茂金屬聚乙烯薄膜料性能對(duì)比分析*

王 海，劉小燕，張 鵬，李 忠

(中國(guó)石油蘭州化工研究中心，甘肅蘭州 730060)

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茂金屬聚乙烯薄膜料性能對(duì)比分析*

王 海，劉小燕，張 鵬，李 忠

(中國(guó)石油蘭州化工研究中心，甘肅蘭州 730060)

通過(guò)對(duì)茂金屬聚乙烯薄膜魚(yú)眼、霧度、透光率及力學(xué)性能進(jìn)行分析，考察熔融指數(shù)為3.5g/10min、密度為0.918cm3/g三種茂金屬聚乙烯薄膜料mPE-1、mPE-2、mPE-3性能存在的差異。結(jié)果表明：mPE-1薄膜的魚(yú)眼明顯多于mPE-2及mPE-3，但屈服強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率較高；mPE-3薄膜的霧度較高，透光性能較差。

茂金屬聚乙烯，薄膜，力學(xué)性能，測(cè)試

茂金屬聚乙烯(mPE)是目前茂金屬催化劑應(yīng)用最大的方向，也是茂金屬烯烴聚合物的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)和發(fā)展最快的品種[1]。薄膜是茂金屬聚乙烯最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，用茂金屬聚乙烯生產(chǎn)的薄膜具有的優(yōu)點(diǎn)[2-4]：(1)韌性好，拉伸強(qiáng)度、抗沖擊性能及耐穿刺性較好；(2)光學(xué)性能好，制備透光率高；(3)氣味少；(4)初始熱封溫度低，熱黏結(jié)強(qiáng)度高，適用高速包裝線。

國(guó)內(nèi)茂金屬聚乙烯薄膜的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)已取得一定進(jìn)展，但與國(guó)外公司的差距還很大。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外茂金屬聚乙烯薄膜魚(yú)眼、霧度、透光率以及力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)存在的差異進(jìn)行分析，找出存在的技術(shù)不足，為下一步茂金屬聚乙烯薄膜專(zhuān)用料的開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

茂金屬聚乙烯薄膜料(mPE-1)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)；茂金屬聚乙烯薄膜料(mPE-2)，進(jìn)口催化劑國(guó)內(nèi)生產(chǎn)；茂金屬聚乙烯薄膜料(mPE-3)，國(guó)外工業(yè)級(jí)產(chǎn)品；熔融指數(shù)為3.5g/10min，密度為0.918cm3/g。

1.2 儀器與設(shè)備

ME-V3流延機(jī)，OCS公司；3343型單纖維強(qiáng)度測(cè)試儀，Instron公司；5226型霧度儀，意大利Ceast 公司。

1.3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

拉伸性能按ASTM D882-1986測(cè)定；透光率、霧度按GB/T 2410-2008測(cè)定；魚(yú)眼按照GB/T 15182-94測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 茂金屬聚乙烯魚(yú)眼分析

魚(yú)眼是聚乙烯在生產(chǎn)或加工過(guò)程中，由于分子鏈在高溫、微量氧和機(jī)械運(yùn)動(dòng)等作用下產(chǎn)生長(zhǎng)支鏈支化或分子鏈之間發(fā)生交聯(lián)，從而在聚乙烯樹(shù)脂的薄膜中出現(xiàn)0.5μm～20μm的微觀凝膠，這些微觀凝膠在樹(shù)脂的加工溫度下不熔化，在成品膜中以不透明的晶點(diǎn)存在[5]。

按照魚(yú)眼測(cè)試方法，裁剪19.0cm×20.0cm尺寸的試樣，共取4片，觀察大于或等于0.8mm的魚(yú)眼，記為0.8mm；小于0.8mm，大于或等于0.4mm的魚(yú)眼，記為0.4mm；分別累計(jì)測(cè)量過(guò)的4片薄膜試樣中的0.4mm和0.8mm的魚(yú)眼總數(shù)即為薄膜的魚(yú)眼數(shù)。不同mPE魚(yú)眼測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 茂金屬聚乙烯薄膜魚(yú)眼測(cè)試

茂金屬聚乙烯(mPE)魚(yú)眼的形態(tài)基本相同，主要成分均為PE，并有多個(gè)無(wú)機(jī)物的核無(wú)規(guī)則的分散在里面[6]。從表1可發(fā)現(xiàn)，mPE-3魚(yú)眼總數(shù)明顯低于mPE-1和mPE-2，說(shuō)明mPE-1和mPE-2分子量分布不均，存在高分子量mPE。高分子量mPE可以在聚合、造?；蛄餮幽み^(guò)程中產(chǎn)生。聚合過(guò)程中，活性中心分布不勻或局部活性過(guò)高都可能產(chǎn)生高分子量產(chǎn)物；而在造?；蛄餮幽み^(guò)程中由于熱氧化等原因，可能發(fā)生交聯(lián)從而形成高分子量mPE。

2.2 茂金屬聚乙烯薄膜霧度及透光率分析

霧度和透光率是條件試驗(yàn)參數(shù)[7]，對(duì)于科研開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)加工、質(zhì)量檢驗(yàn)以及材料選擇具有重要的意義。一般來(lái)講，透光率與霧度之間成反比關(guān)系，即透光率高的材料，其霧度低；反之亦然。影響霧度和透光率測(cè)定的因素很多，涉及樣品制備、試樣表面狀態(tài)等。三種mPE薄膜在同等條件進(jìn)行霧度和透光率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 mPE薄膜霧度及透光率測(cè)試

從表2可發(fā)現(xiàn)，mPE-3的霧度明顯高于mPE-1和mPE-2，這可能是由于mPE-3是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，在造粒過(guò)程中添加其他添加劑以改善相應(yīng)性能，從而造成霧度偏大的原因。mPE-1的霧度略高于mPE-2，透光性略差。由于影響霧度的因素很多，并且霧度在實(shí)際應(yīng)用中以共混體系為主，因?yàn)閱谓M分體系薄膜的霧度在其薄膜厚度變薄時(shí)滿足不了市場(chǎng)需要。

2.3 茂金屬聚乙烯薄膜力學(xué)性能測(cè)試

三種茂金屬聚乙烯薄膜的力學(xué)性能測(cè)試如表3所示。從表3可發(fā)現(xiàn)，mPE-1薄膜屈服強(qiáng)度明顯大于mPE-2和mPE-3，說(shuō)明mPE-1支化度低，結(jié)晶度高，相對(duì)晶片厚度大；但其斷裂強(qiáng)度略低于mPE-2，說(shuō)明其高分子組分含量低。同樣由于mPE-1支化度低，分子鏈容易折疊生成較厚的晶片，當(dāng)受力拉伸時(shí)，折疊的分子鏈伸直后分子鏈間滑移要大于mPE-2，因此其斷裂伸長(zhǎng)率高于mPE-2。mPE-2和mPE-3也產(chǎn)生同樣的分析結(jié)果。

分子結(jié)構(gòu)的差異造成mPE-1、mPE-2、mPE-3結(jié)晶性能的差異，最終影響其制品的性能。與mPE-2及mPE-3相比，mPE-1制備的薄膜在剛度和挺度之間具有更好的平衡性。

表3 mPE薄膜力學(xué)性能測(cè)試

3 結(jié)論

(1) mPE-1的魚(yú)眼數(shù)量明顯多于后兩種薄膜，這主要是由于催化劑局部活性過(guò)高造成。

(2) mPE-3的霧度較高，透光性較差，這是由于mPE-3屬于工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，在造粒的過(guò)程中為了提高或是降低某種性能而額外添加助劑造成。

(3) mPE-1的薄膜屈服強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率較高，這是由于分子結(jié)構(gòu)的差異造成的；mPE-1薄膜在剛度及挺度之間具有較好的平衡性。

[1] Williams K. Plast Rubber Proc. Appl.，1998，27(1)：30.

[2] Barry C，Trudell. Maekers and applications for metallocene LLDPE(mLLDPE) [EB/OL].[2014-08-27] http：∥www/univation.com.

[3] 王浩水.氣相法mPE的性能剖析[J].合成樹(shù)脂與塑料，2002，19(4)：10-15.

[4] Frederic Alarcon，Patrock Leaney. Innovena-metallocene technology unlocking the future[C]∥Metallocene technology Conference. Houston：[s.n]，2001：17-18.

[5] 刁春森. LLDPE裝置DFDA-7042樹(shù)脂中凝膠形成的原因及對(duì)策[J].齊魯石油化工，1998，26(2)：103-105.

[6] 劉偉，任強(qiáng)，孫春燕，等. 2003全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文集，2003(B)：196-197.

[7] 尹燕平.雙向拉伸塑料薄膜[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

Comparative Study on the Properties of Metallocene Polyethylene Film

WANG Hai，LIU Xiao-yan，ZHANG Peng，LI Zhong

(Lanzhou Petrochemical Research Center，Lanzhou 730060，Gansu，China)

Three kinds of metallocene polyethylene film materials which have same melt index 3.5g/10min，density of 0.918cm3/g but having some performance differences . The fish eyes，film haze，light transmittance and mechanical properties of the three kinds of metallocene polyethylene were analyzed. The results showed that the fish eyes of mPE-1 thin films was higher than mPE-2 and mPE-3 samples，but the yield strength and elongation at break were still higher than mPE-2 and mPE-3 samples. mPE-3 sample had higher film haze，so having poor light transmission performance .

metallocene polyethylene，film，mechanical property，analysis

中石油科技管理部項(xiàng)目(2011A-2104)

TQ 325