高性能聚丙烯薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及聚丙烯薄膜技術領域，具體而言，涉及一種高性能聚丙烯薄膜及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯薄膜是最主要的包裝薄膜之一，通常需要其具備良好的印刷性能和熱封性 能。然而，作為印刷基材，聚丙烯薄膜一個最大的缺點是印后溶劑殘留量較其他類型的薄膜 (如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜)高。為此，彩印廠只能通過降低線速度、提高烘道溫 度、增加熟化時間等方法來降低聚丙烯薄膜的溶劑殘留。另外也有報道采用一種特殊的印 刷油墨，通過疏散的油墨結皮可以使溶劑分子最大限度揮發(fā)以降低聚丙烯薄膜印后的溶劑 殘留。隨著世界各國對食品安全問題日益重視，對復合軟包裝薄膜中殘留溶劑的限制越來 越嚴格，這就使通用的聚丙烯薄膜面臨被淘汰的可能。為此，提高聚丙烯薄膜的安全性能是 當務之急。
[0003] 有關對聚烯烴薄膜的改性研究中，多只注重于力學性能的改善以及加工成型穩(wěn)定 性的提高，而忽略了聚丙烯的食品安全性。為此，有必要提出一種新型的聚丙烯薄膜設計方 案，以實現(xiàn)各種性能的優(yōu)化統(tǒng)一。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種高性能聚丙烯薄膜及其制備方法，以解決現(xiàn)有技 術中的聚丙烯薄膜難以同時滿足多種性能要求的問題。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種高性能聚丙烯薄膜，其包 括:上層薄膜，按上層薄膜的重量百分比計，上層薄膜包括2.0~3.0 %的納米二氧化硅組合 物及97.0~98.0 %的第一聚丙烯;芯層薄膜，位于上層薄膜的一側表面上，按芯層薄膜的重 量百分比計，芯層薄膜包括0.5~2.0 %的納米二氧化硅組合物及99.5~98.0 %的第二聚丙 烯；下層薄膜，位于芯層薄膜的遠離上層薄膜的一側表面上，按下層薄膜的重量百分比計， 下層薄膜包括3.5~5.0%的納米二氧化硅組合物及96.5~95%的第三聚丙烯;其中，按納 米二氧化硅組合物的重量百分比計，納米二氧化硅組合物包括50~55%的納米二氧化硅顆 粒和45~50 %的樹脂改性劑。
[0006] 進一步地，按上層薄膜的重量百分比計，上層薄膜包括2.3~2.8 %的納米二氧化 硅組合物及97.2~97.7 %的第一聚丙烯;按芯層薄膜的重量百分比計，芯層薄膜包括0.7~ 1.5 %的納米二氧化硅組合物及98.5~99.3 %的第二聚丙烯;按下層薄膜的重量百分比計， 下層薄膜包括3.7~4.5%的納米二氧化硅組合物及95.5~96.3%的第三聚丙烯。
[0007] 進一步地，按上層薄膜的重量百分比計，上層薄膜包括2.6%的納米二氧化硅組合 物及97.4%的第一聚丙烯;按芯層薄膜的重量百分比計，芯層薄膜包括1.0%的納米二氧化 硅組合物及99.0 %的第二聚丙烯;按下層薄膜的重量百分比計，下層薄膜包括4.0 %的納米 二氧化硅組合物及96.0 %的第三聚丙烯。
[0008]進一步地，高性能聚丙稀薄膜的結晶度為30~39% ;優(yōu)選地，高性能聚丙稀薄膜的 玻璃化轉變溫度為22.2~24.7°C;優(yōu)選地，高性能聚丙烯薄膜的晶粒為手榴彈狀晶粒，手榴 彈狀晶粒包括球狀彈頭和柱狀彈柄;優(yōu)選地，手植彈狀晶粒中，球狀彈頭的粒徑為0.0 8~ Ο.?μηι，柱狀彈柄的徑向寬度為0.04~0.08μηι，柱狀彈柄的軸向長度為0.8~1.6μηι。
[0009] 進一步地，高性能聚丙烯薄膜的總厚度為18~20μπ?，其中上層薄膜的厚度為3~5μ m，下層薄膜的厚度為3~5μηι。
[0010] 進一步地，第一聚丙烯、第二聚丙烯及第三聚丙烯分別獨立地選自聚丙烯F280、 父37?、2605、？080謂小80(^0?及？-603中的一種或多種。
[0011 ]進一步地，納米二氧化娃顆粒的粒徑為5~20nm;優(yōu)選地，樹脂改性劑選自乙稀-醋 酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、丙烯酸系共聚物、聚環(huán)氧乙烷及聚聚乳酸中的一種或多種。 [0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種高性能聚丙烯薄膜的制備方法，其包括以下 步驟:將納米二氧化硅組合物分別與第一聚丙烯、第二聚丙烯及第三聚丙烯進行熔融共混， 分別得到第一改性聚丙烯、第二改性聚丙烯及第三改性聚丙烯;將第一改性聚丙烯、第二改 性聚丙烯及第三改性聚丙烯進行三層共擠雙向拉伸成膜，形成高性能聚丙烯薄膜。
[0013]進一步地，在三層共擠雙向拉伸成膜的過程中，縱向拉伸比為4~5,橫向拉伸比為 9 ~10〇
[0014]進一步地，在三層共擠雙向拉伸成膜的過程中，擠出螺桿的溫度為220~250°C，螺 桿轉速為40~50rpm，壓力為40~50bar，?？跍囟葹?30~235°C。
[0015] 本發(fā)明提供的上述高性能聚丙烯薄膜中，具有三層結構，包括上層薄膜(印刷層或 與其它薄膜的復合層）、芯層薄膜和下層薄膜(食品接觸層）。且各層中均含有特定含量的納 米二氧化娃組合物，該納米二氧化娃組合物包括特定含量的納米二氧化娃顆粒和樹脂改性 劑，使得各層薄膜具有特定的性能，具體如下:芯層薄膜與常規(guī)聚丙烯樹脂薄膜相比，具有 較高的模量和斷裂伸長率。作為三層結構聚丙烯薄膜的骨架，高模量的芯層可以提高薄膜 挺度，實現(xiàn)包裝的減量化，較高的斷裂伸長率改善了薄膜的抗穿刺能力。上層薄膜對溶劑小 分子具有較低擴散系數(shù)和低的溶解度參數(shù)。這樣就有效降低了印刷油墨或粘合劑中的溶劑 在聚丙烯薄膜中的殘留量，提高了聚丙烯薄膜的安全性。下層薄膜則具有較低的動摩擦系 數(shù)，能夠適應自動包裝的需求，可以避免在該層中添加爽滑劑而給食品帶來的污染?？傊?該薄膜具有較好的綜合性能，適宜用于食品軟包裝材料使用。
【附圖說明】
[0016] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0017] 圖1示出了本發(fā)明的實施例1中制備的聚丙稀薄膜的SEM照片。
【具體實施方式】
[0018] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0019] 正如【背景技術】部分所描述的，現(xiàn)有的軟包裝用聚丙烯薄膜難以滿足多種性能要 求。為了解決這一問題，本發(fā)明發(fā)明人提供了一種高性能聚丙烯薄膜，其為三層結構，包括 上層薄膜、芯層薄膜和下層薄膜;按上層薄膜的重量百分比計，上層薄膜包括2.0~3.0 %的 納米二氧化硅組合物及97.0~98.0 %的第一聚丙烯；芯層薄膜位于上層薄膜的一側表面 上，且按芯層薄膜的重量百分比計，其包括0.5~2.0%的納米二氧化硅組合物及98.0~ 99.5%的第二聚丙烯；下層薄膜位于芯層薄膜的遠離上層薄膜的一側表面上，且按下層薄 膜的重量百分比計，其包括3.5~5.0 %的納米二氧化硅組合物及95.0~96.5 %的第三聚丙 烯;其中，按納米二氧化硅組合物的重量百分比計，納米二氧化硅組合物包括50~55%的納 米二氧化硅顆粒和45~50 %的樹脂改性劑。
[0020] 本發(fā)明提供的上述高性能聚丙烯薄膜中，具有三層結構，包括上層薄膜(印刷層或 與其它薄膜的復合層）、芯層薄膜和下層薄膜(食品接觸層）。且各層中均含有特定含量的納 米二氧化娃組合物，該納米二氧化娃組合物包括特定含量的納米二氧化娃顆粒和樹脂改性 劑，使得各層薄膜具有特定的性能，具體如下：
[0021] 芯層薄膜與常規(guī)聚丙烯樹脂薄膜相比，具有較高的模量和斷裂伸長率。作為三層 結構聚丙烯薄膜的骨架，高模量的芯層可以提高薄膜挺度，實現(xiàn)包裝的減量化，較高的斷裂 伸長率改善了薄膜的抗穿刺能力。
[0022] 上層薄膜對溶劑小分子具有較低擴散系數(shù)和低的溶解度參數(shù)。在實際的應用過程 中，聚丙烯薄膜與其它薄膜復合制備軟包裝時，其上層需要施加粘合劑，然后與鋁箱、ΡΕΤ、 尼龍等復合，而聚丙烯與常見的粘合劑中的有機溶劑乙酸乙酯、丙酮、異丙醇等的親和性較 高，這些溶劑在聚丙烯薄膜中的擴散系數(shù)大，擴散速率快，飽和溶解度也大，通常的烘干工 藝不能完全去除薄膜中殘余的溶劑，殘余在薄膜中的有機溶劑數(shù)量較多，對食品安全性造 成威脅。而本發(fā)明中的上層薄膜對這些溶劑小分子具有較低擴散系數(shù)和低的溶解度參數(shù)， 當與鋁箱等其它原料薄膜進行復合或者被印刷時，該上層薄膜可以較大程度阻隔有機溶劑 分子(粘合劑或油墨中的溶劑）向聚丙烯薄膜內部的擴散，這樣就有效降低了印刷油墨或粘 合劑中的溶劑在聚丙烯薄膜中的殘留量，提高了聚丙烯薄膜的安全性。
[0023] 下層薄膜則具有較低的動摩擦系數(shù)。在制備食品包裝用復合薄膜時，聚丙烯薄膜 常被用作內膜直接接觸食品，因此其下層薄膜需要與食品接觸。在自動灌裝或自動包裝時 該層會與金屬部件相互摩擦