减薄轻量化包装材料及其制备方法 【技术领域】
本发明属于包装材料及其制备方法， 特别属于减薄轻量化包装材料及其制备方法。 背景技术
随着人们生活质量的提升， 对洗涤用品的需求量不断增加， 带动了洗涤用品市场 的繁荣发展。 洗涤用品已经成为人们日常生活的必备品， 尤其是洗衣粉， 作为快速消费的日 化用品已进入每个家庭， 每个人对此都很熟悉。 洗涤用品类商品的销售量也大幅增加， 现有 的洗衣粉包装材料由外到内为 12PET/100PE， 上述薄材料的起始热封温度为 120-130℃， 包 装过程中相对能耗较高， 同时， 材料的总厚度达到 112um， 严重的浪费了社会资源。 发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种符合国家产业发展提出的绿色、 环 保低碳、 环境友好型、 可持续发展的要求， 性能达到同样要求材料厚度减薄 30％以上、 起始 热封温度低的绿色环保减薄轻量化包装材料。
本发明所要解决的第 2 个技术问题是上述包装材料的制备方法。
本发明解决技术问题的技术方案为 ： 减薄轻量化包装材料， 由外到内分别为 PET 聚酯薄膜层、 功能型聚乙烯薄膜层、 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜层。
优选的减薄轻量化包装材料， 由外到内为 12umPET 聚酯薄膜层 /20um 功能聚乙烯 薄膜层 /40um 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜。
所述的功能聚乙烯薄膜层包括高压低密度聚乙烯材料与茂金属低密度聚乙烯材 料共混， 比例为 1 ∶ 3-4 ；
所述的聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜层由外到内分为电晕层、 中间层、 热封层，
所述的电晕层包括共聚型聚丙烯、 茂金属线性低密度聚乙烯、 低密度聚乙烯， 加 工助剂 ； 共聚型聚丙烯、 茂金属线性低密度聚乙烯、 低密度聚乙烯， 加工助剂的重量比为 10 ∶ 2-3 ∶ 0.5-0.8 ∶ 0.05-0.08
所述的中间层包括高密度聚乙烯、 茂金属聚乙烯线性低密度聚乙烯、 低密度聚乙 烯、 白色母、 加工助剂， 高密度聚乙烯、 茂金属聚乙烯线性低密度聚乙烯、 低密度聚乙烯、 白 色母、 加工助剂的重量比为 10 ∶ 8-12 ∶ 8-12 ∶ 5-8 ∶ 0.05-0.08 ；
所述的热封层包括茂金属线性低密度聚乙烯、 线性低密度聚乙烯、 低密度聚乙烯， 滑爽剂、 开口剂， 茂金属线性低密度聚乙烯、 线性低密度聚乙烯、 低密度聚乙烯， 滑爽剂、 开 口剂的重量比为 10 ∶ 8-12 ∶ 8-12 ∶ 0.5-0.8 ∶ 0.05-0.08 ；
所述的共聚型聚丙烯的熔指为 2.2(g/10min)， 维卡软化点 122℃， 熔点为 138℃。
本发明的制备方法为 ：
1) 印刷工序 ： 将 PET 薄膜通过凹版印刷设备进行彩色多色凹版印刷 ；
2) 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜层制备工序 ： 将电晕层的材料、 中间层的材料、热封层的材料分别加入三层共挤薄膜吹塑机组 (M3B-1300Q) 的三个料斗中， 进行吹膜 ；
3) 挤出复合工序 ： 将印刷好的 PET 膜印刷面与聚丙烯聚乙烯共混共挤薄膜电晕层 间通过挤出功能聚乙烯薄膜层复合的方式进行贴合作业， 从而得到多层复合包装材料。
所述的挤出复合车速 120-200m/min， 烘道温度 ： 70-80 ℃， 挤出温度 ： 280-330 ℃， 2 贴合辊压力 4-5kg/cm 。
4) 熟化工序 ： 将复合膜放入熟化室， 在 40-45℃熟化 24-36 小时 ；
5) 分切工序 ： 根据用户包装所需的不同宽度、 长度、 规格， 将已复合好的包装材料 分切成卷材料， 以适应用户自动包装机械的要求。分切卷材料的长宽规格应严格符合客户 要求， 端面平整度≤ 2mm， 版面位置无偏移， 接头平伏版面吻合
6) 制袋工序 ： 接分切好的卷材料通过三边封制袋机， 按客户的尺寸要求制成三边 封的成品袋。
一般包装材料在自动包装设备上包装速度在 40-50 包 / 分， 超过该速度则易发 生跑偏现象， 使光标无法被电眼跟踪， 包装无法进行。经过多次试验， 我们发现 ： A： 横向 跑偏主要取决于摩擦系数 (COF)， COF 小则跑偏大， COF 大则引起走材料不畅， COF 控制 在 0.35±0.05 最合适。B ： 纵向跑偏主要取决于材料的厚薄均匀度和平整度， 厚薄偏差 ≤ ±6％时， 材料才能在包装设备上实现顺畅运行。因此①必须精确控制稳定的摩擦系数 ； ②必须控制良好的厚薄均匀度 ； 为了获得稳定的摩擦系数 ：
第一步 ： 控制滑爽剂添加总量， 初步调控摩擦系数稳定性 ；
第二步 ： 通过改进复合生产工艺， 进一步控制减薄环保轻量化包装材料的摩擦系 数。摩擦系数的大小及稳定性和材料在复合时的车速、 烘道温度、 压胶辊的压力、 内层基材 的性能、 熟化时间及熟化温度都有密切的关系。最优的复合车速 130m/min， 烘道温度为 ： 第 一段 70℃， 第二段 75℃， 第三段 80℃， 压胶辊压力 4-5kg/cm2。
第三步 ： 控制熟化加工温度、 时间， 精确调控摩擦系数的稳定性。通常软包装厂 家只考虑滑爽剂添加总量来控制摩擦系数， 而忽视后续熟化加工温度时间对摩擦系数的影 响。实际上， 复合材料内层滑爽剂随着熟化温度、 时间的不同会不同程度的迁移， 从而改变 内层摩擦系数， 当复合材料 ( 滑爽剂总量 1500ppm)， 熟化时间为 36H， 熟化温度为 45℃时， 摩 擦系数在自动包装机上呈现较好的走材料状态。
本发明所用的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄材料 (PET 薄材料 )， 该薄材料具有优异的 透明度亮度、 抗张强度高、 耐热性优异、 适中的阻隔性能， 适合高速 ( 大于 200m/min) 多色印 刷、 高速复合加工的要求。
本发明的挤出功能 PE 层 ( 粘合抗冲击层 ) 采用高压低密度聚乙烯材料与茂金属 低密度聚乙烯材料共混后， 经挤出涂覆设备作业， 起到粘结 PET 与 PP&PE 的目的， 对外界冲 击有较好的缓冲作用。
本发明的聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄材料层中， 由于 PP 粒子和 PE 是两种不同特 性的母粒， PP 粒子通常采用流涎工艺， PE 粒子通常吹膜工艺， 将二者混合后， 极易发生 ： 1) 无法正常生产， 造成设备损伤 ； 2) 生产出的薄材料有严重的明暗条纹， 晶点严重 ； 3) 厚薄偏 差很大， 薄材料无法使用， 全部报废。4) 材料泡不稳凸显， 材料挺度过高， 易脆， 机械性能下 降的问题。
因此为了使 PP 和 PE 很好的融合并可以正常采用吹材料工艺生产， 发明人通过不 断摸索反复试验， 终于寻找到较好的解决方法， 其机理如下 ：
1)PP 类型选择 ： 根据相似相溶原理， 选用共聚型的 PP 粒子。因为共聚型的 PP 是 乙烯 - 丙烯共聚， 内部含有少量的乙烯基团 (1-5％ )， 在与 PE 粒子共混后能有较好的融合 性； 而均聚型的 PP 粒子， 内部结构完全为丙烯的聚合， 与 PE 没有相同点， 在物理共混时， 融 合性不好。
2)PP 熔点的选择 ： 在确定了 PP 为共聚型 PP 后， 因为 PE 的熔点相对较低， 通常在 120-130℃左右， 而大部分的 PP 熔点都在 150℃以上， 熔点相差较大的时候， 两种粒子无法 正常融合。在一定生产温度下， 低熔点的 PE 母粒已完全氧化， 而高熔点的 PP 母粒甚至还没 有达到熔融状态。这种情况下吹出的材料泡不稳定凸显， 挺度过高， 这种状态下， 生产出来 的薄材料就会形成大量的晶点， 焦块， 而且皱折严重， 无法正常使用。
3)PP 熔指的选择 ： 熔指即 “熔融指数″。 是指塑料在一定温度和负荷下， 熔体每 10 分钟通过标准口模毛细管的质量或熔融体积， 是熔体流动性的强弱的体现。对化学结构一 定的树脂， 其熔融指数越小， 分子量就越大， 则其断裂强度、 硬度、 韧性、 耐老化稳定性等性 能都有所提高。而熔融指数大， 分子量就小， 成型时的流动性就相应好一些。普通的 PE 母 粒， 其熔指 1-3g/10min/2.16kg， 我们在选择 PP 母粒是应当选择熔指接近， 流动性相对较好 一些的。熔指相近 ( 数值 2-4g/10min/2.16kg， ) 的 PP 和 PE 在共混挤出过程中， 能产生较 均匀的挤出压力。反之， 如果熔指相差较大， 螺杆挤出压力不稳定， 则形成的薄材料会有较 大的厚薄偏差。
本发明与现有技术相比， 由三层不同性能的功能基材薄材料复合而成的 ： 第一层 为 PET 薄材料层 ； 第二层为挤出功能 PE 粘合抗冲击层 ； 第三层为关键热封材料层 PP&PEE 共 混共挤吹材料层。具有以下特点
(1) 图案清晰、 外观亮丽， 有良好的货架效果， 可提高产品档次 ；
(2) 起封温度低， 热封时间短， 封口强度高， 可降低包装成本。
(3) 较低的摩擦系数， 适应现代化快速自动包装设备， 包装速度快， 效率高。
(4) 安全性能高， 耐候性好 ；
(5) 在保持原有材料结构 12PET//100PE( 材料减薄前 ) 物理机械性能的基础上， 厚 度减薄了 30％左右， 成本较原来降低 20％。
(6) 采用低温热封配方， 普通的洗衣粉包装材料的热封温度在 120-130℃， 本发明 的减薄环保轻量化包装材料的热封温度可在控制 100-110℃。 优异的低温热封包装效果， 可 以在包装环节为客户节能降耗 15％左右。
(7) 符合塑料包装材料对环境适用性的要求。 可在提高性能的前提下， 减轻单位重 量及废弃物产生量， 实现减量化， 轻量化及多功能的包装趋势。 附图说明
图 1 为本发明的结构示意图 图 2 为本发明的工艺流程图。 图 3 为摩擦系数与熟化时间的关系图。 在图 1 中， 1 为 PET 聚酯薄膜层， 2 为功能聚乙烯薄膜层、 3 为聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜层。 具体实施方式
本发明所用的材料如下 ：
1.1 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)
1.2 功能 PE 层 ( 粘合抗冲击层 ) ：
1.3 聚丙烯与聚乙烯共混共挤吹材料层 ：100991-k 由泰国安配色公司生产。
实施例 1 ：
1) 印刷工序 ： 即在 20-30℃之间， 将 PET 薄材料通过印刷机进行彩色印刷，
2) 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄材料层制备工序 ： 将电晕层的材料、 中间层的材 料、 热封层的材料分别装入三层共挤薄材料吹塑机组 (M3B-1300Q) 的三个料斗中， 进行吹 材料 ；
电晕层 ： 75KgRC1314(co-PP) ； 20KgSP1520 ； 5Kg150BW ； 0.5Kg100991-k
中间层 ： 25KgF920A ； 25Kg1018FA ； 25Kg2426H ； 18Kg 白色母 F501 ； 0.2Kg100991-k ；
热封层： 25Kg 燕 山 100AC ； 25Kg1002KW ； 25Kg5100G ； 1.8KgSE07PE ； 1KgAB-20LD ； 0.2Kg100991-k
外层 ： RC1314(co-PP) 为共聚型 PP， 在熔点和熔指等指标上与 PE 有较好的融合性。 SP1520 为 6C 的 MLLDPE， 因为茂金属聚乙烯与 PP 材料具有较好的共混相容性， 此层作为电 晕层， 添加在此处主要是为了整个复合材料在挤出生产过程中提供较好的剥离强度。 150BW 为 LDPE 是低密度聚乙烯， 添加在此处， 主要作用是改善 RC1314(co-PP) 和 SP1520 之间的加 工性能， 保证生产过程的顺利。100991-k 为加工助剂， 添加后不会影响制品的粘结、 印刷和 热封性能， 也不会影响树脂本身的物理性能， 添加后可改善聚烯烃的加工性能。 因为 MMLDPE 粘性较大， 容易粘到螺杆和机筒的内壁， 我们添加了少量的加工助剂。加工助剂添加量多 了， 则会影响与挤出层间的剥离强度 ； 量少了， 则起不到应有作用。 因此在添加量的控制上， 我们进行了多次试验 ： 最终确定添加量为 5％。
中间层 F920A 是 HDPE， 高密度聚乙烯， 用于此中间层， 可以配合 PP 粒子起到加强 薄材料挺度的作用效果。1018FA 为茂金属聚乙烯 (MLLDPE)， 添加在此层中， 起到增强薄材
料的断裂伸长率， 提高薄材料柔韧性， 不易造成破包和泄露的情况。2426H 为低密度聚乙烯 (LDPE)， 在此层中的作用是改善 HDPE 与 MLLDPE 共混后的加工性能。 F501 是白色母， 其添加 后， 可以减少印刷白墨的使用， 使薄材料呈一种白色墨印刷的效果。100991-k 加工助剂， 原 理同外层。
热封层 ： 此层作为热封层， 必须为客户提供优良的热封强度和较低的热封温度。 在 配料的选择上， 我们选取了具有优异的低温热封性能的茂金属聚乙烯原料 (MLLDPE)5100G ； 但此种原料价格较高， 在不影响热封效果的前提下， 为了降低成本， 我们添加了 1002KW， 这 是线性低密度聚乙烯 (LLDPE)， 起到辅助热封效果的目的。但是这两种粒子粘性都较大， 加 工是容易粘住螺杆和模头， 因此， 我们同时添加了 100AC， 这是低密度聚乙烯 (LDPE)， 添加 后可以起到降低 MLLDPE 和 LLDPE 生产时的粘性， 从而保证正常的生产。SE07PE 为滑爽剂， 可以控制摩擦系数， AB-20LD 为开口剂， 较好的保证了袋子的开口性， 100991-k 加工助剂， 原理同外层。
3) 挤出复合工序 ： 一放 ： 将待印刷好的 PET 薄膜经过网线辊， 均匀涂布专用的单组 份聚氨酯胶粘剂 ( 汉高 UK4501)， 经加热烘道干燥 ； 二放 ： 将聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜 进行放卷， 同时， 从模头模口中挤出 LDPE 1C7A 和 SP1071C 的混合熔材料涂挤均匀分布在 基材表面， 将一放的经加热洪道干燥工序的 PET 印刷薄膜与二放的 PP&PE 共挤薄膜进行挤 出复合， 在压胶辊压力的作用下热熔材料与待复基材复合在一起， 由冷却辊冷却定型后， 切 除， 将挤出复合材料绕于收卷纸芯上 ； 所述的复合车速 130m/min， 烘道温度 ： 第一段 70℃， 第二段 75℃， 第三段 80℃， 压 胶辊压力 4-5kg/cm2。
LDPE 1C7A 与 SP1071C 的重量比为 1 ∶ 3 ；
如图 1 所示， 所制成的复合膜由外到内为 12umPET 聚酯薄膜层 1/20um 功能聚乙烯 薄膜层 2/40um 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄膜 3。
4) 熟化工序 ： 将复合膜放入熟化室。熟化时间为 36 小时， 熟化温度为 45℃时。经 验表明， 此种熟化后的复合膜， 摩擦系数在自动包装机上呈现较好的走膜状态。 摩擦系数与 熟化时间参见图 3。
5) 分切工序 ： 根据用户包装所需的不同宽度、 长度、 规格， 将已复合好的包装材料 分切成卷材料， 以适应用户自动包装机械的要求。分切卷材料的长宽规格应严格符合客户 要求， 端面平整度≤ 2mm， 版面位置无偏移， 接头平伏版面吻合 .
6) 制袋工序 ： 接分切好的卷材料通过三边封制袋机， 按客户的尺寸要求制成三边 封的成品袋。
实施例 2 ：
除 2) 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄材料层制备工序 ： 中，
电晕层 ： 65KgRC1314(co-PP) ； 25KgSP1520 ； 7Kg150BW ； 0.5Kg100991-k
中间层 ： 25KgF920A ； 30Kg1018FA ； 30Kg2426H ； 15Kg 白色母 F501 ； 0.3Kg100991-k ；
热封层 ： 25Kg 燕 山 100AC ； 30g1002KW ； 30Kg5100G ； 1.5KgSE07PE ； 0.8KgAB-20LD ； 0.3Kg100991-k ；
3) 挤出复合工序中，
LDPE 1C7A 与 SP1071C 的重量比为 1 ∶ 3
外， 其余与实施例 1 相同。
实施例 3 ：
除 2) 聚丙烯与聚乙烯共混共挤薄材料层制备工序 ： 中，
电晕层 ： 70KgRC1314(co-PP) ； 30KgSP1520 ； 30Kg150BW ； 0.8Kg100991-k
中间层 ： 25KgF920A ； 35Kg1018FA ； 38Kg2426H ； 22Kg 白色母 F501 ； 0.3Kg100991-k ；
热封层 ： 30Kg 燕山 100AC ； 25Kg1002KW ； 30Kg5100G ； 2.0KgSE07PE ； 1.5KgAB-20LD ； 0.4Kg100991-k ；
3) 挤出复合工序中，
LDPE 1C7A 与 SP1071C 的重量比为 1 ∶ 3.5
外， 其余与实施例 1 相同。
实施例 1-3 的技术指标如下 ：