CN1358618A - 七层共挤抗卷曲复合薄膜的非对称结构 - Google Patents
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Abstract
一种七层共挤抗卷曲复合薄膜的非对称结构,由结晶树脂层、非结晶树脂层和粘合树脂层构成结晶特性不对称的七层复合薄膜结构,其特征在于结构表达式为:A/B/C/B/A/B/C,式中:A表示结晶树脂层;B表示粘合树脂层;C表示非结晶树脂层。本发明根据力学平衡原理,利用同种或同类材料的相同特性,将七层不对称结构共挤吹塑复合薄膜的第2、3、4层设计成平衡桥结构,以此抵消其它层之间由于结晶温度不同而造成的应力不平衡,从而有效地克服了共挤出吹塑复合生产和二次加工中薄膜发生卷曲的现象。
Description
技术领域
本发明涉及多层共挤出吹塑复合薄膜，具体涉及一种以结晶树脂层、非结晶树脂层和粘合树脂层为单元层构成七层共挤吹塑复合薄膜的抗卷曲非对称性结构。这种非对称结构的七层共挤出吹塑复合薄膜具有很好的阻隔和热封性能，特别适合作为有阻隔功能要求的软包装材料。
背景技术
近十年来，塑料包装薄膜市场发生了很大变化，其中最突出的是多层共挤复合薄膜的增长不仅使包装工业感到震惊，而且正悄悄地进行着包装薄膜的一场革命。
非对称性七层共挤出吹塑复合薄膜是以结晶树脂层、非结晶树脂层和粘合树脂层为单元层构成一种结晶特征不对称的七层复合结构。将这样的结构通过一次性共挤出吹塑方法进行层合便可以得到一种复合薄膜。它作为多层共挤出吹塑复合薄膜的典型代表之一，不论在功能上还是结构上都具有很大的灵活性。但是，要想开发一种价格性能比优越的产品却不容易。众所周知，共挤出吹塑多层复合薄膜的生产离不开设备(特别是多层模头)、原料以及加工工艺的紧密配合和互动，其中设备和原料是现有的，显然问题的关键是如何将原料融会贯通，这不仅是加工工艺问题，还包含产品的结构设计。
七层共挤出吹塑复合薄膜的非对称结构与对称结构相比显然具有兼顾后续加工特性的优越性，但正因为如此，最突出的问题是共挤出吹塑成型过程中极容易产生薄膜卷曲，其机理是：当结晶树脂与非结晶树脂形成的非对称性结构，在同一温度、压力条件下共挤出吹塑成型过程中，由于材料结晶温度和速率不相同必然产生应力不平衡，从而直接导致薄膜卷曲。比如，生产七层不对称结构产品时，由于外层尼龙与内层聚乙烯在熔融共挤出的冷却过程中结晶温度和结晶速率不同，即尼龙的结晶温度为180℃～140℃，聚乙烯的结晶温度为120℃～80℃，因此尼龙先结晶并收缩2～3％定型成固态，而聚乙烯后结晶凝固并收缩2～3％，最终由于应力作用使复合薄膜产生卷曲。这种缺陷不仅给薄膜的收卷带来困难，而且直接影响复合薄膜将来的二次加工，比如利用卷曲的薄膜制袋总是困难的。为了解决这一问题，国外通常采用增加附属水槽设备进行后序热处理的办法，将薄膜通过加热的水槽中，一方面加快聚乙烯的结晶速度，促使尼龙与聚乙烯的结晶收缩时间趋于一致，另一方面外层的尼龙接触水后改变了它的含水量，这样更有利于平衡内应力，以此改善薄膜的卷曲现象。但是这种技术还很不稳定，主要缺点是：1、需增加较昂贵的附属水槽设备；2、由于各种结构尼龙厚度的不同，环境中空气的温度、湿度的影响，水槽中滞留时间的长短的影响，使得抗卷曲效果难以把握。综上所述，既然七层不对称结构产生卷曲的原因出自不对称结构本身，那么我们为何不从产品结构设计上去克服它呢？
发明内容
本发明目的是从产品结构设计的角度来克服上述缺陷，为此提供一种抗卷曲的七层不对称结构共挤复合薄膜的结构设计方案。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种七层共挤抗卷曲复合薄膜的非对称结构，由结晶树脂层、非结晶树脂层和粘合树脂层构成结晶特性不对称的七层复合薄膜结构，其结构表达式为：A/B/C/B/A/B/C
式中：A表示结晶树脂层；B表示粘合树脂层；C表示非结晶树脂层。
上述技术方案中，结晶树脂层A是由一种结晶树脂材料构成的单元层，其主要作用是阻氧，增加强度，增加透明度，具体可以是COPA、PA、PP、PVDC等。粘合树脂层B是由一种粘合树脂类材料构成的单元层，其主要作用是不同树脂间的粘接，如Ti等。非结晶树脂层C由一种PO聚烯烃及经改性的非结晶树脂材料构成的单元层，其主要作用是阻水、阻氧、热封等，具体可以是EVOH、EAA、EVA、LDPE、LLDPE、HDPE或改性PE等。
在保持上述技术方案不对称结构特征的基础上，利用不同材料进行组合，可以产生多种变化，这些变化可以用以下同类单元层变化方案来概括性描述，但需要强调的是本发明要求保护的范围不仅仅局限于下列变化，而是符合上述技术方案结构特征的所有方案。
1、结构表达式为：A1/B1/C1/B1/A1/B1/C1
上式中：两个结晶树脂层A采用同一种结晶树脂材料A1；两个非结晶树脂层C采用同一种非结晶树脂材料C1；三个粘合树脂层B采用同一种粘合树脂材料B1。
2、结构表达式为：A/B/C1/B/A/B/C2
上式中：两个非结晶树脂层采用两种不同非结晶树脂材料C1、C2。
3、结构表达式为：A1/B/C/B/A2/B/C
上式中：两个结晶树脂层采用两种不同结晶树脂材料A1、A2。
4、结构表达式为：A/B1/C/B2/A/B3/C
上式中：三个粘合树脂层采用三种不同粘合树脂材料B1、B2、B3。
5、结构表达式为：A1/B1/C1/B2/A2/B3/C2
上式中：两个结晶树脂层采用两种不同结晶树脂材料A1、A2；两个非结晶树脂层采用两种不同非结晶树脂材料C1、C2；三个粘合树脂层采用三种不同粘合树脂材料B1、B2、B3。
本发明抗卷曲原理如下：
首先为了便于表述，将上述技术方案所述结构表达式从左边起向右，依次定义为第1层至第7层，其中第1层为外层，第7层为内层(即热封层)。
由附图1所示，第5、6、7三层是由结晶树脂构成的阻氧层、粘合树脂构成的粘合层和非结晶树脂构成的阻水层复合得到，这三层结构满足了复合薄膜的基本功能需要，换句话说既具有阻隔功能又具有热封性能。但这种由结晶树脂与非结晶树脂构成的不对称结构在实际生产过程中卷曲问题非常严重，以致无法进行共挤出工业化生产。现在我们将结晶树脂层A切开一分为二，变成第1和第5层，并在该两层中间插入第2层粘合树脂、第3层非结晶树脂、第4层粘合树脂，建立一个平衡桥结构，通过第1、2、3、4、5层的对称结构与第3、4、5、6、7层的对称结构叠加，使整体不对称结构产生的应力不平衡达到一种平衡状态，从而可以有效地解决七层共挤出吹塑复合薄膜在不对称结构下的卷曲问题。
实际应用中，由于结晶树脂层或/和非结晶树脂层可能采用不同特性的材料进行组合，因此平衡桥结构的厚度显得特别重要，换句话说，为了保证七层不对称结构的整体应力平衡，可能通过调节平衡桥结构的厚度来有效控制共挤复合过程中的薄膜卷曲问题。当厚度恰当时，可以使薄膜做到完全不卷曲。从以上技术方案的结构分析，由此得出：第2、3、4三层是一种平衡桥结构，这种平衡桥结构的设计构思是解决本发明共挤出薄膜卷曲问题的关键。
例如当七层共挤复合膜的具体结构为：PA/Ti/PE/Ti/PA/Ti/PE时，以第3层PE(聚乙烯)为核心，与第2、4层构成厚度恰当的平衡桥结构后，在聚乙烯结晶收缩时，能抵消第7层的聚乙烯产生的大部分不平衡造成的卷曲，并且随着加工好的薄膜在外层尼龙吸潮后抵消了薄膜尚存的内应力，从而使薄膜完全不卷曲。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明根据力学平衡原理，利用同种或同类材料的相同特性，将七层不对称结构共挤复合薄膜的第2、3、4层设计成平衡桥结构，以此抵消其它层之间由于结晶温度不同而造成的应力不平衡，从而克服薄膜发生卷曲的现象。从整个技术方案看，本发明构思巧妙独特，结构设计合理而富有逻辑性，尤其是通过深入分析和研究应力不平衡的机理后，从七层不对称结构内部建立起一种简单、有效地应力平衡结构，为七层不对称结构共挤出吹塑复合薄膜的工业化生产提供了一种新途径。
2、本发明可以很好的解决七层不对称结构共挤复合薄膜的卷曲问题，与现有技术相比无需增加额外的附属水槽设备，而能够从根本上解决问题，因此具有显著地技术进步和很高的创造性。
3、本发明不受环境因素影响，在正常环境中薄膜不会再发生卷曲。
附图说明
附图1为本发明结构及原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种七层共挤复合薄膜的非对称结构，其结构表达式为：A1/B1/C1/B1/A1/B1/C1
上式中：两个结晶树脂层A采用同一种结晶树脂材料A1；两个非结晶树脂层C采用同一种非结晶树脂材料C1；三个粘合树脂层B采用同一种粘合树脂材料B1。
七层共挤复合薄膜的具体结构为：PA/Ti/PE/Ti/PA/Ti/PE。其中PA表示尼龙阻氧层；Ti表示粘合树脂层；PE聚乙烯阻水层。由此可以看出，第2、3、4层为平衡应力和控制薄膜卷曲的平衡桥结构，该结构中的核心第3层与第7层之间形成对称结构。平衡桥结构插入原来的尼龙外层中，并将原来的尼龙外层分成第1层和第5层，以此构成第1～5层的对称结构。这一对称结构与第3～7层的对称结构共同建立整体应力平衡，这样本例从整体结构看，虽为一种七层不对称结构，但在共挤出吹塑复合生产过程中薄膜不会发生卷曲现象。
实施例二：一种七层共挤复合薄膜的非对称结构，其结构表达式为：A/B/C1/B/A/B/C2
上式中：两个非结晶树脂层采用两种不同非结晶树脂材料C1、C2；两个结晶树脂层A采用同一种结晶树脂材料；三个粘合树脂层B采用同一种粘合树脂材料。
七层共挤复合薄膜的具体结构可以为：PA/Ti/PE/Ti/PA/Ti/LLDPE。
式中：PA表示尼龙阻氧层；Ti表示粘合树脂层；PE聚乙烯阻水层；LLDPE表示线性低密度聚乙烯阻水层。由此可以看出，第2、3、4层为平衡应力和控制薄膜卷曲的平衡桥结构，该结构中的核心第3层与第7层之间形成对称结构。与实施例一所不同的是第3层采用了与第7层特性相近似的材料，即第3层为聚乙烯，而第7层为线性低密度聚乙烯。平衡桥结构插入原来的尼龙外层中，并将原来的尼龙外层分成第1层和第5层，以此构成第1～5层的对称结构。这一对称结构与第3～7层的对称结构共同建立整体应力平衡，这样本例从整体结构看，虽为一种七层不对称结构，但在共挤出吹塑复合生产过程中薄膜不会发生卷曲现象。
又如七层共挤复合薄膜的具体结构可以为：PA/Ti/EVOH/Ti/PA/Ti/MPE。
实施例三：一种七层共挤复合薄膜的非对称结构，其结构表达式为：A1/B/C/B/A2/B/C
上式中：两个结晶树脂层A采用两种不同结晶树脂材料A1、A2；两个非结晶树脂层C采用同一种非结晶树脂材料；三个粘合树脂层B采用同一种粘合树脂材料。
具体结构为：PP/Ti/PE/Ti/PA/Ti/PE。
又如具体结构为：COPA/Ti/PE/Ti/PA/Ti/PE。
实施例四：一种七层共挤复合薄膜的非对称结构，其结构表达式为：A/B1/C/B2/A/B3/C
上式中：三个粘合树脂层采用三种不同粘合树脂材料B1、B2、B3；两个结晶树脂层A采用同一种结晶树脂材料；两个非结晶树脂层C采用同一种非结晶树脂材料。
具体结构为：PA/Ti(1)/PE/Ti(2)/PA/Ti(3)/PE。
又如具体结构为：PA/Ti(1)/EVOH/Ti(2)/PA/Ti(3)/PE。
实施例五：一种七层共挤复合薄膜的非对称结构，结构表达式为：A1/B1/C1/B2/A2/B3/C2
上式中：两个结晶树脂层A采用两种不同结晶树脂材料A1、A2；两个非结晶树脂层C采用两种不同非结晶树脂材料C1、C2；三个粘合树脂层B采用三种不同粘合树脂材料B1、B2、B3。
具体结构为：PP/Ti(1)/PE/Ti(2)/PA/Ti(3)/HDPE。
Claims (6)
1、一种七层共挤抗卷曲复合薄膜的非对称结构，由结晶树脂层、非结晶树脂层和粘合树脂层构成结晶特性不对称的七层复合薄膜结构，其特征在于：可以通过平衡桥结构建立抗卷曲应力平衡的共挤复合薄膜结构表达式为：
A/B/C/B/A/B/C
式中：A表示结晶树脂层；B表示粘合树脂层；C表示非结晶树脂层。
2、根据权利要求1所述的非对称结构，其特征在于：
结构表达式为：A1/B1/C1/B1/A1/B1/C1
式中：A1表示以一种材料形成的结晶树脂层；B1表示以一种材料形成的粘合树脂层；C1表示以一种材料形成的非结晶树脂层。
3、根据权利要求1所述的非对称结构，其特征在于：
结构表达式为：A/B/C1/B/A/B/C2
式中：C1、C2表示由两种不同材料形成的非结晶树脂层。
4、根据权利要求1所述的非对称结构，其特征在于：
结构表达式为：A1/B/C/B/A2/B/C
式中：A1、A2表示由两种不同材料形成的非结晶树脂层。
5、根据权利要求1所述的非对称结构，其特征在于：
结构表达式为：A/B1/C/B2/A/B3/C
式中：B1、B2、B3表示由三种不同材料形成的粘合树脂层。
6、根据权利要求1所述的非对称结构，其特征在于：
结构表达式为：A1/B1/C1/B2/A2/B3/C2
式中：A1、A2表示由两种不同材料形成的非结晶树脂层；B1、B2、B3表示由三种不同材料形成的粘合树脂层；C1、C2表示由两种不同材料形成的非结晶树脂层。
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