黃昌政

（河源市普立隆新材料科技有限公司，廣東 河源 517003）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)的復(fù)合塑料工業(yè)也得到了飛速的發(fā)展，復(fù)合塑料的新品層出不窮，其產(chǎn)品在國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用愈來愈廣泛。于是，人們對(duì)復(fù)合塑料產(chǎn)品提出了愈來愈多的要求。在產(chǎn)品的包裝、汽車、管道等多個(gè)領(lǐng)域中，人們對(duì)產(chǎn)品的性能提出各種要求，如多樣化、高功能化、高阻隔性能等[1-2]。

當(dāng)前，在食品、醫(yī)藥包裝、阻氧管等領(lǐng)域，人們對(duì)復(fù)合塑料制品提出了更高的阻隔性能的要求，對(duì)材料的阻隔性研究成為這些行業(yè)的中重要研究課題[3-7]。基于成本性，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化或具有產(chǎn)業(yè)化前景的阻隔材料主要有 PVDF、EVOH、PEN、腈基樹脂聚酰胺等。目前的技術(shù)中，一般是采用多層共擠工藝技術(shù)，把這些阻隔材料和通用塑料(例如聚乙烯, PE、聚丙烯,PP等)進(jìn)行復(fù)合，進(jìn)而生產(chǎn)出具有良好的阻隔性能的復(fù)合塑料制品。但是，阻隔基材與通用塑料屬于兩種極性不同的材料，兩者的親和性差，難以直接進(jìn)行復(fù)合，或者復(fù)合的材料黏結(jié)效果差，無法使用效果很難達(dá)到產(chǎn)品的應(yīng)用要求。因此，開發(fā)一種黏結(jié)樹脂，通過化學(xué)鍵合的方式將阻隔基材與通用塑料黏結(jié)起來，是當(dāng)前行業(yè)的重要研究課題之一。

1 多層復(fù)合膜用黏結(jié)樹脂

多層膜中所用通用塑料包括 PE、PP、尼龍（PA）、乙烯-乙烯醇共聚物等，在多層膜中起防穿刺、抗腐蝕性等作用，其中PA和乙烯-乙烯醇共聚物通常用于阻止氧氣和水分穿過包裝食品的多層結(jié)構(gòu)。按照結(jié)構(gòu)的不同，多層復(fù)合膜可以分成兩大類:對(duì)稱結(jié)構(gòu)(即 A+B+A)以及不對(duì)稱結(jié)構(gòu)(即 A+B+C)。目前，我國(guó)主要生產(chǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的多層共擠膜，一般是由三層或五層構(gòu)成。典型的五層對(duì)稱結(jié)構(gòu)共擠膜，結(jié)構(gòu)表示為A（支撐層）+B（黏結(jié)層）+C（阻隔層）+B（黏結(jié)層）+A（支撐層）。一般來說，支撐層使用的材料主要是PP或PE，阻隔層使用的材料主要是PA或EVOH或PVDC。若支撐層為PP，則黏結(jié)層一般可使用PP型黏結(jié)樹脂，若支撐層為PE，則黏結(jié)層一般可使用PE型黏結(jié)樹脂。

聚乙烯具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能和加工性能，應(yīng)用十分廣泛。聚乙烯黏結(jié)樹脂（即熱熔膠）是通過化學(xué)接枝、熔融共混等方式，賦予普通聚乙烯極性官能團(tuán)，使之具有很強(qiáng)的黏結(jié)性能，能與其他材料緊密黏結(jié)[8-9]。以聚乙烯黏結(jié)樹脂為中間黏結(jié)層，可以使普通聚乙烯與EVOH、PA、木材以及金屬等材料形成緊密黏結(jié)，從而制得很多復(fù)合材料。但是聚丙烯的柔韌性差，潤(rùn)濕性差，隨著時(shí)間的推移，小分子和有機(jī)分子的作用會(huì)影響普通聚乙烯黏結(jié)層的黏結(jié)效果。

2 多層共擠技術(shù)

將三種以上的塑料顆粒分別加入到不同的擠出機(jī)中，擠出機(jī)塑料分別熔融塑化，然后將熔融塑化后的塑料擠入同一個(gè)口模中，接著將塑料進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，最后得到多層復(fù)合薄膜，這種技術(shù)就是多層共擠技術(shù)[10]。多層共擠阻隔復(fù)合膜的典型生產(chǎn)制造多層共擠吹膜和多層共擠流延[11-12]。

多層共擠出技術(shù)將幾種性能不同的材料進(jìn)行熔融塑化共擠,實(shí)現(xiàn)材料優(yōu)勢(shì)性能互補(bǔ)，從而有效地提高了制品的各項(xiàng)性能。例如制品的阻隔性能、耐酸堿腐蝕、耐候性、抗菌劑等性能得到明顯的改善。目前，多層共擠技術(shù)在阻隔性包裝膜、收縮膜、中空保鮮膜、輸液袋等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

由多層膜的結(jié)構(gòu)可知，不同的膜層是通過黏結(jié)劑黏結(jié)起來的，因此黏結(jié)是多層共擠技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，黏結(jié)樹脂則是多層共擠技術(shù)的核心。若黏結(jié)材料的黏劑強(qiáng)度較差，在多層共擠膜的生產(chǎn)過程中或?qū)嶋H使用過程中容易出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。例如，使用聚丙烯型多層共擠膜包裝一些有棱角的商品(如商場(chǎng)中的骨頭食品以及PCB線路板等)時(shí)，對(duì)商品抽真空過程中，其棱角邊緣處往往容易出現(xiàn)脫層現(xiàn)象。這是因?yàn)?，棱角邊緣處在抽真空拉伸時(shí)，不同的膜層間的拉應(yīng)力及應(yīng)變相對(duì)過大，嚴(yán)重降低了黏結(jié)樹脂的黏結(jié)強(qiáng)度，甚至造成黏結(jié)性喪失而脫落。因此，實(shí)際的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)的聚丙烯型黏結(jié)樹脂提出更高的黏結(jié)要求。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 材料和儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用到的主要材料見表1。實(shí)驗(yàn)用到主要儀器設(shè)備見表2。

表1 實(shí)驗(yàn)用到的主要原料

表2 實(shí)驗(yàn)用到的主要儀器設(shè)備

3.2 黏結(jié)樹脂的制備工藝[13]

3.2.1 官能化改性高密度聚乙烯的制備

1）稱取96份高密度聚乙烯，4份馬來酸酐單體（不飽和接枝單體），0.5份重雙-2,5-己烷（引發(fā)劑）。將上述物料加入到雙螺桿中，擠出造粒，充分混合。

2）雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為150～230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速控制為200～350 r·min-1，螺桿長(zhǎng)徑比L∶D≥40∶1。

3.2.2 黏結(jié)樹脂的制備

按表3的配方和以下步驟合成黏結(jié)樹脂。

表3 黏結(jié)樹脂配方比例

1）按重量份數(shù)稱取組分原料，加入到高速混煉機(jī)中混合，攪拌30～35 min。

2）將混合均勻的物料加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出。擠出機(jī)各溫區(qū)溫度范圍均為150~230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速控制為200～350 r·min-1，螺桿長(zhǎng)徑比L∶D≥40∶1。

3）擠出料條通過循環(huán)水冷卻機(jī)冷卻至室溫，使用吹風(fēng)機(jī)將料條吹干后，送進(jìn)入切粒機(jī)造粒，即得阻隔基材用黏結(jié)樹脂。

黏結(jié)樹脂的制備工藝流程如圖1所示。

圖1 黏結(jié)樹脂的制備工藝流程圖

3.3 多層復(fù)合膜的制備

多層復(fù)合膜為五層對(duì)稱共擠膜，即支撐層+黏結(jié)層+阻隔層+黏結(jié)層+支撐層，支撐層為 PE，阻隔層為EVOH或PA，黏結(jié)層為所制備的黏結(jié)樹脂。黏結(jié)樹脂的重量為阻隔結(jié)構(gòu)總重量的10%。聚丙烯層為薄膜級(jí)的聚丙烯樹脂。采用共擠出流延成膜工藝，成型速度為10 m·min-1, 制得阻隔膜結(jié)構(gòu)。各層的厚度分別是：阻隔層40μm, 黏結(jié)層30μm, 聚丙烯層厚度為50μm。

3.4 性能測(cè)試

3.4.1 透明度

按照國(guó)標(biāo) GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》規(guī)定的方法測(cè)定[14]。

3.4.2 魚眼

按照國(guó)標(biāo)GB/T 11115—2009《聚乙烯(PE)樹脂》規(guī)定的方法測(cè)定[15]。

3.4.3 剝離強(qiáng)度

按照國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2791—1995《膠黏劑T剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法 撓性材料對(duì)撓性材料》規(guī)定的方法測(cè)定[16]。

3.4.4 應(yīng)用測(cè)試

將制作好的多層共擠膜包裝有棱角的商品，觀察在抽真空拉伸后棱角邊緣處存在的脫層情況。

4 結(jié)果與討論

測(cè)試制備得到的多層復(fù)合膜的性能，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 多層復(fù)合膜檢測(cè)結(jié)果

從表4中可以看出，所制備的多層復(fù)合膜的透明度、魚眼、剝離強(qiáng)度明顯優(yōu)于市售的黏結(jié)劑，將多層共擠膜用于包裝有棱角的商品，將商品進(jìn)行抽真空處理，棱角邊緣處沒有出現(xiàn)的脫層情況。所制備的聚乙烯型黏結(jié)樹脂以及復(fù)合共擠膜有效地解決了使用聚乙烯型多層共擠膜包裝有棱角的商品在抽真空拉伸后棱角邊緣處存在的脫層現(xiàn)象，擴(kuò)大了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，大幅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。

5 結(jié) 論

本文研制的阻隔包裝用聚乙烯型黏結(jié)樹脂，通過加入官能化改性高密度聚乙烯，采用多層共擠流延工藝技術(shù)制得以聚乙烯作為支撐層的聚乙烯型多層共擠膜。測(cè)試結(jié)果表明，本方法制備的多層共擠阻隔包裝用聚乙烯型黏結(jié)樹脂，其加工性能優(yōu)良、透明度高、魚眼缺陷少，特別是黏結(jié)性能優(yōu)異，與阻隔層(EVOH或 PA)、支撐層(PE)黏結(jié)強(qiáng)度高且持久穩(wěn)定，為聚乙烯型多層共擠阻隔包裝領(lǐng)域提供了一種很好的黏結(jié)材料，解決了使用聚乙烯型多層共擠膜包裝有棱角的商品在抽真空拉伸后棱角邊緣處存在的脫層問題，為阻隔包裝領(lǐng)域在實(shí)際應(yīng)用中提供參考。