氟彈性體類加工助劑改性雙向拉伸薄膜用PP

趙素芬，涂志剛，柳孟良，潘 斌

（1. 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院包裝印刷系，廣東省中山市 528436；2. 廣東理工職業(yè)學(xué)院，廣東省中山市 528436）

雙向拉伸薄膜用聚丙烯（BOPP），尤其是包裝香煙的BOPP薄膜（簡(jiǎn)稱煙膜）對(duì)透明性、光澤度的要求非常高。目前，與國(guó)外生產(chǎn)的煙膜相比，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的煙膜光澤度和透明性略差，因此，部分國(guó)內(nèi)煙膜生產(chǎn)企業(yè)迫切要求提高薄膜透明性和光澤度。研究表明，氟彈性體類加工助劑可使制品的表面光滑，減少口模積料現(xiàn)象，提高制品的透明性和光澤度等［1］。本工作制備了BOPP薄膜專用氟彈性體加工助劑（簡(jiǎn)稱氟彈性體），并研究了氟彈性體對(duì)聚丙烯（PP）結(jié)晶度、結(jié)晶速率和流變性能的影響，對(duì)BOPP薄膜（包括煙膜）的光學(xué)性能、力學(xué)性能以及加工性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與設(shè)備

芯層原料，均聚PP，BOPP薄膜專用，熔體流動(dòng)速率（MFR）3.0 g/10 min左右；表層原料，三元共聚PP，MFR為6.0 g/10 min：均為美國(guó)?？松梨诠尽７鷱椥泽w母粒，氟彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.00%，MFR為3.2 g/10 min左右，揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤ 0.03%，采用雙螺桿擠出機(jī)制備。

TES-75型雙螺桿擠出機(jī)，南京瑞亞高聚物裝備有限公司，用于制備氟彈性體母粒。平面雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線，用于實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)煙膜；D8 GADDS型X射線衍射儀：均為德國(guó)Bruker公司。

Farinograph-E Aqua-Inject型流變儀，德國(guó)Brabender公司；XLVV（PC）型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，WGT-S型透光率/霧度測(cè)定儀：均為濟(jì)南蘭光機(jī)電有限公司。

1.2 薄膜的制備

BOPP薄膜生產(chǎn)工藝：速度150 m/min，溫度220～260 ℃，模頭溫度250 ℃，縱向拉伸溫度110 ℃，橫向拉伸溫度160 ℃，縱向拉伸倍數(shù)為2～5倍，橫向拉伸倍數(shù)約8倍。

不同薄膜試樣編號(hào)及對(duì)應(yīng)配方：F0#，總厚度18 μm的平膜，A/B/A結(jié)構(gòu)（薄膜為三層結(jié)構(gòu)，A為表層，B為芯層），厚度為1 μm/16 μm/1 μm，未加入氟彈性體母粒；F1#，總厚度18 μm的平膜，A/B/A結(jié)構(gòu)，厚度為1 μm/16 μm/1 μm，在芯層加入氟彈性體母粒，氟彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09%；F2#，總厚度18 μm的平膜，A/B/A結(jié)構(gòu)，厚度為1 μm/16 μm/1 μm，芯層和表層中都加入氟彈性體母粒，氟彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.06%；F3#，總厚度22 μm的煙膜，A/B/A結(jié)構(gòu)，厚度為1 μm/20 μm/1 μm，未加入氟彈性體母粒；F4#，總厚度22 μm的煙膜，A/B/A結(jié)構(gòu)，厚度為1 μm/20 μm/1 μm，芯層加入氟彈性體母粒，氟彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%。

1.3 測(cè)試方法

摩擦因數(shù)按GB/T 10006—1988測(cè)試；力學(xué)性能按GB/T 1040.3—2006測(cè)試，平膜測(cè)試環(huán)境溫度為28 ℃，煙膜26 ℃，相對(duì)濕度均為50%；霧度及光澤度按GB/T 2410—2008測(cè)試；熱收縮率按BMS TT 02《德國(guó)布魯克納公司雙向拉伸薄膜熱收縮率的檢測(cè)》測(cè)試；采用X射線衍射法測(cè)定PP結(jié)晶度；采用光學(xué)解偏振法測(cè)定PP在不同溫度條件下的等溫結(jié)晶曲線，半結(jié)晶時(shí)間的倒數(shù)即為結(jié)晶速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 氟彈性體對(duì)PP結(jié)晶的影響

對(duì)于半結(jié)晶型高聚物而言，既存在結(jié)晶區(qū)又存在非晶區(qū)，每個(gè)分子鏈貫穿多個(gè)晶區(qū)和非晶區(qū)，在非晶區(qū)分子鏈呈卷曲相纏結(jié)狀態(tài)［2］。PP晶體通常以球晶為主［3］。從表1看出：氟彈性體對(duì)結(jié)晶度有一定影響，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%時(shí)對(duì)結(jié)晶度的影響最大，提高近4.62%，但影響的規(guī)律不明顯。與未加入氟彈性體的PP相比，加入氟彈性體母粒的PP的結(jié)晶速率較快，但并沒有隨氟彈性體用量增加而有明顯的提高。

表1 氟彈性體對(duì)PP結(jié)晶度和結(jié)晶速率的影響Tab.1 Effect of PPM on crystallization degree and crystallization rate of PP

2.2 氟彈性體對(duì)BOPP薄膜光學(xué)性能的影響

2.2.1 對(duì)BOPP薄膜霧度的影響

透明性與結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，通過(guò)控制晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)，可改善薄膜透明性。雙向拉伸可使薄膜制品中原有的結(jié)晶顆粒破碎，從而使晶體尺寸變小，達(dá)到提高透明性的目的［4］。從圖1看出：加入氟彈性體可降低BOPP平膜和煙膜的霧度，與F0#相比，F(xiàn)1#和F2#平膜分別降低7.51%，17.52%，而F4#煙膜則降低1.11%，且與只在BOPP平膜芯層加入氟彈性體母粒相比，在BOPP平膜芯層和表層同時(shí)加入聚氟彈性體母粒，能更好地降低BOPP薄膜霧度，兩者相差近10%。

圖1 BOPP薄膜的霧度Fig.1 Haze value of BOPP film

2.2.2 氟彈性體對(duì)BOPP薄膜光澤度的影響

加入氟彈性體能減少塑料成型時(shí)與金屬口模的摩擦，減少表面滑痕，以免使薄膜表面粗糙或形成流紋，從而提高薄膜表面的光澤度。從圖2看出：F1#和F2#的光澤度分別增加1.92%，3.42%，且僅在芯層加入氟彈性體的F1#效果較好。這可能是由于氟彈性體顆粒與表層PP不相容，造成表面凸起而影響光澤度。在煙膜的芯層加入氟彈性體對(duì)于改善其光澤度也有積極作用，增加約1.82%。

圖2 BOPP薄膜的光澤度 Fig.2 Gloss of BOPP film

2.3 氟彈性體對(duì)BOPP薄膜力學(xué)性能的影響

從表2看出：F1#與F2#的力學(xué)性能都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，與F0#相比，薄膜的縱向拉伸強(qiáng)度和斷裂拉伸應(yīng)變有不同程度的降低，而橫向則略有增強(qiáng)。這可能是因?yàn)榉鷱椥泽w對(duì)分子鏈有外潤(rùn)滑的作用，導(dǎo)致分子間易滑移，而生產(chǎn)BOPP時(shí)是分步拉伸，即先縱向拉伸后橫向拉伸，橫向拉伸時(shí)分子間的滑移更易取向，但使縱向更易解取向。

表2 BOPP平膜的力學(xué)性能Tab.2 Mechanical properties of BOPP flat film

從表3看出：F4#與F3#的力學(xué)性能都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且F4#的彈性模量有一定提高，說(shuō)明加入氟彈性體后煙膜的挺度有所提高，這對(duì)煙膜是有利的。

2.4 氟彈性體對(duì)PP流變性能的影響

使用流變儀在230 ℃條件下，測(cè)定試樣在不同剪切速率時(shí)的表觀黏度、剪切應(yīng)力。從圖3可看出：在相同剪切速率條件下，加入氟彈性體的試樣表觀黏度及剪切應(yīng)力均有明顯降低，說(shuō)明加入氟彈性體降低PP熔體的表觀黏度及剪切應(yīng)力，能夠改善PP的加工性能。從氟彈性體對(duì)擠出機(jī)負(fù)荷的影響似乎更明顯地反映這一點(diǎn)（見表4）。

表3 BOPP煙膜的力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties of BOPP for cigarette package

圖3 加入氟彈性體母粒的PP流變曲線Fig.3 Effect of PPM on rheological properties of PP

表4 氟彈性體對(duì)擠出機(jī)電流的影響Tab.4 Effect of PPM on current of extruder

從表4看出：F2#的主、輔擠出機(jī)的電流略有下降，說(shuō)明氟彈性體同時(shí)加入BOPP薄膜的芯層和表層能降低加工能耗。而F1#的主擠出機(jī)的電流下降明顯；F3#和F4#煙膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也如此。因此，氟彈性體有利于改善PP熔體的加工流動(dòng)性能，降低加工能耗。

3 結(jié)論

a）氟彈性體對(duì)PP結(jié)晶度有一定影響，氟彈性體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%時(shí)對(duì)PP結(jié)晶度的影響最大，同時(shí)能加快結(jié)晶速率。

b）氟彈性體可降低BOPP薄膜霧度，且在芯層和表層同時(shí)加入氟彈性體能更好地降低BOPP薄膜霧度，對(duì)光澤度而言則僅在芯層加入的效果更好。

c）加入氟彈性體，BOPP薄膜的力學(xué)性能在一定程度上有所下降，但都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且煙膜的挺度有所提高。

d）加入氟彈性體降低了PP熔體的表觀黏度及剪切應(yīng)力，改善了PP的加工性能。