應(yīng)用于鍍鋁薄膜的PE改性材料的研發(fā)

邊亞微，楊樹娥，陳 錚，劉素芹

(天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津 300450)

鍍鋁膜是采用特殊工藝在塑料薄膜表面鍍上一層極薄的金屬鋁而形成的一種復(fù)合軟包裝材料，其中最常用的加工方法當(dāng)數(shù)真空鍍鋁法，就是在高真空狀態(tài)下通過高溫將金屬鋁融化蒸發(fā)，使鋁的蒸氣沉淀堆積在塑料薄膜表面上，從而使塑料薄膜表面具有柔光感。薄膜表面鍍鋁的作用就是遮光、防紫外線照射，一方面延長內(nèi)容物的保質(zhì)期，另一方面也提高了薄膜的亮度，從一定程度上代替了鋁箔。由于鍍鋁膜既具有塑料薄膜的特性，又具有金屬柔光的特性，是一種廉價(jià)美觀、性能優(yōu)良、實(shí)用性強(qiáng)的包裝材料。因此，鍍鋁膜在復(fù)合包裝中應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用于食品、餅干等干燥、膨化食品包裝和醫(yī)藥包裝，快餐食品、茶葉、咖啡和化妝品等[1-4]。

如果直接在PE表面鍍鋁，傳統(tǒng)PE膜表面張力太小，不可以直接用于真空鍍鋁。因此，傳統(tǒng)的鍍鋁加工過程中，在鍍鋁層的表面會增涂一層連接劑，以增加鍍鋁層的牢靠度，降低鍍鋁層的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，因而增涂涂層的好壞將直接關(guān)系鍍鋁層轉(zhuǎn)移程度的大小。隨著對鍍鋁層工藝發(fā)展的成熟，目前大多數(shù)鍍鋁膜廠家都省去了涂層工藝。然而，相應(yīng)地鍍鋁轉(zhuǎn)移程度也隨之增加，進(jìn)而對內(nèi)部包裝的食品、醫(yī)藥等內(nèi)容物帶來污染的安全隱患[5-8]。

項(xiàng)目使用PE材料作為鍍鋁膜的基材，一方面PE材料成本比較便宜，另一方面PE膜本身具有較好的韌性、透氣性與隔離性等，在性能和成本上非常適合用作鍍鋁層的可選材料。同時(shí)，項(xiàng)目研發(fā)的鍍鋁專用PE材料可解決傳統(tǒng)聚乙烯薄膜在真空鍍鋁層時(shí)，所鍍的鋁層結(jié)合力不強(qiáng)，附著力較低，鋁層會脫落的技術(shù)問題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

線性低密度聚乙烯(LLDPE)為無毒、無味、無臭的乳白色顆粒，除具有一般聚烯烴樹脂的性能外，其抗張強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度、耐環(huán)境應(yīng)力開裂性、耐低溫性、耐熱性和耐穿刺性尤為優(yōu)越，并可耐酸、堿、有機(jī)溶劑。LLDPE已滲透到聚乙烯的大多數(shù)傳統(tǒng)市場，包括薄膜、模塑、管材和電線電纜等，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生和日常生活用品等領(lǐng)域。

低密度聚乙烯，又稱高壓聚乙烯(LDPE)，是聚乙烯樹脂中最輕的品種，呈乳白色、無味、無臭、無毒、表面無光澤的蠟狀顆粒。具有良好的柔軟性、延伸性、電絕緣性、透明性、易加工性和一定的透氣性。其化學(xué)穩(wěn)定性能較好，耐堿、耐一般有機(jī)溶劑。適用于食品包裝、藥品包裝、纖維制品包裝、日化用品包裝等。由于單層PE薄膜的機(jī)械性能較差,所以通常用作復(fù)合包裝袋的內(nèi)層,即多層復(fù)合薄膜熱封性基材。

駐極母粒是以聚丙烯為基材，添加納米電氣石母粒，從而達(dá)到長期儲存電荷釋放負(fù)離子功能。在醫(yī)用口罩領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。電氣石，是一種以含硼為主，還含鋁、鈉、鐵、鎂、鋰等元素的硅酸巖礦物。由于它是一種結(jié)構(gòu)特殊的極性結(jié)晶體，自身能長期產(chǎn)生電離子，并永久釋放空氣負(fù)離子和遠(yuǎn)紅外線。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

TE-35型雙螺桿擠出機(jī)，南京歐立； SA600注塑機(jī)，海天塑機(jī)；萬能試驗(yàn)機(jī)、缺口制樣機(jī)、簡支梁試驗(yàn)機(jī)，美斯特；熔融指數(shù)儀，上海思爾達(dá)有限公司。

1.3 工藝流程

鍍鋁專用PE材料對剝離強(qiáng)度具有較高要求，提高吸附性能的同時(shí)需要兼顧機(jī)械性能。因此，采用對材料性能影響較小的納米電氣石粉駐極母粒。實(shí)驗(yàn)工藝流程見圖1、圖2。

圖1 雙螺桿改性工藝流程圖

圖2 吹膜工藝流程圖

實(shí)驗(yàn)擬采用熔融共混法，將LLDPE、LDPE及其它助劑按不同比例混合均勻后加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料口，原料經(jīng)擠出、冷卻、切粒、干燥得到改性后的產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)過注塑成樣條，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對樣條進(jìn)行檢測，得到產(chǎn)品性能指標(biāo)。再將改性產(chǎn)品與其他樹脂按不同比例分別加入吹膜機(jī)各喂料口，原料經(jīng)熔融、擠出、吹脹、夾平、收卷得到膜樣品，膜樣品經(jīng)過裁剪成標(biāo)準(zhǔn)膜片，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，得到膜樣品性能指標(biāo)。然后根據(jù)結(jié)果確定出LLDPE、LDPE、駐極母粒與其他助劑的適宜比例。

2 注塑與檢測

采用海天塑機(jī)SA600注塑機(jī)制備標(biāo)準(zhǔn)樣條，注塑條件見表1。

表1 注塑機(jī)注塑條件

采用五層共擠吹膜試驗(yàn)機(jī)制備膜樣品，吹膜條件見表2。

表2 吹膜機(jī)吹膜條件

利用萬能試驗(yàn)機(jī)，對注塑機(jī)制備的樣條進(jìn)行檢測，檢測方法和國標(biāo)依據(jù)見表3。

表3 樣條的檢測方法和依據(jù)

3 結(jié)果與討論

此項(xiàng)目以線性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)為高分子基體，以馬來酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)為相容劑，以納米電氣石粉駐極母粒作為極性填料，進(jìn)行了鍍鋁用PE材料的制備與性能研究。在使復(fù)合材料獲得一定力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，研究重點(diǎn)在于提高復(fù)合材料的剝離強(qiáng)度，制備綜合性能優(yōu)良的極性復(fù)合材料。

3.1 配方設(shè)計(jì)與改性試驗(yàn)

將LLDPE、LDPE、電氣石粉、駐極母粒及其他助劑按比例混合、擠出、冷卻、切粒、干燥得到改性后試驗(yàn)產(chǎn)品，并注塑制得樣條，并進(jìn)行力學(xué)的檢測。選擇綜合性能較好的批次，按配方批量制備進(jìn)行吹膜試驗(yàn)，再將膜樣品裁剪成標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行檢測。

3.1.1 探究不同比例基體及駐極填料對鍍鋁PE材料的影響(表4、表5)

表4 不同比例基體及駐極填料的鍍鋁PE配方表

表5 不同比例基體及駐極填料制備鍍鋁PE性能指標(biāo)

根據(jù)基體及阻隔填料不同比例進(jìn)行正交試驗(yàn)。LLDPE、LDPE比例分別為3.5 ∶1～4.5 ∶1、4.5 ∶1～5.5 ∶1，電氣石粉和駐極母粒添加量分別為1%～2%、2%～3%和2%～3%、3%～4%。

通過表4、表5的研究數(shù)據(jù)可知，隨著LLDPE的增加，鍍鋁PE材料的拉伸強(qiáng)度逐漸提高；隨著駐極填料含量的增加，鍍鋁PE材料的拉伸強(qiáng)度逐漸降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果下步試驗(yàn)選取3#～8#進(jìn)行批量制備進(jìn)行吹膜實(shí)驗(yàn)。鍍鋁PE膜性能指標(biāo)見表6。

表6 鍍鋁PE膜性能指標(biāo)

通過表6的研究數(shù)據(jù)可知，隨著駐極填料的增加，鍍鋁PE材料的剝離強(qiáng)度逐漸升高；當(dāng)隨著駐極填料中電氣石粉含量達(dá)到1%～2%時(shí)剝離強(qiáng)度高于1.5 N/15 mm，電氣石粉以駐極母粒的形式制備鍍鋁PE能起到更好的分散效果，有助于改善膜的外觀質(zhì)量。

3.2 結(jié)論

1)隨著LLDPE的增加，鍍鋁PE材料的拉伸強(qiáng)度逐漸提高；隨著駐極填料含量的增加，鍍鋁PE材料的拉伸強(qiáng)度逐漸降低。

2)隨著駐極填料的增加，鍍鋁PE材料的剝離強(qiáng)度逐漸升高；當(dāng)隨著駐極填料中電氣石粉含量達(dá)到1%～2%時(shí)，剝離強(qiáng)度高于1.5 N/15 mm。

3)電氣石粉以駐極母粒的形式制備鍍鋁PE能起到更好的分散效果，有助于改善膜的外觀質(zhì)量。