一种易降解的烟用薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于薄膜制备技术领域，涉及一种易降解的烟用薄膜及其制备方法。

背景技术

BOPP烟用薄膜又称双向拉伸聚丙烯烟膜，简称烟膜，是由多种聚丙烯功能性材料进行共挤、拉伸成型。烟膜具有高透明度和光泽感，材料无毒、分子结构稳定，对气味及水分有一定的阻隔功能，因此是香烟包装的理想材料。传统烟膜主要成分为石油提取物聚烯烃，而它们的降解至少要花费上百年时间，这给环境带来极大负荷，随着国家相关政策的制定与人们环保意识的加强，可降解材料是大势所趋，它的应用也会越来越广泛。传统聚烯烃包装烟膜虽然力学性能、热学性能与界面光滑性能均较优，但是由于降解比较困难，对环境带来较大的负面影响。聚乳酸(又称PLA)薄膜作为一种可降解的薄膜在一些场合已经渐渐被使用，聚乳酸是一种生物可降解的环境友好型高分子材料，其单体乳酸可通过玉米、小麦等粮食大规模提取，在自然环境下可完全降解为二氧化碳和水，虽然聚乳酸薄膜能满足降解要求，但是烟膜本身断裂伸长率、拉伸强度、摩擦系数与表面光滑度均难以满足现有烟用包装膜相关要求。

中国专利公开号CN104608448A公开的聚乳酸薄膜包含三层结构，分别为表层热封层、中间芯层、抗粘连层，经熔融挤出、双向拉伸、冷却定型、牵引切片、电晕处理及收卷后制得厚度为20-100μm可直接热封的聚乳酸薄膜，然而，此方案制得的聚乳酸薄膜由于结晶度过高、结晶尺寸偏大、球晶比例过高导致较差的光泽度、透明度并且由于普通配方制得的PLA膜脆性较高、模量偏高则柔韧性不够；虽然具有了自热封性能，但因表层无明显玻璃化转变温度，造成耐温性能受到极大影响。难以达到烟膜的要求，我们常见的包装膜，比如快餐面、奶茶杯或蛋黄派的包装膜，这些产品对包装膜在平整度、折角部棱角分明等方面要求较底，但香烟的包装膜要是也有这方面的缺陷的话，会严重影响香烟品质的体现，我国对于烟膜厚度要求在20～22μm，而且由于高速包装机的运用，烟用薄膜对于薄膜厚度、弹性模量、热收缩性能、光泽度等具有较高要求，需要具有优异的拉伸强度减少烟膜的破包情况，较高的弹性模量保证薄膜运行的顺畅以及包装的效果，适合的热收缩率达到尺寸稳定性，优异的摩擦系数防止包装运输过程出现摩擦影响美观，适宜的光学性能达到较好的视觉效果，较高的热封强度提升包装速度等，而现有聚乳酸薄膜在弹性模量、摩擦系数、抗静电性、光学性能等方面难以达到烟膜的标准。

中国专利公开号CN110774714A公开了一种可降解双向拉伸聚乳酸烟膜及其制备方法，克服现有聚丙烯烟膜不可降解以及现有可降解聚乳酸薄膜又难以用于烟膜的问题，方案是由共挤拉伸的A、B和C三层组成，以质量百分比计，A层包括80～90％热封Ⅰ型PLA、8～15％爽滑剂和2～5％抗粘连剂，热封Ⅰ型PLA由70～80％结晶PLA和20～30％非结晶PLA组成；B层包括90～95％结晶型PLA，1～5％抗静电剂、1～2％增挺剂，1～5％增韧剂；C层包括94～97％热封Ⅱ型PLA、2～3％爽滑剂和1～3％抗粘连剂，所述热封Ⅱ型PLA由75～85％结晶PLA和15～25％非结晶PLA组成；制备方法为将各组分按用量干燥，经熔融挤出后双向拉伸，之后电晕处理，收卷，最后陈化、分切制得。但该聚乳酸烟膜的断裂伸长率、拉伸强度、摩擦系数与表面光泽度有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易降解的烟用薄膜及其制备方法，属于薄膜制备技术领域。本发明烟用薄膜包括芯层和位于芯层两侧的表层和内层，所述内层由聚乳酸、丙烯-丙烯酸共聚物、爽滑剂和抗粘连剂组成，所述芯层由聚乳酸和抗静电剂组成，所述表层由聚乳酸、丙烯-丙烯酸酯共聚物、爽滑剂和抗粘连剂组成；本发明克服了现有聚丙烯烟膜不可降解以及现有可降解聚乳酸薄膜又难以用于烟膜的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种易降解的烟用薄膜，所述烟用薄膜包括芯层和位于芯层两侧的表层和内层，所述内层由聚乳酸、丙烯-丙烯酸共聚物、爽滑剂和抗粘连剂组成，所述芯层由聚乳酸、抗静电剂和增挺剂组成，所述表层由聚乳酸、丙烯-丙烯酸酯共聚物、爽滑剂和抗粘连剂组成；所述内层厚度为0.8-1.5um，所述芯层厚度为18-20um，所述表层厚度为1-2um。

作为本发明的一种优选技术方案，以质量百分比计，所述内层由68-80％聚乳酸、15-25％丙烯-丙烯酸共聚物、3-6％爽滑剂和1-4％抗粘连剂组成；所述丙烯-丙烯酸共聚物中丙烯单体占比68-72％。

作为本发明的一种优选技术方案，以质量百分比计，所述芯层由93-96％聚乳酸、2-5％抗静电剂和1-3％增挺剂组成。

作为本发明的一种优选技术方案，以质量百分比计，所述表层由78-85％聚乳酸、11-17％丙烯-丙烯酸酯共聚物、2-5％爽滑剂和1-3％抗粘连剂组成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述丙烯-丙烯酸酯共聚物为丙烯-丙烯酸甲酯共聚物或丙烯-丙烯酸乙酯共聚物；所述丙烯-丙烯酸酯共聚物中丙烯单体占比70-75％。

作为本发明的一种优选技术方案，所述爽滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、硅酮、聚乙烯蜡中的至少一种；所述抗粘连剂为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉和玻璃微珠中的至少一种；所述抗静电剂为乙氧基胺；所述增挺剂为石油树脂、氢化石油树脂中的至少一种。

上述易降解的烟用薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将芯层、内层、表层的原料分别混合后分别挤出熔融，得到芯层熔体、内层熔体、表层熔体；

(2)将芯层熔体、内层熔体、表层熔体通过共挤出，铸片，得到片材；

(3)对片材进行纵向拉伸和横向拉伸，得到薄膜；

(4)对薄膜进行牵引测厚、收卷、时效处理，得到可降解的烟用薄膜。

进一步地，步骤(1)中所述芯层的挤出温度为178-195℃，所述内层的挤出温度为172-176℃，所述表层的挤出温度为180-190℃。

进一步地，步骤(2)中所述铸片过程中铸片机冷却温度为20-30℃。

进一步地，步骤(3)中所述纵向拉伸倍率为3-5倍，横向拉伸倍率为3-5倍。

本发明的有益效果：

(1)本发明在烟用薄膜的内层和表层分别添加了丙烯-丙烯酸共聚物和丙烯-丙烯酸酯共聚物，由于聚乳酸的力学性能、耐摩擦性能和表面光泽度均比聚丙烯薄膜差，在聚乳酸树脂中添加一定比例的聚丙烯树脂，可有效改善聚乳酸薄膜的力学性能、耐摩擦性能和表面光泽度，但聚丙烯与聚乳酸的相容性较差，本发明在聚乳酸树脂中添加丙烯-丙烯酸共聚物和丙烯-丙烯酸酯共聚物，并控制丙烯-丙烯酸共聚物中丙烯单体占比68-72％，丙烯-丙烯酸酯共聚物中丙烯单体占比70-75％，使丙烯-丙烯酸共聚物和丙烯-丙烯酸酯共聚物具有较好的极性，改善体系的相容性和稳定性，同时改善聚乳酸薄膜的力学性能、耐摩擦性能和表面光泽度；

(2)本发明将丙烯-丙烯酸共聚物和丙烯-丙烯酸酯共聚物替代聚丙烯加入至聚乳酸树脂中，聚丙烯本身的热封性能比聚乳酸差，丙烯-丙烯酸共聚物和丙烯-丙烯酸酯共聚物能够有效改善聚丙烯的热封性能，降低聚丙烯的初始热封温度并增加聚丙烯的热风强度；因此，能够保证改善聚乳酸薄膜的力学性能、耐摩擦性能和表面光泽度的同时减少对聚乳酸薄膜的热封性能的影响；

(3)本发明易降解的烟用薄膜克服了现有聚丙烯烟膜不可降解以及现有可降解聚乳酸薄膜又难以用于烟膜的问题。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

一种易降解的烟用薄膜，所述烟用薄膜包括芯层和位于芯层两侧的表层和内层，所述内层由72wt％聚乳酸、19wt％丙烯-丙烯酸共聚物、5wt％油酸酰胺和4wt％二氧化钛组成，所述芯层由94wt％聚乳酸、4wt％乙氧基胺和2wt％石油树脂组成，所述表层由81wt％聚乳酸、13wt％丙烯-丙烯酸甲酯共聚物、5wt％油酸酰胺和1wt％二氧化钛组成；所述内层厚度为0.8um，所述芯层厚度为19um，所述表层厚度为2um；所述丙烯-丙烯酸共聚物中丙烯单体占比69％；所述丙烯-丙烯酸甲酯共聚物中丙烯单体占比70％。

上述易降解的烟用薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将芯层的原料混合后加入主挤出机，分别将内层的原料和表层的原料混合后加入两台辅助挤出机，控制所述芯层的挤出温度为179℃，所述内层的挤出温度为175℃，所述表层的挤出温度为185℃，芯层、内层、表层的原料在各自的挤出机内，在温度场和力场的作用下，被融化成熔体，熔体在模头处会合后被挤出；

(2)当熔体被挤出模头之后，借助于附片装置的外力作用，迅速贴附在低温、高光洁度镀铬的冷却转鼓表面上，控制冷却转鼓的温度为20-25℃，由于高温熔体经冷却转鼓进行结晶定型，熔体被快速冷却后，当它脱离冷却转鼓时，即完成铸片过程得到片材；

(3)片材进入纵向拉伸机，通过多个高精度金属辊筒进行预热，并在拉伸辊上进行一次拉伸及二次拉伸，将厚片纵向拉长至一定倍数，使聚合物进行纵向定向定型，控制纵向拉伸倍率为3-5倍，即完成纵向拉伸；经过纵向拉伸后的片材进入横向拉伸机，横向拉伸机有两条循环运转的特殊链条，链条上装有链夹，夹住片材的两个边，并支撑在可变幅宽的轨道上，借助于两条链条的同向、同步运行，厚片先在轨道的预热段进行预热，紧接着在有较大扩张角的拉伸区进行横向拉伸，控制横向拉伸倍率为3-5倍，然后在平等及有收缩的热处理区内进行热处理，使薄膜定型及松弛，最后在平等的冷却区进行冷却定型，完成横向拉伸，片材被拉伸为所需厚度的薄膜，最终控制内层厚度为0.8um，所述芯层厚度为19um，所述表层厚度为2um；

(4)薄膜离开横向拉伸机后进入牵引装置将薄膜冷却、切去厚边、展平，再用高精度测厚仪进行在线检测厚度和控制，最终以恒定的速度将薄膜送往具有双工位功能的收卷机，当收卷薄膜达到预定长度后，卷臂就回转180度，母卷转离出来，收卷位置被空卷芯取代，然后切断薄膜，将薄膜贴在新的卷芯上，继续进行收卷；已收卷好的母卷放进时效架上，让薄膜进行时效处理，完成烟用薄膜的生产。

实施例2

一种易降解的烟用薄膜，所述烟用薄膜包括芯层和位于芯层两侧的表层和内层，所述内层由75wt％聚乳酸、20wt％丙烯-丙烯酸共聚物、3wt％硅酮和2wt％玻璃微珠组成，所述芯层由93wt％聚乳酸、4wt％乙氧基胺和3wt％氢化石油树脂组成，所述表层由79wt％聚乳酸、14wt％丙烯-丙烯酸乙酯共聚物、5wt％硅酮和2wt％玻璃微珠组成；所述内层厚度为1um，所述芯层厚度为19um，所述表层厚度为1.5um；所述丙烯-丙烯酸共聚物中丙烯单体占比68％；所述丙烯-丙烯酸乙酯共聚物中丙烯单体占比72％。

上述易降解的烟用薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将芯层的原料混合后加入主挤出机，分别将内层的原料和表层的原料混合后加入两台辅助挤出机，控制所述芯层的挤出温度为182℃，所述内层的挤出温度为173℃，所述表层的挤出温度为188℃，芯层、内层、表层的原料在各自的挤出机内，在温度场和力场的作用下，被融化成熔体，熔体在模头处会合后被挤出；

(2)当熔体被挤出模头之后，借助于附片装置的外力作用，迅速贴附在低温、高光洁度镀铬的冷却转鼓表面上，控制冷却转鼓的温度为22-27℃，由于高温熔体经冷却转鼓进行结晶定型，熔体被快速冷却后，当它脱离冷却转鼓时，即完成铸片过程得到片材；

(3)片材进入纵向拉伸机，通过多个高精度金属辊筒进行预热，并在拉伸辊上进行一次拉伸及二次拉伸，将厚片纵向拉长至一定倍数，使聚合物进行纵向定向定型，控制纵向拉伸倍率为3-5倍，即完成纵向拉伸；经过纵向拉伸后的片材进入横向拉伸机，横向拉伸机有两条循环运转的特殊链条，链条上装有链夹，夹住片材的两个边，并支撑在可变幅宽的轨道上，借助于两条链条的同向、同步运行，厚片先在轨道的预热段进行预热，紧接着在有较大扩张角的拉伸区进行横向拉伸，控制横向拉伸倍率为3-5倍，然后在平等及有收缩的热处理区内进行热处理，使薄膜定型及松弛，最后在平等的冷却区进行冷却定型，完成横向拉伸，片材被拉伸为所需厚度的薄膜，最终控制内层厚度为1um，所述芯层厚度为19um，所述表层厚度为1.5um；

(4)薄膜离开横向拉伸机后进入牵引装置将薄膜冷却、切去厚边、展平，再用高精度测厚仪进行在线检测厚度和控制，最终以恒定的速度将薄膜送往具有双工位功能的收卷机，当收卷薄膜达到预定长度后，卷臂就回转180度，母卷转离出来，收卷位置被空卷芯取代，然后切断薄膜，将薄膜贴在新的卷芯上，继续进行收卷；已收卷好的母卷放进时效架上，让薄膜进行时效处理，完成烟用薄膜的生产。

实施例3

一种易降解的烟用薄膜，所述烟用薄膜包括芯层和位于芯层两侧的表层和内层，所述内层由80wt％聚乳酸、16wt％丙烯-丙烯酸共聚物、3wt％聚乙烯蜡和1wt％滑石粉组成，所述芯层由96wt％聚乳酸、2wt％乙氧基胺和2wt％石油树脂组成，所述表层由85wt％聚乳酸、11wt％丙烯-丙烯酸甲酯共聚物、2wt％聚乙烯蜡和2wt％滑石粉组成；所述内层厚度为1.5um，所述芯层厚度为18um，所述表层厚度为2um；所述丙烯-丙烯酸共聚物中丙烯单体占比72％；所述丙烯-丙烯酸甲酯共聚物中丙烯单体占比75％。

上述易降解的烟用薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将芯层的原料混合后加入主挤出机，分别将内层的原料和表层的原料混合后加入两台辅助挤出机，控制所述芯层的挤出温度为194℃，所述内层的挤出温度为175℃，所述表层的挤出温度为180℃，芯层、内层、表层的原料在各自的挤出机内，在温度场和力场的作用下，被融化成熔体，熔体在模头处会合后被挤出；

(2)当熔体被挤出模头之后，借助于附片装置的外力作用，迅速贴附在低温、高光洁度镀铬的冷却转鼓表面上，控制冷却转鼓的温度为25-30℃，由于高温熔体经冷却转鼓进行结晶定型，熔体被快速冷却后，当它脱离冷却转鼓时，即完成铸片过程得到片材；

(3)片材进入纵向拉伸机，通过多个高精度金属辊筒进行预热，并在拉伸辊上进行一次拉伸及二次拉伸，将厚片纵向拉长至一定倍数，使聚合物进行纵向定向定型，控制纵向拉伸倍率为3-5倍，即完成纵向拉伸；经过纵向拉伸后的片材进入横向拉伸机，横向拉伸机有两条循环运转的特殊链条，链条上装有链夹，夹住片材的两个边，并支撑在可变幅宽的轨道上，借助于两条链条的同向、同步运行，厚片先在轨道的预热段进行预热，紧接着在有较大扩张角的拉伸区进行横向拉伸，控制横向拉伸倍率为3-5倍，然后在平等及有收缩的热处理区内进行热处理，使薄膜定型及松弛，最后在平等的冷却区进行冷却定型，完成横向拉伸，片材被拉伸为所需厚度的薄膜，最终控制内层厚度为1.5um，所述芯层厚度为18um，所述表层厚度为2um；

(4)薄膜离开横向拉伸机后进入牵引装置将薄膜冷却、切去厚边、展平，再用高精度测厚仪进行在线检测厚度和控制，最终以恒定的速度将薄膜送往具有双工位功能的收卷机，当收卷薄膜达到预定长度后，卷臂就回转180度，母卷转离出来，收卷位置被空卷芯取代，然后切断薄膜，将薄膜贴在新的卷芯上，继续进行收卷；已收卷好的母卷放进时效架上，让薄膜进行时效处理，完成烟用薄膜的生产。

性能测试

将本发明实施例1-3中的易降解的烟用薄膜和专利CN110774714A实施例中的可降解双向拉伸聚乳酸烟膜根据GB/T10006测试摩擦系数，根据GB/T2410测试雾度，根据GB/T8807测试光泽度，根据GB/T1040.3测试力学性能，根据GB/T12026测试热封性能；测试结果如下表1所示：

表1

由表1测试结果可知，本发明实施例1、实施例2、实施例3中的烟用薄膜均具备较好的力学性能、耐摩擦性能、光学性能和热封性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。