CN115674628B - 一种聚乙烯超薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯超薄膜及其制备方法，包括以下步骤：S1.将超高分子量聚乙烯和石蜡油按重量份通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，得到基膜；S2.将基膜依次进行纵向拉伸和一次横向拉伸，得到薄膜；S3.将薄膜进行萃取，得到微孔预制膜；S4.将微孔预制膜进行二次横向拉伸，得到预制超薄膜；S5.将预制超薄膜进行热拉处理，热定型后得到聚乙烯超薄膜。本发明通过经不同倍数的纵向拉伸和一次横向拉伸后，再二次横向拉伸后经热化处理后得到小于5μm的超薄膜、双向拉伸强度≥200MPa、厚度可调控和热拉时间短的一种聚乙烯薄膜。
Description
技术领域
本申请涉及聚乙烯薄膜制造技术领域，具体涉及一种聚乙烯超薄膜及其制备方法。
背景技术
聚乙烯薄膜广泛应用于食品、包装、农业、医药等行业。传统的聚乙烯薄膜以LLDPE、LDPE和HDPE为原材料，同时加入一些功能助剂如润滑剂、抗氧化剂、填料做成母粒使用，主要采用吹塑和流延的制造方法。该方法生产出的薄膜厚度至少在15μm以上，即使新一代的预拉伸缠绕膜，其最小厚度也只能做到7μm，同时这些薄膜的拉伸强度普遍低于30MPa。
国内专利CN107415270B中选用重均分子量300万以上（平均重均分子量为525万）的超高分子量聚乙烯，并采用双向拉伸工艺制备得到微孔膜，然后采用多组转动辊进行闭孔热处理得到超高分子量聚乙烯高耐磨薄膜，该方法在进行闭孔热处理时，一方面热处理时间长，普遍需要10分钟，另一方面由于横向没有夹持力会导致严重的横向热收缩，进而出现厚度薄化难，最小厚度只能达到12μm，且存在厚度大小不易控制、强度不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚乙烯超薄膜及其制备方法，采用重均分子量介于20~400万的超分子量聚乙烯，通过改良工艺参数，解决厚度大、厚度难以控制以及强度不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：
一种聚乙烯超薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1.将超高分子量聚乙烯和石蜡油按重量份通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，得到基膜；
S2.将基膜依次进行纵向拉伸和一次横向拉伸，得到薄膜；
S3.将薄膜进行萃取，得到微孔预制膜；
S4.将微孔预制膜进行二次横向拉伸，得到预制超薄膜；
S5.将预制超薄膜进行热拉处理，热定型后得到聚乙烯超薄膜。
优选地，所述S1步骤中，所述超高分子量聚乙烯的重量份为15~40份，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为20~400万，所述石蜡油的重量份为60~85份。
优选地，所述双螺杆挤出机的挤出温度为175~205℃，通过流延得到基膜，所述基膜厚度为0.5~2mm。
优选地，所述S2步骤中，纵向拉伸时，拉伸倍率为5~10倍，拉伸温度为95~125℃。
优选地，所述S2步骤中，一次横向拉伸时，拉伸倍率为6~12倍，拉伸温度为110~130℃。
优选地，所述S3步骤中，萃取剂为二氯甲烷，所述微孔预制膜的厚度为15~40μm，孔隙率为30%~60%。
优选地，所述S4步骤中，二次横向拉伸时，拉伸倍率为1~3倍，拉伸温度为120~140℃。
优选地，所述S5步骤中，热拉处理时，热拉温度135~155℃，热拉时间为5~20s。
一种聚乙烯超薄膜，采用上述的一种聚乙烯超薄膜的制备方法制得。
本发明的有益效果为： 本发明通过使用重均分子量为20~400万的超高分子量聚乙烯和石蜡油进行熔融混炼，经不同倍数的纵向拉伸和一次横向拉伸后，得到一个微孔预制膜，将微孔预制膜进行萃取后，再二次横向拉伸后经热化处理后得到小于5μm的超薄膜，通过该方法可实现超薄、强度高、厚度可调控和热拉时间短的一种聚乙烯超薄膜。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图；
图2为本发明的微孔预制膜二次横拉后的SEM图，箭头所示为微孔；
图3为实施例1热拉后的成品膜SEM图，箭头所示为微孔；
图4为实施例5热拉后的成品膜SEM图，箭头所示为微孔。
具体实施方式
为了更清楚地展现本发明地目的、技术方案和优点，下面将结合实施例对本申请作进一步说明。
本发明采用石蜡油为增塑剂，以湿法工艺的方法生产多孔预制膜。湿法工艺的技术路线是：将石蜡油和超高分子量聚乙烯以一定比例熔融共混，通过T型模头经流延得到基膜，然后进行纵向拉伸，得到纵向取向的薄膜，在此基础上进行第一次横向拉伸，使分子链在薄膜平面内沿各个方向发生取向，形成交错的微纤网络结构，然后用二氯甲烷进行萃取，得到具有多孔的微孔预制膜。本发明为了使多孔的微孔预制膜更好的进行闭孔薄化（纤维晶的相互熔合），进行二次横向拉伸，拉伸温度在熔点以下，一方面形成更高的取向度，提高强度；另一方面细化纤维晶的直径，同时降低纤维晶的相互距离，提高交织度。然后在保持应变不变的前提下，在熔点温度以上进行闭孔薄化，最后进行定型热处理。该工艺通过控制二次横拉拉伸比、热拉温度、热拉时间、预制膜的孔隙率来控制薄膜的厚度。通过该方法可实现三个目的：超薄（厚度小于5μm）、强度高（双向拉伸强度≥200MPa）和厚度可调控。
一种聚乙烯超薄膜的制备方法，包括以下步骤（如图1所示）：
1）分别按重量份取重均分子量为20~400万的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）15~40份和固含量为15~40%的石蜡油60~85份，将二者通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度为175~205℃，通过流延得到基膜，厚度为0.5~2mm；
2）将基膜先进行纵向拉伸，拉伸倍率为5~10倍，拉伸温度为95~125℃；
3）纵向拉伸后进行一次横向拉伸，拉伸倍率为6~12倍，拉伸温度为110~130℃，得到薄膜；
4）将薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，微孔预制膜的厚度为15~40μm，孔隙率为30%~60%；
5）将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为1~3倍，拉伸温度为120~140℃，得到预制超薄膜；
6）将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度135~155℃，热拉时间为5~20s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7）检测超薄膜、收卷、包装入库。
具体地，如图1所示，一种聚乙烯超薄膜的制备方法的工艺概括为熔融挤出，再流延成膜，再进行纵向拉伸，再进行一次横向拉伸，再进行萃取，再进行二次横向拉伸，再进行热拉薄化处理，最后进行热定型，即得聚乙烯超薄膜。
实施例1
1、选择重均分子量为80×104的超高分子量聚乙烯25份；石蜡油75份，将上述原料通过计量泵分别输入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度设置在175~205℃，经流延得到基膜，厚度为1.1mm；
2、将基膜进行纵向拉伸，拉伸倍率为6倍，拉伸温度95~115℃；
3、将纵拉后的薄膜进行一次横向拉伸，拉伸倍率为8倍，拉伸温度为110~125℃；
4、将横拉后的薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，厚度为24μm，孔隙率为45%；
5、将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为1.8倍，温度125~135℃，得到预制超薄膜；
6、将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为145℃，热拉时间15s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7、将得到的超薄膜进行检测、收卷、包装入库。
实施例2
1、选择重均分子量为80×104的超高分子量聚乙烯25份；石蜡油75份，将上述原料通过计量泵分别输入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度设置在175~205℃，经流延得到基膜，厚度为1.1mm；
2、将基膜进行纵向拉伸，拉伸倍率为6倍，拉伸温度95~115℃；
3、将纵拉后的薄膜进行一次横向拉伸，拉伸倍率为8倍，拉伸温度为110~125℃；
4、将横拉后的薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，厚度为24μm，孔隙率为45%；
5、将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为1.8倍，温度125~135℃，得到预制超薄膜；
6、将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为150℃，热拉时间15s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7、将得到的超薄膜进行检测、收卷、包装入库。
实施例3
1、选择重均分子量为80×104的超高分子量聚乙烯25份；石蜡油75份，将上述原料通过计量泵分别输入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度设置在175~205℃，经流延得到基膜，厚度为1.1mm；
2、将基膜进行纵向拉伸，拉伸倍率为6倍，拉伸温度95~115℃；
3、将纵拉后的薄膜进行一次横向拉伸，拉伸倍率为8倍，拉伸温度为110~125℃；
4、将横拉后的薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，厚度为24μm，孔隙率为45%；
5、将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为2.2倍，温度125~135℃，得到预制超薄膜；
6、将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为150℃，热拉时间15s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7、将得到的超薄膜进行检测、收卷、包装入库。
实施例4
1、选择重均分子量为80×104的超高分子量聚乙烯25份；石蜡油75份，将上述原料通过计量泵分别输入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度设置在175~205℃，经流延得到基膜，厚度为1.1mm；
2、将基膜进行纵向拉伸，拉伸倍率为8倍，拉伸温度95~115℃；
3、将纵拉后的薄膜进行一次横向拉伸，拉伸倍率为9倍，拉伸温度为110~125℃；
4、将横拉后的薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，厚度为20μm，孔隙率为50%；
5、将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为1.6倍，温度125~135℃，得到预制超薄膜；
6、将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为145℃，热拉时间12s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7、将得到的超薄膜进行检测、收卷、包装入库。
实施例5
1、选择重均分子量为100×104的超高分子量聚乙烯22份；石蜡油78份，将上述原料通过计量泵分别输入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度设置在175~205℃，经流延得到基膜，厚度为0.8mm；
2、将基膜进行纵向拉伸，拉伸倍率为6倍，拉伸温度95~115℃；
3、将纵拉后的薄膜进行一次横向拉伸，拉伸倍率为10倍，拉伸温度为110~125℃；
4、将横拉后的薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，厚度为16μm，孔隙率为52%；
5、将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为1.8倍，温度125~135℃，得到预制超薄膜；
6、将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为145℃，热拉时间 12s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7、将得到的超薄膜进行检测、收卷、包装入库。
实施例6
1、选择重均分子量为120×104的超高分子量聚乙烯20份；石蜡油80份，将上述原料通过计量泵分别输入同向双螺杆挤出机进行熔融混炼，挤出温度设置在175~205℃，经流延得到基膜，厚度为0.8mm；
2、将基膜进行纵向拉伸，拉伸倍率为8倍，拉伸温度95~115℃；
3、将纵拉后的薄膜进行一次横向拉伸，拉伸倍率为12倍，拉伸温度为110~125℃；
4、将横拉后的薄膜用二氯甲烷进行萃取，得到微孔预制膜，厚度为15μm，孔隙率为55%；
5、将微孔预制膜进行二次横向拉伸，拉伸倍率为1.8倍，温度125~135℃，得到预制超薄膜；
6、将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为150℃，热拉时间8s，热定型后得到聚乙烯超薄膜；
7、将得到的超薄膜进行检测、收卷、包装入库。
表1为实施例1-6的制备方法的工艺参数，表2为实施例1-6制备方法得到的聚乙烯超薄膜的性能指标数据图。
表1 实施例1-6制备方法的工艺参数
表2 实施例1-6聚乙烯超薄膜的性能指标
表1和表2中，实施例1和实施例2工艺参数的区别仅在于二者的热拉处理时的温度不一致，实施例1为145℃，实施例2为150℃。其制得的成品厚度分别为4.7μm和4.1μm，二者的拉伸强度和断裂伸长率无显著差异。可得出，热拉处理的温度越高，成品的厚度越薄。图3为热拉后成品膜的SEM图。
实施例3和实施例2工艺参数的区别仅在于二次横向拉伸倍数不一致，分别为2.2和1.8倍。其制得的成品厚度分别为3.5μm和4.1μm，实施例3的TD拉伸强度显著大于实施例2。可得出，二次横向拉伸倍数越大，成品的厚度越薄，拉伸强度也越大。
实施例4与实施例1具有相同的热拉处理温度，与实施例2和3的工艺参数完全不一致。实施例4其制得的成品厚度为3.2μm，其MD拉伸强度大于实施例1、2和3；TD拉伸强度小于实施例3，大于实施例1和2。
实施例5在实施例1的基础上，二者横向拉伸倍数和热拉处理的时间不一致，其余工艺参数保持一致。实施例5制得的成品厚度为2.5μm，其MD和TD拉伸强度分别为330和390MPa，显著高于实施例1、2、3和4，图4为热拉后成品膜的SEM图。
实施例6在实施例2的基础上，二者纵向拉伸倍数、横向拉伸倍数和热拉处理时间不一致，其余工艺参数保持一致。实施例6制得的成品厚度为1.5μm，其MD和TD拉伸强度分别为362和450MPa，显著高于其他五个实施例。
图2为微孔预制膜的二次横拉后的SEM图。相比于图2，图3和图4中SEM图中的微孔数目显著减少，小于图2中的微孔数目，并且图4的微孔数目小于图3。说明具有多孔的微孔预制膜进行二次横向拉伸后再进行热拉处理时，进行了闭孔薄化，其成品膜的厚度显著变薄。
综上所述，从表2的性能指标结果得出，实施例1-6中的制备方法得到的成品的厚度均小于5μm，其中最小的厚度为1.5μm；拉伸强度均大于200MPa，其中最大的拉伸强度为450MPa；通过控制二次横拉拉伸比、热拉温度、热拉时间、预制膜的孔隙率来控制薄膜的厚度。因此，通过本发明的一种聚乙烯超薄膜的制备方法，可以实现不同厚度的高强聚乙烯薄膜。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种聚乙烯超薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将重均分子量为120万的超高分子量聚乙烯和石蜡油按重量份通过双螺杆挤出机进行熔融混炼，得到基膜，所述超高分子量聚乙烯的重量份为20份，所述石蜡油的重量份为80份；
S2.将基膜依次进行纵向拉伸和一次横向拉伸，所述纵向拉伸的拉伸倍率为8，所述一次横向拉伸的拉伸倍率为12，得到薄膜；
S3.将薄膜进行萃取，得到微孔预制膜；
S4.将微孔预制膜进行二次横向拉伸，所述二次横向拉伸的拉伸倍率为1.8，得到预制超薄膜；
S5.将预制超薄膜进行热拉处理，热拉温度为150℃，热拉时间为8s，热定型后得到聚乙烯超薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯超薄膜的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述双螺杆挤出机的挤出温度为175~205℃，通过流延得到基膜，所述基膜厚度为0.5~2mm。
3.根据权利要求1所述的一种聚乙烯超薄膜的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，纵向拉伸时，拉伸温度为95~115℃。
4.根据权利要求1所述的一种聚乙烯超薄膜的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，一次横向拉伸时，拉伸温度为110~125℃。
5.根据权利要求1所述的一种聚乙烯超薄膜的制备方法，其特征在于，所述S3步骤中，萃取剂为二氯甲烷，所述微孔预制膜的厚度为15~40μm，孔隙率为30%~60%。
6.根据权利要求1所述的一种聚乙烯超薄膜的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中，二次横向拉伸时，拉伸温度为125~135℃。
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