光亮表层的挺度大韧性差,薄膜的三层结构模量不匹配导致无法连续的拉伸成薄膜。对比例3则由于乙烯-降冰片烯共聚物加入量过少,经60天的时效处理后薄膜第一光亮表面层的表面能仅有36dyn/cm,未达到下游加工所需的最低38dyn/cm的要求。
相对于现有技术,本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,在不影响薄膜的力学性能和光学性能的同时,其通过在所述第一光亮表层中添加特定比例的乙烯-降冰片烯共聚物,降冰片烯(NBE)中的特殊的六元环状结构上具有较高反应活性的叔碳H原子和桥碳H原子,经过电晕处理后使聚乙烯薄膜表面具有相对更高的初始表面能,且减少了材料表面的极性基团的取向和分子链运动,使得薄膜表面电晕衰减减缓,从而使制得的薄膜表面可保持相对持久性的高表面能。本发明中,持久高表面能属于材料本身特殊结构赋予薄膜所具有的性能,不同于提高电晕处理的强度,高强度的电晕处理后收卷的薄膜会产生严重的粘连,导致薄膜两个表面因粘连损坏而无法解卷和使用;同时也不同于添加含有羟基、羧基等极性基团材料的方式,极性材料通常难以挤出后双向拉伸,挤出机容易积碳导致破膜多,拉伸过程中极性材料非常容易粘附在拉伸辊导致无法连续稳定生产。本发明所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜及其制备方法,能够高效的制备出相对持久性高表面能的双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,为后续的印刷和复合应用提供了一种具有持久性的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:包括依序设置的第一光亮表层、芯层和第二消光表层;所述第一光亮表层包括线性低密度聚乙烯、乙烯-降冰片烯共聚物和抗粘连剂,所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45-60wt%;所述第一光亮表层表面经电晕处理,经电晕处理后所述第一光亮表层的表面张力为44-48dyn/cm;所述芯层包括线性低密度聚乙烯和抗静电剂;所述第二消光表层包括低密度聚乙烯和无规共聚聚丙烯。
2.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述抗粘连剂在所述第一光亮表层的占比为2wt%;所述线性低密度聚乙烯在所述第一光亮表层的占比为38-53wt%。
3.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述乙烯-降冰片烯共聚物在所述第一光亮表层的占比为45-50wt%。
4.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述乙烯-降冰片烯共聚物的玻璃化转变温度为60℃-80℃、熔融指数为0.5-5g/10min,所述乙烯-降冰片烯共聚物中降冰片烯的含量为60-70wt%。
5.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述芯层中所述线性低密度聚乙烯的含量为99.0-99.5wt%,所述抗静电剂的含量为0.5-1wt%。
6.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述第一光亮表层和所述芯层中的线性低密度聚乙烯的熔融指数均为1-5g/10min。
7.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述第二消光表层中所述低密度聚乙烯和所述无规共聚聚丙烯的重量比为(45-55):(55-45),所述低密度聚乙烯的熔融指数为5-20g/10min,所述无规共聚聚丙烯熔融指数为0.1-0.5g/10min。
8.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述第一光亮表层的厚度为1~2μm;所述第二消光表层的厚度为2~3μm;所述双轴定 向拉伸聚乙烯薄膜的总厚度为15~60μm。
9.根据权利要求1所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜,其特征在于:所述第二消光表层的表面经电晕处理。
10.一种如权利要求1-9任一所述的高表面能双轴定向拉伸聚乙烯薄膜的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
将各层组分原料经计量后投入配料混合均匀后进入挤出机,经过T型模头在激冷辊流延成厚片,然后进行纵向拉伸,再进入横向拉伸,或同步纵向横向拉伸后形成薄膜,所述薄膜经电晕处理后收卷,最后经时效处理后分切包装成成品。
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