应用于镀铝薄膜的PE改性材料的研发

边亚微，杨树娥，陈 铮，刘素芹

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

镀铝膜是采用特殊工艺在塑料薄膜表面镀上一层极薄的金属铝而形成的一种复合软包装材料，其中最常用的加工方法当数真空镀铝法，就是在高真空状态下通过高温将金属铝融化蒸发，使铝的蒸气沉淀堆积在塑料薄膜表面上，从而使塑料薄膜表面具有柔光感。薄膜表面镀铝的作用就是遮光、防紫外线照射，一方面延长内容物的保质期，另一方面也提高了薄膜的亮度，从一定程度上代替了铝箔。由于镀铝膜既具有塑料薄膜的特性，又具有金属柔光的特性，是一种廉价美观、性能优良、实用性强的包装材料。因此，镀铝膜在复合包装中应用十分广泛，主要应用于食品、饼干等干燥、膨化食品包装和医药包装，快餐食品、茶叶、咖啡和化妆品等[1-4]。

如果直接在PE表面镀铝，传统PE膜表面张力太小，不可以直接用于真空镀铝。因此，传统的镀铝加工过程中，在镀铝层的表面会增涂一层连接剂，以增加镀铝层的牢靠度，降低镀铝层的转移现象，因而增涂涂层的好坏将直接关系镀铝层转移程度的大小。随着对镀铝层工艺发展的成熟，目前大多数镀铝膜厂家都省去了涂层工艺。然而，相应地镀铝转移程度也随之增加，进而对内部包装的食品、医药等内容物带来污染的安全隐患[5-8]。

项目使用PE材料作为镀铝膜的基材，一方面PE材料成本比较便宜，另一方面PE膜本身具有较好的韧性、透气性与隔离性等，在性能和成本上非常适合用作镀铝层的可选材料。同时，项目研发的镀铝专用PE材料可解决传统聚乙烯薄膜在真空镀铝层时，所镀的铝层结合力不强，附着力较低，铝层会脱落的技术问题。

1 实验部分

1.1 主要原料

线性低密度聚乙烯(LLDPE)为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，除具有一般聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性尤为优越，并可耐酸、碱、有机溶剂。LLDPE已渗透到聚乙烯的大多数传统市场，包括薄膜、模塑、管材和电线电缆等，广泛用于工业、农业、医药、卫生和日常生活用品等领域。

低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯(LDPE)，是聚乙烯树脂中最轻的品种，呈乳白色、无味、无臭、无毒、表面无光泽的蜡状颗粒。具有良好的柔软性、延伸性、电绝缘性、透明性、易加工性和一定的透气性。其化学稳定性能较好，耐碱、耐一般有机溶剂。适用于食品包装、药品包装、纤维制品包装、日化用品包装等。由于单层PE薄膜的机械性能较差,所以通常用作复合包装袋的内层,即多层复合薄膜热封性基材。

驻极母粒是以聚丙烯为基材，添加纳米电气石母粒，从而达到长期储存电荷释放负离子功能。在医用口罩领域应用广泛。电气石，是一种以含硼为主，还含铝、钠、铁、镁、锂等元素的硅酸岩矿物。由于它是一种结构特殊的极性结晶体，自身能长期产生电离子，并永久释放空气负离子和远红外线。

1.2 实验设备

TE-35型双螺杆挤出机，南京欧立； SA600注塑机，海天塑机；万能试验机、缺口制样机、简支梁试验机，美斯特；熔融指数仪，上海思尔达有限公司。

1.3 工艺流程

镀铝专用PE材料对剥离强度具有较高要求，提高吸附性能的同时需要兼顾机械性能。因此，采用对材料性能影响较小的纳米电气石粉驻极母粒。实验工艺流程见图1、图2。

图1 双螺杆改性工艺流程图

图2 吹膜工艺流程图

实验拟采用熔融共混法，将LLDPE、LDPE及其它助剂按不同比例混合均匀后加入双螺杆挤出机主喂料口，原料经挤出、冷却、切粒、干燥得到改性后的产品，产品经过注塑成样条，依照相关标准对样条进行检测，得到产品性能指标。再将改性产品与其他树脂按不同比例分别加入吹膜机各喂料口，原料经熔融、挤出、吹胀、夹平、收卷得到膜样品，膜样品经过裁剪成标准膜片，依照相关标准进行检测，得到膜样品性能指标。然后根据结果确定出LLDPE、LDPE、驻极母粒与其他助剂的适宜比例。

2 注塑与检测

采用海天塑机SA600注塑机制备标准样条，注塑条件见表1。

表1 注塑机注塑条件

采用五层共挤吹膜试验机制备膜样品，吹膜条件见表2。

表2 吹膜机吹膜条件

利用万能试验机，对注塑机制备的样条进行检测，检测方法和国标依据见表3。

表3 样条的检测方法和依据

3 结果与讨论

此项目以线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)为高分子基体，以马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)为相容剂，以纳米电气石粉驻极母粒作为极性填料，进行了镀铝用PE材料的制备与性能研究。在使复合材料获得一定力学性能的基础上，研究重点在于提高复合材料的剥离强度，制备综合性能优良的极性复合材料。

3.1 配方设计与改性试验

将LLDPE、LDPE、电气石粉、驻极母粒及其他助剂按比例混合、挤出、冷却、切粒、干燥得到改性后试验产品，并注塑制得样条，并进行力学的检测。选择综合性能较好的批次，按配方批量制备进行吹膜试验，再将膜样品裁剪成标准试样进行检测。

3.1.1 探究不同比例基体及驻极填料对镀铝PE材料的影响(表4、表5)

表4 不同比例基体及驻极填料的镀铝PE配方表

表5 不同比例基体及驻极填料制备镀铝PE性能指标

根据基体及阻隔填料不同比例进行正交试验。LLDPE、LDPE比例分别为3.5 ∶1～4.5 ∶1、4.5 ∶1～5.5 ∶1，电气石粉和驻极母粒添加量分别为1%～2%、2%～3%和2%～3%、3%～4%。

通过表4、表5的研究数据可知，随着LLDPE的增加，镀铝PE材料的拉伸强度逐渐提高；随着驻极填料含量的增加，镀铝PE材料的拉伸强度逐渐降低。根据实验结果下步试验选取3#～8#进行批量制备进行吹膜实验。镀铝PE膜性能指标见表6。

表6 镀铝PE膜性能指标

通过表6的研究数据可知，随着驻极填料的增加，镀铝PE材料的剥离强度逐渐升高；当随着驻极填料中电气石粉含量达到1%～2%时剥离强度高于1.5 N/15 mm，电气石粉以驻极母粒的形式制备镀铝PE能起到更好的分散效果，有助于改善膜的外观质量。

3.2 结论

1)随着LLDPE的增加，镀铝PE材料的拉伸强度逐渐提高；随着驻极填料含量的增加，镀铝PE材料的拉伸强度逐渐降低。

2)随着驻极填料的增加，镀铝PE材料的剥离强度逐渐升高；当随着驻极填料中电气石粉含量达到1%～2%时，剥离强度高于1.5 N/15 mm。

3)电气石粉以驻极母粒的形式制备镀铝PE能起到更好的分散效果，有助于改善膜的外观质量。