[发明专利]一种制备聚烯烃基阻隔材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备聚烯烃基阻隔材料的方法，其特点之一是利用具有双向拉伸作用的混合器实现阻隔相在聚烯烃基体中变形为二维片状结构，有效增加小分子扩散路径,进而达到提高阻隔性能的目的，属于聚合物基复合材料制备工艺领域。

背景技术

阻隔材料是一种重要的功能性包装材料，它对小分子气体、液体、水蒸汽、香味及药味有屏蔽能力，可广泛应用于药品、食品、精细化学物质及精密仪器的保存和包装领域[刘萍,王德禧. 塑料, 2001, 9 (1): 9～11]。材料的透氧量小于或等于5ml/㎡.24h.101kpa（当厚度为0.1mm时，氧气渗透系数P约为5.73*10^-16cm³.cm/cm².s.Pa）称为高阻隔材料。近年来，随着科学技术的发展，高分子材料已经在工、农业生产和人民生活中占据重要地位，成为不可缺少的一类材料。相比于金属、陶瓷、玻璃等传统包装材料，高分子材料以其质轻、易于加工成型、不易破碎且易于回收等诸多优势成为阻隔包装材料的首选，得到了广泛应用。

聚烯烃如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等具有耐冲击、耐腐蚀及隔湿等优异的性能，且价格低廉；但对氧气、二氧化碳等气体及烃类溶剂的阻隔性差，会由于溶剂的渗漏给环境带来污染。高阻隔树脂如乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）、聚酰胺（PA）等为极性高分子，是具有优异阻隔性能的热塑性树脂，它对氧气和二氧化碳气体具有极好的阻隔性, 对多种烃类有机溶剂也具有优良的阻隔性能；但具有很强的吸湿性，吸湿后其阻隔性能和力学性能会明显下降，同时价格较为昂贵。通常是将高阻隔树脂（EVOH、PA）为分散相，加入到阻隔性较差的聚烯烃基体（PE、PP）中, 采用合适的加工成型工艺，使两者充分混合，从而制得具有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物。

目前制备聚烯烃基阻隔材料的方法主要有：多层共挤法和层状共混法。多层共挤技术是用两台或多台挤出机将两种或多种聚合物同时挤出并在一个机头中成型成多层板式或片状结构的一步法加工成型过程[Tanaka H.,Shigemoto H., Kawachi H.,J. Plast.Film Sheet,1996,12:270-279] 。利用多层共挤技术制备的阻隔性复合材料通常由防湿性材料，阻隔性材料及粘合剂三大类材料组合而成。防湿性树脂通常采用聚烯烃类，如PP、PE等；阻隔性材料常采用对O₂、N₂、CO₂等气体和甲苯、汽油等有机溶剂阻隔性能优异的高分子材料，如聚酯、尼龙、EVOH等；由于大多数聚合物之间热力学不相容的，如非极性的PE和极性的尼龙或非极性的PP和极性的EVOH进行复合，层间界面张力大，粘合力极低，层间极易剥离分层。因此还需选择合适的相容剂以改善界面粘结，从而制得综合性能优良的阻隔性高分子复合材料。普通多层共挤出虽能得到理想的连续阻隔层结构，但模具设计复杂，废料难回收。

层状共混技术是通过选择合适种类和数量的相容剂以及严格控制加工条件，从而使得阻隔性聚合物（EVOH、PA）以片状结构分散于连续相聚烯烃基体（PE、PP）中[陈旭东, 沈家瑞. 高分子材料科学与工程, 1998, 14 (2): 1-9]。适当的熔体粘度比和良好的界面粘合对层状结构的形成与阻隔性能的提高至关重要。国内对层状共混阻隔材料的研究，概括起来主要集中在用中高阻隔性材料改性阻隔性较差材料，大多研究工作都用尼龙来改性聚烯烃，利用改性尼龙或改性聚烯烃作为增容剂来提高共混物两相相容性，并通过控制适当的工艺条件使分散相以二维片状分散在连续相基体树脂中。此方法造价低，可利用现有的加工设备，易实现工业化；但需采用增容技术，加工工艺参数要求很高，且不易控制。

因此，现实的发展需要开发一种方法在保证阻隔性聚合物含量不改变的前提下，通过改变阻隔性聚合物在聚烯烃基体中的分散形态（从零维球状粒子变形为二维片状结构），且该方法的生产工艺简单，易于控制，适合大规模工业化生产。

 

发明内容

针对现有技术中利用多层共挤出法和层状共混法的方法制备聚烯烃阻隔材料的现状，本发明的目的是提供一种生产工艺简单、易于控制以及适合大规模工业化生产的聚烯烃基阻隔材料的制备方法，利用该方法可生产出具有二维片状结构阻隔相的聚烯烃基复合材料。