本發明屬于薄膜材料，涉及一種單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、聚乙烯是一種具有優良機械性能和化學穩定性的熱塑性塑料，因其出色的物理特性，廣泛應用于多個領域，包括包裝、建筑和汽車等。在包裝行業中，聚乙烯薄膜因其輕便、耐用、經濟而受到青睞，能夠有效滿足日常生活和工業生產中的多種需求。然而，盡管聚乙烯具有良好的物理特性，但傳統聚乙烯薄膜在氣體阻隔性能方面表現相對較差，尤其是在對氧氣和水蒸氣的阻隔能力上。這一缺陷限制了其在高端包裝材料中的應用，特別是在食品、藥品等對防潮、防氧要求嚴格的領域。

2、為了改善聚乙烯薄膜的氣體阻隔性能，研究者們將納米材料引入聚乙烯基體中，以期實現性能的提升。其中，蒙脫石作為一種廣泛研究的納米材料，因其具有高比表面積、層狀結構和優良的化學穩定性，展現出了良好的改性潛力。研究者們希望通過將蒙脫石作為改性劑與聚乙烯相結合顯著提高聚乙烯薄膜的阻隔性能，從而拓寬其應用范圍。

3、然而，單純地將蒙脫石引入聚乙烯并不足以保證其在聚合物基體中的有效分散。傳統的蒙脫石改性方法常常導致其在聚合物基體中的分散性不足，這不僅影響了蒙脫石的性能發揮，還可能導致聚乙烯薄膜的氣體阻隔性能和力學性能未能達到預期效果。當蒙脫石顆粒在聚乙烯中無法均勻分散時，材料內部可能形成聚集體，這些聚集體不僅會削弱材料的阻隔效果，還可能導致力學性能的下降，影響材料的耐用性和穩定性。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明的目的在于提供一種單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料及其制備方法和應用。本發明通過多重改性策略協同優化蒙脫石和茂金屬聚乙烯的性能，顯著提升復合材料的綜合特性。通過超聲剝離、3-氨丙基三乙氧基硅烷表面修飾和n,n-二甲基十八烷基氯化銨插層改性，提高了蒙脫石的分散性、界面相容性和層間穩定性，同時引入氧化鋅賦予抗菌性和紫外線屏蔽功能；馬來酸酐接枝進一步增強界面結合力。而茂金屬聚乙烯通過馬來酸酐與甲基丙烯酸縮水甘油酯協同接枝改性，引入極性基團以增強與極性納米材料的界面相容性，并改善柔韌性和加工性能。氯化鎂促進接枝效率，磷酸三丁酯提高分散性與流動性，使改性茂金屬聚乙烯和蒙脫石實現均勻分布，最終大幅提升復合材料的阻隔性能、力學性能和加工性能，滿足高性能薄膜的應用需求。

2、為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

3、第一方面，本發明提供了一種單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料的制備方法，所述單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料的制備方法包括：

4、s1：將蒙脫石分散液超聲處理得到剝離蒙脫石分散液，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷得到預處理蒙脫石；

5、s2：將預處理蒙脫石與n,n-二甲基十八烷基氯化銨和氧化鋅反應得到離子配位/插層改性蒙脫石；將其與馬來酸酐、過氧化二異丙苯在甲苯中反應得到極性基團接枝的納米片層粉末；

6、s3：將茂金屬聚乙烯與馬來酸酐、過氧化二異丙苯、抗氧劑熔融共混得到初步接枝的茂金屬聚乙烯；將其與甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸乙酯、氯化鎂和磷酸三丁酯共混擠出得到改性聚乙烯相容劑；

7、s4：將聚乙烯樹脂、極性基團接枝的納米片層粉末、改性聚乙烯相容劑及助劑經熔融加工、處理得到單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料。

8、具體而言，s1：將蒙脫石分散液超聲處理剝離得到剝離蒙脫石分散液，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷得到反應液a，攪拌反應后離心、洗滌、干燥得到預處理蒙脫石；

9、s2：在預處理蒙脫石分散液中加入n,n-二甲基十八烷基氯化銨和氧化鋅得到反應液b，攪拌反應后噴霧干燥得到離子配位/插層改性蒙脫石；將馬來酸酐分散于甲苯中，加入過氧化二異丙苯混合得到接枝溶液，在惰性氣氛下加入離子配位/插層改性蒙脫石得到反應液c，恒溫下反應后升溫并反應，旋蒸得到極性基團接枝的納米片層粉末；

10、s3：將茂金屬聚乙烯與馬來酸酐、過氧化二異丙苯、抗氧劑熔融共混、擠出得到初步接枝的茂金屬聚乙烯；將其與甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸乙酯、氯化鎂和磷酸三丁酯共混擠出得到改性聚乙烯相容劑；

11、s4：將聚乙烯樹脂與極性基團接枝的納米片層粉末、改性聚乙烯相容劑和抗氧劑、潤滑劑混合均勻后投入雙螺桿擠出機擠出流延成片材，將其進行單向拉伸、熱定型后冷卻得到單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料。

12、作為本發明的一種優選的技術方案，步驟s1中，所述蒙脫石分散液的質量分數為5-10wt.%，例如可以是5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%、9.0%、9.5%或10.0%，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

13、在一些可選的實施例中，所述蒙脫石分散液超聲處理的功率為200-300w，例如可以是200w、210w、220w、230w、240w、250w、260w、270w、280w、290w或300w，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

14、在一些可選的實施例中，所述蒙脫石分散液超聲處理的時間為30-60min，例如可以是30min、33min、36min、39min、42min、45min、48min、51min、54min、57min或60min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

15、在一些可選的實施例中，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷與蒙脫石質量比為0.03-0.05:1，例如可以是0.030:1、0.032:1、0.034:1、0.036:1、0.038:1、0.040:1、0.042:1、0.044:1或0.050:1，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

16、在一些可選的實施例中，所述反應液a攪拌反應的溫度為70-80℃，例如可以是70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

17、在一些可選的實施例中，所述反應液a攪拌反應的時間為2-3h，例如可以是2.0h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3.0h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

18、作為本發明的一種優選的技術方案，步驟s2中，所述預處理蒙脫石分散液的質量分數為2-4wt.%，例如可以是2.0%、2.2%、2.4%、2.6%、2.8%、3.0%、3.2%、3.4%、3.6%、3.8%或4.0%，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

19、在一些可選的實施例中，所述n,n-二甲基十八烷基氯化銨與預處理蒙脫石的質量比為0.02-0.05:1，例如可以是0.020:1、0.022:1、0.024:1、0.026:1、0.028:1、0.030:1、0.032:1、0.034:1、0.036:1、0.038:1、0.040:1、0.042:1、0.044:1或0.050:1，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

20、在一些可選的實施例中，所述氧化鋅與預處理蒙脫石的質量比為0.01-0.03:1，例如可以是0.010:1、0.012:1、0.014:1、0.016:1、0.018:1、0.020:1、0.022:1、0.024:1、0.026:1、0.028:1或0.030:1，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

21、在一些可選的實施例中，所述反應液b攪拌反應的溫度為70-80℃，例如可以是70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

22、在一些可選的實施例中，所述反應液b攪拌反應的時間為1-2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

23、在一些可選的實施例中，所述馬來酸酐在甲苯中的濃度為0.05-0.15g/ml，例如可以是0.05g/ml、0.06g/ml、0.07g/ml、0.08g/ml、0.09g/ml、0.10g/ml、0.11g/ml、0.12g/ml、0.13g/ml、0.14g/ml或0.15g/ml，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

24、在一些可選的實施例中，所述馬來酸酐與離子配位/插層改性蒙脫石的質量比為0.05-0.1:1，例如可以是0.050:1、0.055:1、0.060:1、0.065:1、0.070:1、0.075:1、0.080:1、0.085:1、0.090:1、0.095:1或0.100:1，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

25、在一些可選的實施例中，所述過氧化二異丙苯與離子配位/插層改性蒙脫石的質量比為0.02-0.04:1，例如可以是0.020:1、0.022:1、0.024:1、0.026:1、0.028:1、0.030:1、0.032:1、0.034:1、0.036:1、0.038:1或0.040:1，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

26、在一些可選的實施例中，所述反應液c恒溫反應的第一溫度為100-120℃，例如可以是100℃、102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃或120℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

27、在一些可選的實施例中，所述反應液c恒溫反應的第一時間為1-2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

28、在一些可選的實施例中，所述反應液c恒溫反應的第二溫度為140-150℃，例如可以是140℃、141℃、142℃、143℃、144℃、145℃、146℃、147℃、148℃、149℃或150℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

29、在一些可選的實施例中，所述反應液c恒溫反應的第二時間為1-2h，例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

30、作為本發明的一種優選的技術方案，步驟s3中，所述馬來酸酐與茂金屬聚乙烯的質量比為2-5:100，例如可以是2.0:100、2.3:100、2.6:100、2.9:100、3.2:100、3.5:100、3.8:100、4.1:100、4.4:100、4.7:100或5.0:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

31、在一些可選的實施例中，所述過氧化二異丙苯與茂金屬聚乙烯的質量比為0.2-0.4:100，例如可以是0.20:100、0.22:100、0.24:100、0.26:100、0.28:100、0.30:100、0.32:100、0.34:100、0.36:100、0.38:100或0.40:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

32、在一些可選的實施例中，所述抗氧劑與茂金屬聚乙烯的質量比為0.1-0.2:100，例如可以是0.10:100、0.11:100、0.12:100、0.13:100、0.14:100、0.15:100、0.16:100、0.17:100、0.18:100、0.19:100或0.20:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

33、在一些可選的實施例中，所述熔融共混的溫度為180-200℃，例如可以是180℃、182℃、184℃、186℃、188℃、190℃、192℃、194℃、196℃、198℃或200℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

34、在一些可選的實施例中，所述熔融共混的時間為5-10min，例如可以是5.0min、5.5min、6.0min、6.5min、7.0min、7.5min、8.0min、8.5min、9.0min、9.5min或10.0min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

35、在一些可選的實施例中，所述甲基丙烯酸縮水甘油酯與初步接枝的茂金屬聚乙烯的質量比為1-3:100，例如可以是1.0:100、1.2:100、1.4:100、1.6:100、1.8:100、2.0:100、2.2:100、2.4:100、2.6:100、2.8:100或3.0:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

36、在一些可選的實施例中，所述丙烯酸乙酯與初步接枝的茂金屬聚乙烯的質量比為1-3:100，例如可以是1.0:100、1.2:100、1.4:100、1.6:100、1.8:100、2.0:100、2.2:100、2.4:100、2.6:100、2.8:100或3.0:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

37、在一些可選的實施例中，所述氯化鎂與初步接枝的茂金屬聚乙烯的質量比為0.5-1:100，例如可以是0.50:100、0.55:100、0.60:100、0.65:100、0.70:100、0.75:100、0.80:100、0.85:100、0.90:100、0.95:100或1.00:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

38、在一些可選的實施例中，所述磷酸三丁酯與初步接枝的茂金屬聚乙烯的質量比為0.5-1:100，例如可以是0.50:100、0.55:100、0.60:100、0.65:100、0.70:100、0.75:100、0.80:100、0.85:100、0.90:100、0.95:100或1.00:100，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

39、作為本發明的一種優選的技術方案，步驟s4中，所述雙螺桿擠出機的溫度為200-210℃，例如可以是200℃、201℃、202℃、203℃、204℃、205℃、206℃、207℃、208℃、209℃或210℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

40、在一些可選的實施例中，所述熱定型的溫度為80-100℃，例如可以是80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃或100℃，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

41、在一些可選的實施例中，所述熱定型的時間為20-40s，例如可以是20s、22s、24s、26s、28s、30s、32s、34s、36s、38s或40s，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

42、第二方面，本發明提供了一種單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料。所述單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料包括聚乙烯樹脂、極性基團接枝的納米片層粉末、改性聚乙烯相容劑、抗氧劑和潤滑劑，所述單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料中聚乙烯樹脂、極性基團接枝的納米片層粉末、改性聚乙烯相容劑、抗氧劑和潤滑劑的質量比為：（75-85）:（5-10）:（5-15）:（0.2-0.3）:（0.05-0.15）。

43、在本發明中，蒙脫石被引入作為一種納米片層阻隔劑，其主要作用是通過其層狀結構和高阻隔性能，在基體材料中形成“迷宮效應”，延長氣體或液體分子的擴散路徑，從而顯著提高材料的阻隔性能。蒙脫石是一種層狀硅酸鹽礦物，其晶體結構由硅氧四面體層和鋁氧八面體層交替堆疊而成，形成具有規則層間間距的納米片狀結構。這種結構賦予蒙脫石高比表面積、高陽離子交換能力和良好的化學穩定性。蒙脫石的層間通常存在弱的范德華力和靜電作用，層間陽離子可以通過離子交換與外界的其他陽離子發生置換，從而為其功能化改性提供了良好的基礎。

44、為了進一步提高蒙脫石的剝離度和分散性，使其能夠更好地在復合材料中發揮阻隔性能，本發明對蒙脫石進行了超聲處理。超聲處理會引發空化效應，在液體中產生大量微小氣泡，這些氣泡在形成和破裂的過程中會產生瞬時的局部高溫、高壓環境。這種高瞬態的局部壓力和溫度能夠破壞蒙脫石層間的范德華力和靜電作用，促進蒙脫石層狀結構的剝離，形成單層或多層的蒙脫石納米片。剝離后的蒙脫石具有顯著增大的比表面積和更多的活性位點，能夠提高其與聚合物基體的界面作用，同時為后續的化學改性提供了活性基團和反應位點。

45、為進一步改善蒙脫石與聚合物基體之間的相容性以及分散穩定性，本發明引入3-氨丙基三乙氧基硅烷對剝離后的蒙脫石進行表面改性。3-氨丙基三乙氧基硅烷是一種典型的硅烷偶聯劑，其分子結構中含有三乙氧基硅烷基和氨基。三乙氧基硅烷基能夠與無機材料表面發生縮合反應，而氨基則為后續的有機化學改性提供了極性活性位點。在改性過程中，3-氨丙基三乙氧基硅烷首先發生水解反應，生成硅醇，生成的硅醇隨后與剝離蒙脫石表面的羥基基團發生縮合反應，通過共價鍵將3-氨丙基三乙氧基硅烷固定在蒙脫石表面。

46、這種表面修飾引入了氨基官能團，顯著提高了蒙脫石的表面活性和極性。一方面，氨基官能團可以通過氫鍵或靜電作用進一步增強蒙脫石與聚合物基體之間的相互作用；另一方面，氨基的引入還為后續的有機化學改性（如插層或接枝改性）提供了活性位點。

47、此外，通過3-氨丙基三乙氧基硅烷的修飾，蒙脫石的層間環境從親水性轉變為部分疏水性，這種表面特性變化提高了蒙脫石在非極性或弱極性聚合物基體中的分散性，有效減少了蒙脫石在復合材料加工過程中可能出現的團聚現象。改性后的蒙脫石不僅具有更強的界面黏附能力，還能夠更均勻地分散在聚乙烯基體中，形成穩定的納米復合材料結構，從而大幅提高材料的阻隔性能和力學性能。

48、蒙脫石作為一種層狀硅酸鹽礦物，其層間本身具有親水性，層間距較小，這種特性在一定程度上限制了其與非極性聚合物的界面相容性以及分散性。在非極性聚合物基體中，未經改性的蒙脫石容易發生團聚，難以均勻分散，從而無法充分發揮其納米片層的阻隔性能和增強作用。

49、本發明引入n,n-二甲基十八烷基氯化銨對蒙脫石進行插層改性。n,n-二甲基十八烷基氯化銨是一種典型的陽離子表面活性劑，其分子結構中含有一個十八烷基長鏈和一個正電性的季銨陽離子。在插層改性過程中，其陽離子部分通過靜電作用插入蒙脫石的層間，與層間的陽離子發生離子交換反應。

50、通過離子交換作用，季銨陽離子取代蒙脫石層間的無機陽離子，插入到層間空間中。由于十八烷基長鏈的疏水性，這種插層改性顯著改變了蒙脫石的層間環境。首先，插層改性顯著拓寬了蒙脫石的層間距，使其層狀結構更加松散，這為進一步的插層和功能化提供了空間基礎；其次，層間環境從親水性轉變為疏水性，大幅提高了蒙脫石在非極性聚乙烯基體中的相容性和分散性。此外，插層后的蒙脫石層間暴露出更多的長鏈有機基團，這些基團能夠與聚乙烯基體發生物理纏結或弱的相互作用，從而進一步增強復合材料的界面結合力。

51、氧化鋅是一種具有優異阻隔性能、抗菌性能和紫外線屏蔽能力的無機納米材料，其引入為改性蒙脫石提供了額外的功能性。在本發明中，通過將氧化鋅引入蒙脫石層間，進一步實現了層間空間的功能化改性。氧化鋅通過其表面的氧原子與蒙脫石層間的負電荷區域（來自鋁氧八面體或硅氧四面體的部分負電荷）發生配位作用，形成穩定的蒙脫石-氧化鋅復合結構。這種配位作用不僅有助于穩定蒙脫石的插層結構，還賦予改性蒙脫石材料良好的阻隔性能和抗菌性能。此外，氧化鋅可能與插入的有機長鏈陽離子發生弱的相互作用，這進一步提高了蒙脫石的改性效果。通過氧化鋅的協同改性，蒙脫石的層間結構更加穩定，同時多功能性顯著增強，為最終復合材料的阻隔性能和附加功能（如抗菌性和紫外線屏蔽性）提供了支持。

52、馬來酸酐是一種活性極高的雙官能團化合物，分子結構中含有一個酐環，其化學性質使其能夠與蒙脫石表面的多種活性基團和氧化鋅的表面活性點發生反應。馬來酸酐中的酐基能夠與蒙脫石表面的羥基發生酯化反應，形成穩定的酯鍵，這種化學鍵合提高了蒙脫石表面的極性和活性，為其與聚乙烯基體的界面結合提供了更強的化學基礎。馬來酸酐還能夠與氧化鋅表面的活性點發生反應，形成穩定的化學結合，進一步增強改性蒙脫石復合結構的穩定性。

53、同時，馬來酸酐的酐環會發生開環反應，生成羧基和羥基，這些極性基團能夠顯著改善蒙脫石與非極性聚乙烯基體的相容性。一方面，羧基和羥基能夠與聚乙烯基體中的極性基團發生氫鍵或弱化學鍵作用；另一方面，這些極性基團還能夠在聚乙烯基體中形成微觀界面網絡結構，有助于提高復合材料的力學性能和阻隔性能。

54、在本發明中，引入茂金屬聚乙烯作為基體材料之一。茂金屬聚乙烯是由茂金屬催化劑合成的一種高性能聚乙烯，其最大的特點在于其分子量分布窄和分子鏈結構規整。與傳統的ziegler-natta催化劑合成的聚乙烯相比，茂金屬聚乙烯的結晶度更高，分子鏈的排列更加有序，從而表現出優異的力學性能、熱穩定性和化學惰性。此外，茂金屬聚乙烯的加工性能優越，能夠滿足薄膜制備中對熔融加工性能的嚴格要求。然而，由于茂金屬聚乙烯是一種非極性材料，其分子鏈中缺乏極性基團，與極性納米材料之間的界面相容性較差。這一特性導致茂金屬聚乙烯與極性組分之間的界面作用力較弱，極性納米材料在基體中容易發生團聚，無法實現均勻分散，從而限制了復合材料的整體性能。

55、為了克服這一難題，本發明通過化學改性的方法對茂金屬聚乙烯進行功能化處理，旨在引入極性基團以提高其與極性組分的界面相容性。具體而言，通過使用馬來酸酐對茂金屬聚乙烯進行接枝改性，在分子鏈上引入極性酐基團，從而顯著改善其與極性納米材料的界面作用力。

56、在高溫條件下，過氧化二異丙苯分解生成自由基，這些自由基能夠從茂金屬聚乙烯的分子鏈中抽取氫原子，生成聚乙烯鏈自由基，形成的聚乙烯鏈自由基具有很強的反應活性，是接枝反應的核心中間體。隨后聚乙烯鏈自由基與馬來酸酐分子中的雙鍵發生自由基加成反應，將酐基接枝到聚乙烯分子鏈上。酐基是一種高極性官能團，其分子結構中含有兩個羰基能夠與其他極性組分（如改性蒙脫石中的羥基或氨基）通過氫鍵、配位作用或化學鍵形成強界面結合。

57、通過接枝改性，茂金屬聚乙烯從一種高度非極性的材料部分轉變為具有極性功能的改性材料。這種接枝的酐基團顯著提高了茂金屬聚乙烯的極性，使其能夠與插層/離子配位改性蒙脫石形成更強的界面作用力。同時，馬來酸酐的接枝還提高了茂金屬聚乙烯基體對蒙脫石的分散能力，從而有效避免了納米片層的團聚現象，改善了復合材料的均勻性和界面粘結性能，也增強了材料的阻隔性能和力學性能。

58、為了進一步優化茂金屬聚乙烯的極性和界面性能，本發明中還引入了甲基丙烯酸縮水甘油酯作為協同改性劑。甲基丙烯酸縮水甘油酯是一種雙功能化合物，分子中同時包含環氧基團和丙烯酸酯基團，環氧基團具有很高的反應活性，能夠與極性基團（如酐基、羥基或氨基）發生開環加成反應，而丙烯酸酯基團在自由基引發下能夠與聚乙烯鏈自由基發生共聚反應。這使得甲基丙烯酸縮水甘油酯能夠通過多種反應機制與茂金屬聚乙烯及極性組分發生化學作用。

59、在過氧化二異丙苯的引發下，甲基丙烯酸縮水甘油酯的丙烯酸酯基團能夠與茂金屬聚乙烯鏈自由基發生共聚反應，將甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝到聚乙烯分子鏈上，接枝后的甲基丙烯酸縮水甘油酯分子中的環氧基團可以進一步與接枝的馬來酸酐中的酐基或羥基發生開環反應，生成更多極性基團。通過甲基丙烯酸縮水甘油酯的引入，改性后的茂金屬聚乙烯分子鏈上同時引入了酯基和羥基等極性功能團。羥基能夠與蒙脫石表面的極性羥基形成氫鍵，極性酯基能夠與蒙脫石的功能性基團或氧化鋅表面活性點發生相互作用。這些極性基團進一步增強了茂金屬聚乙烯與改性蒙脫石之間的界面相互作用。此外，甲基丙烯酸縮水甘油酯的引入還通過形成柔性分子鏈結構，改善了改性聚乙烯的加工性能和韌性，使其在熔融加工過程中具有更好的流動性和延展性。

60、通過馬來酸酐和甲基丙烯酸縮水甘油酯的協同接枝改性，茂金屬聚乙烯從一種非極性材料轉變為具有極性功能的改性材料。通過引入酐基、羥基和酯基等極性基團，顯著提高了茂金屬聚乙烯的極性，使其能夠與改性蒙脫石和氧化鋅等極性組分形成更強的界面結合力；其次極性基團能夠通過氫鍵、化學鍵或配位作用，與改性蒙脫石中的極性基團（如羥基、氨基）或氧化鋅表面活性點形成穩定的化學結合，從而顯著改善復合材料的界面粘結性能。改性后的茂金屬聚乙烯能夠更好地分散蒙脫石片層，避免了蒙脫石在非極性聚乙烯基體中的團聚現象，從而形成均勻分布的納米復合結構。復合材料的阻隔性能、力學性能和加工性能均得到了顯著提升，滿足了高性能包裝薄膜對綜合性能的要求。

61、丙烯酸乙酯是一種柔性單體，其分子結構中同時包含一個丙烯酸酯基團和一個柔性的乙氧基烷基鏈。這一結構特性使得丙烯酸乙酯不僅具有一定的極性，還能夠通過其柔性鏈段賦予改性材料更優異的柔韌性和加工性能。通過自由基引發接枝反應，將丙烯酸乙酯接枝到茂金屬聚乙烯的分子鏈上，接枝后的聚乙烯分子鏈上引入了柔性乙氧基烷基鏈，同時保留了極性酯基。丙烯酸乙酯的柔性乙氧基烷基鏈賦予改性后的茂金屬聚乙烯更高的柔韌性，使得材料在加工過程中表現出更優異的延展性和流動性。這種柔性鏈段能夠在聚乙烯分子鏈之間起到“潤滑”作用，顯著降低材料的內聚力，從而改善熔融加工性能。

62、氯化鎂作為一種典型的lewis酸，在本發明中被用于促進接枝改性反應的進行。lewis酸的特點在于其能夠接受電子對，與材料體系中的極性基團發生相互作用，從而調控界面處的反應行為。在接枝過程中，氯化鎂能夠與馬來酸酐中的酐基發生配位作用，降低酐基的電子密度，從而增加其與聚乙烯鏈自由基發生反應的活性。這種作用促進了馬來酸酐的接枝效率，使更多酐基被成功引入到茂金屬聚乙烯分子鏈上。其次氯化鎂還能夠與甲基丙烯酸縮水甘油酯的環氧基團發生弱配位作用，降低環氧基團的環張力，從而促進其開環反應的進行。開環后的甲基丙烯酸縮水甘油酯能夠與馬來酸酐或蒙脫石表面的極性基團發生進一步反應，形成更穩定的界面結合。

63、氯化鎂的引入不僅提高了接枝反應的效率，還增強了接枝改性后茂金屬聚乙烯的極性，提高了其與蒙脫石的相容性。同時，氯化鎂通過調控界面反應行為，為復合材料的界面化學結合提供了額外的穩定性。

64、磷酸三丁酯是一種常用的增塑劑和分散劑，其在熔融共混體系中能夠顯著降低材料的黏度，從而改善加工性能。在本發明中，磷酸三丁酯的引入具有以下作用：磷酸三丁酯通過其柔性分子結構起到潤滑作用，降低了熔融體系中聚乙烯分子鏈之間的內聚力。這種作用能夠顯著降低熔融共混過程中的黏度，從而提高材料的流動性和加工性能；其次由于磷酸三丁酯具有一定的極性，其能夠與改性蒙脫石的極性基團發生弱相互作用，從而提高蒙脫石在聚乙烯基體中的分散性。這種作用能夠有效避免蒙脫石在基體中發生團聚現象，確保納米片層在復合材料中的均勻分布；此外作為增塑劑，磷酸三丁酯能夠在聚乙烯分子鏈之間起到“潤滑”作用，賦予材料更高的柔韌性和延展性。

65、通過以上改性，蒙脫石在聚乙烯基體中實現均勻分散，剝離后的蒙脫石以單層或多層納米片的形式均勻分布在基體中，其層狀結構在復合材料中形成了“迷宮效應”。當氣體分子試圖穿過薄膜時，蒙脫石的納米片層會顯著延長氣體分子的擴散路徑，從而降低氣體滲透速率，最終顯著提高復合材料的阻隔性能。同時改性聚乙烯基體中的極性基團（如酐基、羥基）與蒙脫石之間的界面結合力增強，使得蒙脫石在基體中的分散更加均勻，從而進一步提升了納米復合材料的整體性能。

66、單向拉伸是復合薄膜成型中的關鍵步驟，在本發明中起到了優化材料微觀結構的作用：在單向拉伸過程中，聚乙烯分子鏈沿著拉伸方向高度取向。這種分子鏈的定向排列不僅提高了薄膜的拉伸強度，還優化了材料的力學性能；單向拉伸過程還會促進蒙脫石納米片在薄膜中的有序排列。蒙脫石片層的定向排列進一步增強了“迷宮效應”，使氣體分子的擴散路徑更加曲折，從而顯著提高了薄膜的阻隔性能。拉伸后的薄膜進行熱定型處理，以固定聚乙烯分子鏈和蒙脫石片層的取向結構，避免冷卻過程中分子鏈松弛回縮導致性能下降。

67、本發明中也存在著協同增強作用。馬來酸酐通過接枝反應在茂金屬聚乙烯分子鏈上引入極性酐基團。這些酐基團不僅顯著提高了聚乙烯的極性，還通過開環反應生成羧基和羥基，為進一步的界面反應提供了活性位點。甲基丙烯酸縮水甘油酯分子中的環氧基團可以與馬來酸酐的酐基或羧基發生開環反應，從而在聚乙烯分子鏈上引入更多的極性基團。馬來酸酐和甲基丙烯酸縮水甘油酯的協同作用通過在聚乙烯分子鏈上構建多種極性基團，增加了改性聚乙烯與蒙脫石或其他極性組分之間的界面結合力。甲基丙烯酸縮水甘油酯的柔性分子結構還可降低聚乙烯接枝后的剛性，緩解因引入剛性基團而導致的材料脆性問題。

68、丙烯酸乙酯通過自由基接枝反應，在聚乙烯分子鏈上引入柔性乙氧基烷基鏈和極性酯基。馬來酸酐接枝則提供了酐基和羧基，增加了聚乙烯的極性。丙烯酸乙酯的柔性鏈段緩解了馬來酸酐接枝后聚乙烯基體因極性基團引入而產生的剛性和加工困難問題，從而平衡了材料的柔性和強度。酯基和羧基的同時存在為聚乙烯與改性蒙脫石的界面相互作用提供了更多的結合位點，增強了界面結合力。

69、蒙脫石通過插層改性后，層間環境由親水性轉變為疏水性，同時層間距增加，為改性聚乙烯的極性基團與其發生相互作用提供了更多空間。改性聚乙烯中通過馬來酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸乙酯引入的酐基、羥基和酯基能夠與改性蒙脫石表面的極性基團（如羥基、氨基）通過氫鍵、范德華力或化學結合形成穩定的界面結合。改性蒙脫石的插層結構和改性聚乙烯的極性基團相輔相成，確保了蒙脫石在聚乙烯基體中的均勻分散。這種增強的界面結合力顯著提高了復合材料的力學性能、阻隔性能以及熱穩定性。

70、剝離后的蒙脫石以單層或多層納米片形式均勻分布在聚乙烯基體中，其層狀結構在材料中形成了“迷宮效應”，延長了氣體分子的擴散路徑。改性聚乙烯中的極性基團通過界面結合，進一步推動蒙脫石在基體中的均勻分布。改性聚乙烯的極性基團與蒙脫石的結合優化了其分散性和片層取向，確保了“迷宮效應”的最大化，從而顯著提高了薄膜的阻隔性能。蒙脫石的分散均勻性還增強了復合材料的力學性能，使其表現出更高的強度和韌性。

71、第三方面，本發明提供的一種單向拉伸聚乙烯復合薄膜材料在制備包裝材料中的應用。

72、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

73、本發明通過多重改性策略優化蒙脫石在聚乙烯基體中的分散性和界面相容性，顯著提升復合材料性能。超聲剝離增大其比表面積和活性位點；3-氨丙基三乙氧基硅烷修飾引入氨基官能團，提升表面極性并將層間環境由親水性轉為疏水性；n,n-二甲基十八烷基氯化銨插層拓寬層間距，增強與聚乙烯的物理纏結和界面結合力；氧化鋅引入進一步穩定插層結構，并賦予抗菌和紫外線屏蔽功能；馬來酸酐通過化學鍵合強化界面結合力。這些協同作用使蒙脫石在復合材料中均勻分散，提升了阻隔性能、力學性能和功能特性。

74、本發明通過馬來酸酐和甲基丙烯酸縮水甘油酯協同接枝對茂金屬聚乙烯進行功能化改性，引入極性基團，顯著提升其與極性納米材料的界面相容性和分散性，同時改善柔韌性和加工性能。結合氯化鎂促進接枝效率和磷酸三丁酯提高分散性與流動性，改性后的茂金屬聚乙烯實現了納米片層的均勻分布，顯著增強復合材料的阻隔性能、力學性能和加工性能，滿足高性能薄膜的應用需求。