CN115195246A - 一种pof高性能膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种POF高性能膜及其制备方法。本发明提供的POF高性能膜为三层共挤聚烯烃热收缩膜，所述POF高性能膜包括中间层和位于所述中间层两侧的表层；所述中间层包括线型低密度聚乙烯树脂和1#功能填料；所述表层包括聚丙烯树脂和2#功能填料；所述1#功能填料为氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的D50为10‑20μm；所述2#功能填料为球形氧化铝，所述球形氧化铝的D50为200‑220nm；其中，所述氧化石墨烯的用量为所述线型低密度聚乙烯树脂质量的10‑15％；其中，所述球形氧化铝的用量为所述聚丙烯树脂质量的8‑12％。

Description

一种POF高性能膜及其制备方法
技术领域
本发明属于包装材料技术领域。更具体地，涉及一种POF高性能膜及其制备方法。
背景技术
多层共挤聚烯烃热收缩膜(POF)是近年来出现的新型热收缩包装材料，该材料是一种环保型包装材料，20世纪90年代初源于意大利，目前在欧美等发达国家，POF已经得到广泛的应用，并迅速成为国际公认的热收缩包装膜的消费热点。
该产品具有如下性能优势：
(1)透明度高，光泽性好，充分展示包装物外观，提高档次；
(2)收缩率高达75％，韧性好，适应性好，使用安全，耐揉搓；
(3)焊接性能好，强度高，适合手动、半自动、高速和全自动包装；
(4)耐寒性好，-50℃以下不脆裂；
(5)无毒环保，符合美国FDA及USDA标准，适用于视频包装。
以三层共挤POF为例，其配方可以在较大范围内调整，对于要求收缩率不同的制品，可以通过改变其层次结构或选用不同的原材料，以满足市场需求。常见的三层共挤热收缩膜的主要结构组成为：外层PP/中层PE/内层PP，一般的PP采用二元或三元共聚聚丙烯，MI在3-6g/10min的拉升级树脂，如3C37、5C37共聚PP和均聚PP的选用可以获得不同收缩率的制品。PE则可以选择分子量分布较窄的LLDPE，如2045AC；此外，还包括爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂等。
然而，由于采用不同的树脂体系共挤出，并且在树脂体系中添加的各种助剂的分散是否均匀，都会导致热收缩膜产品的均一性出现问题，这给工艺过程控制提出了非常高的要求，因此，如何在产品设计过程中，减小工艺过程的压力，提升产品的均一性，例如横向、纵向的收缩率差异，以及横向、纵向的拉升强度的差异，是本领域技术人员面临的技术难题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有三层共挤POF膜在产品设计时，难以保障产品的均一性的缺陷和不足，提供一种POF高性能膜及其制备方法。
本发明的目的是提供一种POF高性能膜。
本发明另一目的是提供一种POF高性能膜的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种POF高性能膜，所述POF高性能膜为三层共挤聚烯烃热收缩膜，所述POF高性能膜包括中间层和位于所述中间层两侧的表层；
所述中间层包括线型低密度聚乙烯树脂和1#功能填料；
所述表层包括聚丙烯树脂和2#功能填料；
所述1#功能填料为氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的D50为10-20μm；
所述2#功能填料为球形氧化铝，所述球形氧化铝的D50为200-220nm；
其中，所述氧化石墨烯的用量为所述线型低密度聚乙烯树脂质量的10-15％；
其中，所述球形氧化铝的用量为所述聚丙烯树脂质量的8-12％。
上述方案通过在在中间层的线型低密度聚乙烯树脂体系和表层的聚丙烯树脂体系中添加针对性的功能填料，具体的，在中间层添加层状结构的氧化石墨烯作为填料，首先，氧化石墨烯具有较高的热导率，并且其分子结构具有极性的含氧官能团和非极性的共轭区，使得其分子结构与线型低密度聚乙烯树脂具有良好的亲和性，可以稳定分散，而且，在加工过程中，由于该产品设计，使得树脂基体转变为高弹态时，树脂分子可以沿外力作用产生取向排列，而发明人发现，上述粒径大小的片层状氧化石墨烯也可以随之共同产生取向排列，使得产品分子取向被冻结后石墨烯片层结构可以在取向排列方向上，形成均一的导热通路，在使用过程中，受热时，热量可以通过石墨烯片层结构的固定取向快速在内部均一传递，使树脂分子发生热运动，强迫变性消失，分子恢复原来状态而产生收缩；
除此以外，在表层中添加球形氧化铝作为导热介质，并且控制其尺寸和添加量，球形结构可以避免表层外侧形成毛刺，影响包装膜产品的外观手感，同样的，球形的氧化铝，更容易被聚丙烯树脂包裹，在受热收缩时，可以形成以球形氧化铝为热点中心，膜向其靠近收缩的过程，从而使得产品实际表现出更为均一的收缩，不容易产生横向和纵向上的不均一收缩。
进一步的，所述中间层中，还包括线型低密度聚乙烯树脂质量3-5％的微晶蜡；并且，所述氧化石墨烯中，部分分布于所述中间层和所述表层的界面处。
通过进一步引入微晶蜡，在微晶蜡协助下，可以使得氧化石墨烯在中间层的基体树脂中更容易扩散滑移，并在中间层和表层的界面处更多的分散，从而有利于热量在表层和中间层进行传递，而在中间层靠近双侧表面的界面处，都倾向于形成石墨烯快速导热，这样，双侧都倾向于形成更均一的结构。
进一步的，所述球形氧化铝为空心球形氧化铝，并且，所述空心球形氧化铝为多孔氧化铝，所述多孔氧化铝的孔隙率为8-10％。
空心氧化铝，有利于形成轻质的包装材料，而较低的孔隙率，一方面，树脂在加工过程中，一部分物理嵌入孔隙中，形成锚定结构，有利于空心氧化铝在体系中的稳定均匀分散，另外，可以有效避免过量树脂体系渗入空心球体中，增加树脂的消耗。
进一步的所述球形氧化铝的球形度为0.8-0.9。
进一步的，所述聚丙烯树脂的熔融指数为5g/10min-8g/10min。
一种POF高性能膜的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
将氧化石墨烯和线型低密度聚乙烯树脂混炼，以提供包括氧化石墨烯的线型低密度聚乙烯树脂；
将球形氧化铝和聚丙烯树脂混炼，以提供包括球形氧化铝的聚丙烯树脂；
将线型低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂通过挤出机熔融塑化进入锥面叠加机头，经定型装置冷却定型，以形成第一膜管；
再将所述第一膜管进行拉伸吹胀，以形成第二膜泡；随后进入收卷装置收卷成膜，即得产品。
进一步的，具体制备步骤还包括：
在氧化石墨烯和线型低密度聚乙烯树脂混炼过程中，加入微晶蜡；以形成包含有微晶蜡的线型低密度聚乙烯树脂。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
提供D50为10μm的氧化石墨烯，作为1#功能填料；
提供D50为200nm，球形度为0.8，孔隙率为8％的空心球形氧化铝，作为2#功能填料；
提供熔融指数为5g/10min的聚丙烯树脂作为表层的基体树脂；
提供线型低密度聚乙烯树脂作为中间层的基体树脂；
将线型低密度聚乙烯树脂，以及线型低密度聚乙烯树脂质量的10％的1#功能填料，线型低密度聚乙烯质量3％的微晶蜡，共混形成中间层树脂母料；另外，在共混过程中添加线型地目的聚乙烯树脂质量3％的其他助剂，其中，其他助剂是由爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂按质量比为3：1：2混合而成；
将聚丙烯树脂，以及聚丙烯树脂质量8％的空心球形氧化铝，共混形成表层树脂母料；另外，在共混过程中添加聚丙烯树脂质量3％的其他助剂，其中，其他助剂是由爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂按质量比为3：1：2混合而成；
将线型低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂通过挤出机熔融塑化进入锥面叠加机头，其中，内、外层挤出机螺杆选用直径为40mm，中层挤出机螺杆选用直径为64mm；内、外层挤出机温度控制在160℃，中层挤出机温度控制在165℃；再经外冷水环和定型装置冷却定型，以形成第一膜管；
再将所述第一膜管进行拉伸吹胀，控制拉升比为4.5，吹胀比为5.5，以形成第二膜泡；随后进入旋转收卷装置收卷成膜，即得产品。
实施例2
提供D50为16μm的氧化石墨烯，作为1#功能填料；
提供D50为210nm，球形度为0.8，孔隙率为9％的空心球形氧化铝，作为2#功能填料；
提供熔融指数为7g/10min的聚丙烯树脂作为表层的基体树脂；
提供线型低密度聚乙烯树脂作为中间层的基体树脂；
将线型低密度聚乙烯树脂，以及线型低密度聚乙烯树脂质量的12％的1#功能填料，线型低密度聚乙烯质量4％的微晶蜡，共混形成中间层树脂母料；另外，在共混过程中添加线型地目的聚乙烯树脂质量4％的其他助剂，其中，其他助剂是由爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂按质量比为3：1：2混合而成；
将聚丙烯树脂，以及聚丙烯树脂质量9％的空心球形氧化铝，共混形成表层树脂母料；另外，在共混过程中添加聚丙烯树脂质量4％的其他助剂，其中，其他助剂是由爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂按质量比为3：1：2混合而成；
将线型低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂通过挤出机熔融塑化进入锥面叠加机头，其中，内、外层挤出机螺杆选用直径为42mm，中层挤出机螺杆选用直径为65mm；内、外层挤出机温度控制在162℃，中层挤出机温度控制在166℃；再经外冷水环和定型装置冷却定型，以形成第一膜管；
再将所述第一膜管进行拉伸吹胀，控制拉升比为4.8，吹胀比为5.6，以形成第二膜泡；随后进入旋转收卷装置收卷成膜，即得产品。
实施例3
提供D50为20μm的氧化石墨烯，作为1#功能填料；
提供D50为220nm，球形度为0.9，孔隙率为10％的空心球形氧化铝，作为2#功能填料；
提供熔融指数为8g/10min的聚丙烯树脂作为表层的基体树脂；
提供线型低密度聚乙烯树脂作为中间层的基体树脂；
将线型低密度聚乙烯树脂，以及线型低密度聚乙烯树脂质量的15％的1#功能填料，线型低密度聚乙烯质量5％的微晶蜡，共混形成中间层树脂母料；另外，在共混过程中添加线型地目的聚乙烯树脂质量5％的其他助剂，其中，其他助剂是由爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂按质量比为3：1：2混合而成；
将聚丙烯树脂，以及聚丙烯树脂质量12％的空心球形氧化铝，共混形成表层树脂母料；另外，在共混过程中添加聚丙烯树脂质量5％的其他助剂，其中，其他助剂是由爽滑剂、抗粘剂和抗静电剂按质量比为3：1：2混合而成；
将线型低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂通过挤出机熔融塑化进入锥面叠加机头，其中，内、外层挤出机螺杆选用直径为42mm，中层挤出机螺杆选用直径为66mm；内、外层挤出机温度控制在165℃，中层挤出机温度控制在170℃；再经外冷水环和定型装置冷却定型，以形成第一膜管；
再将所述第一膜管进行拉伸吹胀，控制拉升比为5，吹胀比为6，以形成第二膜泡；随后进入旋转收卷装置收卷成膜，即得产品。
实施例4
本实施例和实施例1相比，区别在于：未添加微晶蜡，其余条件保持不变。
实施例5
本实施例和实施例1相比，区别在于：选用球形度为0.6的空心球形氧化铝等质量的替代球形度为0.8的空心球形氧化铝，其余条件保持不变。
实施例6
本实施例和实施例1相比，区别在于：选用孔隙率为12％的空心球形氧化铝等质量的替代孔隙率为8％的空心球形氧化铝，其余条件保持不变。
对比例1
本对比例和实施例1相比，区别在于：未添加1#功能填料，其余条件保持不变。
对比例2
本对比例和实施例1相比，区别在于：未添加2#功能填料，其余条件保持不变。
对比例3
本对比例和实施例1相比，区别在于：将表层和中间层对应的功能填料互换，其余条件保持不变。
对实施例1-6及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下：
取各实施例和对比例所得产品，将其裁切为尺寸为200mm×200mm的样品，并将所得样品分别浸泡于甘油中，然后以3℃/min速率进行加热，测量不同温度的甘油下，各样品的收缩率(横向和纵向)，具体测试结果如表1所示；
表1：产品性能测试结果
Figure BDA0003818197840000061
由表1测试结果可知，本发明所得产品具有良好的收缩性能，同时其性能均一，在纵向和横向两个方向上，在不同温度下，都可以获得相对一致的收缩率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种POF高性能膜，其特征在于，所述POF高性能膜为三层共挤聚烯烃热收缩膜，所述POF高性能膜包括中间层和位于所述中间层两侧的表层；
所述中间层包括线型低密度聚乙烯树脂和1#功能填料；
所述表层包括聚丙烯树脂和2#功能填料；
所述1#功能填料为氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的D50为10-20μm；
所述2#功能填料为球形氧化铝，所述球形氧化铝的D50为200-220nm；
其中，所述氧化石墨烯的用量为所述线型低密度聚乙烯树脂质量的10-15％；
其中，所述球形氧化铝的用量为所述聚丙烯树脂质量的8-12％。
2.根据权利要求1所述的一种POF高性能膜，其特征在于，所述中间层中，还包括线型低密度聚乙烯树脂质量3-5％的微晶蜡；并且，所述氧化石墨烯中，部分分布于所述中间层和所述表层的界面处。
3.根据权利要求1所述的一种POF高性能膜，其特征在于，所述球形氧化铝为空心球形氧化铝，并且，所述空心球形氧化铝为多孔氧化铝，所述多孔氧化铝的孔隙率为8-10％。
4.根据权利要求3所述的一种POF高性能膜，其特征在于，所述球形氧化铝的球形度为0.8-0.9。
5.根据权利要求1所述的一种POF高性能膜，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔融指数为5g/10min-8g/10min。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的POF高性能膜的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
将氧化石墨烯和线型低密度聚乙烯树脂混炼，以提供包括氧化石墨烯的线型低密度聚乙烯树脂；
将球形氧化铝和聚丙烯树脂混炼，以提供包括球形氧化铝的聚丙烯树脂；
将线型低密度聚乙烯树脂和聚丙烯树脂通过挤出机熔融塑化进入锥面叠加机头，经定型装置冷却定型，以形成第一膜管；
再将所述第一膜管进行拉伸吹胀，以形成第二膜泡；随后进入收卷装置收卷成膜，即得产品。
7.根据权利要求6所述的一种POF高性能膜的制备方法，其特征在于，具体制备步骤还包括：
在氧化石墨烯和线型低密度聚乙烯树脂混炼过程中，加入微晶蜡；以形成包含有微晶蜡的线型低密度聚乙烯树脂。
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