高性能聚丙烯薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及聚丙烯薄膜技术领域，具体而言，涉及一种高性能聚丙烯薄膜及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯薄膜是最主要的包装薄膜之一，通常需要其具备良好的印刷性能和热封性 能。然而，作为印刷基材，聚丙烯薄膜一个最大的缺点是印后溶剂残留量较其他类型的薄膜 (如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜)高。为此，彩印厂只能通过降低线速度、提高烘道温 度、增加熟化时间等方法来降低聚丙烯薄膜的溶剂残留。另外也有报道采用一种特殊的印 刷油墨，通过疏散的油墨结皮可以使溶剂分子最大限度挥发以降低聚丙烯薄膜印后的溶剂 残留。随着世界各国对食品安全问题日益重视，对复合软包装薄膜中残留溶剂的限制越来 越严格，这就使通用的聚丙烯薄膜面临被淘汰的可能。为此，提高聚丙烯薄膜的安全性能是 当务之急。
[0003] 有关对聚烯烃薄膜的改性研究中，多只注重于力学性能的改善以及加工成型稳定 性的提高，而忽略了聚丙烯的食品安全性。为此，有必要提出一种新型的聚丙烯薄膜设计方 案，以实现各种性能的优化统一。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种高性能聚丙烯薄膜及其制备方法，以解决现有技 术中的聚丙烯薄膜难以同时满足多种性能要求的问题。
[0005] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高性能聚丙烯薄膜，其包 括:上层薄膜，按上层薄膜的重量百分比计，上层薄膜包括2.0~3.0 %的纳米二氧化硅组合 物及97.0~98.0 %的第一聚丙烯;芯层薄膜，位于上层薄膜的一侧表面上，按芯层薄膜的重 量百分比计，芯层薄膜包括0.5~2.0 %的纳米二氧化硅组合物及99.5~98.0 %的第二聚丙 烯；下层薄膜，位于芯层薄膜的远离上层薄膜的一侧表面上，按下层薄膜的重量百分比计， 下层薄膜包括3.5~5.0%的纳米二氧化硅组合物及96.5~95%的第三聚丙烯;其中，按纳 米二氧化硅组合物的重量百分比计，纳米二氧化硅组合物包括50~55%的纳米二氧化硅颗 粒和45~50 %的树脂改性剂。
[0006] 进一步地，按上层薄膜的重量百分比计，上层薄膜包括2.3~2.8 %的纳米二氧化 硅组合物及97.2~97.7 %的第一聚丙烯;按芯层薄膜的重量百分比计，芯层薄膜包括0.7~ 1.5 %的纳米二氧化硅组合物及98.5~99.3 %的第二聚丙烯;按下层薄膜的重量百分比计， 下层薄膜包括3.7~4.5%的纳米二氧化硅组合物及95.5~96.3%的第三聚丙烯。
[0007] 进一步地，按上层薄膜的重量百分比计，上层薄膜包括2.6%的纳米二氧化硅组合 物及97.4%的第一聚丙烯;按芯层薄膜的重量百分比计，芯层薄膜包括1.0%的纳米二氧化 硅组合物及99.0 %的第二聚丙烯;按下层薄膜的重量百分比计，下层薄膜包括4.0 %的纳米 二氧化硅组合物及96.0 %的第三聚丙烯。
[0008]进一步地，高性能聚丙稀薄膜的结晶度为30~39% ;优选地，高性能聚丙稀薄膜的 玻璃化转变温度为22.2~24.7°C;优选地，高性能聚丙烯薄膜的晶粒为手榴弹状晶粒，手榴 弹状晶粒包括球状弹头和柱状弹柄;优选地，手植弹状晶粒中，球状弹头的粒径为0.0 8~ Ο.?μηι，柱状弹柄的径向宽度为0.04~0.08μηι，柱状弹柄的轴向长度为0.8~1.6μηι。
[0009] 进一步地，高性能聚丙烯薄膜的总厚度为18~20μπ?，其中上层薄膜的厚度为3~5μ m，下层薄膜的厚度为3~5μηι。
[0010] 进一步地，第一聚丙烯、第二聚丙烯及第三聚丙烯分别独立地选自聚丙烯F280、 父37?、2605、？080謂小80(^0?及？-603中的一种或多种。
[0011 ]进一步地，纳米二氧化娃颗粒的粒径为5~20nm;优选地，树脂改性剂选自乙稀-醋 酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、丙烯酸系共聚物、聚环氧乙烷及聚聚乳酸中的一种或多种。 [0012]根据本发明的另一方面，提供了一种高性能聚丙烯薄膜的制备方法，其包括以下 步骤:将纳米二氧化硅组合物分别与第一聚丙烯、第二聚丙烯及第三聚丙烯进行熔融共混， 分别得到第一改性聚丙烯、第二改性聚丙烯及第三改性聚丙烯;将第一改性聚丙烯、第二改 性聚丙烯及第三改性聚丙烯进行三层共挤双向拉伸成膜，形成高性能聚丙烯薄膜。
[0013]进一步地，在三层共挤双向拉伸成膜的过程中，纵向拉伸比为4~5,横向拉伸比为 9 ~10〇
[0014]进一步地，在三层共挤双向拉伸成膜的过程中，挤出螺杆的温度为220~250°C，螺 杆转速为40~50rpm，压力为40~50bar，模口温度为230~235°C。
[0015] 本发明提供的上述高性能聚丙烯薄膜中，具有三层结构，包括上层薄膜(印刷层或 与其它薄膜的复合层）、芯层薄膜和下层薄膜(食品接触层）。且各层中均含有特定含量的纳 米二氧化娃组合物，该纳米二氧化娃组合物包括特定含量的纳米二氧化娃颗粒和树脂改性 剂，使得各层薄膜具有特定的性能，具体如下:芯层薄膜与常规聚丙烯树脂薄膜相比，具有 较高的模量和断裂伸长率。作为三层结构聚丙烯薄膜的骨架，高模量的芯层可以提高薄膜 挺度，实现包装的减量化，较高的断裂伸长率改善了薄膜的抗穿刺能力。上层薄膜对溶剂小 分子具有较低扩散系数和低的溶解度参数。这样就有效降低了印刷油墨或粘合剂中的溶剂 在聚丙烯薄膜中的残留量，提高了聚丙烯薄膜的安全性。下层薄膜则具有较低的动摩擦系 数，能够适应自动包装的需求，可以避免在该层中添加爽滑剂而给食品带来的污染。总之， 该薄膜具有较好的综合性能，适宜用于食品软包装材料使用。
【附图说明】
[0016] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0017] 图1示出了本发明的实施例1中制备的聚丙稀薄膜的SEM照片。
【具体实施方式】
[0018] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
[0019] 正如【背景技术】部分所描述的，现有的软包装用聚丙烯薄膜难以满足多种性能要 求。为了解决这一问题，本发明发明人提供了一种高性能聚丙烯薄膜，其为三层结构，包括 上层薄膜、芯层薄膜和下层薄膜;按上层薄膜的重量百分比计，上层薄膜包括2.0~3.0 %的 纳米二氧化硅组合物及97.0~98.0 %的第一聚丙烯；芯层薄膜位于上层薄膜的一侧表面 上，且按芯层薄膜的重量百分比计，其包括0.5~2.0%的纳米二氧化硅组合物及98.0~ 99.5%的第二聚丙烯；下层薄膜位于芯层薄膜的远离上层薄膜的一侧表面上，且按下层薄 膜的重量百分比计，其包括3.5~5.0 %的纳米二氧化硅组合物及95.0~96.5 %的第三聚丙 烯;其中，按纳米二氧化硅组合物的重量百分比计，纳米二氧化硅组合物包括50~55%的纳 米二氧化硅颗粒和45~50 %的树脂改性剂。
[0020] 本发明提供的上述高性能聚丙烯薄膜中，具有三层结构，包括上层薄膜(印刷层或 与其它薄膜的复合层）、芯层薄膜和下层薄膜(食品接触层）。且各层中均含有特定含量的纳 米二氧化娃组合物，该纳米二氧化娃组合物包括特定含量的纳米二氧化娃颗粒和树脂改性 剂，使得各层薄膜具有特定的性能，具体如下：
[0021] 芯层薄膜与常规聚丙烯树脂薄膜相比，具有较高的模量和断裂伸长率。作为三层 结构聚丙烯薄膜的骨架，高模量的芯层可以提高薄膜挺度，实现包装的减量化，较高的断裂 伸长率改善了薄膜的抗穿刺能力。
[0022] 上层薄膜对溶剂小分子具有较低扩散系数和低的溶解度参数。在实际的应用过程 中，聚丙烯薄膜与其它薄膜复合制备软包装时，其上层需要施加粘合剂，然后与铝箱、ΡΕΤ、 尼龙等复合，而聚丙烯与常见的粘合剂中的有机溶剂乙酸乙酯、丙酮、异丙醇等的亲和性较 高，这些溶剂在聚丙烯薄膜中的扩散系数大，扩散速率快，饱和溶解度也大，通常的烘干工 艺不能完全去除薄膜中残余的溶剂，残余在薄膜中的有机溶剂数量较多，对食品安全性造 成威胁。而本发明中的上层薄膜对这些溶剂小分子具有较低扩散系数和低的溶解度参数， 当与铝箱等其它原料薄膜进行复合或者被印刷时，该上层薄膜可以较大程度阻隔有机溶剂 分子(粘合剂或油墨中的溶剂）向聚丙烯薄膜内部的扩散，这样就有效降低了印刷油墨或粘 合剂中的溶剂在聚丙烯薄膜中的残留量，提高了聚丙烯薄膜的安全性。
[0023] 下层薄膜则具有较低的动摩擦系数。在制备食品包装用复合薄膜时，聚丙烯薄膜 常被用作内膜直接接触食品，因此其下层薄膜需要与食品接触。在自动灌装或自动包装时 该层会与金属部件相互摩擦