一种聚乙烯热收缩膜及其制备方法

摘要

本发明适用于材料技术领域，提供了一种聚乙烯热收缩膜，包括外膜层、中间膜层以及内膜层；外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：高压低密度聚乙烯60~70份、高密度聚乙烯35~45份、聚丙烯树脂85~95份、改性蒙脱土4~6份、阻燃协效剂3~5份、相容剂2~4份和抗氧剂0.2~0.4份；中间膜层由以下重量份数的原料制成：高压低密度聚乙烯35~45份、高密度聚乙烯40~50份、聚丙烯树脂85~95份、改性纳米胶岭石8~13份、相容剂2~4份和抗氧剂0.2~0.4份；由于每个膜层采用无毒且来源广泛的原料所制成的聚乙烯热收缩膜不仅阻燃效果上性能更佳，且具有良好的热收缩率、拉伸性能、撕裂强度等物理机械性能，适用于包括但不限于食品、电子产品等物品的包装运输，具有良好的发展前景。

说明书

技术领域

本发明涉及包装薄膜技术领域，具体是一种聚乙烯热收缩膜及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越关注自身的生活质量，生活质量是要靠各种各样的产品来满足，但是为了使得市场上的各类物品能够安全完好的交付到使用者手中，需要各种包装来保护物品的安全，塑料包装薄膜的种类多种多样，其中热收缩薄膜的市场需求的增长速度惊人，成为塑料包装行业里的热点，热收缩膜的收缩机理是以高聚物分子链的热运动为基础，其主要用于各种产品的销售和运输，以起到稳固、遮盖和保护产品的目的，因此，热收缩膜要求具有较高的耐穿刺性，良好的收缩性和收缩应力。

目前常采用在热收缩膜原料中加入阻燃剂的方式来提高其阻燃性能，但是常用含卤阻燃剂在产品处于高温或燃烧时会产生有害化学物质，污染环境，对人体和动物的健康也具有危害。并且为了提高阻燃效果，通常阻燃剂的加入量也不小，可能会影响热收缩膜的其他性能的改变，因此，在本领域，如何在使用较少量阻燃剂的同时得到一种阻燃性能良好且具有良好综合性能的热收缩膜是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种聚乙烯热收缩膜，旨在解决目前常采用在热收缩膜原料中加入阻燃剂的方式来提高其阻燃性能，但是常用含卤阻燃剂在产品处于高温或燃烧时会产生有害化学物质，污染环境，对人体和动物的健康也具有危害，并且为了提高阻燃效果，通常阻燃剂的加入量也不小，可能会影响热收缩膜的其他性能的改变的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种聚乙烯热收缩膜，包括外膜层、中间膜层以及内膜层；该热收缩膜的厚度是60～80um，由三层共挤粘结的薄膜构成，即外膜层、中间层和内膜层；

其中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯60～70份、高密度聚乙烯35～45份、聚丙烯树脂85～95份、改性蒙脱土4～6份、阻燃协效剂3～5份、相容剂2～4份和抗氧剂0.2～0.4份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯35～45份、高密度聚乙烯40～50份、聚丙烯树脂85～95份、改性纳米胶岭石8～13份、相容剂2～4份和抗氧剂0.2～0.4份；

一种聚乙烯重包装热收缩膜的制作方法：将各层原料混合搅拌均匀后通过三层共挤设备挤出。

本发明提供的蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法，具有以下有益效果：

(1)蒙脱土主要成分为蒙脱石，由两层Si-O四面体和一层Al-O八面体组成的层状硅酸盐晶体，具有很大的宽厚比，但蒙脱土与聚丙烯难以混合，蒙脱土的作用就难以发挥出来，经过对蒙脱土改性，可将其层间由亲水疏油变为亲油疏水，增强了与有机物的相容性，因此，蒙脱土能很好的分散于聚合物中发挥作用，起到良好的阻燃效果和抗滴落效果，又能增强抑烟效果。

(2)本发明制备的复合材料中还添加了无机阻燃协效剂，可进一步地与改性蒙脱土和含磷阻燃剂起到协同作用，在阻燃效果上性能更佳，同时还能进一步提高复合材料的力学性能。

(3)本发明复合材料通过特定的组分组成，各组分之间协同发挥作用，其燃烧后不产生有毒有害气体，不危害人体，不污染环境，其制备工艺简便，成本低廉，可适用于工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的多层共挤聚乙烯热收缩膜，由于每个膜层采用无毒且来源广泛的原料高压低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯树脂、改性蒙脱土、阻燃协效剂、相容剂和抗氧剂复配而成聚乙烯热收缩膜的外膜层以及内膜层，同时采用高压低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯树脂、改性纳米胶岭石、相容剂和抗氧剂份复配而成聚乙烯热收缩膜的中间膜层，所制成的聚乙烯热收缩膜不仅阻燃效果上性能更佳，且具有良好的热收缩率、拉伸性能、撕裂强度等物理机械性能，适用于包括但不限于食品、电子产品等物品的包装运输，具有良好的发展前景。

在本发明实施例中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯60～70份、高密度聚乙烯35～45份、聚丙烯树脂85～95份、改性蒙脱土4～6份、阻燃协效剂3～5份、相容剂2～4份和抗氧剂0.2～0.4份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯35～45份、高密度聚乙烯40～50份、聚丙烯树脂85～95份、改性纳米胶岭石8～13份、相容剂2～4份和抗氧剂0.2～0.4份；

在本发明实施例中，所述高压低密度聚乙烯的熔融指数为0.3～0.5g/10min，密度为0.92～0.94g/cm3；所述高密度聚乙烯为熔融指数为0.2～0.6g/10min、密度为0.96～0.98g/cm3。

在本发明实施例中：

1)将蒙脱土加入82～88℃水中，超声分散0.6～1.2h，制得浓度为6～12wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为82～88℃，继续超声分散0.6～1.2h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入82～88℃水，搅拌0.6～1.2h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入82～88℃水，搅拌0.6～1.2h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入82～88℃水，搅拌0.6～1.2h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土。

优选的，插层剂为十六烷基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基溴化铵、二甲基十八烷基溴化铵、二甲基苯乙基十二烷基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵中的一种或几种混合。

优选的，质子化剂为硫酸、盐酸、磷酸、间苯二酸和邻苯二酸中的一种或几种混合。

优选的，蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为15～25:15～25:0.4～0.6。

优选的，蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为30:25:1。

优选的，阻燃协效剂为硼酸锌或氧化锌。

优选的，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

优选的，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024和抗氧剂300中的一种或几种混合。

2)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为6～9：1～4混合，在105～115℃条件下超声分散1.2～1.8h，再于45～65℃条件下干燥1.2～1.8h。

优选的，所述改性纳米胶岭石为十六烷基三甲基溴化铵改性纳米胶岭石和镁盐改性纳米胶岭石的混合物。

更为优选的，所述十六烷基三甲基溴化铵改性纳米胶岭石和镁盐改性纳米胶岭石的混合重量比为2～3:1.5。

胶岭石具有独特的层状一维纳米结构特性，形态特性，层间具有可设计的反应性，超大的比表面积(750m2/g)和高达200以上的径/厚比。通过十六烷基三甲基溴化铵处理胶岭石，使其发生阳离子交换反应，使有机基团覆盖在胶岭石表面或插入其层间，从而使其表面能发生变化，增大了层间距，使其由亲水性转变为亲油性，制得十六烷基三甲基溴化铵改性纳米胶岭石。

在本发明一个优选的实施例中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯60～65份、高密度聚乙烯35～40份、聚丙烯树脂85～90份、改性蒙脱土4～5份、阻燃协效剂3～4份、相容剂2～3份和抗氧剂0.2～0.3份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯36～40份、高密度聚乙烯42～56份、聚丙烯树脂87～90份、改性纳米胶岭石9～11份、相容剂2～3份和抗氧剂0.2～0.3份；

在本发明另一个优选的实施例中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯66份、高密度聚乙烯40份、聚丙烯树脂90份、改性蒙脱土4份、阻燃协效剂3份、相容剂2份和抗氧剂0.2份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯40份、高密度聚乙烯44份、聚丙烯树脂90份、改性纳米胶岭石11份、相容剂3份和抗氧剂0.3份；

将蒙脱土加入88℃水中，超声分散1.2h，制得浓度为8wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为88℃，继续超声分散1.2h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土，插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.55。

将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8：1混合，在115℃条件下超声分散1.8h，再于65℃条件下干燥1.8h。

将以上原料按照三层共挤设备的常规工艺进行生产，即得一种聚乙烯重包装热收缩膜。

实施例1

按照如下所述的外膜层、中间膜层以及内膜层的原料配方称取原料，其中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯60份、高密度聚乙烯35份、聚丙烯树脂85份、改性蒙脱土4份、阻燃协效剂3份、相容剂2份和抗氧剂0.2份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯35份、高密度聚乙烯40份、聚丙烯树脂85份、改性纳米胶岭石8份、相容剂2份和抗氧剂0.2份；

将蒙脱土加入82℃水中，超声分散0.6h，制得浓度为6wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为82℃，继续超声分散0.6h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入82℃水，搅拌0.6h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入82℃水，搅拌0.6h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入82℃水，搅拌0.6h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土，插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10:10:0.4。

将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为6：1混合，在105℃条件下超声分散1.8h，再于45℃条件下干燥1.8h。

将以上原料按照三层共挤设备的常规工艺进行生产，即得一种聚乙烯重包装热收缩膜。

实施例2

按照如下所述的外膜层、中间膜层以及内膜层的原料配方称取原料，其中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯65份、高密度聚乙烯40份、聚丙烯树脂90份、改性蒙脱土5份、阻燃协效剂4份、相容剂3份和抗氧剂0.3份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯40份、高密度聚乙烯45份、聚丙烯树脂90份、改性纳米胶岭石10份、相容剂3份和抗氧剂0.3份；

将蒙脱土加入88℃水中，超声分散1.2h，制得浓度为12wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为88℃，继续超声分散1.2h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土，插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为15:15:0.6。

将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为9：4混合，在115℃条件下超声分散1.2h，再于65℃条件下干燥1.2h。

将以上原料按照三层共挤设备的常规工艺进行生产，即得一种聚乙烯重包装热收缩膜。

实施例3

按照如下所述的外膜层、中间膜层以及内膜层的原料配方称取原料，其中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯70份、高密度聚乙烯45份、聚丙烯树脂95份、改性蒙脱土6份、阻燃协效剂5份、相容剂4份和抗氧剂0.4份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯45份、高密度聚乙烯50份、聚丙烯树脂95份、改性纳米胶岭石13份、相容剂4份和抗氧剂0.4份；

将蒙脱土加入88℃水中，超声分散1.2h，制得浓度为8wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为88℃，继续超声分散1.2h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土，插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为20:20:0.45。

将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8：2混合，在115℃条件下超声分散1.8h，再于65℃条件下干燥1.8h。

将以上原料按照三层共挤设备的常规工艺进行生产，即得一种聚乙烯重包装热收缩膜。

实施例4

按照如下所述的外膜层、中间膜层以及内膜层的原料配方称取原料，其中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯68份、高密度聚乙烯42份、聚丙烯树脂92份、改性蒙脱土5份、阻燃协效剂4份、相容剂3份和抗氧剂0.3份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯42份、高密度聚乙烯46份、聚丙烯树脂92份、改性纳米胶岭石13份、相容剂4份和抗氧剂0.4份；

将蒙脱土加入88℃水中，超声分散1.2h，制得浓度为9wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为88℃，继续超声分散1.2h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.6h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土，插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:25:0.5。

将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8：3混合，在115℃条件下超声分散1.8h，再于65℃条件下干燥1.8h。

实施例5

按照如下所述的外膜层、中间膜层以及内膜层的原料配方称取原料，其中，所述外膜层以及内膜层均由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯66份、高密度聚乙烯40份、聚丙烯树脂90份、改性蒙脱土4份、阻燃协效剂3份、相容剂2份和抗氧剂0.2份；

所述中间膜层由以下重量份数的原料制成：

高压低密度聚乙烯40份、高密度聚乙烯44份、聚丙烯树脂90份、改性纳米胶岭石11份、相容剂3份和抗氧剂0.3份；

将蒙脱土加入88℃水中，超声分散1.2h，制得浓度为8wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为88℃，继续超声分散1.2h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入88℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土，插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.55。

将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8：1混合，在115℃条件下超声分散1.8h，再于65℃条件下干燥1.8h。

将以上原料按照三层共挤设备的常规工艺进行生产，即得一种聚乙烯重包装热收缩膜。

对本发明实施例1-5制得的聚乙烯热收缩膜以及现有的聚乙烯热收缩膜进行性能测试分析，其中，使用称重法，量取100平方米面积，称得质量，根据密度计算出厚度，测试三次，取其平均值，测得实施例1～7制得的聚乙烯热收缩膜的厚度为11～14μm；按GB/T1040-2006标准进行拉伸强度测试，收缩率按GB/T 13519-1992标准进行测试，按GB/T8924标准进行氧指数的测试，按ASTM标准进行垂直燃烧测试，测试结果见下表1。

表1

对比例1

对比例1与实施例5不同之处在于，组分中不含阻燃协效剂，其余与实施例5相同。

对比例2

对比例2与实施例5不同之处在于，组分中不含改性纳米胶岭石，其余与实施例5相同。

对比例3

对比例3与实施例5不同之处在于，组分中不含改性纳米胶岭石和阻燃协效剂，其余与实施例5相同。

对比例4

对比例4与实施例5不同之处在于，蒙脱土不进行改性，其余与实施例5相同。

对比例5

对比例5与实施例5不同之处在于，纳米胶岭石不进行改性，其余与实施例5相同。

对以上对比例1-5制得的聚乙烯热收缩膜进行上述相关性能测试分析，测试结果详见下表2。

表2

综上，由上表可知，实施例1-5制备的聚乙烯热收缩膜其力学性能和阻燃性能均比对比例1-5要好，尤其是在阻燃性能方面实施例1-5明显比对比例1-5优异很多。本发明制备的聚乙烯热收缩膜燃烧后产生的烟雾很少，也不会产生大量熔滴，也没有毒性，不会给人们带来危害，对环境友好。由上表还可知，本发明各组分之间相互协同作用，在明显提高其阻燃性能的同时，在力学方面也得以提高。上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

综上，本发明实施例提供的多层共挤聚乙烯热收缩膜，由于每个膜层采用无毒且来源广泛的原料高压低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯树脂、改性蒙脱土、阻燃协效剂、相容剂和抗氧剂复配而成聚乙烯热收缩膜的外膜层以及内膜层，同时采用高压低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯树脂、改性纳米胶岭石、相容剂和抗氧剂份复配而成聚乙烯热收缩膜的中间膜层，所制成的聚乙烯热收缩膜不仅阻燃效果上性能更佳，且具有良好的热收缩率、拉伸性能、撕裂强度等物理机械性能，适用于包括但不限于食品、电子产品等物品的包装运输，具有良好的发展前景。