專利名稱：光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜的制造方法。
雙向拉伸聚丙烯薄膜(下簡稱為BOPP薄膜)是近二十年發(fā)展起來，用作高檔商品(如香煙、食品、藥品、服裝、音像制品等)的包裝材料、印刷覆合基材和涂布膠粘帶基材等，該類薄膜具有極其清晰的透明度、光亮鮮艷的光澤度和良好的阻隔性能，且適宜在包裝、涂布、覆合等加工過程高速作業(yè)，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，成為目前方興未艾的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。但是這些商品經(jīng)消費(fèi)后，BOPP薄膜將成為零散的生活垃圾。由于聚丙烯的分子鏈極大，在自然條件下難以徹底降解腐爛，將對(duì)人類的生存環(huán)境造成污染，開發(fā)光降解BOPP薄膜，對(duì)于保護(hù)和改善人類生存環(huán)境具有重要意義，因此世界各國都將降解塑料薄膜列為優(yōu)先發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前國內(nèi)外仍缺乏關(guān)于光降解BOPP薄膜的專利和文獻(xiàn)報(bào)道，因此，研究開發(fā)光降解BOPP薄膜制造技術(shù)十分必要。
在工業(yè)化生產(chǎn)上，生產(chǎn)BOPP薄膜的線速度通常為農(nóng)用吹塑薄膜的10-15倍，既要使BOPP薄膜具有降解的特性，又要保持其優(yōu)良的光學(xué)性能、熱學(xué)性能和機(jī)械性能，因此制造這類薄膜的技術(shù)難度相當(dāng)大。
本發(fā)明的目的是提供一種光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜的制造方法。
本發(fā)明提供了一種光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜(包括熱收縮膜、熱封包裝膜和平膜)的制造方法，其特征是使用雙向拉伸級(jí)聚丙烯均聚和/或共聚專用樹脂經(jīng)共擠出和雙向拉伸制成單層或多層結(jié)構(gòu)薄膜，在共擠出時(shí)，聚丙烯專用樹脂的擠出溫度在230-260℃的溫度下擠出鑄片，以10-40℃急冷結(jié)晶固化成厚片，經(jīng)120-145℃的預(yù)熱，在80-135℃進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為5.0-6.5倍，在100-160℃熱定型，進(jìn)入橫向拉伸前又經(jīng)140-175℃的預(yù)熱，預(yù)熱后在130-180℃進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸比為6-10倍，以90-300m/min的速度牽引和收卷，制成厚度為12-50μm，光降解斷裂伸長率保留率＜5％，濁度為0.8％-2.5％，光澤度為90％-98％的環(huán)保型光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜。
在本發(fā)明的方法中，所述的光降解雙向拉伸聚丙烯熱收縮膜和熱封包裝膜制造技術(shù)所使用的雙向拉伸級(jí)聚丙烯專用料是指丙烯均聚物、丙烯共聚物、改性聚丙烯和添加劑(包括光敏劑、光增敏劑、抗靜電劑、增滑劑、抗粘劑、穩(wěn)定劑)的樹脂組合物，丙烯均聚物的熔融指數(shù)為1.5-10.0(最好為2.0-4.0)g/10min，與改性聚丙烯混合作為薄膜的芯層材料。丙烯共聚物的熔融指數(shù)為3.0-10.0(最好為4-7)g/10min，作為薄膜表層的熱封材料。
在本發(fā)明的方法中，所述的光降解雙向拉伸聚丙烯平膜制造技術(shù)所使用的雙向拉伸級(jí)聚丙烯專用料是指丙烯均聚物和添加劑(包括光敏劑、光增敏劑、抗靜電劑、抗粘劑、穩(wěn)定劑)的樹脂組合。丙烯均聚物的熔融指數(shù)為1.5-10.0(最好為2.0-4.0)g/10min，作為薄膜的芯層材料和表層材料。
在本發(fā)明的方法中，所制得的熱收縮膜的濁度為1.2％-1.9％，光澤度為92％-96％，彈性模量為2600-3000MPa，縱向熱收縮率為5％-10％，橫向熱收縮率為5％-10％。所制得的熱封包裝膜的濁度為1.5％-2.5％，光澤度為92％-94％，彈性模量為2400-2800MPa，縱向熱收縮率為3％-5％，橫向熱收縮率為3％-5％，熱封強(qiáng)度為2.5-3.5N/mm2，所制得的平膜濁度為0.8％-1.0％，光澤度為97％-98％，濕潤張力為40-43mN/m，縱向和橫向的拉伸強(qiáng)度分別為140-170MPa和220-270MPa。
在本發(fā)明的方法中，光敏劑是指烷基酮(最好是甲基乙烯基酮)與聚乙烯或聚丙烯的接枝共聚物，烷基酮的用量＜5％，最好為1％-3％。
在本發(fā)明的方法中，所述的光增敏劑是指二烷基二硫代氨基甲酸鐵、乙酰水楊基鐵、乙酰丙酮鐵，其用量為0.5％-3％，最好為1％-2％。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征是選擇適當(dāng)?shù)墓饷魟┖凸庠雒魟?，?shí)現(xiàn)雙向拉伸聚丙烯薄膜的光降解以及控制光降解的速度，同時(shí)需選擇相應(yīng)的工藝技術(shù)，才能生產(chǎn)出既可降解，又符合高檔商品包裝、高速涂布、印刷作業(yè)要求的BOPP薄膜。光敏劑為烷基酮(最好為甲基乙烯基酮)與聚乙烯或聚丙烯的接枝共聚物，烷基酮的用量＜5％，最好為1-3％。光增敏劑為二烷基二硫代氨基甲酸鐵(最好為N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鐵)，或乙酰水楊基鐵、乙酰丙酮鐵，用量為0.5-3％(最好為1-2％)。其它配合材料，如改性聚丙烯、穩(wěn)定劑、增滑劑、抗粘劑、抗靜電劑為常規(guī)用于BOPP薄膜的塑料加工助劑。
本發(fā)明的可通過以下步驟進(jìn)行①將光敏劑和光增敏劑在塑料攪拌混合機(jī)內(nèi)混合均勻后加入BOPP薄膜生產(chǎn)線計(jì)量混合單元的料斗。
②將樹脂材料和其他添加劑加入BOPP薄膜生產(chǎn)線計(jì)量混合單元各自專用的料斗，按設(shè)計(jì)好的配方比例輸入配比參數(shù)。
③采用230-260℃的擠出溫度，以10-40℃急冷結(jié)晶，經(jīng)120-145℃的溫度預(yù)熱，5.0-6.5倍拉伸比和80-135℃的溫度縱向拉伸，再經(jīng)140-175℃預(yù)熱后，以6-10倍的拉伸比和130-180℃的溫度橫向拉伸，用90-300m/min的速度收卷。
在原料的選擇上，許多光敏劑在加工過程無法與聚丙烯共聚，在聚丙烯表面淅出，無法使聚丙烯分子鏈帶有光敏基因，且淅出的粉狀光敏劑損害了薄膜的表面質(zhì)量，使光澤度降低。一些光敏劑與聚丙烯共聚后，使分子的結(jié)晶度下降，制成的薄膜濁度增大，透明度下降。在制造熱收縮薄膜時(shí)，由于光敏劑與聚丙烯共聚的同時(shí)，也與改性聚丙烯共聚，改變了改性聚丙烯的分子交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使制得的薄膜的熱收縮率、彈性模量等性能受到損害，達(dá)不到技術(shù)要求。為控制光降解速度而加入的光增敏劑，選擇不當(dāng)時(shí)還會(huì)抑制增滑劑、抗靜電劑、抗粘劑的遷移，降低其功效，制得的薄膜難于獲得良好的機(jī)械性能。一些光增敏劑與聚丙烯的相溶性不好，在混合加熱共擠出過程分布不均勻，容易產(chǎn)生斑點(diǎn)和顆粒，破壞薄膜的外觀質(zhì)量。因此需要選擇熔融指數(shù)為1.5-10.0g/10min的丙烯均聚體和熔融指數(shù)為3.0-10.0g/10min的丙烯共聚體作為制造光降解BOPP薄膜的專用料。在原料加熱熔化擠出的過程中，光增敏添加劑往往使聚丙烯產(chǎn)生一定程度的降解，過早的降解不利于獲得優(yōu)良的機(jī)械性能，我們采取加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑，控制了聚丙烯在加熱條件下的降解。經(jīng)過大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)明了能同時(shí)滿足上述多項(xiàng)基本要求的配方。
在進(jìn)行正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們發(fā)明了適合于光降解BOPP薄膜工業(yè)化生產(chǎn)的新工藝。
本發(fā)明的目的是研究開發(fā)BOPP薄膜的光降解技術(shù)，以及運(yùn)用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)光降解BOPP薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)，制造適于高速包裝、印刷覆合和涂布加工的高檔薄膜產(chǎn)品。其特征在于設(shè)法控制影響聚丙烯分子加熱熔化、混合、擠出、結(jié)晶、拉伸取向、定型過程的主要因素，獲得適于不同用途的產(chǎn)品性能。如原料、添加劑的分子結(jié)構(gòu)和配比的改變，需要合適的溫度條件和拉伸比。為了防止丙烯均聚體在過高溫度下的分子裂解和焦化而堵塞流道，造成薄膜厚度波動(dòng)等一系列問題，丙烯均聚體擠出鑄片過程的溫度需控制在240-260℃，丙烯共聚體擠出鑄片過程的溫度控制在230-250℃。為保證聚丙烯樹脂在加熱擠出過程具有良好的熱穩(wěn)定性，需在聚丙烯樹脂中加入適量的穩(wěn)定劑，抑制聚丙烯樹脂在擠出鑄片過程的熱裂解。另一方面，聚丙烯樹脂和各種添加劑需在擠出過程得到均勻的混合，聚丙烯樹脂擠出過程的溫度過低時(shí)，其熔流體粘度過大，添加劑在聚丙烯樹脂中的分布就不均勻，這直接影響產(chǎn)品性能的穩(wěn)定，在拉伸過程表現(xiàn)出的特征為薄膜厚度波動(dòng)大，頻繁破膜。經(jīng)加熱擠出鑄成的熔流片，具有三層結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行急速冷卻，以此獲得穩(wěn)定的三層結(jié)構(gòu)和粒經(jīng)細(xì)小均勻的結(jié)晶體，為結(jié)晶體分子的拉伸取向創(chuàng)造條件，急冷溫度控制在10-40℃較適宜?？v向拉伸需在聚丙烯樹脂的軟化點(diǎn)溫度和熔點(diǎn)溫度之間選擇合適的溫度進(jìn)行，不同規(guī)格的聚丙烯樹脂以及不同類型的添加劑組合都有其不同的軟化點(diǎn)和熔點(diǎn)。如丙烯均聚體的熔點(diǎn)可以在180℃，而丙烯共聚體的熔點(diǎn)可以在125℃或更低。不同熔點(diǎn)的樹脂有不同的表面粘度，在不同的溫度下樹脂的表面粘度也不同，添加劑品種和添加量的改變也會(huì)改變樹脂的表面粘度。由于縱向拉伸是聚丙烯膜片與縱向拉伸輥簡有表面接觸的拉伸，拉伸前膜片的預(yù)熱溫度和拉伸溫度需選擇適當(dāng)，否則會(huì)出現(xiàn)粘輥或滑動(dòng)擦傷薄膜表面等問題，同時(shí)，最佳的機(jī)械性能(如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和彈性模量)必須在合理的樹脂軟化溫度和拉伸倍數(shù)下拉伸才能得到。為了獲得預(yù)期的熱收縮率，還需選擇合適的縱向拉伸、定型溫度。我們的研究表明，在120-145℃預(yù)熱，80-135℃拉伸，拉伸比為5.0-6.5倍，定型溫度為100-160℃進(jìn)行縱向拉伸，對(duì)于熔融指數(shù)分別為1.5-4.0g/10min、3.0-10.0g/10min的丙烯均聚體和丙烯共聚體，可以獲得良好的機(jī)械性能和熱學(xué)性能。在聚丙烯樹脂的橫向拉伸過程中，預(yù)熱溫度、拉伸溫度、熱定型溫度、拉伸比同樣決定了薄膜橫向機(jī)械性能和熱學(xué)性能的好壞。我們從大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，最為理想的橫向拉伸預(yù)熱溫度在140-175℃，拉伸溫度在130-180℃，拉伸比為6-10倍，薄膜的牽引速度和收卷速度可以在90-300m/min的范圍，制成薄膜的厚度可以是12-50μm。
用本發(fā)明的方法制成的光降解BOPP薄膜其光降解斷裂伸長率保留率＜5％，光澤度≥97.7％，濁度≤1.0％。
本發(fā)明說明書擬通過下述的實(shí)施例簡要說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。其中的份數(shù)為重量份，除非特別說明。
試驗(yàn)設(shè)備采用德國BRUCKNER公司制造的BOPP薄膜生產(chǎn)線，幅寬4.1-4.2M，線速度為90-300M/MIN，每小時(shí)產(chǎn)量為500-1100KG。試驗(yàn)條件BOPP薄膜生產(chǎn)線的工藝條件比較復(fù)雜，涉及的參數(shù)二百多項(xiàng)，如下為有關(guān)的主要參數(shù)
采用上述配方制得的光降解BOPP熱收縮薄膜的各項(xiàng)性能指標(biāo)如下
上表明顯表明，用配方TS1-01、TS1-02制得的光降解BOPP熱收縮薄膜，經(jīng)人工氣候老化試驗(yàn)，縱向、橫向的斷裂伸長率保持率均＜5％，而未加光敏劑、光增敏劑的BOPP熱收縮薄膜對(duì)比樣(配方S1-03)經(jīng)人工氣候老化試驗(yàn)后，縱向、橫向分別有40.9％、74.8％的斷裂伸長率保持率。
試驗(yàn)設(shè)備采用德國BRUCKNER公司制造的BOPP薄膜生產(chǎn)線，幅寬4.1-4.2M，線速度為90-300M/MIN，每小時(shí)產(chǎn)量為500-1100KG。試驗(yàn)條件BOPP薄膜生產(chǎn)線的工藝條件比較復(fù)雜，涉及的參數(shù)二百多項(xiàng)，如下為有關(guān)的主要參數(shù)
采用上述配方制得的光降解BOPP平膜的各項(xiàng)性能指標(biāo)如下
上表明顯表明，用配方TP1-01、TP1-02、TP1-03制得的光降解BOPP平膜，經(jīng)人工氣候老化試驗(yàn)，縱向、橫向的斷裂伸長保持率均＜5％，而未加光敏劑、光增敏劑的BOPP平膜對(duì)比樣(配方P1-04)經(jīng)人工氣候老化試驗(yàn)后，縱向、橫向分別有56.7％、60.8％的斷裂伸長率保持率。
權(quán)利要求
1.一種制造光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜的方法，其特征在于使用雙向拉伸級(jí)聚丙烯均聚和/或共聚專用樹脂經(jīng)共擠出和雙向拉伸制成單層或多層結(jié)構(gòu)薄膜，在共擠出時(shí)，聚丙烯專用樹脂的擠出溫度在230-260℃的溫度下擠出鑄片，以10-40℃急冷結(jié)晶固化成厚片，經(jīng)120-145℃的預(yù)熱，在80-135℃進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為5.0-6.5倍，在100-160℃熱定型，進(jìn)入橫向拉伸前又經(jīng)140-175℃的預(yù)熱，預(yù)熱后在130-180℃進(jìn)行橫向拉伸，橫向拉伸比為6-10倍，以90-300m/min的速度牽引和收卷；其中，所述的雙向拉伸級(jí)聚丙烯專用料是指丙烯均聚物、丙烯共聚物、改性聚丙烯和包括光敏劑、光增敏劑、抗靜電劑、增滑劑、抗粘劑、和穩(wěn)定劑的添加劑的樹脂組合物，丙烯均聚物的熔融指數(shù)為1.5-10.0g/10min，與改性聚丙烯混合作為薄膜的芯層材料，丙烯共聚物的熔融指數(shù)為3.0-10.0g/10min，作為薄膜表層的熱封材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的丙烯均聚物的熔融指數(shù)為2.0-4.0g/10min，所述的丙烯共聚物的熔融指數(shù)為4-7g/10min。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜是熱收縮膜、熱封包裝膜或者平膜。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所使用的雙向拉伸級(jí)聚丙烯專用料是指丙烯均聚物和包括光敏劑、光增敏劑、抗靜電劑、抗粘劑、和穩(wěn)定劑的添加劑的樹脂組合物，丙烯均聚物的熔融指數(shù)為1.5-10.0g/10min，作為薄膜的芯層材料和表層材料。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述的丙烯均聚物的熔融指數(shù)為2.0-4.0g/10min。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所制得的熱收縮膜的濁度為1.2％-1.9％，光澤度為92％-96％，彈性模量為2600-3000MPa，縱向熱收縮率為5％-10％，橫向熱收縮率為5％-10％，所制得的熱封包裝膜的濁度為1.5％-2.5％，光澤度為92％-94％，彈性模量為2400-2800MPa，縱向熱收縮率為3％-5％，橫向熱收縮率為3％-5％，熱封強(qiáng)度為2.5-3.5N/mm2，所制得的平膜濁度為0.8％-1.0％，光澤度為97％-98％，濕潤張力為40-43mN/m，縱向和橫向的拉伸強(qiáng)度分別為140-170MPa和220-270MPa。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中光敏劑是烷基酮與聚乙烯或聚丙烯的接枝共聚物，烷基酮的用量＜5％。
8.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述的烷基酮是甲基乙烯基酮，其用量為1％-3％。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中光增敏劑是二烷基二硫代氨基甲酸鐵、乙酰水楊基鐵、和/或乙酰丙酮鐵，其用量為0.5％-3％。
10.按照權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述的光增敏劑的用量為1％-2％。
全文摘要
一種制造光降解雙向拉伸聚丙烯薄膜的方法,使用雙向拉伸級(jí)聚丙烯均聚和/或共聚專用樹脂經(jīng)共擠出和雙向拉伸制成單層或多層結(jié)構(gòu)薄膜,在共擠出時(shí),聚丙烯專用樹脂的擠出溫度在230－260℃的溫度下擠出鑄片,以10－40℃急冷結(jié)晶固化成厚片,經(jīng)120－145℃的預(yù)熱,在80－135℃進(jìn)行縱向拉伸,拉伸比為5.0－6.5倍,在100－160℃熱定型,進(jìn)入橫向拉伸前又經(jīng)140－175℃的預(yù)熱,預(yù)熱后在130－180℃進(jìn)行橫向拉伸,橫向拉伸比為6－10倍,以90－300m/min的速度牽引和收卷。
文檔編號(hào)B29C55/16GK1333123SQ00109848
公開日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2000年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月11日
發(fā)明者羅吉江, 吳增青, 麥建國, 符書臻, 方大觀, 李貴林 申請(qǐng)人:湛江包裝材料企業(yè)有限公司