具有太阳光谱选择性透过软质pvc功能薄膜及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，该透明软质PVC功能薄膜具有太阳光谱选择性透过和吸收的特点。同时本发明还提供了该具有太阳光谱选择性透过的软质PVC功能薄膜的制备方法，制备方法操作方便并且产品性能稳定。本发明的具有太阳光谱选择性透过的软质PVC功能薄膜，其由以下质量配比的原料制成：PVC树脂100份、增塑剂60～70份、复合稳定剂1.2～3.0份、紫外光吸收剂0.25～0.5份、受阻胺类光稳定剂0～0.25份、润滑剂0.2～0.7份。
【专利说明】具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种透明软质PVC功能薄膜及其制备方法，更具体地说涉及一种具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]透明塑料除具有优异的透明性以外，还具有很多优良的性能，如加工性能、耐候性、电绝缘性好。透明塑料由于光学性能优异，且质轻性韧，应用广泛。透明塑料早期的最重要用途的之一是制造透明包装材料，如透明包装容器和透明包装薄膜等。透明包装材料可以使人们方便地观察和了解被包装物品的结构、性质和色泽，以方便人们选择和购买。
[0003]常用透明塑料基体材料主要有两大类:一类是典型的非晶树脂，如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS);另一类是结晶能力较弱或处于非晶态的半结晶聚合物，如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、透明聚丙烯(TPP)等。常用透明材料中，PS是无色透明具有玻璃光泽的硬质材料，具有良好的光学性能；AS塑料无色透明，具有较高的刚性、力学性能和良好的加工性能；PMMA透明度好，耐热性和韧性较好，机械强度中等、表面硬度低；PVC本色为微黄色半透明状，有光泽，透明度优于聚乙烯、聚丙烯；PC具有透明度高，光洁度好、表面硬度高等性能；PET具有较高的透光率，较好的表面耐摩擦性；TPP具有较好的透光率和表面光泽；EVA中醋酸乙烯酯(VAc)含量一般在5%~40%，与聚乙烯相比，EVA由于在分子链中引入了 VAc单体，从而降低了结晶度，提高了柔韧性，使透明性变好，EVA树脂的性能尤其是透明性主要取决于分子链上VAc的含量，当VAc含量高于20%时，EVA柔软富有弹性，适合制造透明包装材料；TPU作为弹性体是介于橡胶和塑料之间的一种材料，具有耐磨、耐油，透明，弹性好等特点。
[0004]上述透明材 料中，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、透明聚丙烯等适合制造硬质透明包装材料；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和热塑性聚氨酯等适合制造软质透明包装材料。聚氯乙烯树脂则是一种特殊的透明包装材料，因为在不加增塑剂的情况下PVC适合制造硬质透明包装材料；但通过添加不同的增塑剂后，PVC通过配方调整可以得到半硬半软直至软质(弹性)透明包装材料。PVC作为一种通用树脂，还具有价格低廉、原料易得等一系列优点，使得PVC透明包装材料在许多方面获得了广泛的应用。
[0005]塑料包装材料领域的市场年需求量逐年增加，年均需求增长率为10%以上，在塑料制品行业中增长速度最快。其中，薄膜是用量最大的塑料包装材料，由于其无毒、质轻、包装美观、成本低的特点，因而应用领域在不断拓展。近年来，随着科学技术的不断进步，开发的许多功能薄膜，进一步扩大了薄膜的应用领域。所谓功能性薄膜，是指具有普通薄膜没有的某些特殊功能引入使得薄膜包装效果明显改善，如吸氧型阻隔性包装薄膜、吸水型阻隔性包装薄膜、抗菌性高阻隔薄膜、气相防锈塑料薄膜等。
[0006]由于功能性薄膜大多需要在户外使用，这将不可避免地使薄膜收到太阳能的辐照。我们知道，太阳是地球上的光和热的主要源泉，太阳一刻也不停息地把它巨大的能量源源不断地传送到地球上。太阳辐射光谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X-射线、Y -射线和宇宙射线等几个波谱范围。由于地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，整个太阳辐射光谱不能全部到达地面。达到地球的太阳电磁辐射中99.9%的能量集中在紫外区、可见光区和红外区，其中紫外线(波长<400nm)约占7~8%，可见光(波长400~760nm)约占46~50%，红外线(>760nm)约占43~46%。由爱因斯坦提出的光量子公式可知，虽然到达地球的太阳辐射光谱中紫外光只占总太阳能的7~8%，但其波长最短，光子能量最大，对诸如聚氯乙烯等聚合物的危害最大。这是因为根据光量子理论:
[0007]E (kj/mol) =6.8395 X 103/ λ (nm)
[0008]对于波长为300nm的光子能量为397kJ/mol，而大部分聚合物的自动氧化反应活化能为47~170kJ/mol，化学键断裂能为170~420kJ/mol。由此可知，到达地面的紫外线能量足以破坏聚合物的化学键，引发自动氧化反应。常用塑料制品造成光降解的敏感波长都在290~400nm之间,例如造成聚乙烯光降解的敏感波长300nm、聚丙烯为310nm、聚氯乙烯为310nm、聚苯乙烯为318nm、聚酯为325nm、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物为322~364nm、聚醋酸乙稀酷为280nm。
[0009]由以上分析可知，太阳辐射光谱中的紫外光，是导致高分子材料变色、褪色以及氧化降解的重要原因。为了避免紫外光对塑料包装材料以及被包装物品的破坏，采用将特殊的颜料或助剂加入塑料包装材料中可以制备具有遮光性能的功能薄膜。例如在聚氯乙烯树脂中加入金红石型二氧化钛、细粒径炭黑可以有效地屏蔽紫外光，制备的具有遮光性能的PVC功能薄膜耐紫外光老化性能性能优异，同时有效地保护了被包装物品免遭太阳辐射光谱中的紫外光破坏。由于复含金红石型二氧化钛、细粒径炭黑的遮光性PVC功能薄膜在屏蔽紫外光的同时，导致透光性差，尤其是可见光不能透过，因而不适合制造透明薄膜。有报道日本研制开发了一种用于住宅门窗厚度为95 μ m的透明塑料功能薄膜，这种薄膜是使用聚乙烯树脂为原料、采用4层特殊膜结构制成，在玻璃窗上贴上这种薄膜，就可将对人体有害的紫外线与红外线大幅度遮断，可见光透过率超过80%，所以居室不黑暗。该功能薄膜的最大特征是，可大幅抑制紫外线(99.6%)与红外线(80%)透过，因此可以预防通常因紫外线照射而引发的老人斑等皮肤病，有保护皮肤效果；对室内软装饰材料如榻榻米、窗帘、地毯等有预防变色的效果，当前存在问题是生产工艺复杂导致价格较高需改进。
[0010]综上所述，目前使用的透明PVC薄膜无论是硬质还是软质，均不具有显著屏蔽紫外光的功能和作用；遮光PVC功能薄膜耐紫外光性能好，并可保护被包装物品免遭紫外光破坏，但其不透明限制其适用范围。虽然市场上多层特殊膜结构的聚乙烯透明薄膜能够有效地阻断紫外线和红外线透过，因其生产工艺复杂导致价格较高仍需进行改进。因此开发一种高效率屏蔽太阳光谱中的紫外光(对200~400nm紫外光波段的平均抑制率高达99.8%以上，亦即紫外光的平均透过率<0.2%)，同时满足高可见光透过(对400~780nm可见光波段的平均透过率> 70%)、工艺简单、成本低廉、环境友好的软质PVC功能薄膜成为该行业的迫切需求。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，该透明软质PVC功能薄膜具有太阳光谱选择性透过和吸收的特点。
[0012]同时本发明还提供了该具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜的制备方法，制备方法操作方便并且产品性能稳定。
[0013]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0014]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其由以下质量配比的原料
制成:
[0015]
PVC树脂100份
增塑剂60~70份
复合稳定剂1.2~3.0份
紫外光吸收剂0.25~0.5份
受阻胺类光稳定剂O~0.25份
润滑剂0.2~0.7份。
[0016]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其进一步的技术方案是所述的PVC树脂为悬浮法工艺生产的PVC树脂，平均聚合度1000，K值66~68。
[0017]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其进一步的技术方案还可以是所述的增塑剂是环己烷1，2_ 二甲酸二异壬基酯、邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或其组合。
[0018]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其进一步的技术方案还可以是所述的复合稳定剂是Ca/Zn粉状复合稳定剂、Ca/Zn液体复合稳定剂、Ba/Zn液体复合物稳定剂、液体有机锡复合稳定剂中的一种或其组合。
[0019]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其进一步的技术方案还可以是所述的紫外光吸收剂是苯并三唑类紫外光吸收剂。
[0020]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其进一步的技术方案还可以是所述的受阻胺类光稳定剂是光稳定剂Tinuvin770、光稳定剂Chimassorb944、光稳定剂HS-112、光稳定剂HS-765中的一种或其组合，受阻胺类光稳定剂用量优选0.05~0.25份。
[0021]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜)其进一步的技术方案还可以是所述的润滑剂为硬脂酸、液体石蜡中的一种或其组合。
[0022]本发明的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜的制备方法，其包括以下步骤:
[0023]复合稳定剂、紫外光吸收剂、受阻胺类光稳定剂和润滑剂先与部分增塑剂在辊温为30~50°C三辊研磨机中研磨2次形成膏状复合助剂混合物；在高速混合机中加入PVC树脂、膏状复合助剂混合物、预先加热至60-80°C的剩余部分增塑剂，高速混合至料温达到100±5°C后排料至行星混合机；控制行星挤出机的温度在110~160°C使增塑PVC塑化均匀后进入开放式炼塑机中，开炼机的物料通过单螺杆过滤机过滤杂质后直接上料到压延机，压延机的操作温度控制在160~180°C之间，再通过压延、冷却和卷取工艺，最后得到具有太阳光谱选择性透过的软质PVC功能薄膜。
[0024]具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜对太阳光谱选择性透过的测试方法利用紫外-可见-近红外分光光度计进行。具体方法是首先将样品在温度为25°C停放24h，然后设置紫外-可见-近红外分光光度计为透射模式；制备直径为25mm软质PVC功能薄膜放入仪器中，测试样品在波长为200~2500nm的透光率曲线。分别取紫外光波段(200-400nm)和可见光波段(400_780nm)透过率数据(函数)进行积分，使用以下公式计算平均透过率:
【权利要求】
1.一种具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其特征在于由以下质量配比的原料制成: PVC树脂100份增塑剂60~70份复合稳定剂1.2~3,0份紫外光吸收剂0.25~0.5份受阻胺类光稳定剂0~0.25份润滑剂0.2~0.7份。
2.根据权利要求1所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其特征在于所述的PVC树脂为悬浮法工艺生产的PVC树脂，平均聚合度1000，K值66~68。
3.根据权利要求1所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其特征在于所述的增塑剂是环己烷1，2_ 二甲酸二异壬基酯、邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯、邻苯二甲酸二异壬酯中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其特征在于所述的复合稳定剂是Ca/Zn粉状复合稳定剂、Ca/Zn液体复合稳定剂、Ba/Zn液体复合物稳定剂、液体有机锡复合稳定剂中的一种或其组合。
5.根据权利要求1所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其特征在于所述的紫外光吸收剂是苯并三唑类紫外光吸收剂。
6.根据权利要求1所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜，其特征在于所述的受阻胺类光稳定剂是光稳定剂Tinuvin770、光稳定剂Chimassorb944、光稳定剂HS-112、光稳定剂HS-765中的一种或其组合。
7.根据权利要求1所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸、液体石蜡中的一种或其组合。
8.如权利要求1~7任一所述的具有太阳光谱选择性透过软质PVC功能薄膜的制备方法，其特征在于包括有以下步骤: 复合稳定剂、紫外光吸收剂、受阻胺类光稳定剂和润滑剂先与部分增塑剂在辊温为30~50°C三辊研磨机中研磨2次形成膏状复合助剂混合物；在高速混合机中加入PVC树月旨、膏状复合助剂混合物、预先加热至60-80°C的剩余部分增塑剂，高速混合至料温达到100±5°C后排料至行星混合机；控制行星挤出机的温度在110~160°C使增塑PVC塑化均匀后进入开放式炼塑机中，开炼机的物料通过单螺杆过滤机过滤杂质后直接上料到压延机，压延机的操作温度控制在160~180°C之间，再通过压延、冷却和卷取工艺，最后得到具有太阳光谱选择性透过的软质PVC功能薄膜。
【文档编号】C08K5/3435GK103467888SQ201310412883
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】张军, 王世超, 张毓浩, 丁雨凯, 袁益凯, 袁建, 吴俊英, 周贤, 刘云辉, 庄志磊 申请人:南京工业大学, 江苏名阳高分子新材料有限公司, 江阴正阳包装材料有限公司