??? 近幾年來(lái)，復(fù)合膜以其優(yōu)異的阻隔性、耐化學(xué)品性、耐高低溫性及力學(xué)性能等綜合優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于包裝各種食品、日用化學(xué)品、化肥、農(nóng)藥等。我國(guó)目前使用的復(fù)合膜大都是通過(guò)聚氨酯膠黏劑，采用干式復(fù)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(fù)合而成，其產(chǎn)品的產(chǎn)量約占復(fù)合膜總產(chǎn)量的50%以上。而這種復(fù)合膜由于內(nèi)層熱封膜對(duì)氣體、溶劑的阻隔性能小，一方面易導(dǎo)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(duì)于食品、化妝品來(lái)說(shuō)還會(huì)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(huì)通過(guò)熱封膜滲透到膠黏劑層，腐蝕膠黏劑，使復(fù)合膜黏接強(qiáng)度下降、分層甚至破損，而最終導(dǎo)致包裝物易變質(zhì)或受污染。因此為了提高復(fù)合膜包裝的質(zhì)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(dāng)重要的。近幾年來(lái)，這方面的問(wèn)題已引起了國(guó)內(nèi)包裝行業(yè)及許多復(fù)合膜生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。目前，提高熱封層阻隔能力采取的方法主要是通過(guò)聚烯烴與具有阻隔性的塑料材料共混和多層共擠復(fù)合，如：LDPE與LLDPE共混、LDPE/PA共混、PE/PA/PE、PE/PET/PE等多層共擠復(fù)合，但采用共混復(fù)合時(shí)，如PA、PET等阻隔材料用量較大則會(huì)使熱封膜的熱封性能下降，而共擠復(fù)合則工藝較為復(fù)雜，設(shè)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(jié)構(gòu)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(shí)由于納米LDH特殊的層狀結(jié)構(gòu)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(yīng)用價(jià)值。筆者采用有機(jī)化改性的納米LDH與PE進(jìn)行熔融插層復(fù)合制得復(fù)合材料，再通過(guò)擠出吹塑制備出PE/納米LDH復(fù)合膜，并詳細(xì)地研究了復(fù)合膜的阻隔性能及熱封性能。
?? 1.實(shí)驗(yàn)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(jī)改性劑，市售；液體石蠟，市售。鋁箔、PET膜，蘇州萬(wàn)德福爾新材料有限公司
?? 1.2主要儀器與設(shè)備
雙螺桿擠出機(jī)，TE-35，南京科亞公司
高速混合機(jī)，SHR-10A，南京日升塑機(jī)廠
擠出吹塑機(jī)，SJM—Z45，大連華太塑料機(jī)械有限公司
透射電子顯微鏡，JEM-1200EX,日本JEOL公司
透氣性測(cè)試儀,濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司
水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀,濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司
熱封試驗(yàn)機(jī)，F(xiàn)S-300型，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司
測(cè)厚儀,濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司
電子拉力機(jī),LDX－200型，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司
干式復(fù)合機(jī)，GF600-1000，浙江東風(fēng)塑料機(jī)械廠
??? 1.3試樣制備
??? （1）復(fù)合材料的制備
??? 先將納米LDH經(jīng)有機(jī)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(jī)中混合均勻，然后經(jīng)雙螺桿擠出造粒，制得納米復(fù)合粒料。
?? （2）PE/納米LDH熱封膜的制備
??? 將所制得的納米復(fù)合粒料、LDPE、LLDPE等原料按配方比例用量加入混合設(shè)備充分混合均勻，經(jīng)擠出吹塑得到PE/納米LDH復(fù)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(fù)合制得復(fù)合膜。
??? 為了研究納米LDH對(duì)熱封膜性能的影響，配方過(guò)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(yàn)配方。基本配方為：LDPE：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(jī)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(zhuǎn)速為35～40r/min。
1.4性能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試
復(fù)合膜的透氣性按GB1037-88測(cè)試
透水蒸氣性能按GB1038-70測(cè)試
熱封強(qiáng)度按QB/T2358-1998測(cè)試
復(fù)合剝離強(qiáng)度按GB8808-88測(cè)試
2.結(jié)果與討論
??? 2.1納米LDH對(duì)PE熱封膜阻隔性能的影響
??? 2.1.1對(duì)氣體阻隔性能的影響
??? 通過(guò)一系列試驗(yàn)，我們得出了PE熱封膜氧氣透過(guò)率隨納米LDH用量對(duì)變化的關(guān)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(guò)率降低，但當(dāng)納米LDH的含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)3%時(shí)，氧氣的透過(guò)率呈明顯的增加趨勢(shì)。這主要是由于當(dāng)復(fù)合體系加入納米LDH后，納米粒子呈層狀結(jié)構(gòu)均勻分布在PE的體系中，使氧氣透過(guò)時(shí)，遷移路徑大大延長(zhǎng)，從而降低了氧氣的透過(guò)率（如圖2）。當(dāng)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(jī)率加大，從而使納米粒子的發(fā)生團(tuán)聚，粒子尺寸加大，層狀結(jié)構(gòu)被破壞，故氧氣的透過(guò)率增加。
??? 2.1.2對(duì)透水蒸氣性能的影響
如圖3所示為納米LDH含量對(duì)PE熱封膜水蒸氣透過(guò)率的影響變化關(guān)系曲線，
由圖3可看出，PE熱封膜對(duì)水蒸氣的透過(guò)率隨納米LDH的含量增加而略呈上升趨勢(shì)。這主要是由于納米LDH的組成和特殊結(jié)構(gòu)所引起。如圖4為L(zhǎng)DH分子立體結(jié)構(gòu)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(cè)為帶負(fù)電的OH-層，再外側(cè)為CO32-與H2O層。層板上帶有OH-、CO32-，具有強(qiáng)親水性而造成，且納米LDH用量越多，親水基團(tuán)越多，吸水性也就越大。但由于復(fù)合體系中PE是強(qiáng)疏水性的高聚物，對(duì)水蒸氣有很強(qiáng)的阻隔作用，因此阻止了內(nèi)部納米LDH對(duì)水蒸氣的吸收，從而當(dāng)納米LDH用量不大（不于3%）時(shí)，熱封膜水蒸氣的透過(guò)率增大不多。
圖4 LDH分子立體結(jié)構(gòu)模型示意圖
2.1.3對(duì)溶劑蒸氣滲透性能的影響
如圖5為PE熱封膜對(duì)甲苯蒸氣滲透率隨納米LDH用量變化的關(guān)系式曲線。由圖5可以看出，PE熱封膜對(duì)甲苯滲透率隨納米LDH用量的增加而下降，當(dāng)用量為3%左右時(shí)達(dá)到極小值，隨著用量的繼續(xù)增加，滲透率呈上升趨勢(shì)。這主要也是由于納米LDH屬無(wú)機(jī)物，本身具有疏有機(jī)溶劑的性質(zhì)，加上納米粒子呈層狀結(jié)構(gòu)均勻分布在PE體系中，因此對(duì)甲苯向PE的滲透時(shí)起著阻擋的作用，延緩或阻止了甲苯的滲透，故滲透率會(huì)出現(xiàn)下降。但當(dāng)納米粒子用量加大后，納米粒子團(tuán)聚作用加大，顆粒加大，不再呈層狀分布，故對(duì)甲苯的滲透性增大。
2.2納米LDH對(duì)PE熱封膜熱封性能的影響
2.2.1對(duì)熱封強(qiáng)度的影響
圖6為熱封膜在160℃熱封時(shí)，熱封強(qiáng)度隨其納米LDH含量的變化關(guān)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(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。這主要是由于納米LDH屬于無(wú)機(jī)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(jī)化改性以后，雖然增大了它與PE的相容性，但分子之間的結(jié)合力仍然比較小，因此熱封強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)下降。
??? 2.2.2對(duì)熱封溫度的影響
??? 圖7為熱封膜的熱封強(qiáng)度隨熱封溫度的變化關(guān)系圖，從圖7中可以看出，當(dāng)熱封膜中納米LDH用量一定時(shí)，在一定的溫度范圍內(nèi)，熱封膜的熱封強(qiáng)度隨熱封溫度的提高而增加。從圖7還可看出，當(dāng)納米LDH用量為3份左右時(shí)，與不加納米LDH相比，若要達(dá)到相同的熱封強(qiáng)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(duì)聚合物有異相成核作用，使聚合物的結(jié)晶度提高，因而熔點(diǎn)提高，熱封溫度也相應(yīng)提高。另一方面，熱封溫度提高，PE分子鏈的活動(dòng)性增加，分子鏈的纏結(jié)增加，纏結(jié)點(diǎn)增多，故強(qiáng)度提高，這樣可彌補(bǔ)因納米LDH的加入而使熱封膜熱封強(qiáng)度下降的問(wèn)題。
??? 3.PET/Al/PE納米熱封膜干式復(fù)合膜綜合性能的評(píng)價(jià)
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(fù)合法，制得3層復(fù)合膜，經(jīng)制樣測(cè)得復(fù)合膜的各項(xiàng)性能指標(biāo)及普通LDPE/LLDPE熱封層膜性能如表1所示。
??? 4．結(jié)論
??? （1）納米LDH對(duì)PE熱封膜的阻隔性能影響較大，對(duì)氧氣和有機(jī)溶劑的阻隔性增大，當(dāng)其用量為3%左右時(shí)，達(dá)到最大。但對(duì)水蒸氣的阻隔性能下降，用量在4%以下時(shí)，下降的幅度不大。
??? （2）納米LDH對(duì)PE熱封膜的熱封強(qiáng)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(qiáng)度出現(xiàn)下降，熱封溫度提高。
??? （3）當(dāng)納米LDH的用量一定時(shí)，適當(dāng)提高熱封溫度可相應(yīng)提高熱封強(qiáng)度。
??? （4）采用納米PE熱封膜與鋁箔、PET干式復(fù)合的復(fù)合膜可用于含甲苯等有機(jī)溶劑的農(nóng)藥包裝。
