一种适用于高速凹版印刷的聚乙烯膜材料及制备方法

技术领域

本发明属于聚合物材料加工成型技术领域，具体涉及一种适用于高速凹版印刷的聚乙烯膜材料及制备方法。

背景技术

凹版印刷是四大印刷方式其中之一，也是一种直接的印刷方式，即将凹版凹坑中所含油墨直接压印到承印物上，所印画面的浓淡层次是由凹坑的大小及深浅决定的，如果凹坑较深，则含的油墨较多，压印后承印物上留下的墨层就较厚；相反如果凹坑较浅，则含的油墨量就较少，压印后承印物上留下的墨层就较薄。凹版印刷以其印制品墨层厚实，颜色鲜艳、饱和度高、印版耐印、印品质量稳定、印刷速度快等优点在印刷包装及图文出版领域内占据极其重要的地位；同时由于凹版印刷可以采用水性油墨和醇溶型油墨，符合绿色环保印刷的要求，并能广泛适应薄膜、复合材料、纸张等多种介质，因而在包装印刷领域得到了广泛应用。

聚乙烯是一种半结晶的非极性高分子材料，对环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，因此可用一般热塑性塑料的成型方法加工成薄膜、包装材料、容器等用品。传统的聚乙烯薄膜材料具有透明柔软、热封性好、能防水防潮等显著优点，因此在外包装领域具有广泛的应用，但是也存在一些问题，如抗张强度低，拉伸伸长率大，容易卷绕起皱，特别是微米级薄膜，在印刷过程中往往受热易发生变形，造成套色困难，因此只适用于速度较低的印刷方式，且印刷精度不高。

CN106273955A公开了沙律酱包装复合膜及其制备方法，所述包装复合膜由依次相连的PET印刷薄膜层、功能聚乙烯薄膜层和PE薄膜层紧密贴合而成，杜绝了包装内容物渗透至膜内而引起复合膜分层，导致复合膜剥离强度下降的问题。CN114834171A公开了聚乙烯包材的环保印刷工艺，制备了三层供给聚乙烯复合膜，其中电晕层共混熔融由纳米壳聚糖粉末，耐蒸煮水性聚氨酯油墨中加入硅烷偶联剂和三乙烯二胺调节pH值，三者协同增强油墨的附着牢度的同时保证壳聚糖耐水解和抗菌持久效率。CN113059879A公开了一种适用于高速凹版印刷的消光聚乙烯薄膜及其制备工艺，采用三层共挤技术得到的PE薄膜，提高了表面光泽度，达到消光效果。但现有技术中在制备聚乙烯膜的过程中都添加了其他无机原料共混，虽然可以提高表面光泽度、抗菌性、抗介质效果，但是制备得到的聚乙烯膜刚性低，只适用于150 m/min左右的印刷速度，且套印精度差。

因此开发一种适用于高速凹版印刷的聚乙烯膜材料已经成为行业迫切需要攻克的重要任务。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种适用于高速凹版印刷的聚乙烯膜材料及制备方法，采用“五层共挤吹塑成型+在线纵向拉伸”技术制备得到了一种套印偏差小、刚性高，满足300-500 m/min的高速凹版印刷速度的聚乙烯膜材料。

为了实现上述目的，本发明提供一种适用于高速凹版印刷的聚乙烯膜材料，所述聚乙烯膜材料的厚度为20-25 μm，密度为0.92-0.97 g/cm

优选的，所述聚乙烯膜材料由五层组成，分别为外层（1），次外层（2），中层（3），次内层（4）和内层（5），各层厚度比为1：1：2：1：1。

进一步优选的，所述外层的密度为0.96-0.97 g/cm

本发明还提供一种适用于高速凹版印刷的聚乙烯膜材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）分别称取不同密度和质量的共聚聚乙烯投入至对应的5个挤出机中将聚乙烯高温挤出，形成熔体；

（2）将熔体吹塑成环状，再经风冷成型得到初级薄膜；

（3）将初级薄膜辗平进行纵向拉伸，得到拉伸薄膜；

（4）将拉伸薄膜进行电晕处理、切边收卷得到聚乙烯膜材料。

优选的，步骤（2）所述的吹塑温度为190-200 ℃，吹胀比为2.0-3.0。

优选的，步骤（3）所述的纵向拉伸为在线十二辊纵向拉伸，所述十二辊由4个预热辊、2个拉伸辊、4个退火辊和2个冷却辊组成。

进一步优选的，所述预热辊1温度为：50-60℃；预热辊2温度为：80-90℃；预热辊3温度为90-100℃；预热辊4温度为：100-110℃；拉伸辊1温度设定为：100-120℃；拉伸辊2温度设定为：100-120℃；退火辊1温度设定为：100-120℃；退火辊2温度设定为：100-120℃；退火辊3温度设定为：100-120℃；退火辊4温度设定为：100-120℃；冷却辊1温度设定为： 50-60℃；冷却辊2温度设定为：30-40℃。

进一步优选的，所述在线十二辊纵向拉伸的牵引线速度为15-25 m/min，综合拉伸倍率为4.8-5.5。

优选的，步骤（4）所述的电晕处理条件为38-42达因值。

本发明还提供一种聚乙烯膜材料在高速凹版印刷中的应用，所述高速凹版印刷的速度为300-500 m/min。

本发明的有益效果在于：

1、以密度为0.92-0.97 g/cm

2. 采用“五层共挤吹塑成型+在线纵向拉伸”技术进行聚乙烯膜材料的制备，五层共挤挤出的熔体在进行吹塑成型，在吹塑过程中会对聚乙烯材料进行初次拉伸，增强聚乙烯材料的强度，然后将吹塑成型的泡筒膜辗平，进行在线纵向拉伸，将聚乙烯膜材料的拉伸强度提高至110-130 MPa，1%正割模量提高至1000-1400MPa内，具有良好的材料刚性和透明性，在进入高速凹版印刷机酯溶性油墨体系中 可以适应线速度300-500 m/min的印刷速度，且仍具有浅网转移良好，油墨附着力优异，套印精度≤0.2 mm的优点。

附图说明

图1为本发明制备的具有五层结构的聚乙烯膜材料，图中1为外层，2为次外层，3为中层，4为次内层，5为内层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步解释说明，值得注意的是，下述实施例仅为本发明的优选实施例，而不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的内容为准。本领域技术人员在没有做出创造性劳动而对本发明的技术方案做出的修改、替换均落入到本发明的保护范围之内。

下述实施例中，所述传统聚乙烯膜为利用低密度聚乙烯LDPE粒料以埃克森美孚Exceed 2018HA吹塑20微米膜为例，其密度为：0.918g/cm3，雾度为30%，拉伸强度（纵向）为60MPa，断裂伸长率为700%，1%正割模量（纵向）为160 MPa。

实施例1

（1）按照外层1、次外层2、中层3、次内层4和内层5，分别称取不同密度的共聚聚乙烯原料投入到对应的5个挤出机中高温挤出，形成溶体，其中外层1采用密度为0.96 g/cm

（2）将步骤（1）中得到的溶体在195℃下吹塑形成环形的炮筒膜，并经风冷成型后得到初级薄膜；其中吹胀比为2.5；

（3）将初级薄膜经导辊冷却辗平后，采用在线十二辊纵向拉伸工艺进行纵向拉伸，其中在线十二辊包括4个预热辊、2个拉伸辊、4个退火辊和2个冷却辊，具体温度设置如下：

预热辊1温度为：50℃，

预热辊2温度为：80℃，

预热辊3温度为90℃，

预热辊4温度为：100℃，

拉伸辊1温度设定为：100℃，

拉伸辊2温度设定为：100℃，

退火辊1温度设定为：100℃，

退火辊2温度设定为：100℃，

退火辊3温度设定为：100℃，

退火辊4温度设定为：100℃，

冷却辊1温度设定为：50℃，

冷却辊2温度设定为：30℃；

其中初级薄膜的牵引速度为15 m/min，综合拉伸倍率为4.8；

（4）将经过纵向拉伸的薄膜外层进行38达因值的电晕处理，得到聚乙烯膜材料。

经检测，制备得到的聚乙烯膜材料的厚度为20 μm，雾度为6.2%，拉伸强度（纵向）为114 MPa，断裂伸长率为64%，尤其是1%正割模量（纵向）为1023 MPa，是传统聚乙烯膜5倍以上，具有良好的材料刚性与透明性。

将制备得到的聚乙烯膜材料进行高速凹版印刷，其中印刷时使用酯溶性油墨，当印刷速度300 m/min，酯溶性油墨的浅网转移良好，附着力优异，印刷图案清晰（套印精度为±0.2mm），表明制备得到的聚乙烯膜材料适用于作为透明的包装材料。

实施例2

方法、步骤同实施例1，其中步骤（1）中由外到内各层的密度依次为0.96 g/cm

预热辊1温度为：55℃，

预热辊2温度为：85℃，

预热辊3温度为95℃，

预热辊4温度为：105℃，

拉伸辊1温度设定为：105℃，

拉伸辊2温度设定为：105℃，

退火辊1温度设定为：115℃，

退火辊2温度设定为：115℃，

退火辊3温度设定为：115℃，

退火辊4温度设定为：115℃，

冷却辊1温度设定为： 50℃，

冷却辊2温度设定为：30℃；

其中牵引线速度为20 m/min，综合拉伸倍率为5.0，制备得到聚乙烯膜材料。

经检测，制备得到的聚乙烯膜材料的厚度为25 μm，雾度为6.7%，拉伸强度（纵向）为115MPa，断裂伸长率为47%，1%正割模量（纵向）为1162MPa。

将制备得到的聚乙烯膜材料进行高速凹版印刷，其中印刷时使用酯溶性油墨，当印刷速度400 m/min，酯溶性油墨的浅网转移良好，附着力优异，印刷图案套印精度±0.15mm，表明制备得到的聚乙烯膜材料适用于作为中等刚性包装材料，可作为BOPP的替代膜进行使用。

实施例3

方法、步骤同实施例1，其中步骤（1）中由外到内各层的密度依次为0.97 g/cm

预热辊1温度为：60℃；

预热辊2温度为：90℃；

预热辊3温度为100℃；

预热辊4温度为：110℃；

拉伸辊1温度设定为：120℃；

拉伸辊2温度设定为：120℃；

退火辊1温度设定为：120℃；

退火辊2温度设定为：120℃；

退火辊3温度设定为：120℃；

退火辊4温度设定为：120℃；

冷却辊1温度设定为：60℃；

冷却辊2温度设定为：40℃；

牵引线速度为25m/min，综合拉伸倍率为5.5，制备得到聚乙烯膜材料。

经检测，制备得到的聚乙烯膜材料的厚度为25μm，雾度为5.3%，拉伸强度（纵向）为129MPa，断裂伸长率为33%，1%正割模量（纵向）为1356MPa。具有良好的材料刚性与柔韧性。

将制备得到的聚乙烯膜材料进行高速凹版印刷，其中印刷时使用酯溶性油墨，当印刷速度500 m/min，酯溶性油墨的浅网转移良好，附着力优异，印刷图案套印精度为±0.1mm，表明制备得到的聚乙烯膜材料适用于作为高刚性包装材料，可作为PET的替代膜进行使用。

对比例1聚乙烯密度对膜性能的影响

方法、步骤同实施例1，仅将步骤（1）中五层的原料改为密度均为0.95 g/cm

对比例2成型方式对膜性能的影响

方法、步骤同实施例1，将步骤（1）经五层共挤得到的熔体经流延得到初级薄膜，然后再进行纵向拉伸，拉伸条件同实施例1，制备得到聚乙烯膜材料。

制备得到的聚乙烯膜材料厚度为20μm，材料性能表现为透明性好、柔软，但耐热性差。一是因为流延成型是采用水冷辊快速冷却的方式，致使聚乙烯膜分子链被冻结后导致其结晶性能变差，表现为透明性优异，雾度仅为5%；二是流延成型测聚乙烯熔融指数为4-8g/min（吹塑成型测得聚乙烯熔融指数为0.5-2.5g/min），表现为膜材料受热易软化，且力学拉伸断裂伸长率为128%。

对比例3纵向拉伸工艺对膜性能的影响

方法、步骤同实施例1，将步骤（2）制备得到的初级薄膜经电晕处理、切边收卷得到聚乙烯膜材料。

制备得到的聚乙烯膜材料未经过纵向拉伸工艺处理，其厚度为20 μm，雾度为27%，拉伸强度（纵向）为67 MPa，断裂伸长率为714%，尤其是1%正割模量（纵向）为169 MPa。经电晕处理达到薄膜表面42达因值，利用酯溶性油墨进行高速凹版印刷时，印刷速度可以达到500 m/min，印刷精度为0.1mm。

表明聚乙烯作为一种具有半结晶状态的高聚物材料，其在高温环境下纵向拉伸的过程中实际上是聚乙烯分子链被外力拉伸后发生链段取向再结晶的过程，因此未经过纵向拉伸的聚乙烯膜材料力学强度较差。

对比例4纵向拉伸程度对膜性能的影响

方法、步骤同实施例1，将步骤（3）中经十二辊纵向拉伸改为6辊纵向拉伸，温度设置如下：

预热辊1温度设定为55℃，

预热辊2的温度设定为100℃，

拉伸辊的温度设定为110℃，

退火辊1的温度设定为110℃，

退火辊2的温度设定为110℃，

冷却辊的温度设定为50℃；

其中牵引线速度为15m/min，综合拉伸倍率为4.8；制备得到聚乙烯膜材料。

十二辊纵向拉伸改为六辊纵向拉伸，即实质为拉伸工艺的简化，即预热辊、退火辊、冷却辊各减少2只，主要表现为一是会出现前期预热不充分导致材料“冷拉”变形，二是“退火”不够导致材料“应力集中”，最终表现为薄膜纵向收缩率均为15%以上（而充分拉伸的最终薄膜纵向收缩率为5±1%），导致在后期高速凹版印刷的应用过程易发生形变，无法实现图案套印，更是不能满足300 m/min以上印刷要求。