具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)pvc功能薄膜及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，該透明軟質(zhì)PVC功能薄膜具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)和吸收的特點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明還提供了該具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)的軟質(zhì)PVC功能薄膜的制備方法，制備方法操作方便并且產(chǎn)品性能穩(wěn)定。本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)的軟質(zhì)PVC功能薄膜，其由以下質(zhì)量配比的原料制成：PVC樹脂100份、增塑劑60～70份、復(fù)合穩(wěn)定劑1.2～3.0份、紫外光吸收劑0.25～0.5份、受阻胺類光穩(wěn)定劑0～0.25份、潤(rùn)滑劑0.2～0.7份。
【專利說(shuō)明】具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種透明軟質(zhì)PVC功能薄膜及其制備方法，更具體地說(shuō)涉及一種具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明塑料除具有優(yōu)異的透明性以外，還具有很多優(yōu)良的性能，如加工性能、耐候性、電絕緣性好。透明塑料由于光學(xué)性能優(yōu)異，且質(zhì)輕性韌，應(yīng)用廣泛。透明塑料早期的最重要用途的之一是制造透明包裝材料，如透明包裝容器和透明包裝薄膜等。透明包裝材料可以使人們方便地觀察和了解被包裝物品的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和色澤，以方便人們選擇和購(gòu)買。
[0003]常用透明塑料基體材料主要有兩大類:一類是典型的非晶樹脂，如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS);另一類是結(jié)晶能力較弱或處于非晶態(tài)的半結(jié)晶聚合物，如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、熱塑性聚氨酯(TPU)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、透明聚丙烯(TPP)等。常用透明材料中，PS是無(wú)色透明具有玻璃光澤的硬質(zhì)材料，具有良好的光學(xué)性能；AS塑料無(wú)色透明，具有較高的剛性、力學(xué)性能和良好的加工性能；PMMA透明度好，耐熱性和韌性較好，機(jī)械強(qiáng)度中等、表面硬度低；PVC本色為微黃色半透明狀，有光澤，透明度優(yōu)于聚乙烯、聚丙烯；PC具有透明度高，光潔度好、表面硬度高等性能；PET具有較高的透光率，較好的表面耐摩擦性；TPP具有較好的透光率和表面光澤；EVA中醋酸乙烯酯(VAc)含量一般在5%~40%，與聚乙烯相比，EVA由于在分子鏈中引入了 VAc單體，從而降低了結(jié)晶度，提高了柔韌性，使透明性變好，EVA樹脂的性能尤其是透明性主要取決于分子鏈上VAc的含量，當(dāng)VAc含量高于20%時(shí)，EVA柔軟富有彈性，適合制造透明包裝材料；TPU作為彈性體是介于橡膠和塑料之間的一種材料，具有耐磨、耐油，透明，彈性好等特點(diǎn)。
[0004]上述透明材 料中，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、透明聚丙烯等適合制造硬質(zhì)透明包裝材料；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和熱塑性聚氨酯等適合制造軟質(zhì)透明包裝材料。聚氯乙烯樹脂則是一種特殊的透明包裝材料，因?yàn)樵诓患釉鏊軇┑那闆r下PVC適合制造硬質(zhì)透明包裝材料；但通過(guò)添加不同的增塑劑后，PVC通過(guò)配方調(diào)整可以得到半硬半軟直至軟質(zhì)(彈性)透明包裝材料。PVC作為一種通用樹脂，還具有價(jià)格低廉、原料易得等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得PVC透明包裝材料在許多方面獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0005]塑料包裝材料領(lǐng)域的市場(chǎng)年需求量逐年增加，年均需求增長(zhǎng)率為10%以上，在塑料制品行業(yè)中增長(zhǎng)速度最快。其中，薄膜是用量最大的塑料包裝材料，由于其無(wú)毒、質(zhì)輕、包裝美觀、成本低的特點(diǎn)，因而應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，開發(fā)的許多功能薄膜，進(jìn)一步擴(kuò)大了薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域。所謂功能性薄膜，是指具有普通薄膜沒有的某些特殊功能引入使得薄膜包裝效果明顯改善，如吸氧型阻隔性包裝薄膜、吸水型阻隔性包裝薄膜、抗菌性高阻隔薄膜、氣相防銹塑料薄膜等。
[0006]由于功能性薄膜大多需要在戶外使用，這將不可避免地使薄膜收到太陽(yáng)能的輻照。我們知道，太陽(yáng)是地球上的光和熱的主要源泉，太陽(yáng)一刻也不停息地把它巨大的能量源源不斷地傳送到地球上。太陽(yáng)輻射光譜包括無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、X-射線、Y -射線和宇宙射線等幾個(gè)波譜范圍。由于地球大氣中臭氧、水氣和其他大氣分子的強(qiáng)烈吸收，整個(gè)太陽(yáng)輻射光譜不能全部到達(dá)地面。達(dá)到地球的太陽(yáng)電磁輻射中99.9%的能量集中在紫外區(qū)、可見光區(qū)和紅外區(qū)，其中紫外線(波長(zhǎng)<400nm)約占7~8%，可見光(波長(zhǎng)400~760nm)約占46~50%，紅外線(>760nm)約占43~46%。由愛因斯坦提出的光量子公式可知，雖然到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射光譜中紫外光只占總太陽(yáng)能的7~8%，但其波長(zhǎng)最短，光子能量最大，對(duì)諸如聚氯乙烯等聚合物的危害最大。這是因?yàn)楦鶕?jù)光量子理論:
[0007]E (kj/mol) =6.8395 X 103/ λ (nm)
[0008]對(duì)于波長(zhǎng)為300nm的光子能量為397kJ/mol，而大部分聚合物的自動(dòng)氧化反應(yīng)活化能為47~170kJ/mol，化學(xué)鍵斷裂能為170~420kJ/mol。由此可知，到達(dá)地面的紫外線能量足以破壞聚合物的化學(xué)鍵，引發(fā)自動(dòng)氧化反應(yīng)。常用塑料制品造成光降解的敏感波長(zhǎng)都在290~400nm之間,例如造成聚乙烯光降解的敏感波長(zhǎng)300nm、聚丙烯為310nm、聚氯乙烯為310nm、聚苯乙烯為318nm、聚酯為325nm、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物為322~364nm、聚醋酸乙稀酷為280nm。
[0009]由以上分析可知，太陽(yáng)輻射光譜中的紫外光，是導(dǎo)致高分子材料變色、褪色以及氧化降解的重要原因。為了避免紫外光對(duì)塑料包裝材料以及被包裝物品的破壞，采用將特殊的顏料或助劑加入塑料包裝材料中可以制備具有遮光性能的功能薄膜。例如在聚氯乙烯樹脂中加入金紅石型二氧化鈦、細(xì)粒徑炭黑可以有效地屏蔽紫外光，制備的具有遮光性能的PVC功能薄膜耐紫外光老化性能性能優(yōu)異，同時(shí)有效地保護(hù)了被包裝物品免遭太陽(yáng)輻射光譜中的紫外光破壞。由于復(fù)含金紅石型二氧化鈦、細(xì)粒徑炭黑的遮光性PVC功能薄膜在屏蔽紫外光的同時(shí)，導(dǎo)致透光性差，尤其是可見光不能透過(guò)，因而不適合制造透明薄膜。有報(bào)道日本研制開發(fā)了一種用于住宅門窗厚度為95 μ m的透明塑料功能薄膜，這種薄膜是使用聚乙烯樹脂為原料、采用4層特殊膜結(jié)構(gòu)制成，在玻璃窗上貼上這種薄膜，就可將對(duì)人體有害的紫外線與紅外線大幅度遮斷，可見光透過(guò)率超過(guò)80%，所以居室不黑暗。該功能薄膜的最大特征是，可大幅抑制紫外線(99.6%)與紅外線(80%)透過(guò)，因此可以預(yù)防通常因紫外線照射而引發(fā)的老人斑等皮膚病，有保護(hù)皮膚效果；對(duì)室內(nèi)軟裝飾材料如榻榻米、窗簾、地毯等有預(yù)防變色的效果，當(dāng)前存在問題是生產(chǎn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致價(jià)格較高需改進(jìn)。
[0010]綜上所述，目前使用的透明PVC薄膜無(wú)論是硬質(zhì)還是軟質(zhì)，均不具有顯著屏蔽紫外光的功能和作用；遮光PVC功能薄膜耐紫外光性能好，并可保護(hù)被包裝物品免遭紫外光破壞，但其不透明限制其適用范圍。雖然市場(chǎng)上多層特殊膜結(jié)構(gòu)的聚乙烯透明薄膜能夠有效地阻斷紫外線和紅外線透過(guò)，因其生產(chǎn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致價(jià)格較高仍需進(jìn)行改進(jìn)。因此開發(fā)一種高效率屏蔽太陽(yáng)光譜中的紫外光(對(duì)200~400nm紫外光波段的平均抑制率高達(dá)99.8%以上，亦即紫外光的平均透過(guò)率<0.2%)，同時(shí)滿足高可見光透過(guò)(對(duì)400~780nm可見光波段的平均透過(guò)率> 70%)、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好的軟質(zhì)PVC功能薄膜成為該行業(yè)的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，提供一種具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，該透明軟質(zhì)PVC功能薄膜具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)和吸收的特點(diǎn)。
[0012]同時(shí)本發(fā)明還提供了該具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜的制備方法，制備方法操作方便并且產(chǎn)品性能穩(wěn)定。
[0013]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0014]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其由以下質(zhì)量配比的原料
制成:
[0015]
PVC樹脂100份
增塑劑60~70份
復(fù)合穩(wěn)定劑1.2~3.0份
紫外光吸收劑0.25~0.5份
受阻胺類光穩(wěn)定劑O~0.25份
潤(rùn)滑劑0.2~0.7份。
[0016]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的PVC樹脂為懸浮法工藝生產(chǎn)的PVC樹脂，平均聚合度1000，K值66~68。
[0017]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的增塑劑是環(huán)己烷1，2_ 二甲酸二異壬基酯、鄰苯二甲酸二(2-丙基庚)酯、鄰苯二甲酸二異壬酯中的一種或其組合。
[0018]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的復(fù)合穩(wěn)定劑是Ca/Zn粉狀復(fù)合穩(wěn)定劑、Ca/Zn液體復(fù)合穩(wěn)定劑、Ba/Zn液體復(fù)合物穩(wěn)定劑、液體有機(jī)錫復(fù)合穩(wěn)定劑中的一種或其組合。
[0019]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的紫外光吸收劑是苯并三唑類紫外光吸收劑。
[0020]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的受阻胺類光穩(wěn)定劑是光穩(wěn)定劑Tinuvin770、光穩(wěn)定劑Chimassorb944、光穩(wěn)定劑HS-112、光穩(wěn)定劑HS-765中的一種或其組合，受阻胺類光穩(wěn)定劑用量?jī)?yōu)選0.05~0.25份。
[0021]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜)其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的潤(rùn)滑劑為硬脂酸、液體石蠟中的一種或其組合。
[0022]本發(fā)明的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜的制備方法，其包括以下步驟:
[0023]復(fù)合穩(wěn)定劑、紫外光吸收劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑先與部分增塑劑在輥溫為30~50°C三輥研磨機(jī)中研磨2次形成膏狀復(fù)合助劑混合物；在高速混合機(jī)中加入PVC樹脂、膏狀復(fù)合助劑混合物、預(yù)先加熱至60-80°C的剩余部分增塑劑，高速混合至料溫達(dá)到100±5°C后排料至行星混合機(jī)；控制行星擠出機(jī)的溫度在110~160°C使增塑PVC塑化均勻后進(jìn)入開放式煉塑機(jī)中，開煉機(jī)的物料通過(guò)單螺桿過(guò)濾機(jī)過(guò)濾雜質(zhì)后直接上料到壓延機(jī)，壓延機(jī)的操作溫度控制在160~180°C之間，再通過(guò)壓延、冷卻和卷取工藝，最后得到具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)的軟質(zhì)PVC功能薄膜。
[0024]具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜對(duì)太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)的測(cè)試方法利用紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)進(jìn)行。具體方法是首先將樣品在溫度為25°C停放24h，然后設(shè)置紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)為透射模式；制備直徑為25mm軟質(zhì)PVC功能薄膜放入儀器中，測(cè)試樣品在波長(zhǎng)為200~2500nm的透光率曲線。分別取紫外光波段(200-400nm)和可見光波段(400_780nm)透過(guò)率數(shù)據(jù)(函數(shù))進(jìn)行積分，使用以下公式計(jì)算平均透過(guò)率:
【權(quán)利要求】
1.一種具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其特征在于由以下質(zhì)量配比的原料制成: PVC樹脂100份增塑劑60~70份復(fù)合穩(wěn)定劑1.2~3,0份紫外光吸收劑0.25~0.5份受阻胺類光穩(wěn)定劑0~0.25份潤(rùn)滑劑0.2~0.7份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其特征在于所述的PVC樹脂為懸浮法工藝生產(chǎn)的PVC樹脂，平均聚合度1000，K值66~68。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其特征在于所述的增塑劑是環(huán)己烷1，2_ 二甲酸二異壬基酯、鄰苯二甲酸二(2-丙基庚)酯、鄰苯二甲酸二異壬酯中的一種或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其特征在于所述的復(fù)合穩(wěn)定劑是Ca/Zn粉狀復(fù)合穩(wěn)定劑、Ca/Zn液體復(fù)合穩(wěn)定劑、Ba/Zn液體復(fù)合物穩(wěn)定劑、液體有機(jī)錫復(fù)合穩(wěn)定劑中的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其特征在于所述的紫外光吸收劑是苯并三唑類紫外光吸收劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜，其特征在于所述的受阻胺類光穩(wěn)定劑是光穩(wěn)定劑Tinuvin770、光穩(wěn)定劑Chimassorb944、光穩(wěn)定劑HS-112、光穩(wěn)定劑HS-765中的一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜其特征在于所述的潤(rùn)滑劑為硬脂酸、液體石蠟中的一種或其組合。
8.如權(quán)利要求1~7任一所述的具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)軟質(zhì)PVC功能薄膜的制備方法，其特征在于包括有以下步驟: 復(fù)合穩(wěn)定劑、紫外光吸收劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑先與部分增塑劑在輥溫為30~50°C三輥研磨機(jī)中研磨2次形成膏狀復(fù)合助劑混合物；在高速混合機(jī)中加入PVC樹月旨、膏狀復(fù)合助劑混合物、預(yù)先加熱至60-80°C的剩余部分增塑劑，高速混合至料溫達(dá)到100±5°C后排料至行星混合機(jī)；控制行星擠出機(jī)的溫度在110~160°C使增塑PVC塑化均勻后進(jìn)入開放式煉塑機(jī)中，開煉機(jī)的物料通過(guò)單螺桿過(guò)濾機(jī)過(guò)濾雜質(zhì)后直接上料到壓延機(jī)，壓延機(jī)的操作溫度控制在160~180°C之間，再通過(guò)壓延、冷卻和卷取工藝，最后得到具有太陽(yáng)光譜選擇性透過(guò)的軟質(zhì)PVC功能薄膜。
【文檔編號(hào)】C08K5/3435GK103467888SQ201310412883
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】張軍, 王世超, 張毓浩, 丁雨凱, 袁益凱, 袁建, 吳俊英, 周賢, 劉云輝, 莊志磊 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué), 江蘇名陽(yáng)高分子新材料有限公司, 江陰正陽(yáng)包裝材料有限公司