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??? 作者簡介：劉西文，女，湖南科技職業(yè)學院輕化工程學院副教授，主要研究方向：高分子材料加工與改性，已發(fā)表論文12篇。
??? 近幾年來，復合膜以其優(yōu)異的阻隔性、耐化學品性、耐高低溫性及力學性能等綜合優(yōu)勢，被廣泛用于包裝各種食品、日用化學品、化肥、農(nóng)藥等。我國目前使用的復合膜大都是通過聚氨酯膠黏劑，采用干式復合法將具有阻隔性能的薄膜、鋁箔及具有良好熱封性能的聚烯烴薄膜復合而成，其產(chǎn)品的產(chǎn)量約占復合膜總產(chǎn)量的50%以上。而這種復合膜由于內層熱封膜對氣體、溶劑的阻隔性能小，一方面易導致膠黏劑中殘留的單體、溶劑滲透到所包裝的物品中，污染包裝物，對于食品、化妝品來說還會損害人體身心健康。另一方面，包裝物中所含的油、溶劑、辛辣氣味等也會通過熱封膜滲透到膠黏劑層，腐蝕膠黏劑，使復合膜黏接強度下降、分層甚至破損，而最終導致包裝物易變質或受污染。因此為了提高復合膜包裝的質量，除了提高阻隔層的阻隔性能和選擇高性能的黏接劑外，提高熱封層阻隔能力也是相當重要的。近幾年來，這方面的問題已引起了國內包裝行業(yè)及許多復合膜生產(chǎn)企業(yè)的關注。目前，提高熱封層阻隔能力采取的方法主要是通過聚烯烴與具有阻隔性的塑料材料共混和多層共擠復合，如：LDPE與LLDPE共混、LDPE/PA共混、PE/PA/PE、PE/PET/PE等多層共擠復合，但采用共混復合時，如PA、PET等阻隔材料用量較大則會使熱封膜的熱封性能下降，而共擠復合則工藝較為復雜，設備投資成本大等，因此這兩種方法都有其局限性。
??? 納米水滑石（LDH）是一種層狀雙金屬氫氧化物（分子結構式為：Mg6Al2(OH)16CO3H2O），層狀間具有可交換離子為陰離子，屬于陰離子型黏土。將其納米片層均勻地分散在塑料基體中，可以大幅度提高薄膜的阻隔性能，同時由于納米LDH特殊的層狀結構還使其具有紫外阻隔性、熱穩(wěn)定性、吸附性、殺菌防霉性。因此，它在包裝材料中有著重要的應用價值。筆者采用有機化改性的納米LDH與PE進行熔融插層復合制得復合材料，再通過擠出吹塑制備出PE/納米LDH復合膜，并詳細地研究了復合膜的阻隔性能及熱封性能。
?? 1.實驗部分
?? 1.1主要原料
??? LDPE，山東齊魯石油化工公司塑料廠；LLDPE，廣東茂名石化乙烯工業(yè)公司；納米LDH，自制；有機改性劑，市售；液體石蠟，市售。鋁箔、PET膜，蘇州萬德福爾新材料有限公司
?? 1.2主要儀器與設備
雙螺桿擠出機，TE-35，南京科亞公司
高速混合機，SHR-10A，南京日升塑機廠
擠出吹塑機，SJM—Z45，大連華太塑料機械有限公司
透射電子顯微鏡，JEM-1200EX,日本JEOL公司
透氣性測試儀,濟南蘭光機電技術有限公司
水蒸氣透過率測試儀,濟南蘭光機電技術有限公司
熱封試驗機，F(xiàn)S-300型，濟南蘭光機電技術有限公司
測厚儀,濟南蘭光機電技術有限公司
電子拉力機,LDX－200型，濟南蘭光機電技術有限公司
干式復合機，GF600-1000，浙江東風塑料機械廠
??? 1.3試樣制備
??? （1）復合材料的制備
??? 先將納米LDH經(jīng)有機改性劑改性以后，再將其與LDPE、LLDPE、液體石蠟等原料以一定比例分別加入到高速混合機中混合均勻，然后經(jīng)雙螺桿擠出造粒，制得納米復合粒料。
?? （2）PE/納米LDH熱封膜的制備
??? 將所制得的納米復合粒料、LDPE、LLDPE等原料按配方比例用量加入混合設備充分混合均勻，經(jīng)擠出吹塑得到PE/納米LDH復合膜（厚度：0.070mm）。再以PE/納米LDH膜作熱封層與鋁箔、PET膜經(jīng)干法復合制得復合膜。
??? 為了研究納米LDH對熱封膜性能的影響，配方過程中，我們以納米LDH用量為變量，其他組分用量不變，得到不同的試驗配方?；九浞綖椋篖DPE：60份；LLDPE：40份，納米LDH：變量；其他助劑：適量。
??? 擠出吹塑工藝控制：機筒溫度Ⅰ區(qū)155～165℃，Ⅱ區(qū)165～170℃，Ⅲ區(qū)170～175℃，Ⅳ區(qū)175～185℃,螺桿轉速為35～40r/min。
1.4性能標準測試
復合膜的透氣性按GB1037-88測試
透水蒸氣性能按GB1038-70測試
熱封強度按QB/T2358-1998測試
復合剝離強度按GB8808-88測試
2.結果與討論
??? 2.1納米LDH對PE熱封膜阻隔性能的影響
??? 2.1.1對氣體阻隔性能的影響
??? 通過一系列試驗，我們得出了PE熱封膜氧氣透過率隨納米LDH用量對變化的關系曲線（如圖1）。由圖1可以看出，隨納米LDH含量的增加，PE熱封膜氧氣的透過率降低，但當納米LDH的含量的質量分數(shù)超過3%時，氧氣的透過率呈明顯的增加趨勢。這主要是由于當復合體系加入納米LDH后，納米粒子呈層狀結構均勻分布在PE的體系中，使氧氣透過時，遷移路徑大大延長，從而降低了氧氣的透過率（如圖2）。當含量增加到一定程度（大于3%）后，在外力的作用下，納米粒子的碰撞機率加大，從而使納米粒子的發(fā)生團聚，粒子尺寸加大，層狀結構被破壞，故氧氣的透過率增加。
??? 2.1.2對透水蒸氣性能的影響
如圖3所示為納米LDH含量對PE熱封膜水蒸氣透過率的影響變化關系曲線，
由圖3可看出，PE熱封膜對水蒸氣的透過率隨納米LDH的含量增加而略呈上升趨勢。這主要是由于納米LDH的組成和特殊結構所引起。如圖4為LDH分子立體結構模型示意圖，納米LDH的納米片層是八面體組成菱形單元層，由于Mg與Al離子半徑相近，層板上Mg與Al離子相間排列，Mg與Al層帶正電荷，兩側為帶負電的OH-層，再外側為CO32-與H2O層。層板上帶有OH-、CO32-，具有強親水性而造成，且納米LDH用量越多，親水基團越多，吸水性也就越大。但由于復合體系中PE是強疏水性的高聚物，對水蒸氣有很強的阻隔作用，因此阻止了內部納米LDH對水蒸氣的吸收，從而當納米LDH用量不大（不于3%）時，熱封膜水蒸氣的透過率增大不多。
圖4 LDH分子立體結構模型示意圖
2.1.3對溶劑蒸氣滲透性能的影響
如圖5為PE熱封膜對甲苯蒸氣滲透率隨納米LDH用量變化的關系式曲線。由圖5可以看出，PE熱封膜對甲苯滲透率隨納米LDH用量的增加而下降，當用量為3%左右時達到極小值，隨著用量的繼續(xù)增加，滲透率呈上升趨勢。這主要也是由于納米LDH屬無機物，本身具有疏有機溶劑的性質，加上納米粒子呈層狀結構均勻分布在PE體系中，因此對甲苯向PE的滲透時起著阻擋的作用，延緩或阻止了甲苯的滲透，故滲透率會出現(xiàn)下降。但當納米粒子用量加大后，納米粒子團聚作用加大，顆粒加大，不再呈層狀分布，故對甲苯的滲透性增大。
2.2納米LDH對PE熱封膜熱封性能的影響
2.2.1對熱封強度的影響
圖6為熱封膜在160℃熱封時，熱封強度隨其納米LDH含量的變化關系曲線。從圖6可以看出，在相同的熱封溫度下，隨納米LDH用量的增加，熱封膜的熱封強度呈下降趨勢。這主要是由于納米LDH屬于無機物，本身的熱封性能差。另一方面它本身與PE的相容性差，經(jīng)有機化改性以后，雖然增大了它與PE的相容性，但分子之間的結合力仍然比較小，因此熱封強度會出現(xiàn)下降。
??? 2.2.2對熱封溫度的影響
??? 圖7為熱封膜的熱封強度隨熱封溫度的變化關系圖，從圖7中可以看出，當熱封膜中納米LDH用量一定時，在一定的溫度范圍內，熱封膜的熱封強度隨熱封溫度的提高而增加。從圖7還可看出，當納米LDH用量為3份左右時，與不加納米LDH相比，若要達到相同的熱封強度，則需提高熱封溫度10℃左右。這主要是由于納米粒子加入到聚合物中，對聚合物有異相成核作用，使聚合物的結晶度提高，因而熔點提高，熱封溫度也相應提高。另一方面，熱封溫度提高，PE分子鏈的活動性增加，分子鏈的纏結增加，纏結點增多，故強度提高，這樣可彌補因納米LDH的加入而使熱封膜熱封強度下降的問題。
??? 3.PET/Al/PE納米熱封膜干式復合膜綜合性能的評價
為了考察PE納米熱封膜其他方面的綜合性能，我們以制得的厚度0.070mm熱封膜為熱封層與0.009mm厚度的鋁箔為阻隔層、0.012mm厚度的PET為印刷層，以LY-50VR/LY-50VN為黏接劑，采用干式復合法，制得3層復合膜，經(jīng)制樣測得復合膜的各項性能指標及普通LDPE/LLDPE熱封層膜性能如表1所示。
??? 4．結論
??? （1）納米LDH對PE熱封膜的阻隔性能影響較大，對氧氣和有機溶劑的阻隔性增大，當其用量為3%左右時，達到最大。但對水蒸氣的阻隔性能下降，用量在4%以下時，下降的幅度不大。
??? （2）納米LDH對PE熱封膜的熱封強度、熱封溫度等熱封性能產(chǎn)生影響，隨其用量的增加熱封強度出現(xiàn)下降，熱封溫度提高。
??? （3）當納米LDH的用量一定時，適當提高熱封溫度可相應提高熱封強度。
??? （4）采用納米PE熱封膜與鋁箔、PET干式復合的復合膜可用于含甲苯等有機溶劑的農(nóng)藥包裝。