一种高韧性阻燃尼龙薄膜及其制备方法与流程

本发明属于尼龙薄膜，特别涉及一种高韧性阻燃尼龙薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、双向拉伸尼龙薄膜具有拉伸强度大，阻隔性高和耐化学溶剂性等优点，被广泛应用于食品包装、电子包装、医药包装等众多行业领域。铝塑膜是软包锂电池封装的关键材料，其典型膜层结构为：双向拉伸尼龙层、粘合层、铝层、特殊粘合层和流延聚丙烯层。而在该结构中，具有非常重要的一层是双向拉伸尼龙层，对构成该层的双向拉伸尼龙薄膜技术要求高，其材料性能复杂、工艺控制困难、设备要求高，且受工艺优化和调试时间长等因素的综合影响，开发难度大。

2、随着经济和发展和技术的提升，对双向拉伸尼龙薄膜提出了更高的要求，为防止锂电池和电子产品在使用或运输过程中受到强烈的撞击、挤压或跌落，要求薄膜具有更好的韧性，以提升铝塑膜的冲深能力，保护铝箔层的破损，并要求双向拉伸尼龙薄膜具有阻燃能力，以防止软包锂离子电池在短路等异常情况下引起燃烧，进而引发火灾。而尼龙本身的氧指数约24.5，只能达到ul94v-2等级，基本无法达到锂电池和电子产品的应用标准。

3、现有技术中，如中国专利cn116535720a，公开了一种阻燃聚酯薄膜及其制备方法，针对用于电子产品保护膜的pet聚酯薄膜不具有阻燃性的问题，该发明提供了一种阻燃聚酯薄膜，包括聚酯基材以及聚酯基材表面的增透阻燃涂层，该发明通过在基材表面涂覆阻燃涂层，大大提高了薄膜的阻燃性，但该发明使用的基材的阻燃性较差。再如中国专利cn109808270a，公开了一种阻燃性抗静电尼龙薄膜及其制备方法。该阻燃性抗静电尼龙薄膜，依次包括上表层、中间层和下表层；在上表层和下表层表面至少一面涂覆有抗静电剂涂层；其中，按照质量百分比，上表层包括62％-84％的尼龙，1％-18％的添加剂，15％-20％阻燃母料；芯层包括47％-69％的尼龙，1％-18％的添加剂，30％-35％阻燃母料；下表层包括62％-84％的尼龙，1％-18％的添加剂，15％-20％阻燃母料。该发明采用阻燃母料作为上、下表层，能够使双向拉伸尼龙薄膜产品在保证良好阻燃性能的基础上，具有优异的抗静电效果，但该发明仅仅通过在上表层、芯层、下表层中的阻燃母料中添加阻燃剂使薄膜达到规定的阻燃等级，阻燃性较差，且添加的阻燃剂与尼龙的相容性较差，大量添加会影响薄膜的力学性能和透明性。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高韧性阻燃尼龙薄膜，能够在不影响尼龙薄膜透明度、力学性能的前提下，提高尼龙薄膜的阻燃性，使其阻燃效果更持久。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种高韧性阻燃尼龙薄膜，包括基材层和阻燃涂层，所述基材层依次包括表层1、芯层和表层2；所述阻燃涂层涂覆在表层1和表层2表面的至少一面；

4、所述表层1和表层2以质量百分比计，由以下原料组成：尼龙68％-85％、阻燃母粒ⅰ15％-30％、抗粘连剂0％-1％、爽滑剂0％-1％；所述阻燃母粒ⅰ由尼龙和反应型阻燃剂组成；

5、所述芯层以质量百分比计，由以下原料组成：尼龙45％-70％、增韧剂15％-25％、阻燃母粒ⅱ15％-30％；所述阻燃母粒ⅱ由尼龙和添加型阻燃剂组成。

6、进一步的，所述反应型阻燃剂占阻燃母粒ⅰ总质量的2.5％-5％；所述反应型阻燃剂为双(羟乙基)甲基氧膦、1,3,62三(4,62二氨基222硫基三嗪)己烷、三聚氰酸中的至少一种。

7、进一步的，所述添加型阻燃剂占阻燃母粒ⅱ总质量的2.5％-5％；所述添加型阻燃剂为单分子膨胀型阻燃剂和无机纳米阻燃剂按(1-3)：(0.5-1)混合而得；所述单分子膨胀型阻燃剂由对氨基苯磺酸和多磷酸铵反应制得；所述无机纳米阻燃剂为埃洛石、碳纳米管、多种层状硅酸盐粒子中的至少一种。

8、进一步的，所述阻燃涂层为水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层，固含量为10-20％。

9、进一步的，所述水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层的制备方法为：用4,4'-二羟甲基-1,4-庚二炔功能单体作为扩链剂制备端炔基功能化聚氨酯，再与经叠氮基改性的纳米蒙脱土、埃洛石、石墨烯、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种通过click反应制备得到。

10、进一步的，所述抗粘连剂为二氧化硅、滑石粉、有机硅中的至少一种。

11、进一步的，所述爽滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、聚乙烯蜡、有机硅油中的至少一种。

12、进一步的，所述增韧剂为长碳链尼龙、共聚尼龙、尼龙弹性体中的至少一种。

13、进一步的，所述基材层厚度为15-30μm，所述表层1、表层2厚度均为2-3μm，所述阻燃涂层厚度为0.5-3μm。

14、一种高韧性阻燃尼龙薄膜的制备方法，包括以下步骤：

15、s1：将表层1、芯层和表层2的原料按设定的质量比分别加入三台挤出机中，在230-270℃下熔融、塑化、挤出，统一经过t型模头流出形成熔融厚片后，通过15-35℃的激冷辊和高压气刀的作用冷却凝固成流延厚片；

16、s2：将流延厚片经过水处理后，采用磁悬浮线性电机进行同步双向拉伸，拉伸温度为130-200℃，拉伸倍率为2.8×2.8-3.4×3.4；

17、s3：对拉伸后的薄膜进行热定型处理，定型温度为160-210℃，定型时间为5-30s；

18、s4：对定型后的薄膜的至少一个表层的表面进行电晕处理，收卷、分切成成品，得到基材层；

19、s5：在基材薄膜电晕面上涂覆一层水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层，并经烘箱干燥、收卷，在50℃的条件下熟化24h，得到高韧性阻燃尼龙薄膜。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1、本发明提供的一种高韧性阻燃尼龙薄膜，采用基材加涂层的阻燃结构，基材层包括三明治结构的表层和芯层，通过多层分配，在不同层中配合其层级要求和性能加入不同的阻燃剂，不仅能够避免为提高阻隔性在薄膜中添加大量的阻燃剂而导致薄膜力学性能下降、透明度降低、难以加工成型等问题，还能够大幅度提高尼龙薄膜的阻燃性；本发明在表层1、表层2中加入了反应型阻燃剂，反应型阻燃剂的毒性小、阻燃效果好、阻燃性持久，且对制得的薄膜材料的透明度影响小，仅添加在表层能够节约成本；在芯层中采用了添加型阻燃剂，添加型阻燃剂对材料的影响较大，但其使用方便、适用面广，将其与增韧剂一起添加在芯层，能够在增强薄膜韧性的同时提高其阻燃性；本发明大大提高了尼龙薄膜的阻燃效果，能够在不影响尼龙薄膜透明度、力学性能的前提下，使其阻燃效果更持久。

22、2、本发明中在控制加入的反应型阻燃剂占阻燃母粒ⅰ总质量的2.5％-5％，能够在确保尼龙薄膜的阻燃效果的同时尽可能降低对材料其他性能的影响；采用的反应型阻燃剂为双(羟乙基)甲基氧膦、1,3,62三(4,62二氨基222硫基三嗪)己烷、三聚氰酸中的至少一种，这些反应型阻燃剂可以提高材料的热稳定性，减少热分解和降解产物的生成，延长材料的使用寿命，且对材料的机械性能影响很小，能够尽可能的保持材料原有性能。

23、3、本发明中添加型阻燃剂占阻燃母粒ⅱ总质量的2.5％-5％，能够在确保尼龙薄膜的阻燃效果的同时尽可能降低对材料其他性能的影响；采用的添加型阻燃剂为单分子膨胀型阻燃剂和无机纳米阻燃剂按(1-3)：(0.5-1)混合而得，单分子膨胀型阻燃剂一般通过分解释放非燃性气体来抑制燃烧，而无机纳米阻燃剂能够形成阻隔层阻止热传导和火焰扩散，通过将两者按最适当的比例组合，协同作用，能够提供更高效的燃烧抑制效果；采用的单分子膨胀型阻燃剂由对氨基苯磺酸和多磷酸铵反应制得，反应相对简单，且原料较为常见，成本较低；采用的埃洛石、碳纳米管、多种层状硅酸盐粒子，具有无毒、无污染的特点，在使用过程中不会对环境和人体健康造成负面影响，且这些无机纳米阻燃剂具有较高的比表面积和较小的颗粒尺寸，将它们分散在材料基质中时，能够有效地提升材料的力学性能和热稳定性。

24、4、本发明中阻燃涂层为水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层，水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层具有高效的阻燃性能、环境友好性、低voc排放、优异的物理性能和方便的加工施工等优点，固含量为10-20％的涂层可以实现最佳的阻燃效果和物理性能，并满足不同应用环境的要求，保证涂层的均匀性和附着力，并使涂层的柔韧性和耐磨性能得到增强。

25、5、本发明中水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层的制备方法为：用4,4'-二羟甲基-1,4-庚二炔功能单体作为扩链剂制备端炔基功能化聚氨酯，再与经叠氮基改性的纳米蒙脱土、埃洛石、石墨烯、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种通过click反应制备得到，只需一步反应即可实现端炔基功能化聚氨酯的合成，并且通过click反应将功能化聚氨酯与纳米材料反应，反应条件相对温和简单，制备过程高效，可以获得较好的界面相容性，有助于在涂层中实现纳米材料的均匀分散和强化效应，提高涂层的阻燃性能和物理力学性能。

26、6、本发明中抗粘连剂为二氧化硅、滑石粉、有机硅中的至少一种，二氧化硅、滑石粉、有机硅具有较好的化学稳定性，不易与其他化合物发生反应，可以保持尼龙薄膜的化学稳定性和物理性能，且能够在基材表面形成一层薄膜，起到隔离作用，减少尼龙薄膜与其他物质之间的粘附，二氧化硅和滑石粉具有较好的耐磨性，可以增加基材表面的硬度和耐磨性，有机硅类抗粘连剂具有良好的热稳定性和耐高温性能，能够承受较高的工作温度，能够使尼龙薄膜在高温环境下使用时保持其良好的性能。

27、7、本发明中爽滑剂为芥酸酰胺、油酸酰胺、聚乙烯蜡、有机硅油中的至少一种，这些爽滑剂具有较好的化学稳定性，不易与其他物质发生反应，能够在尼龙薄膜表面形成一层润滑薄膜，减少与其他材料接触时的摩擦力，有助于降低尼龙薄膜与其他物体之间的摩擦系数，使其表面更加光滑，降低摩擦损失。

28、8、本发明中增韧剂为长碳链尼龙、共聚尼龙、尼龙弹性体中的至少一种，这些增韧剂易于与尼龙薄膜的基材相容，可以方便地调整增韧剂的含量和比例，且可以改善尼龙薄膜的韧性和延展性，使其具有更好的抗拉伸性能和弯曲性能，还能够提高尼龙薄膜的冲击强度和抗冲击破坏能力，使其在受到冲击或外力作用时能够有效缓冲和分散冲击能量，防止薄膜的破裂和损伤。

29、9、本发明中基材层厚度为15-30μm，表层1、表层2厚度均为2-3μm，阻燃涂层厚度为0.5-3μm，较薄的基材层能够提供较低的材料成本，并使得尼龙薄膜更轻薄、灵活，控制表层1和表层2的厚度在2-3μm范围内，可以获得较好的外观和光滑度，选择0.5-3μm的阻燃涂层厚度可以在满足阻燃要求的同时尽量减少对整体薄膜性能的影响。

30、10、本发明中通过在制备高韧性阻燃尼龙薄膜的步骤s2中进行同步双向拉伸，步骤s3中进行热定型处理，使得尼龙薄膜分子有序排列，形成更紧密的结构，进而使薄膜具有较高的韧性；使用水性聚氨酯阻燃纳米复合材料涂层对基层进行阻燃处理，能够有效提高尼龙薄膜的阻燃性能；该方法制备工艺简单、可调控性强，能够适应不同应用场景和要求，实现薄膜性能的定制化。