熱收縮膜專用LDPE樹脂的性能

莫益燕

（中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司研究院，廣東省茂名市 525021）

熱收縮膜柔韌性好、抗撞擊、抗撕裂性強(qiáng)、防潮、收縮率大，既能滿足商品的透明展示等功能，又節(jié)約了成本，成為替代紙盒包裝的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)市場(chǎng)上重包裝膜、熱收縮膜對(duì)原料性能的要求，中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司開發(fā)了熱收縮膜專用低密度聚乙烯（LDPE）2520D，本工作對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

LDPE：2520D，中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司生產(chǎn)；FE3000，主要用于生產(chǎn)熱收縮膜，卡塔爾石化有限公司生產(chǎn)。

1.2 性能測(cè)試

LDPE的密度按ISO 1183-2:2004 測(cè)試，熔體流動(dòng)速率（MFR）按GB/T 3682—2000測(cè)試，拉伸性能按GB/T 1040.2—2006測(cè)試，邵氏硬度按GB/T 2411—2008測(cè)試。相對(duì)分子質(zhì)量分布（Mw/Mn，Mw為重均分子量，Mn為數(shù)均分子量）采用英國(guó)PPoollyy--mer Laboratories公司生產(chǎn)的GPC-220型凝膠滲透色譜儀測(cè)試，使用1,2,4-三氯苯為溶劑。

薄膜的拉伸性能按GB/T 1040.3—2006測(cè)試，拉伸速度為500 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚乙烯熱收縮膜的收縮機(jī)理

聚乙烯分子處于高彈態(tài)時(shí)，受到較小的力就可發(fā)生很大的形變。聚乙烯薄膜在外力作用下發(fā)生變形，分子沿作用力方向取向排列，此時(shí)將薄膜驟冷到常溫以下，分子取向被凍結(jié)，如果再將其加熱，分子產(chǎn)生熱運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)迫變形消失，分子恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生收縮[1]。相對(duì)于其他聚乙烯產(chǎn)品，自由基反應(yīng)合成的LDPE具有支鏈較多、結(jié)晶度較低、收縮率高的優(yōu)勢(shì)，適于生產(chǎn)熱收縮膜。

2.2 熱收縮膜專用LDPE樹脂的基本性能

2.2.1 MFR和密度

熱收縮膜要求LDPE能提供足夠的力學(xué)性能，使生產(chǎn)的熱收縮膜盡量減薄，在保證性能的基礎(chǔ)上減少用料。從表1看出：2520D，F(xiàn)E3000的MFR接近，均較低，說(shuō)明2520D的相對(duì)分子質(zhì)量較高，有利于提高薄膜的力學(xué)性能。2520D，F(xiàn)E3000的密度均為0.924 g/cm3。普通聚乙烯樹脂密度高，有利于提高其剛性和拉伸斷裂應(yīng)力，但不利于斷裂拉伸應(yīng)變的提高[2]。一般控制LDPE的密度在0.923～0.925 g/cm3，使用LDPE吹塑的薄膜具有較高的力學(xué)強(qiáng)度及合適的韌性。

2.2.2 相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

從表2看出：LDPE 2520D的重均分子量Mw和Mn均高于FE3000，有利于提高其力學(xué)性能。

表1 2520D和FE3000的MFR和密度Tab.1 Melt flow rate and density of 2520D and FE3000

表2 2520D和FE3000的相對(duì)分子質(zhì)量Tab.2 Relative molecular mass of 2520D and FE3000

從圖1看出：2520D的低相對(duì)分子質(zhì)量部分含量與FE3000基本一致，但是2520D的高相對(duì)分子質(zhì)量部分含量明顯大于FE3000。由于LDPE的相對(duì)分子質(zhì)量大，分子之間的纏繞更高，所以拉伸取向通過(guò)熱作用后，薄膜的收縮性能更好[3]。因此，用2520D吹塑的薄膜的熱收縮性能相對(duì)較好。

圖1 2520D和FE3000的Mw/MnFig.1 Relative molecular mass distribution of 2520D and FE3000

2.3 流變性能

從圖2看出：2520D和FE3000的復(fù)數(shù)黏度（η*）隨角頻率（ω）的增大而降低，且?guī)缀跻恢?。LDPE熔體是典型的非牛頓流體，存在明顯的剪切變稀特點(diǎn)。這是由于LDPE的生產(chǎn)采用自由基聚合，在自由基反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了較多的長(zhǎng)支鏈，長(zhǎng)支鏈的存在使LDPE的剪切敏感性顯著提高，使其在高剪切速率下具有較低的黏度，擠出性能得到改善。同時(shí)，由于2520D中存在較多的長(zhǎng)支鏈，其熔體在受到一定拉伸后，黏度迅速增加，表現(xiàn)出擠出變硬的特點(diǎn)。這是因?yàn)殚L(zhǎng)支鏈大分子鏈末端松弛時(shí)間長(zhǎng)，所以拉伸時(shí)表現(xiàn)出應(yīng)變硬化效應(yīng)[3]。擠出變硬的特點(diǎn)使2520D吹膜時(shí)不易破膜，即2520D具有良好的加工性能。

圖2 2520D和FE3000的η* 隨ω變化的曲線Fig.2 Changing curves of complex viscosity with angular frequency of 2520D and FE3000

2.4 力學(xué)性能

拉伸速度50 mm/min時(shí)，從表3看出：2520D的拉伸斷裂應(yīng)力和拉伸屈服應(yīng)力均稍高于FE3000。LDPE的拉伸斷裂應(yīng)力和拉伸屈服應(yīng)力高，有利于提高包裝制品的力學(xué)性能，提高包裝強(qiáng)度，從而減薄熱收縮膜的厚度，降低成本。按QB/T 2358—1998測(cè)試薄膜的熱合強(qiáng)度，取熱合強(qiáng)度最高時(shí)的溫度為熱封溫度。從表3看出：分別用2520D，F(xiàn)E3000吹塑的薄膜的熱封溫度均較低，為121 ℃。薄膜的熱封溫度較低，用于收縮包裝袋時(shí)，有利于降低能耗。

表3 2520D和FE3000及其薄膜的性能Tab.3 Properties of 2520D and FE3000 and the films made of the resins

2.5 收縮性能

將2520D，F(xiàn)E3000吹制成0.040 mm厚的薄膜，按GB/T 13519—1999要求將其剪成10 cm×10 cm，在120 ℃的甘油中浸泡20 s，測(cè)量其尺寸。從表4可看出：2520D與FE3000的收縮性能基本相當(dāng)，而且用2520D吹塑的薄膜的收縮率遠(yuǎn)大于GB/T 13519—1999要求的40%。由于縱向?yàn)榇的し较?，所以縱向收縮率比橫向更大，這是聚乙烯分子在吹膜時(shí)受到拉伸而取向的緣故。

2.6 2520D的應(yīng)用

將2520D和國(guó)內(nèi)某中外合資廠生產(chǎn)的熱收縮膜專用LDPE（簡(jiǎn)稱1#）送到國(guó)內(nèi)某大型薄膜廠吹塑成熱收縮膜，從表5看出：2520D和1#薄膜的力學(xué)性能、收縮率基本相當(dāng)。2520D薄膜的收縮率完全滿足企業(yè)的要求，相關(guān)企業(yè)試用后，已將2520D大規(guī)模應(yīng)用于熱收縮包裝領(lǐng)域。

表4 2520D，F(xiàn)E3000薄膜的收縮率Tab.4 Shrinkage of the films made of 2520D and FE3000

3 結(jié)論

a）2520D具有較低的MFR和較高的相對(duì)分子質(zhì)量以及合適的密度，符合熱收縮膜的要求。

b）2520D的力學(xué)性能較好，用于生產(chǎn)熱收縮膜時(shí)，有利于減薄熱收縮膜的厚度，降低成本。

c）2520D熔體具有剪切變稀、擠出變硬的特點(diǎn)，加工性能良好。用2520D吹塑的薄膜的收縮率超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 用2520D和1#吹塑的薄膜的性能Tab.5 Properties of the blown films made of 2520D and a specialresin of a domestic joint venture brand for shrink films

d）應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，2520D薄膜的力學(xué)性能、收縮率等均滿足客戶的要求。

[1] 林詠波. 三層共擠聚烯烴熱收縮膜（POF）的加工及應(yīng)用[J].塑料包裝，2003， 13（5）: 34-37.

[2] 齊薇，周和光，邢井進(jìn). 熱收縮膜專用樹脂的開發(fā)[J]. 合成樹脂及塑料，2005，22（5）: 28-31.

[3] 胡友良，喬金梁，呂立新. 聚烯烴功能化及改性——科學(xué)與技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006: 104.