一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜

摘要

本发明公开了一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜及其制备方法，通过三层共挤出、流延冷却成型、电晕处理、切边收卷、时效定型、分切等工艺制得的。本发明以PP为基材，利用高分子共混改性原理及多层共挤流延技术，选用丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅复合体系改性CPP薄膜，以提高CPP薄膜低温韧性，同时保证挺度和强度基本不下降；确定相对应的加工工艺条件，通过三层共挤生产出透明度高、低温韧性好、强度和挺度高的CPP薄膜，克服普通CPP薄膜耐低温性差的缺点，推动了包装材料的进步。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜及其制备方法。

背景技术

我国聚丙烯流延薄膜起步于20世纪80年代，刚开始由国外引进单层流延设备，宽只有1-1.5m，年生产能力约1000-1500吨/台，进入90年代，从奥地利兰精公司、日本三菱重工、德国Reifenhauser、W＆H、意大利Colines、Dolci、美国Battenfeld等引进了多层共挤流延膜生产线，宽2-2.5 m，年生产能力3000-4000吨/台，2000年以来更是突飞猛进，引进了更为先进的生产线，宽4-4.5 m，年生产能力5000-6000吨/台的多层共挤流延膜生产线。同时，国产设备也得到快速度发展，2011年国产5.0米生产线也已面市。至2011年底流延薄膜已有近110万吨的生产能力，市场需求接近90万吨。CPP薄膜已发展成为最主要的包装薄膜之一。

CPP薄膜使用均聚聚丙烯和二元、三元共聚聚丙烯生产，由于聚丙烯的耐低温性能差，普通CPP薄膜不耐低温，冬天在北方地区应用受到限制。有用POE进行增韧改性，耐低温性提高了，但挺度和强度下降了。因此如何改进CPP薄膜的耐低温性能，同时保证挺度和强度是非常重要的课题，也必将有广大的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜及其制备方法，以PP为基材，利用高分子共混改性原理及多层共挤流延技术，选用丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅复合体系改性CPP薄膜，以提高CPP薄膜低温韧性，同时保证挺度和强度基本不下降；确定相对应的加工工艺条件，通过三层共挤生产出透明度高、低温韧性好、强度和挺度高的CPP薄膜，克服普通CPP薄膜耐低温性差的缺点，推动了包装材料的进步。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜由3层树脂薄膜组成，自上而下依次为A层、B层和C层，其中A层是不含加工助剂的PP树脂薄膜；B层是含有丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅的PP树脂薄膜；C层是含有滑爽剂的共聚PP树脂薄膜；其中A层18-22wt%，B层56-64wt%，C层18-22wt%。

所述的B层中各组分的比例为丙烯基弹性体5-25wt%，mPE5-20wt%，纳米二氧化硅1-5wt%，PP树脂50-89wt%。

所述的C层中各组分的比例为滑爽剂0.5-2.0wt%，共聚PP树脂98.0-99.5wt%。

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）A、B、C三层原料按配方比例计量并混合均匀；

（2）三种混合好的原料分别加入A、B、C三台挤出机，并挤出塑化；

（3）塑化好的熔融状态的料进入分配器，再经过模头、流延冷却成型、自动测厚、电晕处理、切边收卷、时效定型、分切等工序，得到丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜；熔融状态的熔体温度控制在240-255℃，冷却辊温度控制在22-30℃。

本发明的显著优点在于：茂金属聚乙烯mPE可以改善聚丙烯的低温韧性，但相容性不好，透明度较差，丙烯基弹性体与聚丙烯有相似的结构，与mPE和PP相容性都很好，共混可以达到低温增韧，而且整个共混体系透明度好；纳米二氧化硅对聚丙烯有增强的作用，与丙烯基弹性体复合共同改性聚丙烯有协调效应，呈现的并不是二者独立增韧作用的简单加和，纳米无机粒子对复合体系有增强作用，并大大减缓了因丙烯基弹性体和mPE的加入而导致的复合体系强度的降低。利用高分子共混改性原理及三层共挤流延技术，选用丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅复合体系改性CPP薄膜，以提高CPP薄膜低温韧性，同时保证挺度和强度基本不下降；确定相对应的加工工艺条件，通过三层共挤生产出透明度高、低温韧性好、强度和挺度高的CPP薄膜，克服普通CPP薄膜耐低温性差的缺点，推动了包装材料的进步。

具体实施方式

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜由3层树脂薄膜组成，自上而下依次为A层、B层和C层，其中A层是不含加工助剂的PP树脂薄膜；B层是含有丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅的PP树脂薄膜；C层是含有滑爽剂的共聚PP树脂薄膜；其中A层18-22wt%，B层56-64wt%，C层18-22wt%。

所述的B层中各组分的比例为丙烯基弹性体5-25wt%，mPE5-20wt%，纳米二氧化硅1-5wt%，PP树脂50-89wt%。

所述的C层中各组分的比例为滑爽剂0.5-2.0wt%，共聚PP树脂98.0-99.5wt%。

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）A、B、C三层原料按配方比例计量并混合均匀；

（2）三种混合好的原料分别加入A、B、C三台挤出机，并挤出塑化；

（3）塑化好的熔融状态的料进入分配器，再经过模头、流延冷却成型、自动测厚、电晕处理、切边收卷、时效定型、分切等工序，得到丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜；熔融状态的熔体温度控制在240-255℃，冷却辊温度控制在22-30℃。

1）主要材料

均聚PP，上海石化公司；

三元共聚PP，韩国湖南石化公司；

滑爽剂，成都科辉有限公司；

茂金属PE，日本三井公司；

纳米二氧化硅，杭州万景高新材料有限公司；

丙烯基弹性体,美国艾克森公司。

2）主要设备与仪器

三层共挤流延机，2.2m,美国BATTENFELD；

分切机，2.5m,德国康普公司；

透光率雾度测定仪，WGT-S,上海精密科学仪器有限公司；

智能拉力试验机，XLW(PC),济南兰光机电技术有限公司；

落镖冲击试验机,580g,意大利；

摩擦系数测定仪，HST-H3，济南兰光机电技术有限公司。

实施例1

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜由3层树脂薄膜组成，自上而下依次为A层、B层和C层，其中A层是不含加工助剂的PP树脂薄膜；B层是含有丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅的PP树脂薄膜；C层是含有滑爽剂的共聚PP树脂薄膜；其中A层18wt%，B层64wt%，C层18wt%。

所述的B层中各组分的比例为丙烯基弹性体5wt%，mPE5wt%，纳米二氧化硅1wt%，PP树脂89wt%。

所述的C层中各组分的比例为滑爽剂0.5wt%，共聚PP树脂99.5wt%。

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）A、B、C三层原料按配方比例计量并混合均匀；

（2）三种混合好的原料分别加入A、B、C三台挤出机，并挤出塑化；

（3）塑化好的熔融状态的料进入分配器，再经过模头、流延冷却成型、自动测厚、电晕处理、切边收卷、时效定型、分切等工序，得到丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜；熔融状态的熔体温度控制在240℃，冷却辊温度控制在22℃。

实施例2

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜由3层树脂薄膜组成，自上而下依次为A层、B层和C层，其中A层是不含加工助剂的PP树脂薄膜；B层是含有丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅的PP树脂薄膜；C层是含有滑爽剂的共聚PP树脂薄膜；其中A层22wt%，B层56wt%，C层22wt%。

所述的B层中各组分的比例为丙烯基弹性体25wt%，mPE20wt%，纳米二氧化硅5wt%，PP树脂50wt%。

所述的C层中各组分的比例为滑爽剂2.0wt%，共聚PP树脂98.0wt%。

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）A、B、C三层原料按配方比例计量并混合均匀；

（2）三种混合好的原料分别加入A、B、C三台挤出机，并挤出塑化；

（3）塑化好的熔融状态的料进入分配器，再经过模头、流延冷却成型、自动测厚、电晕处理、切边收卷、时效定型、分切等工序，得到丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜；熔融状态的熔体温度控制在255℃，冷却辊温度控制在30℃。

实施例3

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜由3层树脂薄膜组成，自上而下依次为A层、B层和C层，其中A层是不含加工助剂的PP树脂薄膜；B层是含有丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅的PP树脂薄膜；C层是含有滑爽剂的共聚PP树脂薄膜；其中A层20wt%，B层60wt%，C层20wt%。

所述的B层中各组分的比例为丙烯基弹性体15wt%，mPE12wt%，纳米二氧化硅3wt%，PP树脂70wt%。

所述的C层中各组分的比例为滑爽剂1.2wt%，共聚PP树脂98.8wt%。

一种丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜的制备方法包括以下步骤：

（1）A、B、C三层原料按配方比例计量并混合均匀；

（2）三种混合好的原料分别加入A、B、C三台挤出机，并挤出塑化；

（3）塑化好的熔融状态的料进入分配器，再经过模头、流延冷却成型、自动测厚、电晕处理、切边收卷、时效定型、分切等工序，得到丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅改性的CPP薄膜；熔融状态的熔体温度控制在250℃，冷却辊温度控制在26℃。

测试方法      

（1）透光率/雾度测定

按GB/T2410 透明塑料透光率和雾度试验方法。

（2）拉伸强度和断裂伸长率测定

按GB/T1040.3试验方法进行，拉伸速度（空载）为（500±50）mm/min，试样采用                                                型（长条形）；160mm（长）×15mm（宽），标距50mm。

（3）落镖冲击质量测定 

按QB/T9639.1试验方法。

（4）摩擦系数测定

按GB/T10006试验方法。

（5）始封温度和热封强度

按Q/FGTS 011-2011试验方法。

结果与讨论

（1）B层配方研究

A层为不含爽滑剂、不加其他加工助剂的均聚PP材料，层比为20%；C层为三元共聚材料及适量的滑爽剂，层比为20%；B层层比为60%，改变B层的配方。测得的30μm薄膜的各性能随配方不同而变化见表1、2、3。

表1 丙烯基弹性体用量对薄膜性能的影响

表1配方为PP只加入丙烯基弹性体，表1表明，丙烯基弹性体的加入对薄膜透明度不影响，加入10份是对低温韧性有改善，但强度有下降。

表2 mPE用量对薄膜性能的影响

表2配方为PP100、丙烯基弹性体10及适量mPE，mPE在添加分量较少时增韧效果不明显，当添加量达到10份时增韧效果很明显，强度略有下降。综合表1和表2，这里选用PP/丙烯基弹性体/mPE为100/10/10再加纳米二氧化硅作为改性基础配方，见表3。

表3 纳米二氧化硅对薄膜的增强作用

表3表明，采用PP/丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系配方为100/10/10/4时低温韧性很好，透明度没有下降，拉伸强度与没改性CPP比下降很少（纵向下降6.38%，横向2.78%）。

（2）工艺条件对薄膜性能的影响

1）熔体温度的影响 

A层为不含爽滑剂、不加其他加工助剂的均聚PP材料，层比为20%；C层为三元共聚材料及适量的滑爽剂，层比为20%；B层采用PP/丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系，配方为100/10/10/4，层比为60%。测得的不同熔体温度下薄膜的各项性能，见表4。

表4 熔体温度对薄膜性能的影响

表4表明，随着熔体温度的升高，薄膜透明度的提高、冲击强度提高、雾度降低，当高到250℃后，温度继续增加，透明度、雾度不再变化，但薄膜的冲击强度下降得快。所以熔体温度以245-250℃为宜。

2）冷却辊温度的影响 

A层为不含爽滑剂、不加其他加工助剂的均聚PP材料，层比为20%；C层为三元共聚材料及适量的滑爽剂，层比为20%；B层采用PP/丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系，配方为100/10/10/4，层比为60%。测得的冷却辊温度下薄膜的各项性能，见表5。

表5 冷却辊温度对薄膜性能的影响

表5表明，随着冷却辊温度的升高，薄膜透明度降低、冲击强度缓慢下降、雾度提高，冷却辊温度30℃时薄膜结晶度大幅提高，雾度增大，膜变脆，所以冷却辊温度应控制在26℃以下，对性能影响不明显。

3）薄膜的综合性能

A层为不含爽滑剂、不加其他加工助剂的均聚PP材料，层比为20%；C层为三元共聚材料及适量的滑爽剂，层比为20%；B层采用PP/丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系，配方为100/10/10/4，层比为60%。熔体温度以240-250℃,冷却辊温度控制在24℃,测得的薄膜的机械性能，见表6。

表6 薄膜综合性能

表6表明，经过丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系改性生产的CPP薄膜，具有低温韧性好，透明度高，强度下降很少。

技术特点总结

（1）丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系改性聚丙烯，并用三层共挤生产的CPP薄膜，具有低温韧性好，透明度高，拉伸强度与没改性CPP比下降很少，纵向下降6.38%，横向2.78%。

（2）A层为不含爽滑剂、不加其他加工助剂的均聚PP材料，层比为20%；C层为三元共聚材料及适量的滑爽剂，层比为20%；B层采用PP/丙烯基弹性体/mPE/纳米二氧化硅共混体系，配方为100/10/10/4，层比为60%。熔体温度以240-250℃,冷却辊温度控制在24℃，通过三层共挤生产出高性能的CPP薄膜。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。