高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聚乙烯薄膜及其制備方法，特別是涉及一種高阻隔雙向拉伸聚乙 烯薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙烯（PE)薄膜由于具有良好的耐水性、防潮性、耐旱性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱粘性及 熱封性能，被大量用于食品、藥品、日用品及金屬制品的一般防潮包裝和冷凍食品的包裝。 由于聚乙烯結(jié)晶速率快、結(jié)晶度高，目前主要采用吹塑或流延工藝生產(chǎn)，但采用這兩種工藝 生產(chǎn)的聚乙烯薄膜的機(jī)械性能差，需要提高薄膜的厚度才能滿足應(yīng)用要求。雙向拉伸聚乙 烯薄膜是采用線型低密度聚乙烯（LLDPE)，經(jīng)過先縱向后橫向逐次拉伸而成，與吹塑或流延 工藝生產(chǎn)的聚乙烯薄膜相比，其在物理性能方面有較大的改善，具有透明度高，熱封性、防 潮性好，縱、橫向抗拉強(qiáng)度好，以及具有可折疊性等優(yōu)點(diǎn)，即使在厚度減少50%的情況下，其 關(guān)鍵性能仍能達(dá)到良好的指標(biāo)。然而，聚乙烯薄膜對氣體的阻隔性較差，仍然難以滿足密封 包裝的需求。
[0003] 乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH)是一種具有鏈?zhǔn)椒肿咏Y(jié)構(gòu)的結(jié)晶性聚合物，其分子鏈 中含有聚乙烯鏈段和聚乙烯醇鏈段，因此集乙烯聚合物良好的加工性和乙烯醇聚合物的氣 體阻隔性于一體，是一種新型的阻隔材料。EVOH薄膜能有效地阻止氧氣、二氧化碳和其他氣 體的滲透，其阻氧性明顯高于其他材料，約為聚偏二氯乙烯（PVDC)薄膜的10倍，雙向拉伸 尼龍（ΒΟΡΑ)薄膜的100倍，聚乙烯（PE)薄膜的10000倍。此外，EVOH的透明性、光澤性、 機(jī)械強(qiáng)度、伸縮性、耐油性、耐溶劑性、耐寒性和印刷性都非常優(yōu)異。EVOH由于其優(yōu)異的阻隔 性能，在包裝行業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛，例如在食品業(yè)中用于無菌包裝、熱罐裝和蒸煮袋， 包裝奶制品、肉類、果汁罐頭和調(diào)味品等；在非食品方面，用于包裝溶劑、化學(xué)藥品等；以及 用于制造汽油桶、汽油桶內(nèi)襯和空調(diào)制冷劑容器，以減少碳?xì)浠衔锘蚍葻N的泄露。
[0004] 與目前普遍采用吹塑或流延工藝制備的EVOH薄膜相比，雙向拉伸EVOH薄膜的拉 伸強(qiáng)度高、沖擊強(qiáng)度大、耐穿刺性好，可與尼龍薄膜相媲美；而彈性模量可與雙向拉伸聚酯 (BOPET)薄膜相媲美；其透氧氣量僅為未拉伸EVOH薄膜的1/10,是一種強(qiáng)度和剛性兼具的 高阻隔性基材。雙向拉伸EVOH薄膜的這些優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榻?jīng)雙向拉伸后，尤其是在雙向拉伸過 程中進(jìn)行了熱定性處理，使EVOH薄膜獲得了方向性結(jié)晶定向，而氣體不能在結(jié)晶區(qū)滲透。
[0005] 雖然EVOH具有優(yōu)異的氣體阻隔性能，但由于EVOH和聚乙烯均具有較高的結(jié)晶度， 且兩者的雙向拉伸工藝溫度難以匹配并拉伸，因此，無法將EVOH應(yīng)用在現(xiàn)有的雙向拉伸聚 乙烯薄膜改性中，難以提高現(xiàn)有雙向拉伸聚乙烯薄膜的氣體阻隔性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜，其具有優(yōu)異的 阻隔性能和機(jī)械性能，機(jī)械強(qiáng)度和挺度高。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的在于，提供所述高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜的制備方法。
[0008] -種高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜，包括聚乙烯結(jié)構(gòu)層，乙烯-乙烯醇共聚物阻隔 層，以及置于所述聚乙烯結(jié)構(gòu)層與所述乙烯-乙烯醇共聚物阻隔層之間的粘合樹脂層；所 述的聚乙烯結(jié)構(gòu)層、粘合樹脂層和乙烯-乙烯醇共聚物阻隔層經(jīng)共擠出雙向拉伸形成所述 的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜。
[0009] 在其中一個實(shí)施例中，所述的聚乙烯為乙烯與己烯或辛烯經(jīng)茂金屬催化劑催化聚 合而成的共聚物，其己烯或辛烯的含量為5wt%?10wt%，其熔體指數(shù)（MFR)為1.5?2. 5 克/10分鐘。若己烯或辛烯的含量低于5wt%，共聚物的熔體強(qiáng)度無法滿足雙向拉伸的要 求，會導(dǎo)致拉伸過程中出現(xiàn)破膜；若己烯或辛烯的含量高于l〇wt%，則共聚物的熔體粘度 太大，難以共擠出成型。
[0010] 在其中一個實(shí)施例中，所述乙烯-乙烯醇共聚物中的乙烯基含量為27wt%? 48wt %。若乙烯基的含量低于27wt %，會導(dǎo)致乙烯-乙烯醇共聚物的結(jié)晶度太高，難以滿足 拉伸要求；若乙烯基的含量高于48wt%，則會導(dǎo)致薄膜的氣體阻隔性能顯著下降。
[0011] 在其中一個實(shí)施例中，所述的粘合樹脂為馬來酸酐改性聚乙烯，馬來酸酐的接枝 率為0. 5%?2%。若馬來酸酐的接枝率低于0. 5%，粘合樹脂的粘結(jié)性能差；若馬來酸酐 的接枝率高于2%，則在擠出過程中容易出現(xiàn)交聯(lián)現(xiàn)象，導(dǎo)致無法連續(xù)生產(chǎn)。
[0012] 在其中一個實(shí)施例中，所述的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜中還添加有抗粘連劑、 抗靜電劑和爽滑劑等。
[0013] 在其中一個實(shí)施例中，所述乙烯-乙烯醇共聚物阻隔層的厚度為Ιμπι?10 μπι。 若乙烯-乙烯醇共聚物阻隔層的厚度小于I ym，薄膜的阻隔性能不佳；若若乙烯-乙烯醇 共聚物阻隔層的厚度大于10 μ m，則會導(dǎo)致乙烯-乙烯醇共聚物阻隔層的拉伸性能差。
[0014] -種高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜的制備方法，包括以下步驟：將聚乙烯樹脂、粘合 樹脂和乙烯-乙烯醇共聚物樹脂經(jīng)過擠出機(jī)共擠出，經(jīng)流道分配器后于T-形模頭內(nèi)匯合， 再經(jīng)激冷輥冷卻后形成樹脂片材；將樹脂片材加熱后，進(jìn)行縱向拉伸和橫向拉伸，得到所述 的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜。
[0015] 在其中一個實(shí)施例中，激冷輥的溫度控制在20?40 °C。
[0016] 在其中一個實(shí)施例中，縱向拉伸的預(yù)熱溫度控制在100?130°C，拉伸溫度控制在 60?90°C，定型溫度控制在100?130°C。
[0017] 在其中一個實(shí)施例中，橫向拉伸的預(yù)熱溫度控制在120?140°C，拉伸溫度控制在 110?130°C，定型溫度控制在110?130°C。
[0018] 本發(fā)明所述的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜，由聚乙烯結(jié)構(gòu)層、粘合樹脂層和乙 烯-乙烯醇共聚物阻隔層經(jīng)雙向拉伸形成，因而具有優(yōu)異的阻隔性能和機(jī)械性能，具有極 高的機(jī)械強(qiáng)度和挺度，能夠滿足高性能包裝的要求。
[0019] 在本發(fā)明所述的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜中，采用含有5?10wt%己烯或辛烯 的聚乙烯共聚物，其熔體指數(shù)控制在1. 5?2. 5克/10分鐘，使聚乙烯結(jié)構(gòu)層的結(jié)晶性能滿 足雙向拉伸的要求，并能使聚乙烯的拉伸溫度與乙烯-乙烯醇共聚物的拉伸溫度相匹配， 從而實(shí)現(xiàn)聚乙烯與乙烯-乙烯醇共聚物層的同時拉伸。
[0020] 本發(fā)明所述的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜制備方法，具有生產(chǎn)效率高、成本低等 優(yōu)點(diǎn)，并能顯著地提高產(chǎn)品的性能。本制備方法中，所選定的縱向拉伸溫度和橫向拉伸溫 度，能夠保證聚乙烯與乙烯-乙烯醇共聚物層可同時、有效地進(jìn)行雙向拉伸，能夠避免其出 現(xiàn)結(jié)晶、破裂、厚薄不均或無法成膜等問題。
【附圖說明】
[0021] 圖1為實(shí)施例1至實(shí)施例4所制得的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為實(shí)施例5所制得的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 由乙烯與5wt %的己烯經(jīng)茂金屬催化劑催化聚合制備聚乙烯樹脂，其熔體指數(shù) (MFR)為 I. 7g/10min。
[0025] 將聚乙烯樹脂A、馬來酸酐改性聚乙烯樹脂（馬來酸酐接枝率為0. 5% )B和乙 烯-乙烯醇共聚物樹脂（乙烯基含量為32wt% )C經(jīng)擠出機(jī)共擠出，在五層模頭處匯合，形 成A/B/C/B/A結(jié)構(gòu)的樹脂熔體，經(jīng)過30°C的激冷輥冷卻后，形成A/B/C/B/A結(jié)構(gòu)的樹脂片 材；將樹脂片材引入雙向拉伸設(shè)備中的縱向拉伸裝置，經(jīng)過120°C預(yù)熱后，在80°C的條件下 拉伸4倍，然后進(jìn)入橫向拉伸設(shè)備，經(jīng)過130°C預(yù)熱后，在120°C的條件下拉伸8倍，然后在 125°C下定型，形成A/B/C/B/A結(jié)構(gòu)的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜，薄膜經(jīng)表面電暈處理后 收卷，然后分切。
[0026] 經(jīng)測試，本實(shí)施例所制得的高阻隔雙向拉伸聚乙烯薄膜，其縱向拉伸強(qiáng)度為 62MPa，橫向拉伸強(qiáng)度為118MPa，氧氣通過率小于10cm 3/m3 · day · atm，水蒸氣通過率小于 8g/m2 · 24h〇
[0027] 實(shí)施例2
[0028] 由乙烯與6wt %的己烯經(jīng)茂金屬催化劑催化聚合制備聚乙烯樹脂，其熔體指數(shù) (MFR)為 I. 5g/10min。
[0029] 取聚乙烯樹脂、馬來酸酐改性聚乙烯樹脂（馬來酸酐接枝率為2%)和乙烯-乙烯 醇共聚物樹脂（乙烯基含量為27wt% )，其中，聚乙烯樹脂中添加2wt%的抗粘連劑，馬來 酸酐改性聚乙烯樹脂中添加lwt%的抗靜電劑和lwt%的爽滑劑。將聚乙烯樹脂A、馬來酸 酐改性聚乙烯樹脂B和乙烯-乙烯醇共聚物樹脂C經(jīng)擠出機(jī)共擠