CN115109530B - 一种pe自粘膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及保护膜技术领域，提供了一种PE自粘膜及其制备方法和应用。本发明采用茂金属低密度聚乙烯和POE为外层制备原料，通过两种原料的配合调整粘度，达到自粘膜的性能要求，且这两种原料对膜的收缩率不会形成负面影响；本发明采用熔指高、分子量分布宽的低密度聚乙烯为中层原料，能够降低产品薄膜的收缩率。另外，本发明将制备薄膜时的牵引减小，冷却时间延长，从而使PE自粘膜的热收缩率下降。进一步的，本发明还降低了熔融挤出的温度，本发明通过调低挤出温度，降低PE自粘膜的收缩率。实施例结果表明，本发明制备的PE自粘膜在90℃条件下加热30min后横向和纵向的收缩率均为0.1％以下，说明其具有优异的抗热收缩性能。

Description

一种PE自粘膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及保护膜技术领域，尤其涉及一种PE自粘膜及其制备方法和应用。
背景技术
聚乙烯PE是透明的热塑性塑料，常用的PE有三大类，即低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)，三种材料性能具有较大的差异，在包装领域，PE热收缩膜广泛适用于酒类、易拉罐类、矿泉水类、各种饮料类、布匹等产品的整件集合包装。也就是说，传统的PE收缩膜具有收缩温度低、收缩速度快、水蒸气透过率低等特点，在低温就具有很大的收缩率。例如CN106084379A中公布了一种自动收缩套管膜，该套管膜采用共挤吹膜工艺制造，组分包括茂金属线型低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物和功能母料。该专利中的提供的自动收缩套管膜具有夹持力高、回弹力强、防穿刺性好的特点。
但是，上述专利中的PE包装膜主要是利用低温时的高收缩率实现包装功能的提升，并不能够应用于油墨印刷领域，也就是说，当涉及油墨印刷过程，产生的温度可能会令PE膜大幅度收缩，从而影响印刷效果。而对于PC、PE板材、铝板、不锈钢板材等材料表面贴合的保护膜而言，需要印刷颜色、图案或者商标等信息，在印刷时就要求PE膜不能有太大的收缩。
中国专利CN112680137A中公布了一种耐强UV固化油墨印刷的PE保护膜，包括：PE基层、依次设置在PE基层内侧的联结层与粘胶层、依次设置在PE基层外侧的抗回缩层和保护层，其中PE基层包括低密度聚乙烯40～60份，高密度聚乙烯15～30份；抗回缩层包括热固性酚醛树脂35～40份，渗透剂15～40份；所述保护层包括聚碳酸酯25～55份，二甲基硅氧烷10～20份。该专利提供的复合膜虽然在PC、PE板材、铝板、不锈钢板材等材料表面贴合的应用广泛，但是结构和成分复杂，制备难度大，成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种PE自粘膜及其制备方法和应用。本发明提供的PE自粘膜具有低晶点、热收缩率低、结构和成分简单，易于加工，适合用于油墨印刷领域。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种PE自粘膜，由外层、中层和内层三层共挤吹膜制成；
所述外层的制备原料包括茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体；所述茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体POE的质量比为(30～80):(20～50)；
所述中层的制备原料为低密度聚乙烯；
所述内层的制备原料包括低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯；所述低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比为(20～60):(40～80)；
所述外层使用的茂金属低密度聚乙烯的熔指为3～4g/10min，密度为0.900～0.915g/cm3；
所述中层使用的低密度聚乙烯的熔指为6.5～8g/10min，密度为0.910～0.925g/cm3；
所述内层使用的低密度聚乙烯的熔指为1.5～2.5g/10min，密度为0.920～0.930g/cm3，茂金属低密度聚乙烯的熔指为1.5～2.5g/10min，密度为0.915～0.925g/cm3。
优选的，所述聚烯烃弹性体POE的熔指为2.5～3.5g/10min，密度为0.780～0.900g/cm3。
优选的，所述外层使用的茂金属低密度聚乙烯的型号为KF370；外层使用的聚烯烃弹性体的型号为8203。
优选的，所述中层使用的低密度聚乙烯的型号为LB7500N。
优选的，所述内层使用的低密度聚乙烯的型号为PE3020H，内层使用的茂金属低密度聚乙烯的型号为SP2320。
优选的，以外层、中层和内层的总质量为100％计，所述外层的质量分数为5～20％，中层的质量分数为40～80％，内层的质量分数为15～45％。
本发明还提供了上述方案所述PE自粘膜的制备方法，包括以下步骤：
外层、中层和内层的制备原料进行三层共挤，所得膜泡在15～20℃的冷却风条件下冷却10～15s，然后依次进行稳泡、测厚、牵引、电晕处理、切边和收卷，得到PE自粘膜；所述牵引的牵引比为1.5～2。
优选的，所述三层共挤的过程包括：外层、中层和内层的制备原料分别进入外层、中层和内层挤出机中进行熔融塑化后输出，将各挤出机输出的材料输送至模头，挤出吹膜并将熔融的外层、中层和内层制备原料融合成一层，然后经过模口吹出，形成膜泡。
优选的，所述外层挤出机、中层挤出机和内层挤出机均设置有5个加热区，按照原料通过顺序，依次记为1区～5区；所述模头设置有4个加热区，按照原料通过顺序，依次记为1区～4区；
所述外层挤出机的1区温度为155～165℃，2区温度为160～170℃，3区温度为158～168℃，4区温度为155～165℃，5区温度为150～160℃；
所述中层挤出机的1区温度为140～150℃，2区温度为145～155℃，3区温度为145～155℃，4区温度为140～150℃，5区温度为140～150℃；
所述内层挤出机的1区温度为160～170℃，2区温度为165～175℃，3区温度为170～180℃，4区温度为165～175℃，5区温度为160～170℃；
所述模头的1区温度为165～175℃，2区温度为170～180℃，3区温度为170～180℃，4区温度为165～175℃。
本发明还提供了上述方案所述的PE自粘膜或上述方案所述制备方法制备的PE自粘膜在油墨印刷领域的应用。
本发明提供了一种PE自粘膜，由外层、中层和内层三层共挤吹膜制成；所述外层的制备原料包括茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体(POE)；所述茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体的质量比为(30～80):(20～50)；所述中层的制备原料为低密度聚乙烯；所述内层的制备原料包括低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯；所述低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比为(20～60):(40～80)；所述外层使用的茂金属低密度聚乙烯的熔指为3～4g/10min，密度为0.900～0.915g/cm3；所述中层使用的低密度聚乙烯的熔指为6.5～8g/10min，密度为0.910～0.925g/cm3；所述内层使用的低密度聚乙烯的熔指为1.5～2.5g/10min，密度为0.920～0.930g/cm3，茂金属低密度聚乙烯的熔指为1.5～2.5g/10min，密度为0.915～0.925g/cm3。本发明采用茂金属低密度聚乙烯和POE为外层制备原料，通过两种原料的配合调整粘度，达到自粘膜的性能要求，且这两种原料对膜的收缩率不会形成负面影响；本发明采用熔指高、分子量分布宽的低密度聚乙烯为中层原料，能够降低产品薄膜的收缩率。本发明通过对三层原料的严格控制，得到一种低晶点、热收缩率低、结构简单、易于加工的PE自粘膜，适合用于油墨印刷领域中。
本发明还提供了上述方案所述PE自粘膜的制备方法，本发明采用三层共挤法制备PE自粘膜，制备方法简单，容易操作。另外，本发明将制备薄膜时的牵引比控制在1.5～2，常规的共挤吹膜工艺中牵引比通常为4～6，因为PE分子具备“形态记忆”的特点，拉伸变形越大，则分子链恢复原有形态的趋势越大，现有技术中的牵引比的较大，容易导致PE膜的热收缩率上升，本发明调低了牵引比，从而进一步降低PE自粘膜的收缩率；此外，本发明将膜泡的冷却时间控制在10～15s，常规的共挤吹膜工艺中膜泡的冷却时间通常为5～8s，本发明将膜泡的冷却时间延长，较长的冷却时间使得PE分子链恢复取向结构的能力减弱，从而使PE自粘膜的热收缩率下降。进一步的，本发明降低了熔融挤出的温度，熔融挤出温度越高，材料的横向、纵向收缩率都会变大，本发明通过调低挤出温度，进一步降低PE自粘膜的收缩率。
实施例结果表明，本发明制备的PE自粘膜在90℃条件下加热30min后横向和纵向的收缩均≤0.1％，说明其具有优异的抗热收缩性能。
具体实施方式
本发明提供了一种PE自粘膜，由外层、中层和内层三层共挤吹膜制成；
所述外层的制备原料包括茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体；所述茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体POE的质量比为(30～80):(20～50)；
所述中层的制备原料为低密度聚乙烯；
所述内层的制备原料包括低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯；所述低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比为(20～60):(40～80)；
所述外层使用的茂金属低密度聚乙烯的熔指为3～4g/10min，密度为0.900～0.915g/cm3；
所述中层使用的低密度聚乙烯的熔指为6.5～8g/10min，密度0.910～0.925g/cm3；
所述内层使用的低密度聚乙烯的熔指为1.5～2.5g/10min，密度为0.920～0.930g/cm3，茂金属低密度聚乙烯的熔指为1.5～2.5g/10min,密度为0.915～0.925g/cm3。
在本发明中，所述外层为自粘层，所述外层的制备原料包括茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体(POE)；所述茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体POE的质量比优选为(40～60):(30～40)；所述茂金属低密度聚乙烯的熔指优选为3.3～3.8g/10min，密度优选为0.905～0.910g/cm3；在本发明的具体实施例中，所述茂金属低密度聚乙烯的型号优选为KF370，具体为日本JPE(日本聚乙烯有限公司(JPE))生产的产品，熔指为3.5g/10min，密度为0.907g/cm3。本发明采用上述茂金属低密度聚乙烯，具有低晶点、低收缩、易加工性等特性。在本发明中，所述聚烯烃弹性体POE的熔指优选为2.5～3.5g/10min，更优选为2.8～3.2g/10min，所述聚烯烃弹性体POE的密度优选为0.780～0.900g/cm3，更优选为0.785～0.885g/cm3。在本发明的具体实施例中，所述聚烯烃弹性体POE的型号为8203，为北欧化工生产的产品，熔指为3.0g/10min，密度为0.882g/cm3。本发明采用上述聚烯烃弹性体POE，具有低晶点、粘度稳定，易加工的特点。
在本发明中，所述中层的制备原料为低密度聚乙烯，所述中层使用的低密度聚乙烯的熔指优选为7～7.5g/10min，密度优选为0.915～0.920g/cm3；所述中层使用的低密底聚乙烯优选为采用釜式法生产的低密度聚乙烯；在本发明的具体实施例中，所述中层使用的低密度聚乙烯的型号为LB7500N，具体为韩国LG化学生产的产品，熔指为7.5g/min，密度为0.918g/cm3。LB7500N是采用釜式法进行生产的，熔指高、分子量分布宽，通常用于淋膜、流延工艺中，本发明将其转用到共挤吹膜工艺中，作为PE自粘膜的中层成分，因为该原料熔指高，分子间缠结点少，能够降低所得薄膜的收缩应力小，从而降低成品的热收缩率。本发明采用上述低密度聚乙烯为中层的原料，具有晶点少、收缩率低、加工性能好的特点。
在本发明中，所述内层的制备原料包括低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯；所述低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比优选为(30～50):(50～70)；所述内层使用的低密度聚乙烯的熔指优选为1.8～2.3g/10min，密度为0.922～0.925g/cm3，在本发明的具体实施例中，内层使用的低密度聚乙烯的型号为PE3020H，为巴赛尔(荷兰利安德巴塞尔工业公司)生产的产品，熔指为2.0g/10min，密度为0.927g/cm3。本发明采用上述低密底聚乙烯为内层的制备原料，具有低晶点、高透明、易加工性的特性。在本发明中，所述内层使用的茂金属低密度聚乙烯的熔指优选为1.8～2.2g/10min，密度优选为0.918～0.922g/cm3。在本发明的具体实施例中，所述茂金属低密度聚乙烯的型号优选为SP2320，具体为三井化学(三井化学株式会社)生产的产品，熔指为1.9g/10min，密度为0.920g/cm3，本发明采用上述茂金属低密度聚乙烯作为内层的制备原料，具有晶点少、无析出、易上电晕、高光泽、高透明、印刷图案再现性好的特点。
在本发明中，以外层、中层和内层的总质量为100％计，所述外层的质量分数优选为5～20％，更优选为10～15％，中层的质量分数优选为40～80％，更优选为50～70％，内层的质量分数优选为15～45％，更优选为20～40％。
在本发明中，所述PE自粘膜的厚度优选为30～40μm，更优选为35μm，所述PE自粘膜的纵向拉伸强度优选为26～28MPa，更优选为26.5～27MPa，横向拉伸强度优选为24～26MPa，更优选为24.5～25MPa；所述PE自粘膜的纵向断裂伸长率优选为300～320％，更优选为305～310％，横向断裂伸长率优选为670～685％，更优选为675～680％。
本发明还提供了上述方案所述PE自粘膜的制备方法，包括以下步骤：
外层、中层和内层的制备原料进行三层共挤，所得膜泡在15～20℃的冷却风条件下冷却10～15s，然后依次进行稳泡、测厚、牵引、电晕处理、切边和收卷，得到PE自粘膜；所述牵引的牵引比为1.5～2。
在本发明中，所述三层共挤的过程优选包括：外层、中层和内层的制备原料分别进入外层、中层和内层挤出机中进行熔融塑化后输出，将各挤出机输出的材料输送至模头，挤出吹膜并将熔融的外层、中层和内层制备原料融合成一层，然后经过模口吹出，形成膜泡。
在本发明中，所述外层挤出机、中层挤出机和内层挤出机均设置有5个加热区，按照原料通过顺序，依次记为1区～5区；所述模头设置有4个加热区，按照原料通过顺序，依次记为1区～4区；
所述外层挤出机的1区温度优选为155～165℃，2区温度优选为160～170℃，3区温度优选为158～168℃，4区温度优选为155～165℃，5区温度优选为150～160℃；
所述中层挤出机的1区温度优选为140～150℃，更优选为145℃，2区温度优选为145～155℃，更优选为150℃，3区温度优选为145～155℃，更优选为150℃，4区温度优选为140～150℃，更优选为145℃，5区温度优选为140～150℃，更优选为145℃；
所述内层挤出机的1区温度优选为160～170℃，更优选为165℃，2区温度优选为165～175℃，更优选为170℃，3区温度优选为170～180℃，更优选为175℃，4区温度优选为165～175℃，更优选为170℃，5区温度优选为160～170℃，更优选为165℃；
所述模头的1区温度优选为165～175℃，更优选为170℃，2区温度优选为170～180℃，更优选为175℃，3区温度优选为170～180℃，更优选为175℃，4区温度优选为165～175℃，更优选为170℃。
在本发明中，所述外层挤出机的挤出压力优选为22～32MPa，中层挤出机的挤出压力优选为24～33MPa，内层挤出机的挤出压力优选为21～32MPa。
在本发明中，挤出所得膜泡优选通过自动风环进行冷却，所述冷却风的温度为15～20℃，优选为16～18℃，所述冷却的时间为10～15s，更优选为12～14s。
在本发明中，所述稳泡优选在稳泡架中进行，所述测厚优选由在线测厚仪360℃旋转测量，在线测厚仪测量整个膜泡的厚度分布，并由将信息反馈至自动风环，之后膜泡被人字排夹成扁平的筒膜，然后进入上牵引旋转装置进行牵引，冷却后的薄膜进入电晕处理装置，经过电晕处理后切边，再进入下牵引分成单张，之后得到成品，进行包装即可。在本发明中，所述牵引比具体是指上牵引的牵引比。本发明对上述各个过程中采用的装置没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的上述装置即可。
本发明还提供了上述方案所述的PE自粘膜在油墨印刷领域的应用，本发明对所述应用的具体方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的应用方法即可，具体的，是将本发明的PE自粘膜作为需要进行油墨印刷的物品的保护膜，具体如应用于PC、PE板材、铝板、不锈钢板材等材料表面，在本发明的具体实施例中，将本发明的自粘膜贴合(自粘层与材料表面接触)于上述材料表面后，再在自粘膜表面进行油墨印刷即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
本实施例制备的PE自粘膜，具有三层结构，分别为外层、中层和内层，以三层的总重量为100％计，外层、中层和内层的挤出重量分数依次为8％、75％和17％；各层原料组分如下：
外层：茂金属低密度聚乙烯KF370、聚烯烃弹性体(POE)8203，茂金属低密度聚乙烯和POE的质量比为78:20；
中层：低密度聚乙烯LB7500N；
内层：低密度聚乙烯PE3020H，茂金属低密度聚乙烯SP2320，低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比为60:42。
制备方法如下：
(1)将各层的原料分别加入外层挤出机、中层挤出机、内层挤出机进行熔融塑化后输出，将各挤出机输出的材料输送至模头，挤出吹膜并将熔融的外层材料、中层材料和内层材料融合成一层，再经过模口吹出；
(2)通过自动风环的15～20℃的冷却风冷却成需要的膜泡，冷却时间为10～15秒；
(3)冷却后经过稳泡架稳定膜泡，由在线测厚仪360℃旋转测量整个膜泡的厚度分布，并由厚度调节系统将信息反馈至自动风环调节；
(4)进入人字排的膜泡被夹成扁平的筒膜进入上牵引选装装置，牵引比为1.5；
(5)冷却后的薄膜再进入电晕处理装置，经过电晕处理后切边，进入下牵引分成单张进入前后装置收成品包装。
其中，挤出机和模头的温度及压力见表1：
表1挤出机温度和压力
实施例2
以三层的总重量为100％计，外层、中层和内层的挤出重量分数依次为10％、65％和25％；
外层中，茂金属低密度聚乙烯和POE的质量比改为58:55；
内层中，低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比改为22:79。
其他条件以及制备方法均和实施例1一致。
实施例3
以三层的总重量为100％计，外层、中层和内层的挤出重量分数依次为15％、55％和30％；
外层中，茂金属低密度聚乙烯和POE的质量比改为36:50；
内层中，低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比改为45:62。
其他条件以及制备方法均和实施例1一致。
对比例1
其他条件和实施例2一致，仅将中层和内层的制备原料均改为低密度聚乙烯2420H，为中海壳牌壳牌石油化工公司公司生产的产品，熔指为2.0g/10min，密度为0.924g/cm3。
对比例2
其他条件和实施例3一致，仅将中层和内层的制备原料均改为低密度聚乙烯2420H，为中海壳牌石油化工公司公司生产的产品，熔指为2.0g/10min，密度为g/cm3。
性能参数测试：
对实施例1～3和对比例1～2制备的PE自粘膜的厚度、力学性能、收缩率进行测试，结果见表2；其中，收缩率测试时，将薄膜制备成10×10cm的样品，然后在90℃烘箱中加热30min，然后测试其横向和纵向的收缩率。
表2实施例1～6和对比例1～2所得PE自粘膜的性能参数测试结果
根据表2中的数据可以看出，本发明实施例1～3制备的PE自粘膜拉伸强度和断裂伸长率均较高，并且在90℃烘箱中加热30min后，横向和纵向的收缩非常小，仅实施例3中的薄膜纵向收缩了0.1％；对比例1～2中的薄膜中层和内层采用的原料为低密度聚乙烯2420H，根据测试结果可以看出，所得薄膜不仅拉伸强度和断裂伸长率降低，热收缩率也明显变大；此外，对比例1～2制备的薄膜的晶点数量明显比实施例1～3制备的薄膜更多。
应用例1
将实施例1制备的PE自粘膜贴合在不锈钢板材上，然后进行油墨印刷，印刷温度烘道温度依次为50℃、60℃、70℃、80℃。结果表明，PE自粘膜没有出现收缩现象，印刷效果好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种PE自粘膜，其特征在于，由外层、中层和内层三层共挤吹膜制成；
所述外层的制备原料包括茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体；所述茂金属低密度聚乙烯和聚烯烃弹性体POE的质量比为(30～80):(20～50)；
所述中层的制备原料为低密度聚乙烯；
所述内层的制备原料包括低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯；所述低密度聚乙烯和茂金属低密度聚乙烯的质量比为(20～60):(40～80)；
所述外层使用的茂金属低密度聚乙烯的型号为KF370；外层使用的聚烯烃弹性体的型号为8203；所述中层使用的低密度聚乙烯的型号为LB7500N；所述内层使用的低密度聚乙烯的型号为PE3020H，内层使用的茂金属低密度聚乙烯的型号为SP2320；
所述PE自粘膜的制备方法包括以下步骤：外层、中层和内层的制备原料进行三层共挤，所得膜泡在15～20℃的冷却风条件下冷却10～15s，然后依次进行稳泡、测厚、牵引、电晕处理、切边和收卷，得到PE自粘膜；所述牵引的牵引比为1.5～2。
2.根据权利要求1所述的PE自粘膜，其特征在于，以外层、中层和内层的总质量为100％计，所述外层的质量分数为5～20％，中层的质量分数为40～80％，内层的质量分数为15～45％。
3.权利要求1～2任意一项所述PE自粘膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
外层、中层和内层的制备原料进行三层共挤，所得膜泡在15～20℃的冷却风条件下冷却10～15s，然后依次进行稳泡、测厚、牵引、电晕处理、切边和收卷，得到PE自粘膜；所述牵引的牵引比为1.5～2。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述三层共挤的过程包括：外层、中层和内层的制备原料分别进入外层、中层和内层挤出机中进行熔融塑化后输出，将各挤出机输出的材料输送至模头，挤出吹膜并将熔融的外层、中层和内层制备原料融合成一层，然后经过模口吹出，形成膜泡。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述外层挤出机、中层挤出机和内层挤出机均设置有5个加热区，按照原料通过顺序，依次记为1区～5区；所述模头设置有4个加热区，按照原料通过顺序，依次记为1区～4区；
所述外层挤出机的1区温度为155～165℃，2区温度为160～170℃，3区温度为158～168℃，4区温度为155～165℃，5区温度为150～160℃；
所述中层挤出机的1区温度为140～150℃，2区温度为145～155℃，3区温度为145～155℃，4区温度为140～150℃，5区温度为140～150℃；
所述内层挤出机的1区温度为160～170℃，2区温度为165～175℃，3区温度为170～180℃，4区温度为165～175℃，5区温度为160～170℃；
所述模头的1区温度为165～175℃，2区温度为170～180℃，3区温度为170～180℃，4区温度为165～175℃。
6.权利要求1～2任意一项所述的PE自粘膜或权利要求3～5任意一项所述制备方法制备的PE自粘膜在油墨印刷领域的应用。
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