CN115926306B - 一种高透气性的透气膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及透气膜技术领域，具体公开了一种高透气性的透气膜及其制备方法。一种高透气性的透气膜，其包括如下重量份的原料：线性低密度聚乙烯25‑50份、改性纳米六方氮化硼3‑7份、聚乙烯吡咯烷酮1‑3份、微米碳酸钙30‑40份、对苯二甲酸二辛酯1‑5份、抗氧剂1010 0.5‑1份和硬脂酸钙3‑5份；所述改性纳米六方氮化硼通过二氧化钛包覆改性而得。本申请得到的透气膜的Gurley值最低为342s/100mL，提高了透气膜的透气性。

Description

一种高透气性的透气膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及透气膜技术领域，更具体地说，它涉及一种高透气性的透气膜及其制备方法。

背景技术

透气膜是一种透气隔水的功能性材料，其具有防水透气性，被广泛用于卫生巾、婴儿纸尿裤、成人纸尿裤和医用防护服等一次性卫生用品。随着人们生活水平逐步改善，人们对一次性卫生用品的需求不再停留在基本功能上，对该类产品的舒适性要求也越来越高。

目前，用于一次性卫生用品的透气膜主要为聚乙烯透气膜，生产聚乙烯透气膜的工艺主要有三种：流延复合、热熔胶复合和热压复合。其中，采用流延复合是国内生产厂家常用的工艺，该方法生产的透气膜几乎不透气，消费者的使用过程中较易感觉闷热，舒适性较低。

相关技术中，为了增加透气膜的透气率，在透气膜原料中加入碳酸钙，经流延拉伸后使透气膜具有微孔结构，以达到透气效果，但小粒径的碳酸钙的分散性差，吸油值高，易增加其与树脂混合的加工强度，造成透气膜的品质不稳定，大粒径的碳酸钙会造成流延后的透气膜空隙变大而透水，严重还会断膜，且所得到的透气膜的透气性仍旧较差。

发明内容

为了提高透气膜的透气性，本申请提供了一种高透气性的透气膜及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高透气性的透气膜，其采用如下技术方案：

一种高透气性的透气膜，其包括如下重量份的原料：线性低密度聚乙烯25-50份、改性纳米六方氮化硼3-7份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、微米碳酸钙30-40份、对苯二甲酸二辛酯1-5份、抗氧剂1010 0.5-1份和硬脂酸钙3-5份；所述改性纳米六方氮化硼通过二氧化钛包覆改性而得。

本申请透气膜可选用线性低密度聚乙烯25-50份、改性纳米六方氮化硼3-7份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、微米碳酸钙30-40份、对苯二甲酸二辛酯1-5份、抗氧剂1010 0.5-1份和硬脂酸钙3-5份，透气膜原料可选用各自范围内的任一值，且能提高透气膜的透气性，且当线性低密度聚乙烯35份、改性纳米六方氮化硼5份、聚乙烯吡咯烷酮4份、微米碳酸钙36份、对苯二甲酸二辛酯3份、抗氧剂1010 0.8份和硬脂酸钙4份，效果最佳。

通过采用上述技术方案，将纳米六方氮化硼和聚乙烯吡咯烷酮作为颗粒填充料加入，拉伸过程中透气膜形成微孔，提高透气膜的透气率。而且，纳米六方氮化硼是小分子无机盐化合物，加入纳米六方氮化硼，比分子量相对较小的聚乙烯吡咯烷酮的扩散速度快，形成的孔径相对于聚乙烯吡咯烷酮更多更密，两者相互协同，可进一步提高透气膜的透气率。另外，六方氮化硼的密度较低，质量轻更适宜用于透气膜，且选用六方氮化硼可使透气膜具有较低的热膨胀系数，从而提高透气膜的尺寸稳定性。

通过对纳米六方氮化硼进行二氧化钛包覆改性，提高了纳米六方氮化硼在透气膜原料体系中的分散均匀性。适量的纳米六方氮化硼可防止过量导致透气膜断裂伸长率和拉伸强度下降。

线性低密度聚乙烯无毒、无味，具有较高的软化温度和熔融温度，同时具有较高的耐刺穿性和耐撕裂强度，其结晶部分赋予透气膜较高的强度，非结晶部分赋予透气膜良好的柔韧性。微米碳酸钙与线性低密度聚乙烯共混，拉伸，使线性低密度聚乙烯沿微米碳酸钙的边缘分离，在透气膜拉伸中想成许多毛细管一样的细小微孔，使透气膜具有防水透气的作用。另外，微米碳酸钙和改性纳米氯化钙混合加入，在拉伸过程中可均匀微米碳酸钙形成的孔洞，可提高透气膜的透气均匀性。采用微米碳酸钙而未采用纳米六方氮化硼，是因为适当增加碳酸钙粒径和分布宽度，可避免因碳酸钙粒径过小，线性低密度聚乙烯受力后滑移变形，可提高透气膜的孔隙率和透气率，从而提高透气膜的透气率。

对苯二甲酸二辛酯作为增塑剂加入，可削弱聚合物分子间的作用力，降低熔融温度和熔体黏度，改善透气膜的成型加工性能，提高透气膜塑性和柔韧性。硬脂酸钙作为稳定剂加入，可防止线性低密度聚乙烯在高温塑化加工过程中产生分解，延长透气膜的使用寿命。

作为优选：一种高透气性的透气膜，其包括如下重量份的原料：线性低密度聚乙烯30-40份、改性纳米六方氮化硼4-6份、聚乙烯吡咯烷酮1.5-2.5份、微米碳酸钙34-38份、对苯二甲酸二辛酯2-4份、抗氧剂1010 0.7-0.9份和硬脂酸钙3.5-4.5份。

本申请透气膜可选用线性低密度聚乙烯30-40份、改性纳米六方氮化硼4-6份、聚乙烯吡咯烷酮1.5-2.5份、微米碳酸钙34-38份、对苯二甲酸二辛酯2-4份、抗氧剂1010 0.7-0.9份和硬脂酸钙3.5-4.5份，透气膜原料可选用各自范围内的任一值，且能提高透气膜的透气率。

作为优选：所述改性纳米六方氮化硼，通过如下操作步骤制备得到：

纳米六方氮化硼的预处理：将2-3kg的甲基丙烯酸缩水甘油酯和1-2kg的纳米六方氮化硼混合，搅拌反应，过滤，干燥，得到预处理后的纳米六方氮化硼；

包覆改性处理：将2-4kg二氧化钛加至6-8L的质量浓度为1-3%的乙醇溶液中，搅拌均匀，得到混合液，将1-2kg预处理后的纳米六方氮化硼加至5-7L混合液中，高温热处理，进行反应，常温静置，过滤，烘干，粉碎，得到改性纳米六方氮化硼。

通过采用上述技术方案，将甲基丙烯酸缩水甘油酯与纳米六方氮化硼混合，纳米六方氮化硼表面呈碱性，较易吸附甲基丙烯酸缩水甘油酯反应，使纳米六方氮化硼表面形成羧酸盐，加大了纳米六方氮化硼的比表面积，利于后续二氧化钛对纳米六方氮化硼进行包覆，提高二氧化钛包覆纳米六方氮化硼的改性效果。

作为优选：所述聚乙烯吡咯烷酮与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（2-6）。

通过采用上述技术方案，调节聚乙烯吡咯烷酮与改性纳米六方氮化硼的重量份配比，可提高透气膜的透气率。

作为优选：所述透气膜还包括如下重量份的原料：硅纳米管1-3份。

通过采用上述技术方案，加入硅纳米管，可避免因加入改性纳米六方氮化硼、微米碳酸钙等无机填料后韧性下降。在保证透气膜透气率提高的情况下，提高透气膜的拉伸强度和断裂伸长率。

作为优选：所述硅纳米管与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（3-5）。

通过采用上述技术方案，调节硅纳米管与改性纳米六方氮化硼的重量份配比，可进一步提高透气膜的拉伸强度和断裂伸长率，以改善加入改性纳米六方氮化硼对韧性降低的情况。

作为优选：所述透气膜还包括如下重量份的原料：苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物5-15份和聚醚嵌段酰胺弹性体2-4份。

通过采用上述技术方案，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物具有较高的透气性，将苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和线性低密度聚乙烯混合加入，使线性低密度聚乙烯具有分子筛功能，提高了透气膜的透气性。聚醚嵌段酰胺弹性体加入，一方面可提升透气膜的透氧性，另一方面可改善因加入苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物会降低透气膜耐老化性的问题。

作为优选：所述聚醚嵌段酰胺弹性体与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的重量份比为1：（3-5）。

通过采用上述技术方案，调节聚醚嵌段酰胺弹性体与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的重量份比，可进一步提高透气膜的透气性。

第二方面，本申请提供一种上述任一项高透气性的透气膜的制备方法。

一种高透气性的透气膜的制备方法，其包括如下操作步骤：

将透气膜的各原料熔融混合，搅拌均匀，挤出造粒，吹膜成型，纵向拉伸，定型处理，收卷，得到高透气性的透气膜。

通过采用上述技术方案，在纵向拉伸后早高温下进行定型处理，可减少内应力，获得稳定的尺寸。

作为优选：所述纵向拉伸的为温度为80-90℃以下，拉伸倍数为4-5倍。

通过采用上述技术方案，限定纵向拉伸的拉伸倍数，可避免拉伸倍数因过小，透气膜出现横格条纹，拉伸倍数过大，透气膜破膜率增加。另外，控制拉伸倍数，可使透气膜的微孔更加均匀。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

（1）本申请通过调节各原料的种类和掺量，使透气膜的Gurley值为372-375s/100mL，并限定聚乙烯吡咯烷酮与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（2-6），使透气膜的Gurley值为372-375s/100mL，提高了透气膜的透气性。

（2）本申请通过对纳米六方氮化硼进行改性，并调节混合液的用量，使透气膜的Gurley值为369-371s/100mL，进一步提高了透气膜的透气性。

（3）本申请通过在透气膜原料中加入硅纳米管，并调节硅纳米管与改性纳米六方氮化硼的重量份配比，使透气膜的横向、纵向的拉伸强度分别为13.8-15.2MPa和42.3-44.1MPa，横向、纵向的断裂伸长率分别为463.3-467.2%和58.31-60.51%，提高了透气膜的拉伸强度和断裂伸长率，有效避免了因加入改性纳米六方氮化硼、微米碳酸钙等无机填料后韧性下降。

（4）本申请得到在透气膜原料中加入聚醚嵌段酰胺弹性体与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，并调节二者重量份比，使透气膜的Gurley值为354-359s/100mL，提高了透气膜的透气性。

（5）本申请通过控制透气膜制备方法中纵向拉伸的拉伸倍数，有效避免了透气膜的出现横格条纹和破损。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：线性低密度聚乙烯，密度为0.918；聚乙烯吡咯烷酮，形状为粉末，有效物质含量为99%；微米碳酸钙，粒径为1μm；二氧化钛，粒径为1μm；硅纳米管，有效物质含量为99%；苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，密度为0.95g/cm³，型号YH-791。

以下为改性纳米六方氮化硼的制备例

制备例1

制备例1的改性纳米六方氮化硼，通过如下操作步骤制得：

纳米六方氮化硼的预处理：将2.5kg的甲基丙烯酸缩水甘油酯和1.5kg的纳米六方氮化硼混合，搅拌反应，过滤，干燥，得到预处理后的纳米六方氮化硼；

包覆改性处理：将3kg二氧化钛加至7L的质量浓度为3%的乙醇溶液中，搅拌均匀，得到混合液，将1kg预处理后的纳米六方氮化硼加至4L混合液中，于150℃高温热处理15h，进行包覆，常温静置，过滤，烘干，粉碎，得到改性纳米六方氮化硼。

制备例2-5

制备例2-5的改性纳米纤维素与制备例1的制备方法相同，区别在于混合液的用量为5L、6L、7L和8L，其余原料种类掺量与制备例1相同。

实施例1

实施例1的透气膜，通过如下制备方法制得：

按照表1的掺量，将透气膜的各原料熔融混合，搅拌均匀，挤出造粒，吹膜成型，纵向拉伸，定型处理，收卷，得到高透气性的透气膜。其中，改性纳米六方氮化硼选用制备例1制备的改性纳米六方氮化硼。

实施例2-5

实施例2-5的透气膜的制备方法与实施例1相同，区别在于原料掺量不同，具体详见表1所示。

表1 实施例1-5透气膜的各原料掺量（kg）

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实施例6-9

实施例6-9的透气膜的制备方法与实施例3相同，区别在于改性纳米六方氮化硼选用制备例2-5制备得到的改性纳米六方氮化硼，其余原料种类和掺量与实施例3相同。

实施例10-14

实施例10-14的透气膜的制备方法与实施例7相同，区别在于透气膜原料中还包括硅纳米管，具体掺量详见表2所示。

表2 实施例10-14透气膜的各原料掺量（kg）

实施例15-19

实施例15-19的透气膜的制备方法与实施例12相同，区别在于透气膜原料中还包括苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和聚醚嵌段酰胺弹性体，具体掺量详见表3所示。

表3 实施例15-19透气膜的各原料掺量（kg）

实施例20

实施例20的透气膜的原料种类和掺量与实施例17相同，区别在于制备方法中纵向拉伸的为温度为90℃以下，拉伸倍数为3倍，其余操作与实施例17相同。

实施例21

实施例21的透气膜的原料种类和掺量与实施例17相同，区别在于制备方法中纵向拉伸的为温度为90℃以下，拉伸倍数为4倍，其余操作与实施例17相同。

实施例22

实施例22的透气膜的原料种类和掺量与实施例17相同，区别在于制备方法中纵向拉伸的为温度为90℃以下，拉伸倍数为4.5倍，其余操作与实施例17相同。

实施例23

实施例23的透气膜的原料种类和掺量与实施例17相同，区别在于制备方法中纵向拉伸的为温度为90℃以下，拉伸倍数为4.5倍，其余操作与实施例17相同。

实施例24

实施例24的透气膜的原料种类和掺量与实施例17相同，区别在于制备方法中纵向拉伸的为温度为90℃以下，拉伸倍数为5倍，其余操作与实施例17相同。

对比例1

对比例1的透气膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，将改性纳米六方氮化硼等量替换为纳米六方氮化硼，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

对比例2

对比例2的透气膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，将聚乙烯吡咯烷酮等量替换为尿素，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

对比例3

对比例3的透气膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，将微米碳酸钙等量替换为纳米碳酸钙，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

对比例4

对比例4的透气膜的制备方法与实施例1相同，区别在于，改性纳米六方氮化硼的改性方法不变，将二氧化钛等量替换为甲基丙烯酸甲酯，其余原料种类和掺量与实施例1相同。

性能检测

采用如下检测标准或方法分别对不同的实施例1-24和对比例1-4得到的透气膜进行性能检测，检测结果详见表4所示。

透湿量：采用透湿量测试仪对透气膜试样进行检测。

拉伸强度：根据GB/T1040.3-2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄膜和薄片的试验条件》对透气膜的横向和纵向的拉伸强度进行检测。

断裂伸长率：根据GB/T1040.3-2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄膜和薄片的试验条件》对透气膜的横向和纵向的断裂伸长率进行检测。

透气率：使用透气率测定仪测定膜的Gurley值，透气率越高测定压力为8.5kPa，测试面积为645.2mm²。Gurley值越小，透气率越高。

耐静水压：根据GB/T 4744对透气膜的的耐静水压进行检测。

表4不同透气膜性能检测结果

由表4的检测结果表明，本申请得到的透气膜横向、纵向的拉伸强度最高分别为17.5MPa和46.5MPa，横向、纵向的断裂伸长率最高分别为483.4%和64.31%，具有较高的力学性能；另外，本申请所得到的透气膜的透湿量和耐静水压最高分别为342 g/24h•m²和831mmH₂O，提高了透湿量和耐静水压，且Gurley值最低为342s/100mL，提高了透气膜的透气性。

实施例1-5中，实施例2-4所得到的透气膜的Gurley值为372-375s/100mL，均低于实施例1和实施例5，表明当聚乙烯吡咯烷酮与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（2-6）时较为合适，提高了透气膜的透气性。可能与调节聚乙烯吡咯烷酮与改性纳米六方氮化硼的重量份配比，可提高透气膜的透气率有关。

结合实施例3和实施例6-9中，实施例6-8所得到的透气膜的Gurley值为369-371s/100mL，均低于实施例3和实施例8，表明改性纳米六方氮化硼时，混合液的用量为5L、6L、7L较为合适，提高了透气膜的透气性。可能与调节纳米六方氮化硼与混合液的用量，可提高纳米六方氮化硼改性效果有关。

实施例10-14中，实施例11-13所得到的透气膜的横向、纵向的拉伸强度分别为13.8-15.2MPa和42.3-44.1MPa，横向、纵向的断裂伸长率分别为463.3-467.2%和58.31-60.51%，均高于实施例10和实施例14，表明当硅纳米管与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（3-5）时较为合适，提高了透气膜的拉伸强度和断裂伸长率。可能与加入硅纳米管，可避免因加入改性纳米六方氮化硼、微米碳酸钙等无机填料后韧性下降有关。

实施例15-19中，实施例16-18所得到的透气膜的Gurley值为354-359s/100mL，均低于实施例15和实施例19，表明当聚醚嵌段酰胺弹性体与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的重量份比为1：（3-5）时较为合适，提高了透气膜的透气性。可能与调节聚醚嵌段酰胺弹性体与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的重量份比，可进一步提高透气膜的透气性有关。

实施例20-24中，实施例21-23所得到的透气膜的并未出现横格条纹和破损，实施例20所得到的透气膜出现了横格条纹，实施例24所得到的透气膜出现破损。表明制备方法中纵向拉伸的为温度为90℃以下，拉伸倍数为4-5倍较为合适，可能与限定纵向拉伸的拉伸倍数，可避免拉伸倍数因过小，透气膜出现横格条纹，拉伸倍数过大，透气膜破膜率增加有关。另外，透气膜的Gurley值为336-345s/100mL，提高了透气膜的透气性，可能与控制拉伸倍数，可使透气膜的微孔更加均匀有关。

另外，结合实施对比例1-4和实施例1的透气膜的各项指标数据发现，本申请在透气膜原料中加入改性纳米六方氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮和微米碳酸钙，均可不同程度提高透气膜的透气性。

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 (2)

1.一种高透气性的透气膜，其特征在于，其包括如下重量份的原料：线性低密度聚乙烯25-50份、改性纳米六方氮化硼3-7份、聚乙烯吡咯烷酮1-3份、微米碳酸钙30-40份、对苯二甲酸二辛酯1-5份、抗氧剂1010 0.5-1份、硅纳米管1-3份、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物5-15份和聚醚嵌段酰胺弹性体2-4份和硬脂酸钙3-5份；所述硅纳米管与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（3-5）；所述聚乙烯吡咯烷酮与改性纳米六方氮化硼的重量份配比为1：（2-6）；所述聚醚嵌段酰胺弹性体与苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的重量份比为1：（3-5）；

所述改性纳米六方氮化硼通过二氧化钛包覆改性而得；所述改性纳米六方氮化硼，通过如下操作步骤制备得到：

纳米六方氮化硼的预处理：将2-3kg的甲基丙烯酸缩水甘油酯和1-2kg的纳米六方氮化硼混合，搅拌反应，过滤，干燥，得到预处理后的纳米六方氮化硼；

包覆改性处理：将2-4kg二氧化钛加至6-8L的质量浓度为1-3%的乙醇溶液中，搅拌均匀，得到混合液，将1-2kg预处理后的纳米六方氮化硼加至5-7L混合液中，高温热处理，进行反应，静置，过滤，烘干，粉碎，得到改性纳米六方氮化硼；

所述高透气性的透气膜的制备方法包括如下操作步骤：将透气膜的各原料熔融混合，搅拌均匀，挤出造粒，吹膜成型，纵向拉伸，定型处理，收卷，得到高透气性的透气膜；所述纵向拉伸的为温度为80-90℃以下，拉伸倍数为4-5倍。

2.根据权利要求1所述的高透气性的透气膜，其特征在于，其包括如下重量份的原料：线性低密度聚乙烯30-40份、改性纳米六方氮化硼4-6份、聚乙烯吡咯烷酮1.5-2.5份、微米碳酸钙34-38份、对苯二甲酸二辛酯2-4份、抗氧剂1010 0.7-0.9份和硬脂酸钙3.5-4.5份。