CN118107246A - 一种热封自增强聚丙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于包装技术领域，特别涉及一种热封自增强聚丙烯薄膜及其制备方法，热封自增强聚丙烯薄膜包括三层结构，分别为聚丙烯基层、粘结层和热封层；其中热封层按重量份由10‑70份的1‑丁烯、20‑90份的丁烯共聚物、0.5‑1.0份的抗氧剂组成。本发明制备的聚丙烯薄膜可以在较低的温度下进行热封，提高了封口的平整度；本发明采用已经商业化的1‑丁烯，丁烯共聚物，丙烯共聚物，可实现大规模工业化生产；本发明制备的聚丙烯薄膜的热封强度在室温下可以实现自增强，增加包装的气密性、降低褶皱率。
Description
技术领域
本发明属于包装技术领域，特别涉及一种热封自增强聚丙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
聚丙烯薄膜因其具有质轻、透明、无毒、防潮的特点，以及良好的力学性能，气体阻隔性能，耐高温、耐擦伤性能，被广泛用于食品、医疗、农业等领域，具有“包装皇后”的美誉。聚丙烯热封薄膜一般为三层共挤，芯层为均聚聚丙烯，上层和下层为共聚聚丙烯。芯层熔点高，可以为薄膜提供良好的力学性能；上下表层具有较低的熔点，通常作为热封层。
聚丙烯热封薄膜在用于包装材料时，需要通过热封将开口封闭以保证其气密性。薄膜的热封层材料在受热情况下变为粘流状态，借助于烙铁的压力作用相互渗透、融合为一体，当烙铁离开时，热封层材料冷却结晶并保持一定的力学强度。聚丙烯薄膜的热封层材料一般为共聚聚丙烯，通过降低材料的熔点和结晶度实现热封功能。然而，以共聚聚丙烯作为热封层材料存在以下两个方面的问题：一方面，共聚聚丙烯的起始热封温度高，在高的热封温度下，聚丙烯薄膜收缩不均匀，容易产生褶皱；如果降低热封温度，虽然封口的平整性提高，但是分子链运动能力变弱，热封层之间的相互渗透程度减弱，导致热封强度不够。另一方面，聚丙烯薄膜在热封后的一段时间内热封强度保持不变，随着放置时间的延长，取向的聚丙烯分子链发生松弛，薄膜出现收缩起皱现象，严重影响产品的外观，与此同时，薄膜的热封强度降低，包装的气密性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热封自增强聚丙烯薄膜及其制备方法，解决现有聚丙烯热封膜热封温度高的问题，并且通过热封层材料在室温下的自发相转变实现聚丙烯薄膜的热封自增强。
为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种热封自增强聚丙烯薄膜，热封自增强聚丙烯薄膜包括三层结构，分别为聚丙烯基层、粘结层和热封层；其中热封层按重量份由10-70份的1-丁烯、20-90份的丁烯共聚物、0.5-1.0份的抗氧剂组成。
1-丁烯的熔点在125℃附近，比聚丙烯低40℃，可以明显降低聚丙烯薄膜的热封温度，避免热收缩，保证了聚丙烯薄膜在热封过程中的平整性。丁烯共聚物的加入可以更进一步降低热封层材料的熔点。同时，1-丁烯以及丁烯共聚物在冷却结晶过程中由于动力学因素，首先形成亚稳态的I I型晶，在室温放置过程中，I I型晶自发转变为热力学稳定的I型晶。I型晶和I I型晶具有不同的晶体结构，并且I型晶更加稳定，具有较好的力学性能，可以提高BOPP薄膜的抗撕裂能力。
优选的，所述聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为：12-18um、2-4um、2-4um。
优选的，所述丁烯共聚物为丁烯-乙烯共聚物。
优选的，所述粘结层为丙烯共聚物，所述丙烯共聚物为丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物中的一种或两种。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、二丁基羟基甲苯、硫代二丙酸双十八酯、叔丁基对苯二酚中的一种或者一种以上的混合物。
优选的，热封自增强聚丙烯薄膜的热封温度为80-130℃，热封压力为0.18MPa，热封时间为1s。
优选的，热封自增强聚丙烯薄膜的热封强度在室温放置时逐渐增大，并且在3-4天时达到最大值。
一种热封自增强聚丙烯薄膜的制备方法，采用以下步骤：
(1)将1-丁烯、丁烯共聚物及抗氧剂投入到密炼机中，温度130℃，转子转速为50rpm，时间5min，将共混物进行挤出造粒，得到热封层物料；
(2)将聚丙烯基层物料聚丙烯、粘结层物料丙烯共聚物及步骤(1)得到的热封层物料通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜。
优选的，共挤流延过程中热封层的挤出温度为90-140℃。
优选的，共出流延过程中粘结层的挤出温度为130-160℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的聚丙烯薄膜可以在较低的温度下进行热封、提高了封口的平整度；本发明采用已经商业化的1-丁烯，丁烯共聚物，丙烯共聚物，可实现大规模工业化生产；本发明制备的聚丙烯薄膜的热封强度在室温下可以实现自增强，增加包装的气密性、降低褶皱率。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本发明中所使用的原料说明如下：
均聚聚丙烯购自于中国石化上海石油化工股份有限公司，熔融指数为3.0g/10min；丙烯-丁烯共聚物购自于壳牌(Shell)公司，熔融指数为5.0g/10min；丙烯-乙烯-丁烯三元共聚物购自于法国道达尔(Total)公司，熔融指数为20.0g/10min；1-丁烯、丁烯-乙烯共聚物购自于巴塞尔(Basell)公司。
在聚丙烯热封膜的制备过程中，可以使用公知的热封薄膜助剂，如抗静电剂、增挺剂、爽滑剂、热稳定剂等。共挤流延法制备热封薄膜过程中的牵伸比不做特别限制，可以采用公知的方法进行。
实施例1
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例2
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置2天。
实施例3
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置3天。
实施例4
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置4天。
实施例5
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置30天。
实施例6
将50重量份1-丁烯、35重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例7
将50重量份1-丁烯、45重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例8
将50重量份1-丁烯、60重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例9
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、3um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例10
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、4um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例11
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、3um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
实施例12
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为16um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置1天。
对比例1
将50重量份1-丁烯、25重量份丁烯共聚物、0.5重量份抗氧剂，置于130℃的密炼机中，控制转子速度50rpm进行密炼5min后，得到混炼均匀物，将制备好的物料导入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，得相应的热封层物料A。
通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜，其中聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为6um、2um、2um，聚丙烯基层为均聚聚丙烯，粘结层为丙烯-丁烯共聚物，热封层为前述的热封层物料A，热封后的样条在室温放置0天。
表1热封材料的雾度、光泽度、初始热封温度、热封强度对比
说明：(1)雾度测试：采取GB/T 2410标准，指通过试样而偏离入射光方向的散光通量与透射光通量之比。
(2)光泽度测试：采用GB/T 8807标准，在45°入射角下，试样的镜面反射率与同一条件下基准面的反射率之比。
(3)热封强度测试：在膜卷宽度方向随机裁制长15cm、宽1.5cm的试样，随后对试样进行热封，设定热封温度110℃，热封压力为0.18MPa，热封时间为l s。在拉伸机上用两间距100mm的夹具夹住试样的两端，以100mm/min的速度拉伸，记录试样拉断时候的最大载荷，以5条试样最大载荷的平均值作为材料在110℃的热封强度。
(4)起始热封温度的判定：若试样在某一温度下的热封强度大于或等于3N/15mm，且低于此温度时试样的热封强度小于3N/15mm，则此温度即为该样品的初始热封温度。
表1统计了对比例1与实施例1-12所制备的聚丙烯热封薄膜的雾度、光泽度、起始热封温度以及热封强度。分析对比例1与实施例1-5可知，聚丙烯热封薄膜的雾度和光泽度在室温放置过程中变化不大，热封强度在室温放置时逐渐增强，并且在3-4天达到最大值。
对比实施例1与实施例6-8可知，随着热封层丁烯共聚物含量的增多，聚丙烯热封薄膜的雾度降低，光泽度提高，因为丁烯共聚物降低热封层的结晶度。
对比实施例1与6-8可知，随着丁烯共聚物组分的增多，热封层的起始热封温度明显降低，热封强度增加。因为丁烯共聚物的熔点、结晶度比1-丁烯低，随着丁烯共聚物的增多，热封层材料的起始热封温度降低；同时，热封层材料之间的分子链扩散程度增高，丁烯共聚物的相转变速率比1-丁烯快，导致聚丙烯薄膜的热封强度随着丁烯共聚物的组分增强。
对比实施例1与9、10可知，随着热封层厚度的增加，聚丙烯薄膜的热封强度增加。
对比实施例1与11、12可知，粘结层材料的组分以及厚度对聚丙烯薄膜的热封强度也具有一定的影响。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种热封自增强聚丙烯薄膜，其特征在于，热封自增强聚丙烯薄膜包括三层结构，分别为聚丙烯基层、粘结层和热封层；其中热封层按重量份由10-70份的1-丁烯、20-90份的丁烯共聚物、0.5-1.0份的抗氧剂组成。
2.根据权利要求1所述的热封自增强聚丙烯薄膜，其特征在于，所述聚丙烯基层、粘结层和热封层的厚度分别为：12-18um、2-4um、2-4um。
3.根据权利要求1所述的热封自增强聚丙烯薄膜，其特征在于，所述丁烯共聚物为丁烯-乙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的热封自增强聚丙烯薄膜，其特征在于，所述粘结层为丙烯共聚物，所述丙烯共聚物为丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的热封自增强聚丙烯薄膜，其特征在于，热封自增强聚丙烯薄膜的热封温度为80-130℃，热封压力为0.18MPa，热封时间为1s。
6.根据权利要求1所述的热封自增强聚丙烯薄膜，其特征在于，热封自增强聚丙烯薄膜的热封强度在室温放置时逐渐增大，并且在3-4天时达到最大值。
7.一种热封自增强聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：
(1)将1-丁烯、丁烯共聚物及抗氧剂投入到密炼机中，温度130℃，转子转速为50rpm，时间5min，将共混物进行挤出造粒，得到热封层物料；
(2)将聚丙烯基层物料聚丙烯、粘结层物料丙烯共聚物及步骤(1)得到的热封层物料通过三层共挤流延法制备热封自增强聚丙烯薄膜。
8.根据权利要求7所述的热封自增强聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，共挤流延过程中热封层的挤出温度为90-140℃。
9.根据权利要求8所述的热封自增强聚丙烯薄膜的制备方法，其特征在于，共出流延过程中粘结层的挤出温度为130-160℃。
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