BOPP 薄膜抗靜電性能的研究

劉曉艷，張莉瓊，趙素芬，涂志剛*，鐘永強，鄭惠君，葉德成，梁雁楊，曾令豐

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東省中山市 528436；2.中山北化高分子材料有限公司，廣東省中山市 528436；3.廣東威孚包裝材料有限公司，廣東省普寧市 515321）

BOPP 薄膜抗靜電性能的研究

劉曉艷1，張莉瓊1，趙素芬1，涂志剛1*，鐘永強2，鄭惠君2，葉德成2，梁雁楊3，曾令豐3

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東省中山市 528436；2.中山北化高分子材料有限公司，廣東省中山市 528436；3.廣東威孚包裝材料有限公司，廣東省普寧市 515321）

為改善薄膜的抗靜電性能，在雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜中添加一種自制的抗靜電母料，并與添加進口抗靜電母料的BOPP薄膜進行對比。結(jié)果表明：兩種抗靜電母料在BOPP薄膜的拉伸性能、光學(xué)性能、熱收縮率和摩擦性能上基本沒差異；在抗靜電性能方面，不管是電暈面還是非電暈面，新開發(fā)BOPP薄膜抗靜電性能均優(yōu)于對比樣；新開發(fā)BOPP薄膜電暈面的抗靜電性能有明顯改善，靜電半衰期比較平穩(wěn)，且一個月內(nèi)的抗靜電效果的持續(xù)性很好。

抗靜電性 雙向拉伸聚丙烯薄膜 摩擦性能 光學(xué)性能 拉伸性能

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是一種理想的包裝材料，無色、無味、無毒，具有良好的拉伸性能、抗沖擊性能、透明性和光澤度等?？轨o電性能是BOPP薄膜的重要性能指標。BOPP薄膜在加工或使用過程中，薄膜與薄膜之間及薄膜與設(shè)備之間存在一定的摩擦而產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致BOPP薄膜吸附空氣中的灰塵或其他成分，不僅影響到薄膜表面的美觀，加上在BOPP薄膜的使用過程中也會發(fā)生相互黏結(jié)，尤其是現(xiàn)代塑料薄膜的加工正朝著自動化、高速化和高品質(zhì)化方向發(fā)展，加工速度越快，越容易因為摩擦而產(chǎn)生靜電，薄膜之間的粘連也就越厲害；另外在印刷加工時，薄膜的靜電吸塵還會影響油墨轉(zhuǎn)移率，使印刷品上出現(xiàn)“花、點”油墨，造成印刷圖案缺失［1-4］。因此，在BOPP薄膜的加工過程中加入抗靜電劑，對薄膜的生產(chǎn)及下游產(chǎn)品高速包裝工藝起到極其重要的作用。

本工作在BOPP薄膜制備過程中添加自制的抗靜電母料，以改善薄膜的抗靜電性能，同時還研究了抗靜電劑對薄膜力學(xué)性能等其他性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

共聚聚丙烯（PP），F(xiàn)S5612，新加坡聚烯烴公司生產(chǎn)；均聚PP，F(xiàn)300M，中國石油化工股份有限公司茂名分公司生產(chǎn)；抗靜電母料1，自制；抗靜電母料2（對比樣），國外某公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

TES-65型雙螺桿擠出機，南京諾達擠出裝備有限公司生產(chǎn)；平面雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線設(shè)備，德國布魯克納機械股份公司生產(chǎn)；SH-200型三維混合機，無錫新而立機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)；H-0110型霍尼斯特靜電測量儀，Shishido靜電公司生產(chǎn)；XLW（PC）-500N-50N型 PC型智能電子拉力試驗機，PFT-F1型摩擦系數(shù)/剝離試驗儀，RSY-R2型熱縮試驗儀，均為濟南蘭光機電技術(shù)有限公司生產(chǎn)；WGT-S型透光率/霧度測定儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 試樣制備

1）將所有組分放入三維混合機進行混料后加入擠出機中進行熔融、混合和擠出流延到急冷輥上，溫度為30～50 ℃；2）縱向拉伸預(yù)熱，溫度為90～140 ℃；縱向拉伸，溫度為80～140 ℃；縱向拉伸定型，溫度為30～70 ℃；縱向拉伸倍數(shù)為2～4倍；3）橫向拉伸預(yù)熱，溫度為11～160 ℃；橫向拉伸，溫度為140～160 ℃；橫向拉伸定型，溫度為90～150 ℃；4）冷卻；5）牽引，速度為200～400 m/min；6）收卷，張力為150～350 N/m；7）時效處理，室溫下2～7天，得到BOPP薄膜。

1.4 性能測試

拉伸性能按GB/T 1040.3—2006測試；光學(xué)性能按GB/T 2410—2008測試；摩擦系數(shù)按GB 10006—1988測試；熱收縮率按GB/T 12027—2004測試；抗靜電性能按GB/T 14447—1993 測試。

2 結(jié)果與討論

將質(zhì)量分數(shù)為2%的抗靜電母料添加到BOPP薄膜的芯層，在雙向拉伸設(shè)備上生產(chǎn)厚度為25 μm的BOPP薄膜，其薄膜結(jié)構(gòu)見圖1。著重對薄膜的抗靜電性能進行了1個月的存儲跟蹤測試，測試時間分別為1天，5天，12天，19天，33天。

2.1 BOPP薄膜抗靜電的原理

圖1 BOPP薄膜的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of BOPP film

BOPP薄膜中使用的抗靜電劑多為非離子型表面活性劑，表面活性劑遷移至聚合物的表面，一個憎水基團（非極性基）向內(nèi)側(cè) （聚合物一側(cè)）排列形成連續(xù)的膜狀，將添加劑封鎖在樹脂內(nèi)部，而親水性基團（極性基）則向外吸附空氣或周圍環(huán)境中的水分，在材料的表面形成一層導(dǎo)電水分子膜［5-6］來降低BOPP薄膜的表面電阻率，將聚合物自身所產(chǎn)生的靜電迅速泄漏出去（提高導(dǎo)電能力），或通過上述手段改善聚合物表面的光滑度，降低摩擦系數(shù)，以抑制和減少靜電荷的產(chǎn)生。

抗靜電性能的時效性取決于抗靜電劑在樹脂中的遷移速率、添加量以及抗靜電劑遷移到聚合物表面吸附水的能力。當抗靜電劑遷移到薄膜表面并結(jié)合水分形成導(dǎo)電層后，會分散電荷，減少靜電對灰塵和微粒的吸引力，從而達到抗靜電效果［7］。

2.2 電暈面抗靜電性能

從圖2可以看出：新開發(fā)BOPP薄膜的靜電半衰期開始下降緩慢，接著迅速下降，隨后變化較小。這是因為抗靜電劑具有遷移性，抗靜電劑添加到樹脂后，會由添加層逐漸遷移到未添加層，然后再不斷的往薄膜表面遷移，靜電半衰期下降，說明抗靜電劑向表面的遷移需要一定時間，待一定時間后方能發(fā)揮抗靜電作用［8］；隨著存儲時間的增加，新開發(fā)BOPP薄膜的抗靜電性能明顯好于對比樣，說明新開發(fā)BOPP薄膜具有很好的抗靜電性能，靜電半衰期比較平穩(wěn)，且在一個月內(nèi)的抗靜電效果持續(xù)性也很好，完全能滿足包裝行業(yè)對包裝薄膜抗靜電性能的要求。

圖2 電暈面的靜電半衰期與存儲時間的關(guān)系Fig.2 Electrostatic half-life of Corona surface versus storage time

電暈處理是一種電擊處理，目的是為了改變薄膜的表面性質(zhì)，使其具有更高的附著性。其原理是薄膜經(jīng)過兩高壓電極產(chǎn)生電子流，使薄膜表面氧化產(chǎn)生極化，導(dǎo)致位于薄膜芯層的添加劑（包括抗靜電劑及爽滑劑）更加容易通過薄膜電暈面滲出［9-10］，使其向表面遷移的速度加快了，更有利于靜電的減少或消除。這也是電暈面抗靜電性能好于非電暈面的原因。

2.3 非電暈面抗靜電性能

從圖3可以看出：新開發(fā)BOPP薄膜的即時（1天）抗靜電性能明顯好于對比樣；新開發(fā)BOPP薄膜的靜電半衰期隨存儲時間先下降再上升，后趨于穩(wěn)定。這可能是因為抗靜電劑易于往薄膜的電暈面遷移，使得薄膜非電暈面的抗靜電劑層得不到遷移補充，導(dǎo)致其抗靜電性能下降，從整體上來看，新開發(fā)BOPP薄膜非電暈面的靜電半衰期比對比樣的短，表明新開發(fā)BOPP薄膜非電暈面的抗靜電性能要優(yōu)于對比樣。2.4 其他重要性能

圖3 非電暈面的靜電半衰期與存儲時間的關(guān)系Fig.3 Electrostatic half-life of non-corona surface versus storage time

通過實驗發(fā)現(xiàn)，新開發(fā)BOPP薄膜和對比樣在拉伸性能、光學(xué)性能、摩擦性能和熱收縮方面基本無差異，并能滿足實際應(yīng)用的要求。具體性能見表1。

3 結(jié)論

a）新開發(fā)BOPP薄膜電暈面有良好的抗靜電性能，靜電半衰期比較平穩(wěn)，且一個月內(nèi)的抗靜電效果的持續(xù)性很好。

b）不管是電暈面還是非電暈面，新開發(fā)BOPP薄膜的抗靜電性能均優(yōu)于對比樣，表明自制的抗靜電母料性能較好。

表1 兩種BOPP薄膜的其他性能Tab.1 Physical properties of two films

c）新開發(fā)BOPP薄膜和對比樣在拉伸性能、光學(xué)性能、摩擦性能和熱收縮方面基本無差異，并能滿足實際應(yīng)用的要求。

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Development of antistatic properties of BOPP Film

Liu Xiaoyan1， Zhang Liqiong1， Zhao Sufen1， Tu Zhigang1， Zhong Yongqiang2，Zheng Huijun2， Ye Decheng2， Liang Yanyang3， Zeng Lingfeng3
（1.Zhongshan Torch Polytechnic, Zhongshan 528436, China；2. Zhongshan Beihua polymer Materials Co., Ltd., Zhongshan 528436, China；3. Guangdong Weifu Packaging Material Co., Ltd., Puning 515321, China）

This paper describes an antistatic masterbatch developed to add into biaxial oriented polypropylene packaging (BOPP) film to improve the antistatic properties of the film, which is compared with that added with masterbatch imported from Germany. The results show that the friction, tensile, and optical properties of the two antistatic BOPP films are basically no difference as well as heat-shrinkable rate. While the antistatic properties of the newly developed film such as corona and non-corona surface are superior to those of the compared sample. The antistatic property of corona surface of newly BOPP film is improved obviously with stable electrostatic half-life, which can sustain for a month.

antistatic; biaxial oriented polypropylene packaging film; friction property; optical properties; tensile property

TQ 325

B

1002-1396（2016）01-0029-03

2015-08-03；

2015-10-27。

劉曉艷，女，1982年生，碩士，高級工程師，主要研究方向為塑料包裝材料的研發(fā)。聯(lián)系電話：13425517384；E-mail：lxy85175412@foxmail.com。

*通信聯(lián)系人。E-mail：zhigtu@126.com。