专利名称：双向拉伸聚丙烯薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种双向拉伸聚丙烯薄膜及其制造方法，尤其是涉及一种一 个表层为粘合层，另一表层为聚丙烯树脂层或消光层，中间层为聚丙烯树脂 层的可与纸、塑料、玻璃、金属等材料直接热复合的双向拉伸聚丙烯薄膜及 其制造方法。
背景技术：
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现在市售的通用三层共挤出双向拉伸聚丙烯薄膜的结构为聚丙烯树脂 层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层或消光层。通用的五层共挤出双向拉伸聚丙
烯薄膜的结构为:聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层/
聚丙烯树脂层或消光层。
普通的三层或五层共挤出双向拉伸聚丙烯薄膜的表层均为聚丙烯树脂
层，其主要原料组份为聚丙烯，聚丙烯的熔点较高(161-176'C)。通常纸张与 塑料薄膜进行热粘合时的温度不能超过95°C，因为加工温度超过95"C时会 使纸张中的水份散失，导致纸张变形、巻曲和变脆而影响产品质量。由于聚 丙烯的熔点较高，热粘合性能差，所以普通的双向拉伸聚丙烯薄膜无法和纸 张在95'C左右的温度下直接进行热粘合。另外由于聚丙烯的非极性，使得 聚丙烯树脂层无法和金属，玻璃，大部分塑料等极性材料很好地复合在一起. 在目前生产工艺中，普通的双向拉伸聚丙烯薄膜与纸张，塑料，玻璃，金属 等材料复合主要方式是在聚丙烯薄膜表面再涂上一层粘合剂，经过加热后再 与纸张，塑料，玻璃，金属等材料进行复合.这样一来就多增加了一道生产 工序，生产成本也大大地提高了，同时过多地使用粘合剂和溶剂也不利于环 保
发明内容
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本发明旨在通过改变普通双向拉伸聚丙稀薄膜表层的原料组份使之具 有热粘合功能，表面无需再涂复一层粘合剂，只需加热即可直接与纸张、塑 料、玻璃、金属等材料复合在一起，从而在保证聚丙稀薄膜使用性能的同时 减少生产工序，降低生产成本。
本发明另一 目的是提供一种双向拉伸聚丙烯膜的制备方法。
本发明的上述目的是通过如下的技术手段来实现的。
本发明提供一种双向拉伸聚丙烯薄膜，其为复合层结构，其中一个表层 为热敏粘合层，所述粘合层的材料选自聚乙烯、乙烯基共聚物、离子聚合物。 其中以重量比计粘合层组成为
聚乙烯50-80% 乙烯基共聚物20-50%。 或者以重量比计粘合层组成为 聚乙烯50-80% 离子聚合物20-50%。 或者以重量比计粘合层组成为 乙烯基共聚物10-90% 离子聚合物10-90%。
其中所述聚乙烯选自熔点在50-120 。C之间、熔融指数为 0.04-30g/10min(190°C， 2.16kg)的聚乙烯、乙烯-a烯烃共聚物或它们与石油 树脂的共混物；其中乙烯基共聚物选自乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVAL)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共 聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)、 乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-醋酸乙 烯-羰基共聚物(E-VA-CO)，并且所述乙烯基共聚物中与乙烯共聚的单体的含 量以重量计为0.5-30%;所述离子聚合物是乙烯-(甲基)丙烯酸盐共聚物。
所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中进一步包括至少一个聚丙烯树脂中间 层，所述聚丙烯树脂中间层中含有选自石油树脂、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡的增 塑剂，其中所述聚丙烯树脂中间层以重量比计含有聚丙烯树脂55-99.5%， 抗静电母料0-5%，增塑剂0.5-20%，所述聚丙烯树脂的熔融指数为
0.5-6.0g/10min，所述抗静电母料为复合型胺类或酯类抗静电母料。
所述聚丙烯树脂中间层还可以含有珠光母料0-30% (重量比，下同)，
增白母料0-10%，珠光母料中含30-40%的聚丙烯和60-70%的碳酸钙，碳酸
钙平均粒径大小在O.l-lOum，增白母料中含60%的二氧化钛。
所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中进一步包括聚丙烯树脂底层或消光层
底层，所述聚丙烯树脂层以重量比计含有95-100%聚丙烯，0-5%抗粘连母
料，所述消光层为100%消光母料。
本发明还一种双向拉伸聚丙烯薄膜制备方法，其包括如下工艺步骤
a. 将聚丙烯中间层的原料投入挤出机中，其中所述原料以重量比计含有 聚丙烯树脂55-99.5%，抗静电母料0-5%，增塑剂0.5-20%，珠光母料0-30%， 增白母料0-10%，其中挤出机的温度为180-270°C;
b. 将粘合层的原料投入一台辅助挤出机中，其中所述原料选自聚乙烯、 乙烯基共聚物、离子聚合物，其中挤出机温度为150-300°C;
c. 将聚丙烯树脂底层或消光层的原料投入另外一台辅助挤出机，其中所 述聚丙烯树脂底层以重量比计含有95-100%聚丙烯，0-5%抗粘连母料，所 述消光层为100%消光母料，其中挤出机温度为180-27(TC之间；
d. 原料经熔融塑化后挤出，汇流经T型模头形成复合层共挤出厚片；
e. 将所得厚片经冷却辊和水槽冷却成型，然后进行双向拉伸，经过双向 拉伸后的薄膜在牵引站经过测厚、切边、单面或双面电晕处理，在收巻机处 巻曲成12-80^im的多层共挤的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中粘合层厚度为 0.8-10jim。
其中聚丙烯中间层所含增塑剂选自石油树脂、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡。 其中双向拉伸步骤中先作4-6倍的纵向拉伸，纵向拉伸各区的温度为
50-155。C之间，再作7-10倍的横向拉伸，横向拉伸各区的温度为140-185°C之间。
由于与聚丙稀薄膜复合的材料中有很多材料都是极性的，所以粘合层中 必须添加极性材料才能保证粘合的牢度。经过多次研究和创造性的实验，我 们确定本发明的粘合层所使用的原料组份。
其中，聚乙烯包含低熔点的聚乙烯，乙烯-a烯烃共聚物或它们与石油树脂的共混物,较低的熔点使之具备了在80-10(TC温度范围内加热后，与纸张， 聚烯烃等材料之间良好的热粘合性能.
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是由乙烯和醋酸乙烯两种单体经共聚反应制 得，其熔点会随着醋酸乙烯的含量不同而变化，通常EVA的熔点在70-卯 'C之间。EVA共聚物的极性来自于乙酸基侧链，当醋酸乙烯(VA)的含量增 加时EVA的极性增加，它的粘性增强，对各种基材的粘附性增强，EVA的 热稳定性较差，挤出加工温度低于23(TC，通常在180'C左右。
乙烯-乙烯醇共聚物(EVAL)是由乙烯和醋酸乙烯两种单体经共聚反应制 得的EVA经碱性水解而制得，由于它具有很多羟基(-OH)，极性强，与各种 基材的粘附性强。
乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)是由乙烯和丙烯酸乙酯共聚而成，也有在 聚乙烯上接枝丙烯酸乙酯来制取EEA的，由于丙烯酸乙酯(EA)的存在降低 了乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)的结晶度，提高了极性和柔软性，适合作低烙点的 热熔粘合剂，EEA和EVA的性能相近但EEA的热稳定性比EVA好，可在 较高的温度下加工(30(TC)， EEA与聚烯烃类树脂(PP， PE等)的粘合能力更 强。
乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)是由乙烯和丙烯酸甲酯(MA)共聚而成， 也可在乙烯上接枝丙烯酸甲酯(MA)来制得。EMA由于在聚乙烯分子结构中 引入丙烯酸甲酯共聚单体降低了共聚物的结晶度而增加了极性，EMA的熔 点较低，其熔点随MA含量的增加而下降，通常熔点在65-8(TC之间。EMA 与聚烯烃和其他功能高分子具有良好的相容性和粘合强度，适合作热粘合层 材料，EMA的热稳定性优于EVA，挤出加工温度可高达30(TC。
乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)和乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)，统称乙 烯-酸共聚物，是由乙烯和丙烯酸(或甲基丙烯酸)共聚制得，EAA和EMAA 的分子结构是沿主链无规则地排列着羧酸基团的支链聚合物，由于羧酸基团 的存在破坏了主链的线性，所以与聚乙烯相比EAA和EMAA的熔点和刚性 更低，另外，由于氢键的作用，有利于改进其对金属箔、纸、玻璃、铝及其 他金属和非金属材料的粘合性，EAA和EMAA比EVA热稳定性好，挤出 加工温度170-260°C。
乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物集合了 EAA和EMA的优点，是一 种柔韧性好和具有独特粘合性能的树脂，对极性材料和非极性材料均有更好 的粘合性。
乙烯-马来酸酐共聚物又叫乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，按照其合成方法 来分，乙烯-马来酸酐共聚物可分为一般共聚物和接枝共聚物，接枝共聚物 其物理性能、耐候性能、热粘合性能等与聚乙烯相当，虽然它的熔点较高(217 'C左右)，但由于极性支链接枝到聚乙烯主链上的结构特点，乙烯-马来酸酐 接枝共聚物表现了对极性材料和非极性材料优异的粘合性能。
离子聚合物乙烯-(甲基)丙烯酸盐共聚物是在乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物 (EAA或EMAA)中引入钠、锌、钾等金属离子，通过离子键交联而成的聚 合物。金属离子的存在使离子聚合物对其他材料有很好的粘合力，它的挤出 加工温度170-300°C。
上述这些材料具有低熔点或很强的极性，具有优异的热粘合性能，根据 它们与各种不同材料的粘合性能，通过改变粘合层中的原材料或者它们混合 物的添加比例而形成不同性能的粘合层，加热后分别与纸张，塑料，玻璃， 金属等不同材料复合在一起。当薄膜用于与金属材料的复合时，粘合层中的 乙烯基共聚物或离子聚合物的含量不能为0。
由于本发明的粘合层使用了低熔点的聚乙烯或乙烯基共聚物或离子聚 合物，那么它的加工条件和生产普通的双向拉伸聚丙稀薄膜有所不同，在纵 向拉伸区域，与粘合层表面接触的辊筒的温度不能高，否则会造成粘合层表 面烫花或粘辊，导致产品质量降低。但是较低的辊筒温度又会影响到中间层 -聚丙烯树脂层的预热和拉伸，所以为了使膜片能够在较低的温度下顺利地 完成纵，横向拉伸，必须在中间层加入增塑剂，改善聚丙烯树脂层的低温加 工性能.通过研究、实验，我们选用的增塑剂为含有石油树脂或聚乙烯蜡或 聚丙烯蜡的共混物，添加比例为0.5-20%。
本发明所制得的多功能双向拉伸聚丙烯薄膜与普通双向拉伸聚丙烯薄 膜相比较，主要优点有 1)表面无需再涂复一层粘合剂，只需加热即可直接与纸张，塑料，金属等
材料复合.节省了生产工序，大大降低了生产成本.同时也省去了大量粘
合剂和化学溶剂的使用，有利于环保。
2) 除粘合层外的另一表层，可以制作成光亮面，也可以做成无光泽的仿纸 面，满足了不同客户的使用要求。
3) 产品品种多样化，应用范围广，产品的厚度范围广12-80,。 本发明所提供的厚度在12-80pm三层(或五层)共挤出双向拉伸聚丙烯
薄膜广泛应用于复合、印刷、包装等用途。
图1是本发明一个实施例的结构示意图； 图2是本发明另一实施例的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合具体的实施例来详细说明本发明所提供的双向拉伸聚丙烯薄 膜及其制备方法，所述的实施例是为了更好地解释本发明，而不是对本发明 权利要求保护范围的限制，所有基于本发明基本思想的修改和变动，都属于 本发明请求保护的范围。
在下述实施例中所用低熔点的聚烯烃的熔点在50-12(TC之间，熔融指 数(MFR)为0.04-30g/10min(190°C， 2.16kg)。聚丙烯树脂的熔融指数(MFR) 为0.5-6.0 g/10min(230°C， 2.16kg)，等规度为94%-98%。抗静电母料为复合 型胺类或酯类抗静电母料。抗粘连母料中含合成的二氧化硅，二氧化硅粒子 大小为2-5,。消光母料中含聚丙烯树脂和聚乙烯树脂，其中聚丙烯树脂的 熔融指数为0,5-30g/10min(230°C ， 2.16kg)， 聚乙烯树脂的熔融指数为 0-10g/10min(190°C， 2.16kg)。
实施例l(三层共挤出结构)
1) 将88。/。的聚丙烯树脂HP425 J(MFR:3.1g/10min)， 2%的抗静电母料和 10%的增塑剂(含50%的石油树脂)按照配比混合均匀后，送入主挤出 机中，主挤出机温度为21(TC;
2) 将100%的乙烯-丙烯酸共聚物(丙烯酸单体含量为9%,MFR为
2.0g/10min)送入一台辅助挤出机中，挤出机温度为180°C;
3) 将98.5。/。的聚丙烯树脂HP425 J(MFR:3.1 g/10min)和1.5%的抗粘连母 料混合均匀后送入另外一台辅助挤出机中，挤出机温度为23(TC;
4) 三台挤出机内的原料经过熔融塑化后，进入同一T型模头，形成粘合 层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层三层共挤出结构的熔体.模头的设定温 度为25(TC;
5) 从模头挤出的熔体，经过冷却辊和水槽的冷却后，形成三层共挤出结 构的厚片，冷却辊和水槽的温度分别为35"C和30°C;
6) 冷却后的厚片，进入纵向拉伸装置，进行预热，拉伸和热定型.纵向拉 伸装置各区的温度为70-145°C,纵向拉伸比为5.0倍；
7) 经过纵向拉伸后的膜片，进入橫向拉伸装置，经过预热、拉伸、热处 理后，冷却定型，横向拉伸装置各区的温度设定为155-175°c，横向 拉伸比为9.0倍；
8) 横向拉伸后的薄膜进入牵引站，经过冷却、切边、测厚、双面电晕处 理，然后进入收巻站收巻成膜巻。
从图1可知本发明所提供的双向拉伸聚丙烯薄膜包括粘合层1，聚丙烯 树脂中间层2和聚丙烯底层3。按照实施例1制得的薄膜主要用于与纸张， 铝等金属材料的复合。
实施例2(三层共挤出结构)
1) 将88。/。的聚丙烯树脂HP425 J(MFR:3.1 g/10min)， 2%的抗静电母料 和10%的增塑剂(含50%的石油树脂)按照配比混合均匀后，送入主 挤出机中，主挤出机的设定温度为200-250°C;
2) 将50。/。的乙烯-a烯烃共聚物(含5%石油树脂)和50%的乙烯-丙烯 酸甲酯共聚物(EMA)送入一台辅助挤出机中，挤出机的设定温度为 200-290 。C;
3) 将98.0%的聚丙烯树脂HP 425 J( MFR:3.1 g/10min)和2.0%的抗粘连 母料混合均匀后送入另外一台辅助挤出机中，挤出机的设定温度为 190-250 °C;
4) 三台挤出机内的原料经过熔融塑化后，进入同一T型模头，形成粘 合层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层三层共挤出结构的熔体.模头的设 定温度为240°C;
5) 从模头挤出的熔体，经过冷却辊和水槽的冷却后，形成三层共挤出 结构的厚片，冷却辊和水槽的温度分别为35'C和3(TC;
6) 冷却后的厚片，进入纵向拉伸装置，进行预热，拉伸和热定型.纵向 拉伸装置各区的温度为80-145°C，纵向拉伸比为4.8倍；
7) 经过纵向拉伸后的膜片，进入横向拉伸装置，经过预热、拉伸、热处 理后，冷却定型，横向拉伸装置各区的温度设定为155-175°c，横向 拉伸比为7.0倍；
8) 横向拉伸后的薄膜进入牵引站，经过冷却、切边、测厚、双面电晕处 理，然后进入收巻站收巻成膜巻。
按照实施例2制得的薄膜主要用于与纸张，塑料等材料的复合。
实施例3(五层共挤出结构)
1) 将88。/。的聚丙烯树脂HP425 J(MFR:3.1g/10min)， 2%的抗静电母 料，10%的增塑剂(含50%的石油树脂)按照配比混合均匀后，送 入主挤出机中，主挤出机的设定温度为230°C;
2) 将88。/。的聚丙烯树脂HP425 J(MFR:3.1 g/10min)， 2%的抗静电母 料，10%的增塑剂(含50%的石油树脂)按照配比混合均匀后，分 别送入两台夹层挤出机中，挤出机的设定温度为23(TC;
3) 将80%聚乙烯、20%的乙烯-(甲基)丙烯酸钠送入一台辅助挤出机 中，挤出机的设定温度为29(TC;
4) 将100%的消光母料送入另外一台辅助挤出机中，挤出机的设定 温度为220°C;
5) 五台挤出机内的原料经过熔融塑化后，进入同一五层共挤出结构 的T型模头，形成粘合层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树脂层/聚丙烯树 脂层/消光层五层共挤出结构的熔体.模头的设定温度为230-240
。C;
6) 从模头挤出的熔体，经过冷却辊和水槽的冷却后，形成五层共挤
出结构的厚片，冷却辊和水槽的温度分别为35"C和3(TC;
7) 冷却后的厚片，进入纵向拉伸装置，进行预热，拉伸和热定型.纵 向拉伸装置各区的温度为75-145°C，纵向拉伸比为5.0倍；
8) 经过纵向拉伸后的膜片，进入横向拉伸装置，经过预热、拉伸、 热处理后，冷却定型，横向拉伸装置各区的温度设定为155-175。c， 横向拉伸比为10.0倍；
9) 横向拉伸后的薄膜进入牵引站，经过冷却、切边、测厚、双面电 晕处理，然后进入收巻站收巻成膜巻。
从图2可知本发明所提供的双向拉伸聚丙烯薄膜包括粘合层4，聚丙 烯树脂中间层5、 6、 7以及消光层8。按照实施例3制得的薄膜:单面消光. 主要用于与纸张，塑料等材料复合。
权利要求
1.一种双向拉伸聚丙烯薄膜，其为复合层结构，其中一个表层为热敏粘合层，所述粘合层的材料选自聚乙烯、乙烯基共聚物、离子聚合物。
2. 如权利要求1所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中以重量比计粘合层组成为聚乙烯50-80% 乙烯基共聚物20-50%。
3. 如权利要求1所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中以重量比计粘合层 组成为聚乙烯50-80% 离子聚合物20-50%。
4. 如权利要求l所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中以重量比计粘合层 组成为乙烯基共聚物10-90% 离子聚合物10-90%。
5. 如权利要求1-4中任一所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中所述聚乙 烯选自熔点在50-12(TC之间、熔融指数为0.04-30g/10min的聚乙烯、乙烯-a烯烃共聚物或它们与石油树脂的共混物；其中乙烯基共聚物选自乙烯-醋 酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯 酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯 酸甲酯-丙烯酸三元共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯-醋酸乙烯-羰基共 聚物，并且所述乙烯基共聚物中与乙烯共聚的单体的含量以重量计为 0.5-30%;所述离子聚合物是乙烯-(甲基)丙烯酸盐共聚物。
6. 如权利要求1-4中任一所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中进一步包括 至少一个聚丙烯树脂中间层，所述聚丙烯树脂中间层中含有选自石油树脂、 聚乙烯蜡、聚丙烯蜡的增塑剂，其中所述聚丙烯树脂中间层以重量比计含 有聚丙烯树脂55-99.5%，抗静电母料0-5°/。，增塑剂0.5-20%，珠光母料 0-30%，增白母料0-10%，所述聚丙烯树脂的熔融指数为0.5-6.0g/10min，所述抗静电母料为复合型胺类或酯类抗静电母料，所述珠光母料中含30-40%的聚丙烯和60-70%的碳酸钙，碳酸钙平均粒径大小在0.1-10um， 增白母料中含60%的二氧化钛。
7. 如权利要求1-4任一所述的双向拉伸聚丙烯薄膜，其中进一步包括聚 丙烯树脂底层或消光层底层，所述聚丙烯树脂层以重量比计含有95-100% 聚丙烯，0-5%抗粘连母料，所述消光层为100%消光母料。
8. —种双向拉伸聚丙烯薄膜制备方法，其包括如下工艺步骤a. 将聚丙烯中间层的原料投入挤出机中，其中所述原料以重量比计含 有聚丙烯树脂55-99.5%，抗静电母料0-5%,增塑剂0.5-20%，珠光母料 0-30°/。，增白母料0-10%，其中挤出机的温度为180-270°C;b. 将粘合层的原料投入一台辅助挤出机中，其中所述原料选自聚乙烯、 乙烯基共聚物、离子聚合物，其中挤出机温度为150-300°C;c. 将聚丙烯树脂底层或消光层的原料投入另外一台辅助挤出机，其中 所述聚丙烯树脂底层以重量比计含有95-100%聚丙烯，0-5%抗粘连母料， 所述消光层为100%消光母料，其中挤出机温度为180-27(TC之间；d. 原料经熔融塑化后挤出，汇流经T型模头形成复合层共挤出厚片；e. 将所得厚片经冷却辊和水槽冷却成型，然后进行双向拉伸，经过双 向拉伸后的薄膜在牵引站经过测厚、切边、单面或双面电晕处理，在收巻 机处巻曲成12-80的多层共挤出双向拉伸聚丙烯薄膜，其中粘合层厚度为 0.8-1 O(im。
9. 如权利要求8所述的双向拉伸聚丙烯薄膜的制备方法，其中聚丙烯 中间层所含增塑剂选自石油树脂、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡。
10. 如权利要求8所述的双向拉伸聚丙烯薄膜的制备方法，其中双向拉 伸步骤中先作4-6倍的纵向拉伸，纵向拉伸各区的温度为50-155"C之间， 再作7-10倍的横向拉伸，横向拉伸各区的温度为140-185'C之间。
全文摘要
本发明公开了一种双向拉伸聚丙烯薄膜，其为复合层结构，其中一个表层为粘合层，所述粘合层的材料选自聚乙烯、乙烯基共聚物、离子聚合物。本发明还提供了这种双向拉伸聚丙烯薄膜的制备方法，其包括如下工艺步骤a.将中间层原料投入挤出机中；b.将粘合层原料投入辅助挤出机；c.将底层原料投入另外一台辅助挤出机；d.原料经熔融塑化后挤出，汇流经T型模头形成复合层共挤出厚片；e.将所得厚片经冷却成型，然后进行双向拉伸，经过测厚、切边、单面或双面电晕处理，在收卷机处卷曲成12-80μm其中粘合层厚度为0.8-10μm的多层共挤出双向拉伸聚丙烯薄膜。
文档编号B29L9/00GK101362388SQ20071014294
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者吕达民, 王秀京 申请人:泉州利昌塑胶有限公司