CN115139609B - 用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜 - Google Patents
用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为解决现有技术中用于聚丙烯杯、碗、盒热封的聚乙烯薄膜存在的剥离面发白且有残留，成本高，加工比较困难，热封窗口比较窄的问题，公开了一种用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，属于高分子材料技术领域。所述聚乙烯薄膜为三层结构，采用一次性共挤吹塑成型工艺成型；所述聚乙烯薄膜包括聚乙烯电晕层、聚乙烯功能层和聚乙烯热封层；所述聚乙烯热封层的组成原料包括聚乙烯树脂和改性母料；所述改性母料的组成原料包括乙烯‑醋酸乙烯共聚物、乙烯‑丙烯酸共聚物和无机填料。本发明提供一种用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，具有成本较低，热封窗口宽，热封强度和易揭效果稳定且表面剥离干净的特点。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜。
背景技术
目前，市面上的包装材料包括纸品包装、高分子制品包装以及金属制品包装。由于高分子制品包装具有质轻，机械性能好，以及优良的阻隔性和渗透性等，其应用越来越广泛。比如，在食品行业中常见的聚丙烯材质的杯、碗、盒。
随着生活水平的提高，消费者对包装材料的功能性及便利性的要求日益提升。高档包装在保证包装完整性的同时，也考虑了消费者开启包装时的便利性，这也就催生了热封后易剥离技术。与单纯追求高热封强度的死封不同，热封后易剥离技术能够把热封强度控制在一定范围内。因此能够在保持包装完整性的前提下，实现易剥离效果，方便消费者开启。
目前，市面上用于聚丙烯杯、碗、盒热封的膜包括两大类。
第一种采用的是内聚剥离技术的聚乙烯。然而，此类聚乙烯薄膜由聚乙烯和剥离功能材料等加工而成，其热封揭开后，具有明显的内聚剥离特征——剥离面发白且有残留。
第二种采用的是表面剥离技术的聚乙烯薄膜。此类聚乙烯薄膜有：一、先挤出聚乙烯薄膜，而后再挤出复合乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体做热封层。二、直接与聚乙烯共挤乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体做热封层。达到与聚丙烯的表面剥离性能。首先，第一类聚乙烯薄膜需要两道工序，生产成本高，且含乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）的有正己烷溶出物多等缺陷。第二类，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体价格高，共挤工艺加工难度大，设备要求高等。导致薄膜材料成本高，且乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体，热封窗口比较窄（即，温度低了，热封强度低，容易破损；温度高了，热封强度高了，不易揭开）。
发明内容
本发明为解决现有技术中用于聚丙烯杯、碗、盒热封的聚乙烯薄膜存在的剥离面发白且有残留，成本高，加工比较困难，热封窗口比较窄的问题，提供一种用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜。该聚乙烯薄膜具有成本较低，热封窗口较宽，热封强度和易揭效果稳定且表面剥离干净的特点。
本发明采用的技术方案是：
用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，所述聚乙烯薄膜为三层结构，采用一次性共挤吹塑成型工艺成型；所述聚乙烯薄膜包括：
聚乙烯电晕层；
聚乙烯功能层，所述聚乙烯功能层位于所述聚乙烯电晕层的一侧；
聚乙烯热封层，所述聚乙烯热封层位于所述聚乙烯功能层的另一侧；
其中，所述聚乙烯热封层的组成原料包括聚乙烯树脂和改性母料；所述改性母料的组成原料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和无机填料。
进一步地，所述聚乙烯电晕层的组成原料为茂金属线性低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或者高压聚乙烯树脂，且不含有爽滑剂，未经改性处理。
进一步地，所述聚乙烯功能层的组成原料包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或者多种。
进一步地，所述聚乙烯热封层的组成原料中，聚乙烯树脂和改性母料的质量比为（1.5~1）：1。
进一步地，所述聚乙烯树脂为茂金属线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或者多种。
进一步地，所述改性母料的组成原料中，乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和无机填料的质量比为（0.5~1.5）：1：（1.2~2）。
进一步地，所述无机填料为碳酸钙、二氧化硅、硫酸钡中的一种或者多种。
进一步地，所述聚乙烯薄膜采用一次性共挤吹塑成型工艺成型时，各层对应的挤出机的温度控制如下：
聚乙烯电晕层对应的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为140℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃和185℃；
聚乙烯功能层对应的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为150℃、205℃、205℃、205℃、205℃、205℃和185℃；
聚乙烯热封层对应的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为120℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃和185℃。
进一步地，所述改性母料共混时，自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为139℃、165℃、177℃、188℃、190℃、192℃、195℃、199℃、200℃、208℃和196℃。
本发明的有益效果是：
本发明为解决现有技术中用于聚丙烯杯、碗、盒热封的聚乙烯薄膜存在的剥离面发白且有残留，成本高，加工比较困难，热封窗口比较窄的问题，提供一种用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜。该聚乙烯薄膜为三层结构，且采用一次性多层共挤吹塑工艺制得。对于其中较为关键的聚乙烯热封层采用聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和无机填料等共混挤出制得。该聚乙烯薄膜一次性成型，具有成本较低，热封窗口宽，热封强度和易揭效果稳定且表面剥离干净的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例中，聚乙烯薄膜的结构示意图。
图2为实施例14中的聚乙烯薄膜热封而后界面剥离的外观。
图3为现有市面上的聚乙烯薄膜热封后而后内聚剥离的外观。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
下面结合附图对发明的实施例进行详细说明。
目前，市面上用于聚丙烯杯、碗、盒热封的膜包括两大类。
第一种采用的是内聚剥离技术的聚乙烯。然而，此类聚乙烯薄膜由聚乙烯和剥离功能材料等加工而成，其热封揭开后，具有明显的内聚剥离特征——剥离面发白且有残留。申请人研究之后发现导致上述现象的原因在于，剥离功能材料之间为不完全相容的共混体系，在剥离时应力沿分散相传播，实现可控内聚剥离，同时在分散相区域产生发白现象。同时，在封口处残留有剥离功能材料。
第二种采用的是表面剥离技术的聚乙烯薄膜。此类聚乙烯薄膜有：一、先挤出聚乙烯薄膜，而后再挤出复合乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体做热封层。二、直接与聚乙烯共挤乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体做热封层。达到与聚丙烯的表面剥离性能。首先，第一类聚乙烯薄膜需要两道工序，生产成本高，且含乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）的有正己烷溶出物多等缺陷。第二类，乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体价格高，共挤工艺加工难度大，设备要求高等。导致薄膜材料成本高，且乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或改性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）或其他弹性体，热封窗口比较窄（即，温度低了，热封强度低，容易破损；温度高了，热封强度高了，不易揭开）。
本实施例中为解决现有技术中用于聚丙烯杯、碗、盒热封的聚乙烯薄膜存在的剥离面发白，成本高，加工比较困难，热封窗口比较窄的问题，提供一种用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜。
该用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜为三层复合结构，且采用一次性多层共挤吹塑工艺制得。
如附图1中所示，用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜为三层结构。该三层结构包括聚乙烯电晕层1、聚乙烯功能层2以及聚乙烯热封层3。其中，聚乙烯电晕层1和聚乙烯热封层3分别位于聚乙烯功能层2的两侧。
具体的，聚乙烯电晕层1，其组成原料为茂金属线性低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或者高压聚乙烯树脂。且该茂金属线性低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或者高压聚乙烯树脂未经添加其他助剂进行改性处理。聚乙烯电晕层1采用茂金属线性低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或者高压聚乙烯树脂是基于茂金属线性低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或者高压聚乙烯树脂在电晕过程中能够在较低的温度下达到较高的电晕值。
为了更好的说明本发明，后续的实施例中，聚乙烯功能层2的组成原料均采用茂金属线性低密度聚乙烯树脂。
聚乙烯功能层2，其组成原料为聚乙烯树脂。该聚乙烯树脂可以采用线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或者多种。根据性能需求，聚乙烯功能层2采用不同的聚乙烯树脂。比如，为了降低成本，可以选择多使用线性低密度聚乙烯树脂。再比如，为了降低聚乙烯的韧性，提高挺度，切断性好，可以选择多使用低密度聚乙烯和高密度聚乙烯树脂。
为了更好的说明本发明，后续的实施例中，聚乙烯功能层2的组成原料均采用以下组成：
低密度聚乙烯（LDPE）：高密度聚乙烯（HDPE）=3:1（质量比）。
聚乙烯热封层3，为聚乙烯薄膜三层结构的关键层，其直接与聚丙烯杯、碗、盒接触热封，且后续实现界面剥离。聚乙烯热封层3的组成原料包括聚乙烯树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）和无机填料。聚乙烯树脂可以采用茂金属线性低密度（MLLDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）中的一种或者多种。无机填料采用碳酸钙（CaCO3）、二氧化硅（SiO2）或者硫酸钡（BaSO4）。乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）和无机填料先行共混制成改性母料，再由聚乙烯树脂与改性母料进行二次共混。
其中，改性母料共混时，自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为139℃、165℃、177℃、188℃、190℃、192℃、195℃、199℃、200℃、208℃和196℃。
三层复合结构的聚乙烯薄膜一次性共挤吹塑时，各个挤出机的温度控制如下：
聚乙烯电晕层1的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为140℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃和185℃；
聚乙烯功能层2的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为150℃、205℃、205℃、205℃、205℃、205℃和185℃；
聚乙烯热封层3的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为120℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃和185℃。
聚乙烯薄膜通过电晕设备时，电晕设备的电晕功率＞3.2Kw。
为了研究改性母料对三层结构聚乙烯薄膜的热封性能以及易揭性能等的影响，申请人设计了不同的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）和碳酸钙（CaCO3）的混合比例，并进行了相关测试。
测试的主要指标包括：
成型性：是否能实现水下切粒或者拉条切粒。
分散性与团聚性：肉眼观测造粒后的颗粒中是否有团聚颗粒。
热封和揭开性能：将改性母料加热压片后，与聚丙烯杯（碗/盒）进行热封定性测试，定性判断是否具有热封和揭开的可能。
与聚乙烯再次共混改性的分散性：采用聚乙烯树脂50wt%+改性母料50wt%制成薄膜，观察晶点数量。晶点数量≤5个/m2为合格。
表1 不同EAA和EVA配比对改性母料性能的影响研究
从表1中的数据可以看出，当EAA和EVA共混比例控在EAA：EVA=（0.5~1.5）：1（质量比）时，制得的改性母料具有较为突出的性能优势。继而更进一步地，以EAA：EVA=1：1为例，申请人探究了填料对改性母料的影响。
表2 不同填料配比对改性母料性能的影响研究
从表2中的数据可以看出，随着填料的增加，改性母料的成型性能等均有劣化的趋势。填料含量控制在40~50%时，改性母料的综合性能突出。
为探究改性母料对聚乙烯薄膜的影响，申请人以实施例9和实施例10中制备的改性母料为例进行了聚乙烯薄膜制备研究，并进行了相关测试。其中，与改性母料混合的聚乙烯树脂均采用低密度聚乙烯。
测试的主要指标包括：
与聚乙烯再次共混改性的分散性：观察晶点数量。晶点数量≤5个/m2为合格。
热封剥离力：5~30N/15mm为合格。其中，采用热封试验仪进行聚乙烯薄膜与聚丙烯片材进行热封，热封温度170℃。热封完成后，取样采用拉力仪进行热封剥离力测试。
封口外观：聚乙烯薄膜与聚丙烯杯（碗/盒）进行热封，然后剥离，观察表面是否干净。
表3 改性母料对聚乙烯薄膜性能的影响研究
从表3中的数据可以看出，随着聚乙烯树脂含量的增加，聚乙烯薄膜与聚丙烯杯（碗/盒）的热封强度有劣化的趋势，即随着聚乙烯树脂含量的增加，热封剥离力变小。而提高EAA和EVA的含量有助于提高聚乙烯薄膜与聚丙烯杯（碗/盒）的热封强度。当改性母料的用量控制在40%左右时，聚乙烯薄膜的性能较为突出。
实施例14中的聚乙烯薄膜与聚丙烯/盒进行热封，然后剥离的外观如附图2中所示。从图2中可以看出，聚丙烯盒的边缘封口处光滑，没有聚乙烯薄膜残留，剥离完全。同时，剥离的聚乙烯薄膜仍然处于相对完整的状态。
现有市面上的聚乙烯薄膜与聚丙烯盒进行热封，然后剥离的外观如附图3中所示。从图3中可以看出，聚丙烯盒的边缘封口处留有聚乙烯薄膜残留物，剥离面发白，为明显内聚剥离方式。从附图2和附图3对比可以看，本实施例中的聚乙烯薄膜具有明显优势。
为探究聚乙烯薄膜的热封窗口，以实施例14中的聚乙烯薄膜为例，申请人还在进行了不同热封温度下热封强度测试
表4 热封窗口测试
| 热封温度/℃ | 170 | 175 | 180 | 185 | 190 | 195 | 200 | 205 | 210 | 220 | 230 |
| 热封剥离力/N/15mm | 21.3 | 21.0 | 22.4 | 20.7 | 20.5 | 21.4 | 21.7 | 20.9 | 21.9 | 21.5 | 25.2 |
从表4中可以看出，本实施例中的聚乙烯薄膜具有很宽的热封窗口，为170~220℃，且热封强度较为稳定。
本实施例中的聚乙烯薄膜采用一次性共挤成型工艺，节约了工序，可以适当降低生产成本。同时，采用聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）等共混制备关键的聚乙烯热封层，从整体上可以降低材料成本，并保证制备的聚乙烯薄膜具有良好的综合性能。再者，本实施例中的聚乙烯薄膜中，原料中低分子量无规物的量少，正己烷可溶出物少，有效地解决了正己烷提取物过多的问题。
Claims (4)
1.用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述聚乙烯薄膜为三层结构，采用一次性共挤吹塑成型工艺成型；所述聚乙烯薄膜包括：
聚乙烯电晕层；
聚乙烯功能层，所述聚乙烯功能层位于所述聚乙烯电晕层的一侧；
聚乙烯热封层，所述聚乙烯热封层位于所述聚乙烯功能层的另一侧；
其中，所述聚乙烯热封层的组成原料包括聚乙烯树脂和改性母料，所述改性母料的组成原料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和无机填料；所述聚乙烯热封层的组成原料中的所述聚乙烯树脂为茂金属线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或者多种；
当乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和无机填料的质量百分比为25%：25%：50%时，聚乙烯树脂和改性母料的质量百分比为60%：40%或者50%：50%；
当乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和无机填料的质量百分比为30%：30%：40%时，聚乙烯树脂和改性母料的质量百分比为70%：30%或者60%：40%；
所述聚乙烯电晕层的组成原料为茂金属线性低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂或者高压聚乙烯树脂，且不含有爽滑剂，未经改性处理；
所述聚乙烯功能层的组成原料包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、二氧化硅、硫酸钡中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述聚乙烯薄膜采用一次性共挤吹塑成型工艺成型时，各层对应的挤出机的温度控制如下：
聚乙烯电晕层对应的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为140℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃和185℃；
聚乙烯功能层对应的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为150℃、205℃、205℃、205℃、205℃、205℃和185℃；
聚乙烯热封层对应的挤出机自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为120℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃和185℃。
4.根据权利要求1所述的用于聚丙烯杯、碗、盒热封且界面易揭的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述改性母料共混时，自螺杆进料到模头处熔体挤出，各区控制温度为139℃、165℃、177℃、188℃、190℃、192℃、195℃、199℃、200℃、208℃和196℃。
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| CN112852335A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-28 | 江苏利特尔绿色包装股份有限公司 | 一种注塑杯及淋膜纸杯液体封口膜及其制备方法 |
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