一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及卫生用品技术领域，更具体地，涉及一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料及其制备方法和应用。

背景技术

聚烯烃透气膜因其透气防水特性，广泛应用于纸尿裤、卫生巾、一次性手术衣等卫生用品领域，其制备工艺是先用以碳酸钙为主的无机填料填充聚烯烃进行共混改性制备透气膜专用料，然后经流延或吹膜并拉伸后制得透气膜，在拉伸过程中，聚烯烃树脂与无机填料在界面处发生脱附并形成微小的孔隙从而实现透气防水的功能。聚烯烃透气膜主要性能包括拉力、透湿量、静水压和耐渗透性能等，其中高透气性与高耐渗透性具有一定的冲突，一般而言，拉伸比越高透气性越好，但同时其耐渗透性会变差。随着市场的发展，目前对透气性和耐渗透性的要求越来越高，因此如何制备高透气高耐渗透透气膜已经成为本领域亟需解决的技术问题。

专利申请CN110079001A公开了一种极薄高透气零渗透透气膜，由纳米级重质碳酸钙(30-50wt％)、茂金属聚乙烯(10-15％)和低密度聚乙烯组成，采用高倍数多级拉伸技术制备，但纳米级重质碳酸钙因其超高的比表面积难以很好地分散在聚合物中，进而会导致严重的膜面晶点等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有透聚烯烃透气膜难以实现高透气高耐渗透的缺陷和不足，提供一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料。

本发明的另一目的在于提供一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜。

本发明的再一目的在于提供一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜在卫生用品领域中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，以重量份数计，包括如下组分：

聚烯烃树脂组合物40～60份，表面改性微米级重质碳酸钙40～60份，分散剂0.5～2份，抗氧剂0.5～1份，

其中，聚烯烃树脂根据ASTM D882-2018测定的拉伸模量≥110MPa，

所述表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)为1～3μm，有效粒径(D10)≥0.8um，最大粒径(D100)≤6um。

本发明采用表面改性微米级重质碳酸钙，通过表面改性可以提高填料与树脂的相容性，进而提高填料在树脂基体中的分散性，使得所制透气膜无晶点等缺陷。相对于现有技术采用的纳米级重质碳酸钙，本发明采用的微米级重质碳酸钙比表面积更小，粉体更不易团聚，其在树脂基体中的分散也更好，且微米级重质碳酸钙的堆积密度要远大于纳米级重质碳酸钙，更有利于高产能生产。

分散剂可以为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、酰胺类、高分子型分散剂的一种或多种组合物。

抗氧剂可以为受阻酚类、亚磷酸酯类、硫醚类的一种或多种组合物。

通过优选树脂体系和碳酸钙粒径可大大提高拉伸成孔均匀性，制备高透气高耐渗透聚烯烃透气膜。

拉伸时界面脱附成孔与树脂的塑性变形为竞争关系，当树脂模量较低时，拉伸成孔较少但尺寸较大，其耐渗透性能也就相对差；而树脂模量较高时拉伸成孔数量较多且尺寸更均匀，其耐渗透性能也更好，通过优选高模量线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯树脂，有利于拉伸过程中更多的树脂填料界面脱附成孔，且孔径分布更均匀，避免在较高的拉伸比下出现过大的孔隙导致渗漏。

表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)为1～3μm，有效粒径(D10)≥0.8um，最大粒径(D100)≤6um。碳酸钙粒径越大其界面脱附成孔所需的应力越小，粒径越小其界面脱附成孔所需的应力越大，通过优选粒径范围可以使得碳酸钙拉伸成孔更均匀，且能避免过小粒径成分团聚导致的晶点等问题、过大粒径成分导致的针孔等问题。

本发明优选窄粒径分布微米级重质碳酸钙，提高粉体有效成孔比例和成孔均匀性。

优选地，所述聚烯烃树脂根据ASTM D882测定的拉伸模量为110～200MPa。

优选地，所述聚烯烃树脂组合物是低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯和聚丙烯中一种或多种。

其中，低密度聚乙烯的重量占整个高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料重量的5～15％；线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯的重量比为1:3～3:1，聚丙烯的重量占整个高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料重量的5％。

为了进一步改善透气膜的加工性能，优选地，所述低密度聚乙烯熔指5～10g/10min。

优选地，所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中一种或多种，熔指2～5g/10min(230℃/2.16kg)。

本发明的表面改性微米级重质碳酸钙为经过硬脂酸、钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂、马来酸酐接枝聚乙烯蜡中的一种或多种组合改性剂改性得到的表面改性微米级重质碳酸钙。

其中，表面改性微米级重质碳酸钙中包括微米级重质碳酸钙和改性剂量两种组分，其中改性剂的含量为总重量的0.8％～1.2％。

同时，本发明的高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法也在本发明的保护范围之内，具体包括如下步骤：

S1.将聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀，得到混合料；

S2.将上述混合料和表面改性微米级碳酸钙喂入双螺杆挤出机，熔融塑化挤出，切粒得到所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料。

其中，需要说明的是聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀可以通过高速混合机混合。

优选地，本发明所述双螺杆挤出机的螺杆直径为58～96mm，长径比为48～56，并分别设置有主喂料口和侧喂料系统。

优选地，所述双螺杆挤出机的挤出机加工温度设定160～240℃。

优选地，本发明的聚烯烃透气膜专用料的制备方法的制备方法中将混合料和部分微米级表面改性重质碳酸钙通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，其余微米级表面改性重质碳酸钙通过挤出机侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中，更优选地，通过主喂料口和侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中的微米级表面改性重质碳酸钙质量比为1:2.5～1:1。

碳酸钙因粒径较小其堆积密度低，因此喂料能力较差，通过主侧喂系统可以提高其产能。

优选地，切粒得到所述聚烯烃透气膜专用料经除湿干燥后进行成品包装，除湿干燥温度为80～90℃。

在具体使用上述聚烯烃透气膜专用料制备聚烯烃透气膜的应用中，本发明同时还具体保护一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在1.8～2.8，薄膜预热温度设定70～80℃，拉伸温度设定80～90℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定85～100℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜。

在本发明的高透气高耐渗透聚烯烃透气膜的制备过程中，拉伸比设定可以进一步控制透气性能，拉伸比越大成孔越多越大，透气性越好，但其横向拉力越小，热收缩越大，也易出现破洞、断膜影响生产效率，因此需要合适的拉伸比。

本发明的高透气高耐渗透聚烯烃透气膜在卫生用品领域中的应用也在本发明的保护范围之内。比如纸尿裤、一次性手术衣等卫生用品领域，尤其是在婴儿纸尿裤制备中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，通过优选高模量线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯树脂，有利于拉伸过程中更多的树脂填料界面脱附成孔，且孔径分布更均匀，避免在较高的拉伸比下出现过大的孔隙导致渗漏，通过采用表面改性微米级重质碳酸钙，可实现填料在树脂基体中的良好分散，解决粉体团聚引起的膜面晶点等缺陷问题，具备高透气性。

本发明的聚烯烃透气膜透湿量可以达到3000g/m

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

其中，本发明的主要原料来源如下：

表面改性微米级重质碳酸钙来源于英格瓷(芜湖有限公司)、广东盛朗白石工业有限公司和广东翔龙科技股份有限公司。

低密度聚乙烯来源于陶氏化学；

线性低密度聚乙烯来源于陶氏化学和埃克森美孚；

茂金属聚乙烯来源于埃克森美孚；

聚丙烯来源于中国石油化工股份有限公司茂名分公司；

分散剂为聚乙烯蜡，来源于霍尼韦尔；

抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类，来源于天津利安隆新材料股份有限公司。

具体性能检测方法如下：

28004-2011纸尿裤(片、垫)内测试渗透性能的方法中，所用标准压块为φ100mm，质量为(1.2±0.002)kg(可产生1.5kPa的压强)，所用测试溶液为0.9％氯化钠溶液，测试时长为1min，而针对透气膜，市场提出了更高的耐渗透要求，具体测试方法如下：

仪器：

1)5ml移液管一支；

2)中速化学定性分析滤纸；

3)厨房用纸：事先剪裁成直径55mm圆片；

4)2kg砝码若干(结合圆形厨房用纸，可产生8.4kPa的压强)；

5)计时器一个

6)透明亚克力板：100mm*100mm

测试液：

表面张力为43mN/m的乙二醇乙醚与甲酰胺混合液(加少量色素)

测试：

1)将待测透气膜放置于三枚滤纸上，并将三枚φ55mm的圆形厨房用纸放在待测透气膜上；

2)将1ml表面张力为43mN/m测试液均匀地滴在厨房用纸上，然后放上亚克力板(其重心与厨房用纸保持同一水平位置)，再放上2kg砝码(其重心与亚克力板保持同一水平位置)；

3)1小时候移去砝码、亚克力板、厨房用纸和测试透气膜，观察滤纸上是否存在渗透液体，若无渗出或少量小点状渗出，则判定测试样品耐渗透性能合格；若测试样品下的第一枚滤纸有渗透液体形成的渗出斑，或者表面张力测试液渗出至第二枚滤纸，则判定测试样品耐渗透性能不合格；

4)平行测试5组

按照本发明所提供方案，上述实施例均能制备得到外观良好，高透气且高耐渗透聚烯烃透气膜。上述性能测试中，透湿量测试按照GB/T 12704.2-2009蒸发法进行测试，但测试条件设定为温度(40±2)℃，相对湿度(60±2)％，记录测试结果平均值。

实施例1

一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，以重量份数计，包括如下表1所示组分。

其中，表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)2um，有效粒径(D10)和最大粒径(D100)分别为0.85um和5um，其表面改性剂为硬脂酸含量为1.0wt％；

低密度聚乙烯熔指为7g/10min，线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯拉伸模量分别为110MPa和200MPa，比例为1:1:1；

分散剂为聚乙烯蜡，添加量为1wt％；

抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类，总添加量为1wt％。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法为：

S1.将聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀，得到混合料；

S2.将上述混合料和表面改性微米级碳酸钙喂入双螺杆挤出机，熔融塑化挤出，切粒得到所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，加工温度为200℃，主喂料口和侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中的碳酸钙质量比为1:2。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在2.0，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

实施例2

一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，以重量份数计，包括如下表1所示组分。

表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)2um，有效粒径(D10)和最大粒径(D100)分别为0.85um和5um，其表面改性剂为硬脂酸，含量为1.0wt％；

低密度聚乙烯熔指为7g/10min，线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯拉伸模量分别为110MPa和200MPa，比例为1:1:1；

分散剂为聚乙烯蜡，添加量为1wt％；

抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类，总添加量为1wt％。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法为：

S1.将聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀，得到混合料；

S2.将上述混合料和表面改性微米级碳酸钙喂入双螺杆挤出机，熔融塑化挤出，切粒得到所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，加工温度为200℃，主喂料口和侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中的碳酸钙质量比为1:2。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在2.5，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

实施例3

一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，以重量份数计，包括如下表1所示组分。

表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)2um，有效粒径(D10)和最大粒径(D100)分别为0.85um和5um，其表面改性剂为硬脂酸，含量为1.0wt％；

低密度聚乙烯熔指为7g/10min，线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯拉伸模量分别为110MPa和200MPa，比例为1:3:4；

聚丙烯为均聚聚丙烯，熔指为3g/10min

分散剂为高分子型分散剂，添加量为1wt％；

抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类，总添加量为1wt％。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法为：

S1.将聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀，得到混合料；

S2.将上述混合料和表面改性微米级碳酸钙喂入双螺杆挤出机，熔融塑化挤出，切粒得到所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，加工温度为200℃，主喂料口和侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中的碳酸钙质量比为1:2。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在2.7，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

表1

对比例1

一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，以重量份数计，包括如下表2所示组分。

表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)2um，有效粒径(D10)和最大粒径(D100)分别为0.65um和15um，其表面改性剂为硬脂酸，含量为1.2wt％；

低密度聚乙烯熔指为7g/10min，线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯拉伸模量分别为110MPa和200MPa，比例为1:1；

分散剂为聚乙烯蜡，添加量为1wt％；

抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类，总添加量为1wt％。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法为：

S1.将聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀，得到混合料；

S2.将上述混合料和表面改性微米级碳酸钙喂入双螺杆挤出机，熔融塑化挤出，切粒得到所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，加工温度为200℃，主喂料口和侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中的碳酸钙质量比为1:2。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在2.5，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

对比例2

一种高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，以重量份数计，包括如下表2所示组分。

表面改性微米级重质碳酸钙平均粒径(D50)2um，有效粒径(D10)和最大粒径(D100)分别为0.85um和5um，其表面改性剂为硬脂酸，含量为1.0wt％；

低密度聚乙烯熔指为7g/10min，线性低密度聚乙烯和茂金属聚乙烯拉伸模量分别为90MPa和87MPa，比例为1:1；

分散剂为聚乙烯蜡，添加量为1wt％；

抗氧剂为受阻酚类和亚磷酸酯类，总添加量为1wt％。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料的制备方法为：

S1.将聚烯烃树脂组合物、分散剂和抗氧剂混合均匀，得到混合料；

S2.将上述混合料和表面改性微米级碳酸钙喂入双螺杆挤出机，熔融塑化挤出，切粒得到所述高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料，双螺杆挤出机螺杆直径为75mm，长径比为52，加工温度为200℃，主喂料口和侧喂料系统加入到双螺杆挤出机中的碳酸钙质量比为1:2。

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在2.5，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

对比例3

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将实施例1的高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在1.5，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

对比例4

高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，由如下方法制备：

S3.将实施例1的高透气高耐渗透聚烯烃透气膜专用料经流延挤出机熔融塑化挤出，熔体经流延机T型模头的狭缝式口模被连续挤出，后经流延辊冷却成薄膜；

S4.对所述薄膜进行单向拉伸，拉伸比控制在3.0，薄膜预热温度设定75℃，拉伸温度设定80℃；

S5.将拉伸后的薄膜进行热定型处理，热定型温度设定90℃，即得高透气高耐渗透聚烯烃透气膜，克重20g/m

表2.

结果检测

具体检测结果见下表3。

表3

其中，对比例5碳酸钙含量30％，成孔太少，基本无透气性能；

对比例6碳酸钙含量70％，原因粉体含量太多，难以拉伸，无法满足相关性能要求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。