薄泡沫聚乙烯片材及其制造方法技术

本发明专利技术涉及与特定制造条件一起使用ＬＬＤＰＥ和ＬＤＰＥ的特定共混物制造具有与组成相同厚度相当的非泡沫片材相似的ＭＤ撕裂性能的薄厚度泡沫片材。具体而言，将高ＭＩ　ＬＬＤＰＥ主要组分与低ＭＩ支化ＬＤＰＥ次要组分结合的共混物在聚合物基底的机械强度与其熔体强度、伸长度和应力松弛之间提供充足的平衡，使得发泡膜的ＭＤ撕裂强度与具有类似厚度和组成的非泡沫对应物相当。本发明专利技术的发泡膜很薄（通常大约１至１０密耳厚），且通过ＡＳＴＭ　Ｄ　１９２２测量时，３密耳的膜具有至少约１６０克的ＭＤ撕裂强度。本发明专利技术的发泡膜优选至少部分由含有１０至９５ｗｔ％具有相对较高（１．５至６）ＭＩ的ＬＬＤＰＥ和５至９０ｗｔ％具有相对较低ＭＩ（０．５至２．０）的ＬＤＰＥ树脂的共混物制成。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄泡沫聚乙烯片材，特别是厚度为1至IO密耳的那些。 这些片材具有与厚度和组成相同的非泡沬片材相当的MD撕裂强度。 本专利技术还涉及制造这些泡沫片材的方法。
技术介绍
本专利技术的薄片材或薄膜可用于许多用途，特别是用于吹塑膜用途， 包括消费用垃圾袋(consumer trash bags)、食品袋(grocery bags)、产 包(produce bag)、托盘包(pallet wrap)、食品包装(food wrap)、衬垫 (liner)、承重袋(heavy duty bag)、工业袋(industrial bag)、消费袋 (consumer bag)、收縮膜(shrink film)、标签、FFS包装用小袋(pouches for FFS packaging)、胶带、自立袋(stand-up pouches)、层合薄膜、保 护膜、健康和卫生薄膜用途。类似的薄发泡膜可以使用平挤薄膜和片 材挤出方式制造，但是这些会在MD方向表现出优先取向并因此表现 出较脆弱的性质。发泡膜可以制成单层形式或含有多层的复合薄膜形 式，其中使一层或多层发泡。这些薄发泡膜可以进一步层压到其它基 材上，包括箔、纸、其它塑料，或者可以在一或两个方向上进行后拉 伸以获得起皱表面效果。在聚烯烃工业中，已经存在制造新型高强度 聚合物树脂的大致趋势。这些树脂使得膜制造商可以在不牺牲膜强度 和韧性的情况下降低产品的厚度。然而，由于膜给人软或薄的感觉， 这些更薄的产品没有被普遍接受。因此，需要制造具有更高厚度的膜。 简单地使用更多树脂制造更厚片材是缺乏成本效率的，因为额外的原 材料会增加成本。通常己知可以将聚烯烃树脂发泡从而以相同树脂量制造更厚的膜。通常理解的是，拉伸强度、冲击强度和伸长之类的性 质与密度有关，而发泡过程导致产品具有较低密度和产生脆弱失效点(weak failure spots)的趋势。因此，由泡沫聚烯烃材料制成的现有膜 或薄片材缺乏足够的强度。由于它们相对较高的熔体强度、应变硬化行为和易于加工性，在 发泡应用领域已经使用高压LDPE树脂。然而，当用这些树脂使用传 统吹塑薄膜法制造厚度为1至8密耳的泡沫片材时，产生过度取向， 这又导致非常差的MD (纵向)撕裂强度结果。因此，需要密度降低但 仍然表现出可以接受的物理性质，特别是MD撕裂强度的薄膜。对于改进泡沫薄片材物理性质的问题，已经提出的解决方法包括 US 4,657,811和US 4,533,578，它们提供了围绕泡沫层共挤出非泡沫表 层的方法。该方法以薄膜结构的复杂性和较低的总密度为代价，实现 撕裂强度的提高。根据较厚泡沫片材的工作性能，通常己知的是，交联提供了分子 联结并且这些分子联结提高了例如拉伸强度、撕裂强度、耐高温性等 的物理/机械性能。如"发泡膜的新用途(Foamed Films Find New Niches)"(塑料技术在线(Plastics Technology Online), Jan H. Schut, Feb 2002)中所述，交联也被认为是改进发泡薄膜机械支承的方法。交联 增加了该方法的成本和复杂性，并且产生不易于再循环的材料，因此 不是理想的解决方法。另一提高物理性质的方法是双取向。如上述Schut文章中所述，对 于平挤薄膜，传统的拉幅机双轴取向通常是在半固相下使用两步法(纵 向和横向取向)进行的，通常以泡沫泡孔(cell)坍塌结束。传统的吹 塑薄膜法可以在纵向和横向上同时取向，这能够施加最多3:1MD与 4:1TD的取向程度，同时聚合物处于半熔融态。Schut文章中所述的一 些新的取向方法声称能够在聚合物处于固态的同时施加3.5:1MD和 4.5:1TD的双轴取向，这产生了更高的强度。在传统(非发泡)薄膜挤 出中，已知的是，使用线型低密度聚乙烯(LLDPE)树脂，尤其是具 有小熔体指数(fractional melt index) (MI)和更低密度的那些树脂， 有助于提高MD撕裂性能。通常相信，较低密度和较低MI(高分子量) 的树脂产生较高的物理韧性。对于传统薄膜，还已知的是，在加工树脂时使用高吹胀率(BUR)提供了平衡的纵向/横向(或横向(transverse)),取向，这提高了薄膜的总韧度。对于发泡应用领域，添加发泡剂，其可以是例如溶化异丁烷、co2 的物理发泡剂和/或是本领域公知的化学发泡剂(CBA)。当要求密度的 降低低于50%时，通常使用CBA。当要求50%以上的密度降低时，优 选在挤出机中注入物理发泡剂，同时仍然可以使用较少量的CBA作为 气泡成核剂。CBA要求更高的温度以激活CBA并确保充分混合。当 CBA被激活时，形成小的气泡并混在整个聚合物基体中，但是在这些 气泡周围产生的气体仍然溶于聚合物熔体，只要聚合物熔体压力仍然 很高。当熔体离开模头时，压力降低，这迅速使得溶解的气体从溶液 中出来并导致小气泡生长。随着薄膜冷却，聚合物结晶，此时气泡生 长逐渐停止。如果由于聚合物高熔体温度或由于高熔体流动指数，聚 合物的粘度过低，或者如果没有足够的熔体强度，泡沫泡孔会具有聚 结且最终胀破的趋势，因此聚合物熔体不能保持所有的气泡，从而导 致较差的发泡。因此，对于发泡应用领域，粘度和熔体强度是重要的 考虑因素。尽管使用低熔体指数(高分子量)树脂似乎也有助于制造 更粘的熔体，但是据观察，这些树脂产生不需要的剪切生热，导致熔 体温度升得过高，从而使发泡困难。 一般而言，这些较高温度会降低 粘度，该作用抵消了以更粘的树脂为原料所获得的效益。LLDPE树脂已知具有很差的熔体强度，随着该聚合物熔体指数的 提高(也就是分子量降低)，该性能进一步降低。因此，在非交联发泡 应用领域，这些树脂的应用仅限于少量用于共混物中，其中主要成分 是类似低密度聚乙烯(LDPE)的高熔体强度聚合物。因此，传统上用于常规薄膜的提高MD撕裂强度的方法(通常例 如使用低熔体指数LLDPE树脂或使用纯净LLDPE树脂或富含LLDPE 树脂的共混物)未必可用于发泡膜，因此已知没有厚度为1至IO密耳 的泡沫片材具有足够的撕裂强度，特别是MD撕裂强度。
技术实现思路
令人惊讶地，已经发现，通过与特定制造条件一起使用LLDPE和 LDPE的特定共混物，可以制造具有与组成相同厚度相当的非泡沫片材相似的MD撕裂性能的薄厚度泡沬片材。具体而言，将高MI LLDPE 主要组分与低MI支化LDPE次要组分结合的共混物在聚合物基底的机 械强度与其熔体强度、伸长度和应力松弛之间提供充足的平衡，使得 薄发泡膜的MD撕裂强度与具有类似厚度和组成的非泡沫对应物相当。 高MI LLDPE树脂的密度越低，MD撕裂强度就越好，但是要以膜模 量为代价。因此，本专利技术的发泡膜很薄(通常1至IO密耳厚)，并且 通过ASTMD 1922测量时，3密耳的膜具有至少160克的MD撕裂强 度。本专利技术的发泡膜优选至少部分由含有10至95wt。/。具有相对较高 (1.5至6) MI的LLDPE和5至90wt。/。具有相对较低MI (0.5至2.0) 的LDPE树脂的共混物制成。应该选择制造条件以最大程度地降低泡孔尺寸和减少集中应力的 区域。这些条件包括例如，最优化模头类型、刃口长度(landlength)、 模头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫聚烯烃片材，其厚度为３至８密耳，ＭＤ撕裂强度为至少１５０克／密耳，所述片材的组成为１０至９０重量％ＬＬＤＰＥ和９０至１０重量％乙烯均聚物ＬＤＰＥ、一种或多种发泡剂和至多２重量％的一种或多种添加剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F马丁内斯，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]