一种充气包装袋用复合膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及聚乙烯复合膜技术领域，具体涉及一种充气包装袋用复合膜及其制备方法。


背景技术：

2.充气包装广泛用于电子半导体行业、纤维光学器件制造行业、电信及无线电通讯、汽车制造行业等，部分精密的电子元件需要使用充气包装的方式进行运输，这些精密的电子元件在运输过程中需要保证其遮光、密封、耐穿刺、防静电、防水防潮性能，目前，在电子元件的充气包装领域，运用最多的复合膜为尼龙/聚乙烯复合膜。尼龙/聚乙烯复合膜之所以可以被广泛应用于充气包装领域，主要是其结合了尼龙材料优良的力学性能和化学稳定性，即优良的耐磨性、韧性、耐热性和耐化学药品性，以及聚乙烯膜质轻、易成型、吸水率低、耐湿性好等优点，这使得用尼龙/聚乙烯复合膜制作的包装袋具有良好的耐磨、韧性、防水、防潮性能。
3.目前应用最为广泛的尼龙/聚乙烯复合膜的结构由外层尼龙膜层，中间胶粘剂层和内层聚乙烯膜组成，尼龙膜虽然有优良的力学性能和化学稳定性，在包装材料领域有着极为广泛的应用，但由于它本身造价较高，由尼龙膜和聚乙烯膜复合制成的包装膜相较于聚乙烯膜的其他复合膜来说制作成本较高，不具有较好的经济效益。pet薄膜是一种性能比较全面的包装薄膜，透明性好，有光泽，具有良好的气密性和优良的机械性能，本身造价较低，可替代尼龙膜作为包装膜的外层材料。然而，相对于尼龙膜来说，pet膜韧性较差，因此，在使用pet 膜作为包装膜的外层膜时，增加pet/聚乙烯复合膜的韧性成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，采用由碳纳米材料包覆纳米caco3组成的核壳粒子对聚乙烯进行增韧，以提高整个复合膜的韧性，核壳粒子中的外层碳纳米材料还可以提高聚乙烯以及整个复合膜的耐磨性。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种充气包装袋用复合膜，包括外层pet膜，中间胶粘剂层和内层pe膜，其中，所述内层pe膜为核壳粒子增韧的聚乙烯薄膜，所述聚乙烯和核壳粒子的质量比为1～1.5:1，所述核壳粒子为碳纳米材料包覆纳米caco3组成的粒子，所述纳米caco3为经过表面改性剂处理的纳米颗粒。
6.进一步优选的技术方案为，所述聚乙烯薄膜包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的任意一种。
7.进一步优选的技术方案为，所述碳纳米材料包括石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管中的任意一种。
8.进一步优选的技术方案为，所述表面改性剂包括硬脂酸、钛酸酯、硅烷偶联剂中的任意一种。
9.聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀。因为优良的电绝缘性能、稳定性、耐湿性以及易于加工成型等优点被广泛应用于电子元件、医疗、食品等包装产品上。目前，在包装领域应用最多的聚乙烯材料主要被分为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯以及超高分子量聚乙烯五种。其中，中密度聚乙烯的支链数目和长短介于低密度聚乙烯和高密度聚乙烯之间，具有优良的耐环境应力开裂性和机械强度、以及分子链柔顺性和易于加工的性能，被广泛应用于光纤缆、护套料通信等领域，这种材料由于工业化生产较为困难，目前我国中密度聚乙烯材料的使用主要依赖于进口。
10.随着科学技术水平的发展以及对包装材料各方面性能要求的提高，越来越多的研究学者及企业研发人员开始聚焦于聚乙烯的改性。根据目前聚乙烯的研究进展，聚乙烯的改性方法主要包括在聚乙烯上引入功能基团如接枝、共聚、交联等手段，以及共混和填充增韧等方法。其中，填充增韧即无机刚性粒子填充增韧塑料是近几年迅速发展的一门技术，刚性粒子的加入在改善基体材料性能的同时，还可以降低生产成本。本发明选择与聚乙烯基体相容性较好、界面粘结力大的纳米碳酸钙作为增韧聚乙烯的纳米粒子。
11.现有技术指出，在使用填充无机刚性粒子的方法对聚合物进行增韧时，刚性粒子的粒径越小，与基体接触面积越大，增韧增强的效果越好。然而，在使用较小的刚性粒子对聚合物进行填充时，刚性粒子之间容易聚集，很难分散均匀，较小的刚性粒子对聚合物的增韧效果反而不好。为了使纳米碳酸钙粒子能够更均匀的被分散到聚乙烯中，本发明采用将纳米碳酸钙制成核壳结构，并将核壳粒子和聚乙烯共混的方法对聚乙烯进行增韧改性。本发明采用碳纳米材料作为核壳结构的外包裹纳米材料，进一步优选的技术方案为，所述碳纳米材料为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管。选用碳纳米材料作为包裹材料，一方面利用碳纳米材料优异的力学性能，使得改性后的聚乙烯的韧性不仅在纳米碳酸钙的作用下得到增强，同时改性后的聚乙烯也享有碳纳米材料的优异力学性能如强韧性和高拉伸强度等。另一方面，当聚乙烯膜受到摩擦产生划痕和裂缝时，碳纳米材料可以迅速填入其中，起到改善聚乙烯膜耐磨性的作用。
12.为了使得纳米碳酸钙能够更好地被碳纳米材料包裹，以及增加纳米碳酸钙在聚乙烯中的分散均匀程度，本发明使用的纳米碳酸钙为经过表面改性剂改性后的纳米颗粒，所述表面改性剂包括硬脂酸、钛酸酯、硅烷偶联剂。采用表面改性剂先对纳米碳酸钙进行处理的原因是，一方面，纳米碳酸钙表面能较高，亲水性较强，与具有低能量和疏水性的聚乙烯相容性较差，另一方面，由于纳米碳酸钙与碳纳米材料之间的相容性较差，在制作核壳结构时需要先对纳米碳酸钙进行表面改性处理，再在表面改性剂或偶联剂的作用下促进碳纳米材料与纳米碳酸钙之间的复合。
13.本发明还提供了一种根据权利要求1所述的复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
14.(1)纳米caco3改性处理：称取纳米caco3并将其溶于水和乙醇的混合溶液中，用磁力搅拌器搅拌至caco3完全润湿，将表面改性剂在超声波的作用下溶解在乙醇中，并将溶液逐步加入到caco3悬浮液中，在80～100℃下反应1～2h，将反应后的溶液取出，烘干并保存；
15.(2)核壳结构粒子制备：分别称取碳纳米材料和经改性处理的纳米caco3并将其混合分散在无水乙醇中，向其混合溶液中加入表面改性剂，在超声波的作用下搅拌2～4h，静
置2～4h后，将其在100～120℃的条件下快速蒸干；
16.(3)聚乙烯的改性：按质量比1～1.5:1称取聚乙烯与核壳结构粒子，设定共混温度为180～260℃，待达到设定温度后，先将聚乙烯放入混合设备中进行混练，再将核壳粒子加入其中进行共混；
17.(4)聚乙烯膜的挤出成型：将步骤(3)得到的共混料加入到挤出机中进行挤出成型；
18.(5)pet膜/聚乙烯膜的复合：在聚乙烯膜上涂覆胶粘剂，并将聚乙烯膜与pet膜复合在一起。
19.进一步优选的技术方案为，在所述纳米caco3改性处理步骤中，按质量百分比计，所述纳米碳酸钙与表面改性剂的比例为10～50:1，所述水和乙醇的体积比为1:3～5。
20.进一步优选的技术方案为，在所述核壳结构粒子制备的步骤中，所述纳米碳酸钙、所述碳纳米材料以及所述表面改性剂的质量比为3～10:1:0.1，所述表面改性剂包括硬脂酸、钛酸酯、硅烷偶联剂中的任意一种。
21.进一步优选的技术方案为，在所述聚乙烯的改性步骤中，所述混练的时间为2～5min，共混时转速为50～80r/min，共混时间为5～10min。
22.本发明的优点和有益效果在于：
23.1、采用pet膜作为包装袋用复合膜的外层结构，并对内层聚乙烯层进行增韧改性可以降低整个包装袋的制作成本，成本降低幅度为 20～30％。
24.2、将纳米碳酸钙用碳纳米材料进行包覆组成核壳结构，并将核壳结构粒子填充到聚乙烯材料中，可以改善聚乙烯的力学性能，使得 pet膜为外层结构的复合膜的力学性能可达到甚至超过以尼龙膜为外层膜的复合膜的力学性能。
25.3、在将纳米碳酸钙与碳纳米材料组成核壳结构之前，采用表面改性及对纳米碳酸钙进行表面处理，不仅可以促进纳米碳酸钙与碳纳米材料之间的复合，也有助于纳米碳酸钙及核壳粒子在聚乙烯中的均匀分散。
具体实施方式
26.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
27.实施例1
28.一种充气包装袋用复合膜，包括外层pet膜，中间胶粘剂层和内层pe膜，其中，所述内层pe膜为核壳粒子增韧的线性低密度聚乙烯薄膜，所述线性低密度聚乙烯与所述核壳粒子的质量比为1:1，所述核壳粒子为石墨烯材料包覆纳米caco3组成的粒子，所述纳米caco3为经过硬脂酸处理的纳米颗粒
29.一种充气包装袋用复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
30.(1)纳米caco3改性处理：称取30g纳米caco3并将其溶于30ml 的水和乙醇的混合溶液中，其中水和乙醇的体积比为1:3，用磁力搅拌器搅拌至caco3完全润湿，将0.6g的硬脂酸在超声波的作用下溶解在乙醇中，并将溶液逐步加入到caco3悬浮液中，在80℃下反应2h，将反应后的溶液取出，烘干并保存；
31.(2)核壳结构粒子制备：分别称取1g石墨烯和10g改性处理的纳米caco3并将其混
合分散在无水乙醇中，向其混合溶液中加入0.1g硬脂酸，在超声波的作用下搅拌2h，静置4h后，将其在100℃的条件下快速蒸干；
32.(3)聚乙烯的改性：称量5g线性低密度聚乙烯与5g核壳结构粒子，设定共混温度为180℃，待达到设定温度后，先将线性低密度聚乙烯放入混合设备中进行混练，混练的时间为2min，再将核壳粒子加入其中进行共混，共混时转速为80r/min，共混时间为5min；
33.(4)聚乙烯膜的挤出成型：将步骤(3)得到的共混料加入到挤出机中进行挤出成型；
34.(5)pet膜/聚乙烯膜的复合：在聚乙烯膜上涂覆胶黏剂，并将聚乙烯膜与pet膜复合在一起。
35.实施例2
36.一种充气包装袋用复合膜，包括外层pet膜，中间胶粘剂层和内层pe膜，其中，所述内层pe膜为由核壳粒子增韧的中密度聚乙烯薄膜，所述中密度聚乙烯与所述核壳粒子的质量比为1.5:1，所述核壳粒子为由氧化石墨烯材料包覆纳米caco3组成的粒子，所述纳米caco3为经过硅烷偶联剂处理的纳米颗粒
37.一种充气包装袋用复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
38.(1)纳米caco3改性处理：称取30g纳米caco3并将其溶于30ml 的水和乙醇的混合溶液中，其中水和乙醇的体积比为1:5，用磁力搅拌器搅拌至caco3完全润湿，将3g的硬脂酸在超声波的作用下溶解在乙醇中，并将溶液逐步加入到caco3悬浮液中，在100℃下反应1h，将反应后的溶液取出，烘干并保存；
39.(2)核壳结构粒子制备：分别称取5g氧化石墨烯和15g改性处理的纳米caco3并将其混合分散在无水乙醇中，向其混合溶液中加入 0.5g硅烷偶联剂，在超声波的作用下搅拌4h，静置2h后，将其在120℃的条件下快速蒸干；
40.(3)聚乙烯的改性：称量7.5g中密度聚乙烯与5g核壳结构粒子，设定共混温度为260℃，待达到设定温度后，先将聚乙烯放入混合设备中进行混练，混练的时间为5min，再将核壳粒子加入其中进行共混，共混时转速为50r/min，共混时间为10min；
41.(4)聚乙烯膜的挤出成型：将步骤(3)得到的共混料加入到挤出机中进行挤出成型；
42.(5)pet膜/聚乙烯膜的复合：在聚乙烯膜上涂覆胶黏剂，并将聚乙烯膜与pet膜复合在一起。
43.对比实施例1
44.在未经过增韧改性的聚乙烯膜上涂覆胶黏剂，并将聚乙烯膜与尼龙膜复合在一起。
45.分别切取实施例1、实施例2和对比实施例1制取的复合膜，切取的复合膜的规格为150*20mm，并对其进行拉断力、拉伸强度、断裂伸长率的测试，测试数据如下表：
[0046][0047]
从表中结果可以看出，采用本发明的技术方案制作的以pet膜为外层结构的复合膜的力学性能可以达到甚至超过市面上以尼龙膜为外层结构的复合膜的力学性能。
[0048]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。