流延聚乙烯專用料在重包裝PE膜袋（FFS）領(lǐng)域的應(yīng)用研究

方忠陽(yáng) 林華杰 顧亦力

（中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化公司研發(fā)中心；鎮(zhèn)海石化工業(yè)貿(mào)易有限責(zé)任公司）

0 引言

國(guó)際上，通常把可以承載10～50 kg固體顆?；蚍蹱钗锪系哪ぐb通稱為重包裝。一般情況下內(nèi)容物凈重采用25 kg，因此又稱25 kg膜包裝袋；另因?yàn)橥斜P(pán)碼垛的需要，袋體兩側(cè)進(jìn)行折邊處理，截面形似M字，故又稱M折袋或折邊袋。

重包裝袋用的基材薄膜，稱為重包裝PE膜，主要采用上吹管泡法工藝制得而成。目前下游客戶使用過(guò)程，通常配套先進(jìn)的自動(dòng)包裝系統(tǒng)，自動(dòng)包裝系統(tǒng)的三個(gè)主要環(huán)節(jié)：截底成型（Form）→包裝線自動(dòng)灌裝（F ill）→袋口封合（Seal），簡(jiǎn)稱FFS，特點(diǎn)是快速包裝、一次成型，包裝效率高且成本低，具備良好的密封防潮性和印刷性能，便于回收利用。因此，重包裝PE袋也通常被稱為FFS重包裝袋。

1 熱封性能及影響因素

1.1 熱封性能

塑料熱封性能是重包裝PE膜的主要性能之一，熱封性能一般指起熱封溫度和熱封強(qiáng)度。起熱封溫度通常指P E薄膜熱封強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)所需的加熱溫度，其作用是使熱封層加熱到一個(gè)比較理想的黏流態(tài)使熱封層相互粘合而達(dá)到熱封的目的[1]。熱封過(guò)程的微觀表現(xiàn)為當(dāng)兩種相容的高聚物相互緊密的接觸時(shí)，由于分子的布朗運(yùn)動(dòng)和鏈段的擺動(dòng)而產(chǎn)生了相互的擴(kuò)散。這種擴(kuò)散是在高聚物與高聚物的界面層進(jìn)行的，當(dāng)提供足夠的熱量，分子布朗運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)[2]。

1.2 熱封性能的影響因素

隨著FFS自動(dòng)包裝生產(chǎn)線速度越來(lái)越快，要求薄膜的封口能夠承受一定重量的被包裝物灌裝時(shí)重量沖擊力，產(chǎn)品自重的壓力。包裝袋具有較好的熱封強(qiáng)度，可以保證在物流倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中不開(kāi)裂泄漏，達(dá)到保護(hù)產(chǎn)品的目的。

1.2.1 薄膜結(jié)晶度的影響

研究表明[3-4]，聚乙烯材料的結(jié)晶度越高，熔點(diǎn)越高，薄膜起封溫度則會(huì)越高。上吹管泡法工藝的橫向吹脹及縱向牽引拉伸會(huì)對(duì)塑料分子產(chǎn)生一定程度的排列取向作用，導(dǎo)致薄膜結(jié)晶度提高，從而薄膜起封溫度越高。

1.2.2 電暈處理影響

電暈處理產(chǎn)生極性基團(tuán)，導(dǎo)致分子間作用力增強(qiáng)，相當(dāng)于熱熔焓增加，熔點(diǎn)升高，薄膜起封溫度上升；電暈后產(chǎn)生交聯(lián)使得分子鏈柔順性變差，相當(dāng)于熱熔熵減小，熱封層界面分子的相互擴(kuò)散能力降低，使薄膜熱封強(qiáng)度降低[5]。

1.2.3 遷移性助劑影響

爽滑劑等遷移型助劑遷移到薄膜表面富集成團(tuán)，當(dāng)薄膜表面受到外界摩擦情況下，助劑會(huì)被磨耗；大量富集到薄膜表面則易形成起霜現(xiàn)象，即薄膜表面可見(jiàn)一層薄薄可見(jiàn)的霜（粉），面對(duì)光觀測(cè)薄膜有霧蒙蒙現(xiàn)象，經(jīng)儀器測(cè)試薄膜霧度值變大，透明度、清晰度、光澤度下降，擦拭去除后會(huì)留下痕跡。薄膜熱封層嚴(yán)重起霜，不僅影響薄膜外觀品質(zhì)，還會(huì)降低薄膜熱封強(qiáng)度，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致薄膜喪失熱封效果[5]。

2 中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化公司ZF4527C和ZF4533H產(chǎn)品介紹

中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化公司自主研發(fā)了流延聚乙烯專用料ZF4527C和ZF4533H，達(dá)到重包裝PE膜/袋原料國(guó)產(chǎn)化替代、降低成本的效果。

2.1 ZF4533H

ZF4533H是中熔指、低密度線性聚乙烯樹(shù)脂，主要用于芯層、電暈層。具有流動(dòng)性好、易加工、耐低溫、高強(qiáng)度顯著特點(diǎn)，產(chǎn)品通過(guò)了GB4806.6、FDA、RoHS等食品檢測(cè)。

表1 性能指標(biāo)典型值（非保證值）

2.2 ZF4527C

ZF4527C是中熔指、低密度線性聚乙烯，主要用于熱封層、電暈層。

具有流動(dòng)性好、易加工、耐低溫、低起熱封溫度、高熱封強(qiáng)度顯著特點(diǎn)，產(chǎn)品通過(guò)了GB4806.6、FDA、RoHS等食品檢測(cè)。

表2 性能指標(biāo)典型值（非保證值）

3 FFS領(lǐng)域應(yīng)用

3.1 主要生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)儀器

（1）生產(chǎn)設(shè)備：FFS高速吹膜機(jī)組LESA-45（收卷寬幅0.8m）；

插邊壓花成型機(jī)組ESD-2-INSIDE-550型。

（2）拉力試驗(yàn)機(jī)：XLW（PC）500型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)；

熱封梯度試驗(yàn)儀：RTD-R2型雙五點(diǎn)熱封梯度儀；

冰箱：溫度范圍-10～10℃；

溫度計(jì)：煤油溫度計(jì)，精度0.2℃。

3.2 重包裝PE膜工藝流程

配比混料、投料（不同擠出機(jī)分開(kāi)投料）→塑化→共擠→吹脹→薄膜測(cè)厚、電暈處理→牽引→印刷→收卷→檢驗(yàn)→包裝→膜成品。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)：

檢測(cè)室環(huán)境：參照GB/T 2918-1998《塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境》

熱封強(qiáng)度測(cè)試：參照QB/T 2358-98《塑料薄膜包裝袋熱封強(qiáng)度試驗(yàn)方法》

判定標(biāo)準(zhǔn)：《煉化公司聚乙烯、聚丙烯產(chǎn)品包裝用FFS袋用薄膜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，熱封強(qiáng)度大于等于30 N/15mm

3.4 重包裝PE膜配方

本應(yīng)用采用三層共擠設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，除芯層采用ZF4533H、ZF4527C部分替代或全替代進(jìn)口雙峰PE樹(shù)脂外，熱封層及印刷層仍采用原配方。

表3 重包裝PE膜配方表

3.5 熱封性能對(duì)比

3.5.1 常溫條件下測(cè)試

在22.6℃，56%RH試驗(yàn)室環(huán)境下，重包裝PE膜薄膜放置72小時(shí)，熱封面對(duì)熱封面進(jìn)行熱封，熱封后樣品放置3小時(shí)，再進(jìn)行拉伸測(cè)試熱封強(qiáng)度。

表4 重包裝PE膜常溫條件下熱封強(qiáng)度對(duì)比表

3.5.2 冷、熱環(huán)境條件下測(cè)試

3.5.2.1 熱封后冷、熱環(huán)境條件下儲(chǔ)存，對(duì)其熱封強(qiáng)度的影響測(cè)試

試驗(yàn)?zāi)康氖悄M熱封后，重包裝PE膜在冷、熱環(huán)境條件使用和儲(chǔ)存情況下，熱封強(qiáng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

冷環(huán)境儲(chǔ)存模擬試驗(yàn)：在22.6℃，56%RH試驗(yàn)室環(huán)境下，重包裝PE膜放置72小時(shí)，熱封面對(duì)熱封面進(jìn)行熱封，熱封樣品在-8.0℃環(huán)境中放置72h，再進(jìn)行拉伸測(cè)試熱封強(qiáng)度。

熱環(huán)境儲(chǔ)存模擬試驗(yàn)：在22.6℃，56%RH試驗(yàn)室環(huán)境下，重包裝PE膜放置72小時(shí)，熱封面對(duì)熱封面進(jìn)行熱封，熱封樣品在46.0℃環(huán)境，放置72 h，再進(jìn)行拉伸測(cè)試熱封強(qiáng)度。

圖1 熱封后冷、熱環(huán)境下儲(chǔ)存對(duì)熱封強(qiáng)度影響對(duì)比圖

圖2 冷、熱環(huán)境下儲(chǔ)存后再進(jìn)行熱封，其對(duì)熱封強(qiáng)度影響對(duì)比圖

3.5.2.2冷、熱環(huán)境條件儲(chǔ)存再進(jìn)行熱封，其對(duì)熱封強(qiáng)度的影響測(cè)試

試驗(yàn)?zāi)康氖悄M重包裝袋在冷、熱環(huán)境條件儲(chǔ)存后，重包裝PE膜再進(jìn)行熱封，其熱封強(qiáng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

冷環(huán)境儲(chǔ)存模擬試驗(yàn)：

重包裝PE膜在-8.0℃環(huán)境中放置72 h，熱封面對(duì)熱封面進(jìn)行熱封，熱封后樣品放置3小時(shí)，再進(jìn)行拉伸測(cè)試熱封強(qiáng)度。

熱環(huán)境儲(chǔ)存模擬試驗(yàn)：

重包裝PE膜在46.0℃環(huán)境放置72 h，熱封面對(duì)熱封面進(jìn)行熱封，熱封后樣品放置3小時(shí)，再進(jìn)行拉伸測(cè)試熱封強(qiáng)度。

4 結(jié)果與討論

4.1表4結(jié)果表明：常溫條件下，①號(hào)常規(guī)產(chǎn)品及②、③、④號(hào)對(duì)比品測(cè)試結(jié)果均超過(guò)30N/15mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2圖1結(jié)果表明：熱封后冷、熱環(huán)境條件儲(chǔ)存，熱封強(qiáng)度測(cè)試值均超過(guò)30 N/15 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1） ④號(hào)對(duì)比品，熱封后冷、熱環(huán)境條件儲(chǔ)存，熱封強(qiáng)度表現(xiàn)兼優(yōu)。

2） ②號(hào)與④號(hào)對(duì)比品相比，兩者中間層是ZF4527C完全替代雙峰PE-230，但④號(hào)是ZF4533H全替代雙峰PE-210。熱封后熱環(huán)境條件儲(chǔ)存，熱封強(qiáng)度均高于常溫下測(cè)試值。

3）③號(hào)與④號(hào)對(duì)比品相比，中間層ZF4533H全替代雙峰PE-210，但③號(hào)ZF4527C與雙峰PE-230各23%，④號(hào)ZF4527C為46%。從測(cè)試值得出，④號(hào)對(duì)比品熱環(huán)境儲(chǔ)存后熱封強(qiáng)度高于③號(hào)對(duì)比品。

4） ①號(hào)常規(guī)品與②號(hào)對(duì)比品相比，中間層雙峰PE-210添加比例一致，但②號(hào)ZF4527C比例為46%，①號(hào)雙峰PE-230比例為46%。從測(cè)試值得出，②號(hào)對(duì)比品熱環(huán)境儲(chǔ)存后熱封強(qiáng)度高于①號(hào)。

5）③號(hào)④號(hào)對(duì)比品與①常規(guī)配方產(chǎn)品相比，中間層ZF4533H全替代雙峰PE-210，彌補(bǔ)了對(duì)比品在冷環(huán)境下的熱封強(qiáng)度。

從上述對(duì)比得出結(jié)論：

熱封后在熱環(huán)境儲(chǔ)存，中間層加入ZF4527C的產(chǎn)品的熱封強(qiáng)度比中間層加入雙峰PE-230的產(chǎn)品的熱封強(qiáng)度大；熱封后在冷環(huán)境儲(chǔ)存，中間層加入ZF4533H的產(chǎn)品的熱封強(qiáng)度與常規(guī)配方產(chǎn)品相當(dāng)。

4.3圖2結(jié)果表明，冷、熱環(huán)境條件儲(chǔ)存后再進(jìn)行熱封，熱封強(qiáng)度測(cè)試值均超過(guò)30N/15mm的標(biāo)準(zhǔn)要求；且在ZF4527C與ZF4533H配合下，冷熱環(huán)境儲(chǔ)存后熱封強(qiáng)度表現(xiàn)更好。

5 結(jié)論

中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化公司開(kāi)發(fā)的ZF4533和ZF4527C樹(shù)脂應(yīng)用于FFS重包裝袋，具有優(yōu)良的熱封性能。

ZF4533H和ZF4527C在中間層配合使用或分別單獨(dú)使用，熱封后在常溫環(huán)境、冷環(huán)境、熱環(huán)境下儲(chǔ)存后測(cè)試及再熱封后測(cè)試，其熱封性能不受影響，都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。ZF4527C在FFS重包裝袋中間層使用，在熱環(huán)境下其熱封性能優(yōu)于國(guó)外雙峰PE-230。

ZF4533和ZF4527C樹(shù)脂解決了目前膜卷端面氧化變色快、小分子析出多、外觀瑕疵點(diǎn)多等問(wèn)題，并提高薄膜厚度平整度，兼顧撕裂強(qiáng)度、耐穿刺性及透光率等顯著特點(diǎn)。