一种流延聚丙烯薄膜的母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚丙烯膜技术领域，具体而言，涉及一种流延聚丙烯薄膜及其制备方法。

背景技术

流延聚丙烯薄膜(CPP)是由流延聚丙烯薄膜(CPP)薄膜和铝箔复合而成的一种薄膜，具有质地轻、强度高、透明度高、热封性好的优点，广泛应用于食品包装材料领域。

食品生产过程中需要带包装进行高温蒸煮杀菌，聚丙烯的熔点在170℃，理论上可以加热至较高的温度，但是CPP薄膜加热到120℃以上时会产生收缩变形，拉伸强度大幅下降，同时对水蒸气的阻隔性下降，容易有水汽进入包装内。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何提高流延聚丙烯薄膜的耐热性能和隔水汽性能，使其在高温蒸煮过程中可以有效阻隔水汽且不会发生收缩变形。

为解决上述问题，本发明提供一种流延聚丙烯薄膜的母粒，包括以下质量份数的原料：聚丙烯50～60份，聚丁烯2～10份，硅酸镁3～5份，氧化钙1～3份，碳酸钠1～3份，氧化镁0.2～1份，氢氧化钾0.2～1份。

本发明提供一种流延聚丙烯薄膜的母粒，为了提高聚丙烯薄膜的耐热性和阻隔水汽性能，需要在原料中加入多种无机填料，这些填料的加入会影响薄膜的成膜性能，因此加入聚丁烯以改善薄膜成膜性能，由本发明母粒可以制备高耐热性的聚丙烯膜，在高温蒸煮过程中能有效阻隔水汽且不会发生收缩变形。

进一步地，所述母粒中聚丙烯和聚丁烯的占总质量的85％～90％。无机填料的加入可以改善薄膜的耐热性和阻隔水汽能力，但加入量过大时会造成无机填料聚集，影响薄膜的均匀性，而本发明针对该问题对无机填料选择进行优化，所用的原料在混料过程中不容易发生凝集，因此可以制备高填料占比，且成膜分散均匀的聚丙烯薄膜母粒，从而获得具有优异性能的流延聚丙烯薄膜。

进一步地，所述母粒中镁、钙、钠、钾元素的摩尔比为(32～40)：(15～20):(10～15)：(3～8)。各元素的比例会影响聚丙烯薄膜耐热性和水汽阻隔性能，本发明通过调整原料获得了最佳的元素配比。

进一步地，所述硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾均为直径小于5μm的粉末。无机填料为小粒径的粉末，便于相互混合均匀，以及与聚丙烯、聚丁烯颗粒混合均匀，保证薄膜各部位性能一致。

进一步地，所述硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾的水含量均小于0.1％。无机填料的含水会影响水汽阻隔性能，因此需要将水含量尽量降低。

本发明的另一方面提供上述流延聚丙烯薄膜的母粒的制备方法，包括以下步骤：

S1、按重量称取硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾，通过球磨机进行混合；

S2、将步骤S1得到的混合粉末与聚丙烯、聚丁烯颗粒在混料机中混合；

S3、将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

上述制备方法工艺过程简单，所需材料成本较低，适于进行工业化生产。

进一步地，所述步骤S1中，球磨机转速为500～1500r/min，混合时间为1～3h。先将无机填料进行球磨混合，保证粉末混合均匀，使各元素的比例达到设计配比。

进一步地，所述步骤S2中，混料机转速为100～500r/min，混合时间为10～20min。再将混合后的无机填料粉末与聚丙烯、聚丁烯颗粒进行混合，这样可以保证混合料的均匀性。

进一步地，所述步骤S3中，双螺杆挤出机的螺杆转速为50～100r/min，熔融温度设定为190～220℃。原料中加入无机填料，因此设计较高的熔融温度，保证载体树脂将无机填料粉末完全包覆，形成均匀体系。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在聚丙烯树脂中添加填料的方式提高薄膜的耐热性和阻隔水汽能力，对于无机填料的种类进行优化选择，所选的无机填料混料过程中不容易发生凝集，可以保证成膜均匀性。

2、研究发现，提高薄膜耐热性的关键在于镁、钙、钠、钾元素的配比，本发明通过调整无机填料的摩尔比，使母粒中各元素达到设定含量，从而可以制备出性能优异的聚丙烯薄膜。

3、聚丁烯的加入改善了薄膜的成膜性能，从而可以实现高无机填料占比，有利于提高薄膜的耐热性和阻隔水汽能力。

4、母粒的制备方法采用球磨配合螺杆熔融共混，将无机填料引入到聚丙烯中，工艺成熟简便，具有很高的应用推广价值。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本发明的实施方法和典型参数，而不用于限定本发明所述的参数范围，由此引申出的合理变化，仍处于本发明权利要求的保护范围内。

需要说明的是，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围阈值，这些范围阈值应当理解为包含接近这些范围阈值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明的具体实施方式提供了一种流延聚丙烯薄膜的母粒及其制备方法，母粒的原料包括聚丙烯、聚丁烯和无机填料。无机填料由硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾组成，所选填料在混料过程中不容易发生凝集。聚丁烯加入可以改善聚丙烯薄膜成膜性能，添加无机填料可以提高薄膜的耐热性和阻隔水汽能力。

具体实施方式中，各原料的质量份数如下：聚丙烯50～60份，聚丁烯2～10份，硅酸镁3～5份，氧化钙1～3份，碳酸钠1～3份，氧化镁0.2～1份，氢氧化钾0.2～1份。且聚丙烯和聚丁烯占母粒总质量的85％～90％。随着无机填料添加量的增加，薄膜的耐热性和阻隔水汽能力会提高，但无机填料添加量过大会影响成膜均匀性。现有技术中，无机填料的添加量一般在5％以下，而本发明通过加入聚丁烯和优化原料选择，在无机填料添加量达到15％左右时，仍能得到分散均匀的聚丙烯薄膜。

进一步地，优化母粒中添加元素的配比，具体镁、钙、钠、钾元素的摩尔比为(32～40)：(15～20):(10～15)：(3～8)。各元素的比例会影响聚丙烯薄膜耐热性和水汽阻隔性能，本发明通过调整原料获得了最佳的元素配比。

具体实施方式中，硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾均为直径小于5μm的粉末，便于相互混合均匀，保证成膜均匀性。另外无机填料的含水量会影响水汽阻隔性能，需要将水含量尽量降低，优选硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾的水含量均小于0.1％。

上述流延聚丙烯薄膜的母粒的制备方法包括以下步骤：

S1、按重量称取硅酸镁、氧化钙、碳酸钠、氧化镁和氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为500～1500r/min，混合时间为1～3h。本步骤先将无机填料进行球磨混合，保证粉末混合均匀，使各元素的比例达到设计配比。

S2、将步骤S1得到的混合粉末与聚丙烯、聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为100～500r/min，混合时间为10～20min。本步骤将混合后的无机填料粉末与聚丙烯、聚丁烯颗粒进行混合，这样可以保证混合料的均匀性。

S3、将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出，冷却造粒，双螺杆挤出机的螺杆转速为50～100r/min，熔融温度设定为190～220℃。本步骤采用较高的熔融温度，保证载体树脂将无机填料粉末完全包覆，形成均匀体系。

以下结合具体实施例对本发明的技术方案和效果进行详细说明。

实施例1

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取3份硅酸镁、1.2份氧化钙、1.5份碳酸钠、0.8份氧化镁、0.3份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为1000r/min，混合时间为2h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与55份聚丙烯、5份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为300r/min，混合时间为20min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为80r/min，熔融温度设定为200±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

实施例2

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取4.2份硅酸镁、1.6份氧化钙、2.3份碳酸钠、0.6份氧化镁、0.7份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为800r/min，混合时间为1.5h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与58份聚丙烯、2份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为250r/min，混合时间为15min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为60r/min，熔融温度设定为190±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

实施例3

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取4.5份硅酸镁、2份氧化钙、2.5份碳酸钠、0.2份氧化镁、0.9份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为1500r/min，混合时间为3h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与60份聚丙烯、3份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为500r/min，混合时间为20min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，熔融温度设定为215±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

实施例4

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取3.5份硅酸镁、1.2份氧化钙、1.8份碳酸钠、0.7份氧化镁、0.5份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为1000r/min，混合时间为1h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与52份聚丙烯、7份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为400r/min，混合时间为10min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为90r/min，熔融温度设定为210±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

实施例5

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取4份硅酸镁、1.5份氧化钙、2份碳酸钠、0.5份氧化镁、0.4份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为1200r/min，混合时间为1.5h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与50份聚丙烯、2份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为200r/min，混合时间为20min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为100r/min，熔融温度设定为210±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

对比例1

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取1份硅酸镁、0.5份氧化钙、0.2份碳酸钠、0.1份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为1000r/min，混合时间为2h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与55份聚丙烯、5份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为300r/min，混合时间为20min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为80r/min，熔融温度设定为200±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

对比例2

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取4.2份硅酸镁、1.6份氧化钙、2.3份碳酸钠、0.6份氧化镁、0.7份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为800r/min，混合时间为1.5h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与60份聚丙烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为250r/min，混合时间为15min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为60r/min，熔融温度设定为190±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

对比例3

制备流延聚丙烯薄膜的母粒，过程如下：

1)按重量分数称取10份硅酸镁、3份氧化钙、5份碳酸钠、2份氧化镁、2份氢氧化钾，通过球磨机进行混合，球磨机转速为800r/min，混合时间为1.5h。

2)将步骤S1得到的混合粉末与58份聚丙烯、2份聚丁烯颗粒在混料机中混合，混料机转速为250r/min，混合时间为15min。

3)将步骤S2得到的混合原料加入双螺杆挤出机中，熔融混炼挤出双螺杆挤出机的螺杆转速为60r/min，熔融温度设定为190±3℃，冷却造粒，得到流延聚丙烯薄膜的母粒。

实验例

将上述各实施例和对比例制备的母粒按30wt％加入到聚丙烯中，通过三辊流延机制备了厚度为50μm流延聚丙烯薄膜。对各流延聚丙烯薄膜的拉伸强度、水蒸气透过率、热收缩率进行测试，测试方法如下：

拉伸强度按照GB/T 13022-1991《塑料薄膜拉伸性能试验方法》进行测试；

水蒸气透过率按照GB/T 30412-2013《塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定湿度传感器法》进行测试；

热收缩率按照GB/T 30412-2013《塑料薄膜和薄片加热尺寸变化率试验方法》进行测试，加入温度为130℃，保持时间为30min。

实验结果如下表1所示：

表1流延聚丙烯薄膜性能参数

从测试可知，添加合适的无机填料，可以改善流延聚丙烯薄膜的耐热性和水蒸气阻隔能力，对提高拉伸强度也有帮助；但无机填料过量添加会导致分散均匀性下降，影响薄膜性能；添加聚丁烯可以起到提高成膜均匀性的作用。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。