一种聚乙烯薄膜及其制备方法与流程

本发明涉及一种聚乙烯薄膜及其制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术：

1、聚乙烯薄膜凭借质轻、透明、柔韧、耐化学腐蚀等优势，广泛应用于生鲜食品包装和医用包装领域。在生鲜食品包装中，聚乙烯薄膜用于果蔬、肉类、海鲜等产品的保鲜包装，可有效减少水分流失，延长货架期；在医用包装中，聚乙烯薄膜用于一次性注射器、输液器、手术器械等医疗器械的无菌包装，是保障医疗安全的重要屏障。

2、然而，现有聚乙烯薄膜在这两个应用场景中存在一些缺陷。

3、一是抗菌性能差，纯聚乙烯分子链无法抑制细菌和霉菌生长。在医用包装领域，聚乙烯薄膜无法有效阻隔外界细菌污染，且包装表面易滋生细菌，存在交叉感染风险，尤其是在医院等细菌密集的环境中，这一问题更为突出。现有技术通常采用在聚乙烯薄膜表面涂覆抗菌剂的方法来提高抗菌性能，但抗菌剂易脱落，耐久性差，且部分抗菌剂存在安全隐患，可能迁移到食品或医疗器械中。

4、二是抗静电性能不佳，聚乙烯是非极性高分子材料，体积电阻率高达1016~1018ω・cm，表面极易积累静电。静电会导致薄膜表面吸附灰尘和杂质，影响包装外观和清洁度，对于医用包装来说，灰尘和杂质可能携带细菌，进一步增加交叉感染风险。在高速包装生产线上，静电会导致薄膜粘连、跑偏、断膜，严重影响生产效率，增加废品率。此外，在某些易燃易爆环境下，静电放电还可能引发火灾和爆炸事故。现有技术通常采用在聚乙烯基体中添加抗静电剂的方法来提高抗静电性能，但抗静电剂易迁移到薄膜表面，随着使用时间延长，抗静电效果逐渐下降，且抗静电剂与抗菌剂之间存在相互干扰，抗菌剂会破坏抗静电剂的导电网络，抗静电剂也会降低抗菌剂的抑菌效果，同时添加量过高还会影响薄膜的力学性能和透明性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种聚乙烯薄膜及其制备方法，兼顾抗菌能力和抗静电能力。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、第一方面，本技术提供一种聚乙烯薄膜制备方法，步骤包括：

4、以三氟乙酸与碳酸二甲酯的混合物为溶剂，溶解壳聚糖季铵盐和磺酸掺杂聚苯胺，得到纺丝液；

5、将所述纺丝液静电纺丝，接收得到纳米纤维膜；

6、于所述纳米纤维膜上下两面各置一层聚乙烯膜，热压复合，得到所述聚乙烯薄膜。

7、本技术提供的聚乙烯薄膜制备方法制得三层夹心复合结构，纳米纤维膜作为中间层，使抗菌成分和导电成分均匀分布在薄膜内部，同时解决抗菌性能差和抗静电性能不佳的问题。

8、进一步地，所述纺丝液中溶质与所述溶剂的质量比为1：6~7；所述溶质中，按质量计，所述壳聚糖季铵盐用10份~20份，所述磺酸掺杂聚苯胺用5份~15份；所述溶剂中，所述三氟乙酸与所述碳酸二甲酯的体积比为7：3~8：2。

9、溶剂体系既利用三氟乙酸的强极性保证壳聚糖季铵盐完全溶解，又通过碳酸二甲酯调节溶剂挥发速率并改善磺酸掺杂聚苯胺的溶解性，避免溶解不完全或纺丝时溶剂挥发过快产生的纤维缺陷。

10、优选地，所述壳聚糖季铵盐与所述磺酸掺杂聚苯胺的质量比为3：2。磺酸掺杂聚苯胺的共轭分子链构成连续导电网络，提供稳定的抗静电性能；壳聚糖季铵盐的阳离子基团穿插在导电网络间隙，既不会破坏网络连续性，又能充分暴露于纤维表面发挥抗菌作用。

11、进一步地，所述溶质中还含有聚氧化乙烯，所述聚氧化乙烯与所述壳聚糖季铵盐的质量比为1：15~50。

12、少量聚氧化乙烯可解决壳聚糖季铵盐和磺酸掺杂聚苯胺混合溶液因分子链刚性大导致的纺丝断丝、纤维不连续问题。聚氧化乙烯用量不足时可纺性改善有限；用量过多则会稀释功能成分浓度，降低抗菌和抗静电效果。

13、更进一步地，所述聚氧化乙烯的分子量为80万~120万。

14、进一步地，在所述于所述纳米纤维膜上下两面各置一层聚乙烯膜的步骤之前，还存在步骤：在所述纳米纤维膜上下两面均涂覆聚乙烯醇缩丁醛溶液，干燥所述聚乙烯醇缩丁醛溶液，在所述纳米纤维膜上下两面各自获得厚度为1μm~3μm的聚乙烯醇缩丁醛涂层。

15、更进一步地，所述聚乙烯醇缩丁醛溶液的浓度为5wt%。

16、进一步地，所述干燥所述聚乙烯醇缩丁醛溶液的要求为：先在室温下放置5分钟，再升温至45℃干燥15分钟。

17、进一步地，所述壳聚糖季铵盐的制备步骤包括：将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，加热反应后，醇沉得到所述壳聚糖季铵盐。

18、该步骤制备的壳聚糖季铵盐具有适中的取代度，既能保证良好的水溶性，使其在混合溶剂中完全溶解，又能提供足够的阳离子抗菌基团，发挥优异的抑菌效果。同时，适中的取代度使壳聚糖季铵盐的分子链极性与磺酸掺杂聚苯胺和聚氧化乙烯相匹配，不会在纺丝液中发生团聚或相分离，保证了功能成分在纤维中的均匀分布。

19、进一步地，所述壳聚糖和所述2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为3：4~5。

20、当2,3-环氧丙基三甲基氯化铵用量低于该范围时，壳聚糖分子链上的季铵盐基团数量不足，水溶性不佳，配制纺丝液效率较低，且抗菌活性不够高；当用量高于该范围时，取代度过高，容易与磺酸掺杂聚苯胺发生强烈的静电相互作用而絮凝，不利于配制均一的纺丝液，尽管可过滤纺丝液除去絮凝物，但使得原料利用率较低。该质量比制备的壳聚糖季铵盐，季铵盐基团分布均匀，既能保证良好的水溶性和抗菌性能，又与磺酸掺杂聚苯胺具有最佳的相容性，不会影响导电网络的形成。

21、此外，当纺丝液种含有聚氧化乙烯时，该比例还能保证壳聚糖季铵盐与聚氧化乙烯之间形成稳定的氢键作用，进一步改善纺丝液的可纺性。

22、进一步地，所述磺酸掺杂聚苯胺的制备步骤包括：将苯胺溶解于盐酸溶液中，冰水浴冷却，滴加过硫酸铵溶液反应，得到聚苯胺；往聚苯胺的盐酸分散液中加入对甲苯磺酸，搅拌混合反应，然后过滤，洗涤至ph至4~5，干燥后得到所述磺酸掺杂聚苯胺。

23、洗涤至ph4~5而非中性，是为了保留部分质子化的聚苯胺结构，形成更连续、更致密的导电网络，大幅提升薄膜的抗静电性能。该步骤制备的磺酸掺杂聚苯胺在三氟乙酸-碳酸二甲酯混合溶剂中具有优异的溶解度，能与壳聚糖季铵盐和聚氧化乙烯形成稳定均一的纺丝液，静电纺丝后得到的纤维导电性能均匀，抗静电效果持久。

24、进一步地，所述磺酸掺杂聚苯胺的制备原料中，按质量计，所述苯胺用5份~15份，所述过硫酸铵用8份~18份，所述对甲苯磺酸用10份~20份。

25、进一步地，所述静电纺丝的要求为：流速0.8ml/h~2.0ml/h，电压12kv~20kv，接收距离12cm~20cm。该流速使纺丝液的供给速率与该纺丝液的射流拉伸速率相匹配，既不会因流速过慢导致射流断裂，也不会因流速过快导致纤维直径过粗或出现珠状缺陷。

26、进一步地，所述热压复合的条件为：温度105℃~125℃，压力1mpa~3mpa，时间2min~6min。该温度可使聚乙烯膜表面轻微软化，同时不会导致聚乙烯膜过度熔融而发生变形或厚度不均，也不会破坏纳米纤维的结构和功能成分的活性。

27、进一步地，所述热压复合过程中施加超声波辅助，功率为200w~400w，频率为20khz~40khz。超声波的机械振动作用可使热压过程中的温度和压力分布更均匀，避免了局部过热或压力不均导致的薄膜变形、厚度不均和性能差异。超声波辅助下，可在更低的温度和压力下实现更好的界面结合，减少了高温高压对薄膜性能的不利影响，同时缩短了热压时间，提高了生产效率。

28、进一步地，所述热压复合的步骤中，两层所述聚乙烯膜总厚度与所述纳米纤维膜的厚度比为3~4：10。

29、如果纳米纤维膜过厚，会导致薄膜透明度下降。该质量比范围可使复合薄膜同时具备优异的抗菌和抗静电性能，又保持了聚乙烯膜原有的高拉伸强度、高断裂伸长率和良好的水汽阻隔性能。

30、第二方面，本技术提供一种聚乙烯薄膜，由第一方面所述的聚乙烯薄膜制备方法制成。

31、本发明的有益效果是：壳聚糖本身具有一定抑菌作用，壳聚糖季铵盐更具有广谱抗菌性，可破坏细菌细胞膜完整性，导致细菌内容物外泄而死亡，磺酸掺杂聚苯胺具有良好导电性，将这两种材料混合并静电纺丝成膜，能够形成连续导电网络，与聚乙烯热压成聚乙烯薄膜后，可将薄膜表面积累的静电及时导走，避免静电吸附灰尘和杂质。