阅读说明：本技术 一种pp-tpu复合薄膜及其制备方法和应用 (PP-TPU composite film and preparation method and application thereof ) 是由 蔡芳昌 黄喆 阮波 吴锦 张鑫珂 张逸杰 蒋涛 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种PP-TPU复合薄膜及其制备方法和应用,所述高透明PP-TPU复合薄膜,包括以下质量份数的原料：聚丙烯树脂85-92份,TPU 5-10份,相容剂3-5份,成核剂1-3份；所述聚丙烯树脂、TPU、相容剂以及成核剂均为固体材料。本发明中,通过采用相容剂以及成核剂等,使得非极性的PP以及极性的TPU得以相容,解决了两者相容性差问题,为薄膜材料的配方,提供了新的思路。本发明中,通过上述配方制备的复合薄膜,机械性能好,能够降低雾度,提高透光率,扩大其应用范围。(The invention discloses a PP-TPU composite film and a preparation method and application thereof, and the high-transparency PP-TPU composite film comprises the following raw materials in parts by mass: 85-92 parts of polypropylene resin, 5-10 parts of TPU (thermoplastic polyurethane), 3-5 parts of compatilizer and 1-3 parts of nucleating agent; the polypropylene resin, the TPU, the compatilizer and the nucleating agent are all solid materials. In the invention, the non-polar PP and the polar TPU are compatible by adopting the compatilizer, the nucleating agent and the like, so that the problem of poor compatibility of the non-polar PP and the polar TPU is solved, and a new thought is provided for the formula of the film material. The composite film prepared by the formula has good mechanical property, can reduce haze, improve light transmittance and expand the application range of the composite film.)

一种PP-TPU复合薄膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料及其制备技术领域，具体涉及一种透光率好、机械强度佳的PP-TPU复合薄膜。

背景技术

近年来热收缩膜被广泛应用于人类生活中的包装领域，如食品包装等。热收缩膜用于各种产品的销售和运输，其主要作用是稳固、遮盖和保护产品。收缩膜必须具有较高的耐穿刺性，良好的收缩性和一定的收缩应力。在收缩过程中，薄膜不能产生孔洞。当前，热收缩膜的种类主要包括PE收缩膜、POF收缩膜、OPS收缩膜、PET收缩膜等。

热收缩膜所需要具备的特点包括：

1.具有较高的柔韧性、不易破损、抗***力强、抗撞击性能强、抗撕裂性能强、拉力强，可替代箱包装。

2.收缩率大，热收缩后能紧裹物品，若制成PE直通袋(袋的两端开口)。经热收缩后，开口的两端可以提起物品，能承受15KG重量，便于搬运。

3.透明度佳、透光率达80％，能显示产品，能无形宣传产品，同时也减少了在物流通环节的配送错误。

4.防潮、防水、防尘，既能达到包装效果，也能美观产品、保护产品。

5.无毒、无味、无污染属环保包装材料。

然而现有的热收缩膜中，主要是PE，POE等热收缩膜，这些热收缩膜在实际使用中，存在诸多问题，单层热收缩膜PE膜的成本极高，且制备步骤复杂，POE、POF等热收缩膜结构复杂，操作繁琐。聚丙烯薄膜的阻隔性、阻湿、防水性等虽然优于高密度聚乙烯膜，但是它的热封质量较差，不适用于是热收缩膜；TPU是由二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇(扩链剂)共同反应聚合而成的弹性体聚氨酯,具有高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。综合聚丙烯价格便宜等优点和TPU材料的优良拉伸性能，考虑将两种材料共混得到一种薄膜。

而实际操作中，PP和TPU的简单共混又存在以下问题：

1、聚丙烯树脂和TPU弹性体的相容性差，PP柔韧性差。

2、聚丙烯树脂和TPU弹性体通过吹塑得到的薄膜透明度低，包括雾度大，透光率低。

针对上述问题可知，PP与TPU相容性的解决，对热收缩膜在成本性能以及加工性有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，提供一种透明率好、机械性能佳且聚丙烯树脂和TPU相容性好的PP-TPU复合薄膜，解决了PP-TPU的相容性问题，具体地，机械性能包括拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量以及拉伸屈服应力。TPU为吹膜级聚酯型TPU，PP为巴塞尔吹膜级聚丙烯。

为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术手段实现：

一种PP-TPU复合薄膜，包括以下质量份数的原料：

聚丙烯树脂85-92份，TPU 5-10份，相容剂3-5份，成核剂1-3份；

所述聚丙烯树脂、TPU、相容剂以及成核剂均为固体材料。

本技术方案中，通过采用相容剂以及成核剂等，使得非极性的PP以及极性的TPU得以相容，解决了两者相容性差问题，为薄膜材料的配方，提供了新的思路。

本技术方案中，通过上述配方，制备的复合薄膜，具有透明性好的问题，能够降低雾度，提高透光率，扩大其应用范围。

本技术方案中，采用纯固体材料作为原料，通过简单地混合，无需过多的化学反应，整个配方使用制备过程中，安全性高，成本低，使用效率好。与现有技术中，通过诸多化学反应或者电学反应等，经过一系列步骤，在极高要求环境下制备复合薄膜相比，工艺简单，原料简单，容易获取，更方便生产，大规模推广。

作为本发明的进一步改进，包括以下质量份数的原料：聚丙烯树脂92份；TPU 5份；相容剂5份以及成核剂1份。

本实施例中，此时拉伸强度达到9.47MPa,断裂伸长率高达470.17％，远远大于其他配方的复合薄膜；而拉伸屈服应力则高达9.45MPa，弹性模量也低至34.27。在透明度方面，雾度也降低到了39.04，透光率高达91.22。

作为本发明的进一步改进，所述相容剂为PP-g-ST、PP-g-MAH或者PP-g-GMA中的一种。

通过选用这些相容剂，能够促使不相容的聚丙烯和TPU结合在一起，得到稳定的共混物。减少了化学催化剂、反应物以及试剂的添加，使用起来更加安全，方便。

具体地，PP-g-ST(聚丙烯接枝苯乙烯)、PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)或者PP-g-GMA(聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)，其作用机理为：借助分子间的键合力，促使两种不相容的聚合物结合在一起。制备高分子合金时，若两种材料不相容，通过加入第三种物质，可以分别和两种材料相容。

作为本发明的进一步改进，所述成核剂为山梨醇类聚丙烯透明成核剂。

本技术方案中，利用山梨醇类聚丙烯透明成核剂作为成核剂，推荐添加量为0.10-0.30％，产品可满足食品包装材料安全认证要求，改善制品热变形温度，缩短成型周期，解决了成核剂气味、白度等问题。

本发明还公开了一种PP-TPU复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

预处理：分别称取质量份数的聚丙烯树脂、TPU、相容剂以及成核剂进行烘干预处理；

原料混合：将预处理后的TPU以及PP进行共混，得到初步混合物，然后加入相容剂和成核剂，得到混合物；

制粒：将上述混合物在制粒设备中进行制粒，得到混合物材料；

吹塑：根据薄膜厚度要求，对吹塑机设置参数，得到薄膜。

本技术方案中，通过预处理、先混合、后混合以及制粒等步骤，将TPU以及PP得以充分混合，进而发挥各自优势，以便于形成需要的高透明TPU复合薄膜。

本发明中，无需添加化学试剂，无需化学反应，即可实现了多种固体物的相容，进而便于后期形成机械性能以及透明度满足要求的薄膜，便于推广应用，使用更加安全，极大的降低了生产成本。

作为本发明的进一步改进，所述预处理中，预处理的烘干温度为40-60℃，预处理的时间为10-14h。

本技术方案中，烘干的目的是去除原材料的水分，提高材料熔融共混的加工效率和性能。本技术方案中，烘干温度在40-60℃，低于40℃，则烘干需要较长的时间，使得工艺时间过长；而高于60℃，则部分原料容易熔化，粘结，后期不易加工。

本发明还公开了一种PP-TPU复合薄膜在包装薄膜领域的应用。

本技术方案中生产的复合薄膜，可以作为日用品、易碎品以及其他产品等包装，尤其是作为包装用薄膜，具有成本低、方便生产、工艺简单地特点，而用于包装时，由于机械性能强、透光率好，能够实现产品的良好包装。

作为本发明的进一步改进，所述包装薄膜为具有热收缩性产品的外部包装。

本技术方案中，具有热收缩性能的产品，具体是指受热胀冷缩现象影响的产品，比如各种橡胶类产品等等。

本发明中，由于包装薄膜的断裂伸长率高，故可以用于热收缩性产品，在产品受到热胀冷缩时，不会因为产品本身大小的改变，影响薄膜的包装效果。

作为本发明的进一步改进，所述包装薄膜为细节产品展示的外部包装。

本技术方案中，由于复合薄膜的透明度高，故当某些产品需要细节展示时，则相比于其他薄膜，本发明的效果更好。比如带有显示器的电子产品，或者某些局部需要展示的工业产品等。比如，用于电话手表的外包装膜，工业智能仪器仪表的外部包装薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述应用中，所述包装薄膜将产品包装后，经150-170℃环境下自动热收缩实现包装。

本技术方案中，在产品初步包装后，通过150-170℃的高温，由于热收缩包装的加工步骤会实现自动热收缩包装，通过自动热收缩包装后，复合薄膜能够更紧密的贴合在产品上，实现产品的高质量包装。

附图说明

图1为本发明提供的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜的拉伸强度测试结果图；

图2为本发明提供的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜的断裂伸长率测试结果图；

图3为本发明提供的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜的拉伸屈服应力测试结果图；

图4为本发明提供的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜的弹性模量测试结果图；

图5为本发明提供的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜的透光率测试结果图；

图6为本发明提供的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜的雾度测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例，本发明的发明内容进行阐述。

实施例1

本实施例中，公开了TPU复合薄膜的主要原料。

一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜，包括以下质量份数的原料：

聚丙烯树脂85-92份，TPU 5-10份，相容剂3-5份，成核剂1-3份；

所述聚丙烯树脂、TPU、相容剂以及成核剂均为固体材料。

本发明中，上述配方，可以为以下几种配方：

配方1：聚丙烯树脂85份，TPU 10份，相容剂3份，成核剂1份；

配方2：聚丙烯树脂87份，TPU7份，相容剂4份，成核剂2份；

配方3：聚丙烯树脂85-92份，TPU 8份，相容剂5份，成核剂3份；

配方4：聚丙烯树脂92份，TPU 5份，相容剂4份，成核剂2份。

上述四种配方，均可按照本发明中的制备工艺制备，并按照其应用进行实际应用。

本发明中，通过采用相容剂以及成核剂等，使得非极性的PP以及极性的TPU得以相容，解决了两者相容性差问题，为薄膜材料的配方，提供了新的思路。

本发明中，通过上述配方，制备的复合薄膜，具有透明性好的问题，能够降低雾度，提高透光率，扩大其应用范围。

本发明中，相容剂和成核剂的选择应用和原料配比，很好地解决PP/TPU的相容性，进而能够实现底成本、简单制备工艺的PP-TPU复合薄膜。

本发明中，采用纯固体材料作为原料，通过简单地混合，无需过多的化学反应，整个配方使用制备过程中，安全性高，成本低，使用效率好。与现有技术中，通过诸多化学反应或者电学反应等，经过一系列步骤，在极高要求环境下制备复合薄膜相比，工艺简单，原料简单，容易获取，更方便生产，大规模推广。

本发明中，原料通过4种简单易得的原料组成，实现了在原料成本上的方便选取，同时，四种原料均为固体制剂，容易混合，无需过多的步骤，相同类型的原料，后期制备工艺中，更容易操作。

实施例2

本实施例中，通过八种配方，分别制备成薄膜，然后分别取薄膜进行测试对比进行说明。

第一种配方，全部采用PP；

第二种配方，采用95份的PP以及5份的TPU；

第三种配方，采用92份PP，5份TPU以及3份相容剂；

第四种配方，采用92份PP，5份TPU以及4份相容剂；

第五种配方，采用92份PP，5份TPU以及5份相容剂；

第六种配方，采用92份PP，5份TPU，3份相容剂以及1份成核剂；

第七种配方，采用92份PP，5份TPU，4份相容剂以及1份成核剂；

第八种配方，采用92份PP，5份TPU，5份相容剂以及1份成核剂。

对上述八种配方，分别采用以下制备方法进行制备。

预处理：分别称取质量份数的聚丙烯树脂、TPU、相容剂以及成核剂进行烘干预处理；

具体地，预处理是采用40-60℃的温度，连续烘干10-14h，具体操作时，温度可以是40℃，50℃或者60℃，而对应的，烘干时间为14h，12h以及10h。

原料混合：将预处理后的TPU以及PP进行共混，得到初步混合物，然后加入相容剂和成核剂，得到混合物；(当然，如果没有TPU，PP，或者其他，则可以将全部原料进行混合)

制粒：将上述混合物在制粒设备中进行制粒，得到混合物材料；

吹塑：根据薄膜厚度要求，对吹塑机设置参数，得到薄膜。

本技术方案中，通过预处理、先混合、后混合以及制粒等步骤，将TPU以及PP得以充分混合，进而发挥各自优势，以便于形成需要的高透明TPU复合薄膜。

对于第一种配方以及第二种配方，则无需多次混合。

将上述制备得到的8种薄膜，分别进行机械性能测试，具体包括拉伸强度、断裂伸长率、拉伸屈服应力测试以及弹性模量，可以看出，第8种薄膜，拉伸强度、断裂伸长率以及拉伸屈服应力效果均比较好。

具体地，弹性模量的值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小；其值越小，越容易在低应力作用下发生形变，有利于收缩膜的加工应用。

对于第一种配方，仅含PP的塑料薄膜，拉伸强度、断裂伸长率以及拉伸屈服应力效果一般。

对于第二种配方，由于PP和TPU相容效果差，故参数一般。

对于第三种至第五种配方，断裂伸长率较差。

对于第6-8种配方，整体而言，第八种配方得到的复合薄膜的参数最佳。

具体地，第八种配方中，所述相容剂为PP-g-ST、PP-g-MAH或者PP-g-GMA中的一种。

通过选用这些相容剂，能够使得PP以及TUP得以相容，形成混合物。

通过选用这些相容剂，能够促使不相容的聚丙烯和TPU结合在一起，得到稳定的共混物。减少了化学催化剂、反应物以及试剂的添加，使用起来更加安全，方便。

具体地，PP-g-ST(聚丙烯接枝苯乙烯)、PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)或者PP-g-GMA(聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯)，其作用机理为：借助分子间的键合力，促使两种不相容的聚合物结合在一起。制备高分子合金时，若两种材料不相容，通过加入第三种物质，可以分别和两种材料相容。

作为本发明的进一步改进，所述成核剂为山梨醇类聚丙烯透明成核剂。

本实施例中，利用山梨醇类聚丙烯透明成核剂作为成核剂，推荐添加量为0.10-0.30％，产品可满足食品包装材料安全认证要求，改善制品热变形温度，缩短成型周期，解决了成核剂气味、白度等问题，提高了产品的外观和气味。

实施例3

本实施例中，通过调整配方，然后进行透光率以及雾度的测试，对比出整个配方中，雾度的变化趋势。

本实施例中，具体具有如下7种配方：

第一种配方，同实施例2中的第一种，采用纯100％的PP；

第二种配方，采用85份的PP加10份的TPU；

第三种配方，采用92份PP，5份TPU以及5份相容剂；

第四种配方，采用90份PP，5份TPU以及3份相容剂以及1份成核剂；

第五种配方，采用92份PP，5份TPU以及4份相容剂以及1份成核剂；

第六种配方，采用91份PP，5份TPU以及5份相容剂以及1份成核剂；

第七种配方，采用纯TPU；

对上述八种配方，分别采用以下制备方法进行制备。

预处理：分别称取质量份数的聚丙烯树脂、TPU、相容剂以及成核剂进行烘干预处理；

具体地，预处理是采用40-60℃的温度，连续烘干10-14h，具体操作时，温度可以是40℃，50℃或者60℃，而对应的，烘干时间为14h，12h以及10h。

原料混合：将预处理后的TPU以及PP进行共混，得到初步混合物，然后加入相容剂和成核剂，得到混合物；(当然，如果没有TPU，PP，或者其他，则可以将全部原料进行混合)

制粒：将上述混合物在制粒设备中进行制粒，得到混合物材料；

吹塑：根据薄膜厚度要求，对吹塑机设置参数，得到薄膜。

制备得到薄膜后，分别进行透光率和雾度的测试，通过对比可以看出；

纯PP材料制备的薄膜，透光率以及雾度效果很一般；

85份PP以及10份TUP制备得到的薄膜，由于两者的混合物材质不均一，相容性差，导致存在大量的颗粒状杂质，故透光率很低，雾度很高，说明透明度差。

具体地，透光率和雾度统称为透明度。雾都是透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观。雾都越大，透明度越低，反之越高；透光率越大，则透明度越好，反之透明度越差。

当配方三中增加3份相容剂后，透光率增加，且雾度降低，说明相容剂，能够实现部分效果的改善。

当配方四中，减少PP含量，增加一份成核剂时，透光率比配方三好，且雾度比配方三降低；

当配方五中，增加一部分PP以及相容剂的含量时，透光率比配方四好，且雾度比配方四降低；

当配方六中，继续增加相容剂，但是减少PP时，透光率比配方五好，且雾度比配方五降低；

当配方七中，全部采用TPU时，透光率好，同时雾度极低。

通过上述对比，雾度越低，透光率越高，薄膜的透明度越好。虽然聚丙烯和TPU分别成膜的透明度相对较高，但混合后透明度极度下降，通过相容剂和成核剂的加入，提高PP和TPU的相容性，提升其透光率，降低雾度。

采用本发明中的配方，即配方三至配方六，虽然其透光率不如纯TPU的透光率好，但是远远高于纯PP以及PP与TUP的单独混合物，由此可知，本发明中的配方，得到的复合薄膜，透光率是较佳的。

参照附图6雾度对比可以看出，本发明中的配方，雾度虽然高于纯PP或纯TUP，但是高于单纯PP以及TUP的混合物，进而证明，解决了PP以及TUP相容性差的问题，降低了雾度，提高了透光率。

实施例4

本发明还公开了实施例2中，第八种配方制备的一种高透明、高机械强度的PP-TPU复合薄膜在包装薄膜领域的应用。

本发明中生产的复合薄膜，可以作为日用品、易碎品以及其他产品等包装，尤其是作为包装用薄膜，具有成本低、方便生产、工艺简单地特点，而用于包装时，由于机械性能强、透光率好，能够实现产品的良好包装。

作为本发明的进一步改进，所述包装薄膜为具有热收缩性产品的外部包装。

本发明中，具有热收缩性能的产品，具体是指受热胀冷缩现象影响的产品，比如各种橡胶类产品等等。比如带有显示器的电子产品，或者某些局部需要展示的工业产品等。比如，用于电话手表的外包装膜，工业智能仪器仪表的外部包装薄膜。

本发明中，由于包装薄膜的拉伸强度好，故可以用于热收缩性产品，在产品热收缩时，不会影响薄膜的包装效果。

进一步地，所述包装薄膜为细节产品展示的外部包装。

本技术方案中，由于复合薄膜的透明度高，故当某些产品需要细节展示时，则相比于其他薄膜，本发明的效果更好。

进一步地，所述应用中，所述包装薄膜将产品包装后，经150-170℃环境下自动热收缩实现包装。

本发明中，在产品初步包装后，通过150-170℃的高温，实现自动热收缩包装，通过自动热收缩包装后，复合薄膜能够更紧密的贴合在产品上，实现产品的高质量包装。

本发明中的复合薄膜，主要用于以下几方面：

1、可以广泛应用于产品需要细节展示的热收缩产品包装上，比如各类结构复杂的小型物件。

2、在高透光率的包装薄膜下，可以更加清楚了解产品的可见外部结构细节以及信息。如通过对玩具、文体用品、电子电器等产品封口后，进入收缩包装机中，在一定温度下，热收缩膜自动收缩后得到的外部包装，既能满足产品的防潮防尘、防触摸偷换、透明展示等功能，又能增加产品外观吸引力，也可以用于代替各类纸盒，具体可以替代包装用塑料薄膜，同时节约包装成本。

3、本发明的薄膜，其优良的机械性能(主要为拉伸强度和断裂伸长率)，可以让薄膜同于各种大小型产品的热收缩外部包装，如食品、药品、消毒餐具以及各类纸质包装盒等等各种产品的外包装。尤其是在不规则形物品或商品的组合式(集束)包装方面，优良的机械性能，可以让产品在热收缩膜的自动包装下紧密包装，相比于其他类型的包装薄膜，在成本上具有更大的优势。

本发明中的配方，完全解决了TPU以及PP相容性差的问题，实现了一种同时具备PP以及TUP的混合薄膜，而针对本发明中的复合薄膜，其原料成分简单，容易获取，降低了原料采购环节的成本；在制备中，成分都是固体，制备方法简单，尤其是初期混合，容易操作，而后续的制粒以及吹塑等，则可以采用现有的成熟技术进行，整个工艺简单方便，极易推广使用，应用范围广。

本发明中，在配方选取时，TPU为吹膜级聚酯型TPU，PP为巴塞尔吹膜级聚丙烯。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。