一种透气膜及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种透气膜及其制备方法与应用。

背景技术

目前市场上的主流透气膜克重是：吹膜透气膜15克重，流延透气膜17克重，随着生活水平的提高，大众对透气膜的要求逐步提高，低克重透气膜成为了本领域的发展趋势。但透气膜克重的降低会带来一系列负面影响，如强度降低、容易出现穿刺等，抑或为了提高强度而损失柔韧性、透气性等，难以实现柔韧性、强度、透气性、低克重之间的平衡。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种低克重透气膜及其制备方法与应用。所述透气膜兼具良好的力学性能、柔软舒服的手感、良好的透气性、抗穿刺性和一定的抗静电性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种透气膜，所述透气膜包含如下重量份的组分：茂金属线性低密度聚乙烯(MLLDPE)30～50份、聚丙烯(PP)1～10份、高密度聚乙烯(HDPE)1～10份、碳酸钙40～60份、炭黑3～20份和玻璃纤维0.5～10份。

茂金属线性低密度聚乙烯具有较低的熔点，具有优秀的韧性、透明性和热粘性，被广泛应用于食品包装、拉伸薄膜等领域。高密度聚乙烯化学稳定性好，硬度、强度优于茂金属线性低密度聚乙烯。聚丙烯的强度更高，具有高耐磨加工性能，通过选用茂金属线性低密度聚乙烯、聚丙烯和高密度聚乙烯复配可以兼顾透气膜的强韧性以及透气性。碳酸钙是透气膜中常用的填料，在加工过程中，纵向拉伸时由于树脂发生形变而碳酸钙不发生形变，从而导致树脂与碳酸钙结合的界面出现裂缝，形成微孔，微孔尺寸在0.001～1μm范围内，微孔使空气能通过薄膜，进而使复合材料具有透气性。炭黑具有导电性，加入后可以使透气膜具有一定的抗静电性能。玻璃纤维具有良好的补强作用。通过选用上述材料作为透气膜的填料，可以保证透气膜兼具良好的透气性、强度和韧性。

优选地，所述茂金属线性低密度聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯的重量比为(35～45)：(2～5)：(1～5)。当三者的配比符合上述限定时，透气膜具有优良的力学性能。

进一步优选的，所述碳酸钙、炭黑、玻璃纤维的重量比为(40～50)：(3～8)：(1～3)。不同填料的物化性质不同，碳酸钙、炭黑、玻璃纤维中任意一种材料的用量过多或过少都会打破透气性、强度、抗静电性能的平衡。

优选地，所述透气膜还包含分散剂0.1～2份和抗氧剂0.1～1份。所述分散剂包含三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、硬脂酸钙、聚乙烯蜡中的至少一种。所述抗氧剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；酚类抗氧剂如1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)均三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)三酮等，亚磷酸酯类抗氧剂如三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。

优选地，所述分散剂为三聚磷酸钠和聚乙烯蜡的复配物，所述三聚磷酸钠和聚乙烯蜡的质量比为1：(3～5)。本发明通过实验发现，当体系中使用三聚磷酸钠和聚乙烯蜡作为分散剂，并且二者的配比符合上述限定时，透气膜具有极佳的外观(光滑无疵点)和透气性，还具有优良的力学性能。

优选地，所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯，所述无规共聚聚丙烯在230℃，2.16kg条件下测得的熔融指数为1～8g/10min；所述茂金属线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯在190℃，2.16kg条件下测得的熔融指数为0.5～1g/10min(参考ASTM D1238进行测量)。控制聚丙烯及聚乙烯的熔融指数为上述范围是为了在保证加工性能的情况下尽可能地提高透气膜的强度，抗击穿性能。

优选地，所述玻璃纤维为短切玻璃纤维，短切玻璃纤维更利于加工，对加工设备及加工条件无过多的要求，若使用长玻璃纤维，需要提供更大的剪切作用力才能使体系分散均匀，也会对其他组分的性能产生影响。

同时，本发明还公开了一种上述透气膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将茂金属线性低密度聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、碳酸钙、炭黑、玻璃纤维混合均匀，得到物料A；

(2)将物料A加入双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，得到物料B；

(3)将物料B加入吹膜机中吹膜成型，得到基膜；

(4)将基膜进行预热、纵向拉伸造孔，得到所述透气膜。

优选地，所述步骤(2)中，挤出机为双螺杆挤出机，挤出机的长径比为60～65:1；挤出机的温度为60～240℃；所述步骤(3)中，吹膜机内的挤出机为单螺杆挤出机，挤出机螺杆长径比为28～32:1，螺杆转速为80～200r/min，吹膜机的吹胀比为3～5:1，吹膜机机筒温度为第一区60℃，其它区150～220℃，口模温度为160～220℃；所述步骤(4)中，纵向拉伸比例为2～6:1。

本发明通过对加工工艺以及设备进行改进，在膜泡周边挂上垂帘，同时在膜泡外围与垂帘构成的空间里通入恒定温度的冷空气(20℃)，可以保证制备条件稳定，提高薄膜的纵向和横向的拉伸强度。

此外，本发明还公开了所述透气膜在日用品、农副产品、医疗产品包装中的应用。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过选用茂金属线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、碳酸钙和玻璃纤维制备出了一种兼具良好的强度、柔韧性、透气性的低克重透气膜。

(2)本发明通过对茂金属线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯的配比，碳酸钙、炭黑、玻璃纤维的配比进行限定，进一步提高了透气膜的力学性能，同时还赋予了透气膜抗静电性。

(3)本发明通过对分散剂的种类、聚丙烯和聚乙烯的熔融指数进行筛选，进一步增强了透气膜的综合性能。

(4)本发明通过对透气膜的生产工艺进行优化，进一步提升了透气膜的强度。

附图说明

图1为透气膜的制备装置图；

图2为膜泡外围恒温装置图。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例及对比例中使用的材料如下：

茂金属线性低密度聚乙烯：在190℃，2.16kg条件下测得的熔融指数为1g/10min；

无规共聚聚丙烯：在230℃，2.16kg条件下测得的熔融指数为5g/10min；

高密度聚乙烯：在190℃，2.16kg条件下测得的熔融指数为1g/10min；

抗氧剂：双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯；

分散剂：三聚磷酸钠、聚乙烯蜡；

如无特殊说明，实施例和对比例中的成分均可通过商业渠道获得；熔融指数均参考ASTM D1238测得。

实施例1～10

本发明所述透气膜的实施例，其配方如表1所示，制备方法如下：

(1)将茂金属线性低密度聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、碳酸钙、炭黑、玻璃纤维混合均匀，得到物料A；

(2)将物料A加入长径比65:1的双螺杆挤出机中熔融挤出，造粒，得到物料B；挤出机的温度为180～240℃；

(3)将物料B干燥、加入吹膜机中吹膜成型，得到基膜；吹膜机中使用单螺杆挤出机熔融挤出，螺杆长径比为29:1；吹膜机的吹胀比为3.5:1，螺杆转速为100r/min，吹膜机机筒第一区温度为60℃，吹膜机机筒其他区温度为220℃，口模温度为180℃；

(4)将基膜进行预热、纵向拉伸，纵向拉伸比为5，得到所述透气膜。

图1为透气膜的制备装置图，图2为图1中A部分的放大图：膜泡外围恒温装置图，在膜泡周边挂上垂帘，同时在膜泡外围与垂帘构成的空间里通入恒定温度的冷空气(20℃)进行降温。制备出的透气膜的克重为12克重。

对比例1～2

对比例1～2为透气膜，其配方如表1所示，制备方法与实施例相同。

表1(重量份)

对实施例1～10和对比例1～2制备出的透气膜进行性能测试，测试标准如下，测试结果如表2所示。

透气性：参考ASTM E96/E96M进行测试，在条件A下进行测试；

拉伸强度：参考DIN EN ISO 527进行测试；

伸长率：参考DIN EN ISO 527进行测试；

表面电阻率：参考EN1149-1进行测试；

抗穿刺力：参考GB/T 37841-2019进行测试；

克重：参考EN ISO 2286-2进行测试；

外观：包括厚薄均匀，无疵点(晶点，白点，黑点)，花纹，孔洞等瑕疵。

表2

由表2可知，实施例1～10均具有良好的透气性(＞2500g/m

对比例1中MLLDPE的用量过多，导致透气性大幅降低，不能满足透气膜的一般要求；对比例2中PP的用量过多，碳酸钙的用量过少，对透气性及产品的外观都会产生严重的影响。

对比实施例1～5的性能测试结果可以发现，实施例1～3的综合性能明显优于实施例4～5，该结果表明，各成分的配比对透气膜的性能影响较大，需要进行严格的控制，只有当茂金属线性低密度聚乙烯：聚丙烯：高密度聚乙烯：碳酸酐：炭黑：玻璃纤维＝30～50：1～10：1～10：40～60：3～20：0.5～10时，才能使透气膜的各项性能达到最优标准。

对比实施例2与实施例7～9的测试结果可以发现，分散剂的种类及配比也会影响透气膜的透气性及外观，当分散剂为三聚磷酸钠和聚乙烯蜡的复配物时，性能相对较好，此外，当两者的配比为1：(3～5)时，综合性能更优。

对比实施例2与实施例10的测试结果可以发现，炭黑的用量相对较高，透气膜的塑韧性会大幅下降。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。