CPP低溫?zé)岱饽さ难兄?/h1>
2018-03-30 03:11:14張莉瓊熊立貴趙素芬涂志剛劉平
現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用 2018年1期
張莉瓊 熊立貴 趙素芬 涂志剛* 劉平
(1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院包裝印刷系,廣東 中山, 528436;2.華南理工大學(xué)材料科學(xué)研究所,廣東 廣州,510640)
CPP(流延聚丙烯)熱封膜具有透明度高、力學(xué)性能好、熱封強(qiáng)度高的特點(diǎn),在包裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但是在低溫時容易發(fā)脆,韌性變差,限制了其在低溫條件下的使用。國內(nèi)針對CPP熱封膜的低溫改性一直是研究熱點(diǎn),如使用聚烯烴彈性體對其進(jìn)行共混改性,可降低薄膜霧度,提高透明度,期望能替代目前低溫冷藏中使用的透明度差的聚乙烯薄膜。但彈性體存在發(fā)黏、發(fā)澀的問題,使得薄膜力學(xué)強(qiáng)度降低,摩擦系數(shù)增大[1-2]。
下面在CPP熱封膜制備過程中添加自制爽滑母料,生產(chǎn)出來的薄膜同時具備高表面張力、較低摩擦系數(shù)、較好的力學(xué)性能,在存儲期30 d內(nèi)薄膜的綜合性能穩(wěn)定。
1 試驗(yàn)部分
1.1 主要原料
聚丙烯均聚物,FC-801,中國石化上海石油化工股份有限公司;聚丙烯共聚物,H531PL,新加坡聚烯烴公司;爽滑母料,自制。其中自制爽滑母料載體為聚丙烯均聚物,使用雙螺桿擠出機(jī)造粒而成,含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,水質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.06%,熔體流動速率(230 ℃,2.16 kg)5～7 g/10 min,添加到薄膜的芯層。
1.2 基本配方及試樣制備
基本配方以質(zhì)量份計(jì)。熱封層(A層):共聚聚丙烯樹脂95.0～97.0份,助劑3.0～5.0份;芯層(B層):均聚聚丙烯樹脂97.0份,助劑3.0份;電暈層(C層):均聚聚丙烯樹脂96.0份,助劑4.0份。
試樣制備:采用A，B，C三層共擠流延法制備 CPP熱封薄膜。
工藝流程:CPP樹脂和其他助劑→計(jì)量→擠出塑化→分流器→模頭→流延冷卻成型→測厚→電暈處理→修邊→收卷→成品經(jīng)48 h常溫時效處理→分切→檢驗(yàn)→CPP熱封膜。
1.3 性能測試
表面張力參照GB/T 14216—2008測試;摩擦系數(shù)參照GB 10006—1988測試;透光率/霧度參照GB/T 2410—2008測試;力學(xué)性能參照GB/T 13022—1991測試;光澤度參照ASTM D523—1989(1999)測試;熱收縮率參照GB/T 12027—2004測試;熱封強(qiáng)度參照QB/T 2358—1998測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 存儲時間對CPP熱封膜表面張力的影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP熱封膜下線后存儲30 d內(nèi)的表面張力變化,結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出,CPP熱封膜剛下線時表面張力達(dá)到峰值46 mN/m,在之后跟蹤的30 d內(nèi)隨著時間的推移開始下降,第30 d時為38 mN/m,可見在存儲期30 d內(nèi),CPP熱封膜能滿足印刷、涂布等二次加工所需表面張力大于38 mN/m的要求。
圖1 CPP熱封膜表面張力與時間關(guān)系
CPP熱封薄膜在加工過程中,存在外來拉力導(dǎo)致取向上的力學(xué)性能明顯增加,在急劇驟冷的條件下,CPP熔體的黏度較高,內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳,通常在下線3 d后開始松馳,同時薄膜性質(zhì)發(fā)生變化。由圖1可見,3 d后薄膜的表面張力下降幅度明顯大于前3 d。研究中通過使用自制的爽滑母料中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,具有爽滑和抗黏作用,在存儲期內(nèi)能從薄膜芯層遷移到薄膜表面,一定程度上緩解了表面張力的下降。其原因是芥酸酰胺的潤滑性使聚丙烯大分子鏈或鏈段之間運(yùn)動的流動性得以增加,薄膜表面能在較長時間內(nèi)維持較高的表面張力。
2.2 存儲時間對CPP熱封膜摩擦系數(shù)影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP熱封膜下線后30 d內(nèi)電暈面和非電暈面的摩擦系數(shù),結(jié)果如圖2所示。
圖2 CPP熱封膜30 d內(nèi)摩擦系數(shù)變化
電暈面是由于薄膜表面的高分子鏈通過電子擊穿、空氣氧化等方式強(qiáng)制斷裂,形成局部區(qū)域的極性效果,其薄膜表層的不均勻性導(dǎo)致薄膜內(nèi)層的各類助劑遷移到薄膜表面后分散不均,通常情況下放置一段時間后電暈面的摩擦系數(shù)明顯增加,摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性能受到損害。從圖2可以看出,添加自制爽滑母料后,跟蹤21 d后電暈面的摩擦系數(shù)仍能穩(wěn)定在0.6以下,30 d時降至0.5,可見自制爽滑母料能有效保證CPP熱封膜摩擦系數(shù)的穩(wěn)定。從圖2還可以看出,CPP熱封膜剛下線時非電暈面的摩擦系數(shù)為0.3,之后開始下降,在跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2。
2.3 存儲時間對CPP熱封膜拉伸強(qiáng)度影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP薄膜下線后30 d內(nèi)的拉伸強(qiáng)度,結(jié)果如圖3所示。
圖3 CPP熱封膜30 d內(nèi)拉伸強(qiáng)度變化
從圖3可以看出,隨著存儲時間的增加,CPP熱封膜的拉伸強(qiáng)度持續(xù)增大,其中在剛下線的前3 d內(nèi)變化幅度最大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強(qiáng)度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強(qiáng)度達(dá)到27 MPa。這是由于薄膜在剛下線時,薄膜內(nèi)沿外來拉力拉伸方向高分子鏈及鏈段呈取向拉直狀態(tài),產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,下線3 d后內(nèi)應(yīng)力開始松馳,高分子鏈及鏈段發(fā)生回縮或者糾纏,拉直狀態(tài)遭到破壞,薄膜橫、縱向拉伸強(qiáng)度的變化幅度波動明顯;隨著放置時間的增加,部分高分子鏈及鏈段在環(huán)境的作用下隨內(nèi)應(yīng)力的變化又回歸平衡狀態(tài),故拉伸強(qiáng)度較之下線前3 d平緩增大,在21～30 d內(nèi)增幅不大,趨于平穩(wěn)。
2.4 CPP熱封膜的綜合性能
將厚度25 μm的CPP熱封膜放置30 d時與GB/T 27740—2011的綜合性能進(jìn)行比對,結(jié)果如表1所示。
表1 爽滑母料對CPP熱封膜綜合性能影響
從表1可見,使用自制爽滑母料制備的CPP熱封膜在存儲期內(nèi)具有高表面張力、低摩擦系數(shù)、力學(xué)性能較好且滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的同時,初始熱封溫度、熱封強(qiáng)度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品綜合性能穩(wěn)定。
3 結(jié)論
a) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲30 d時表面張力大于38 mN/m,非電暈面的摩擦系數(shù)跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2,電暈面的摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.5。
b) 隨著存儲時間的增加,CPP熱封薄膜的拉伸強(qiáng)度持續(xù)增大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強(qiáng)度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強(qiáng)度達(dá)到27 MPa,均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。
c) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲期30 d時,其初始熱封溫度、熱封強(qiáng)度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),綜合性能穩(wěn)定。
[1] 廖德金,段寧寧,林淵智,等. CPP熱封薄膜低溫?zé)岱鈱有阅苎芯縖J].中國塑料,2015,29(8):77-81.
[2] 滕樹玲. CPP流延膜的選材及優(yōu)化方案[J].化工新型材料,2013,41(8):190-191.
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CPP(流延聚丙烯)熱封膜具有透明度高、力學(xué)性能好、熱封強(qiáng)度高的特點(diǎn),在包裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但是在低溫時容易發(fā)脆,韌性變差,限制了其在低溫條件下的使用。國內(nèi)針對CPP熱封膜的低溫改性一直是研究熱點(diǎn),如使用聚烯烴彈性體對其進(jìn)行共混改性,可降低薄膜霧度,提高透明度,期望能替代目前低溫冷藏中使用的透明度差的聚乙烯薄膜。但彈性體存在發(fā)黏、發(fā)澀的問題,使得薄膜力學(xué)強(qiáng)度降低,摩擦系數(shù)增大[1-2]。
下面在CPP熱封膜制備過程中添加自制爽滑母料,生產(chǎn)出來的薄膜同時具備高表面張力、較低摩擦系數(shù)、較好的力學(xué)性能,在存儲期30 d內(nèi)薄膜的綜合性能穩(wěn)定。
1 試驗(yàn)部分
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1.2 基本配方及試樣制備
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試樣制備:采用A，B，C三層共擠流延法制備 CPP熱封薄膜。
工藝流程:CPP樹脂和其他助劑→計(jì)量→擠出塑化→分流器→模頭→流延冷卻成型→測厚→電暈處理→修邊→收卷→成品經(jīng)48 h常溫時效處理→分切→檢驗(yàn)→CPP熱封膜。
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表面張力參照GB/T 14216—2008測試;摩擦系數(shù)參照GB 10006—1988測試;透光率/霧度參照GB/T 2410—2008測試;力學(xué)性能參照GB/T 13022—1991測試;光澤度參照ASTM D523—1989(1999)測試;熱收縮率參照GB/T 12027—2004測試;熱封強(qiáng)度參照QB/T 2358—1998測試。
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從圖1可以看出,CPP熱封膜剛下線時表面張力達(dá)到峰值46 mN/m,在之后跟蹤的30 d內(nèi)隨著時間的推移開始下降,第30 d時為38 mN/m,可見在存儲期30 d內(nèi),CPP熱封膜能滿足印刷、涂布等二次加工所需表面張力大于38 mN/m的要求。
圖1 CPP熱封膜表面張力與時間關(guān)系
CPP熱封薄膜在加工過程中,存在外來拉力導(dǎo)致取向上的力學(xué)性能明顯增加,在急劇驟冷的條件下,CPP熔體的黏度較高,內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳,通常在下線3 d后開始松馳,同時薄膜性質(zhì)發(fā)生變化。由圖1可見,3 d后薄膜的表面張力下降幅度明顯大于前3 d。研究中通過使用自制的爽滑母料中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,具有爽滑和抗黏作用,在存儲期內(nèi)能從薄膜芯層遷移到薄膜表面,一定程度上緩解了表面張力的下降。其原因是芥酸酰胺的潤滑性使聚丙烯大分子鏈或鏈段之間運(yùn)動的流動性得以增加,薄膜表面能在較長時間內(nèi)維持較高的表面張力。
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圖2 CPP熱封膜30 d內(nèi)摩擦系數(shù)變化
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2.3 存儲時間對CPP熱封膜拉伸強(qiáng)度影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP薄膜下線后30 d內(nèi)的拉伸強(qiáng)度,結(jié)果如圖3所示。
圖3 CPP熱封膜30 d內(nèi)拉伸強(qiáng)度變化
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2.4 CPP熱封膜的綜合性能
將厚度25 μm的CPP熱封膜放置30 d時與GB/T 27740—2011的綜合性能進(jìn)行比對,結(jié)果如表1所示。
表1 爽滑母料對CPP熱封膜綜合性能影響
從表1可見,使用自制爽滑母料制備的CPP熱封膜在存儲期內(nèi)具有高表面張力、低摩擦系數(shù)、力學(xué)性能較好且滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的同時,初始熱封溫度、熱封強(qiáng)度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品綜合性能穩(wěn)定。
3 結(jié)論
a) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲30 d時表面張力大于38 mN/m,非電暈面的摩擦系數(shù)跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2,電暈面的摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.5。
b) 隨著存儲時間的增加,CPP熱封薄膜的拉伸強(qiáng)度持續(xù)增大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強(qiáng)度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強(qiáng)度達(dá)到27 MPa,均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。
c) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲期30 d時,其初始熱封溫度、熱封強(qiáng)度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),綜合性能穩(wěn)定。
[1] 廖德金,段寧寧,林淵智,等. CPP熱封薄膜低溫?zé)岱鈱有阅苎芯縖J].中國塑料,2015,29(8):77-81.
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