氫化石油樹(shù)脂對(duì)BOPP 煙膜性能的影響研究

李云峰 周先進(jìn) 趙燕

（湛江包裝材料企業(yè)有限公司）

在石油裂解的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品C5 和C9 餾分[1]，將C5 和C9 餾分中的活性不飽和基團(tuán)聚合，或與其它不飽和化合物共聚即可得到低分子量的石油樹(shù)脂[2]。通過(guò)加氫的方法對(duì)石油樹(shù)脂改性，飽和分子中的雙鍵和苯環(huán)，消除殘留的鹵化物，從而得到顏色透明，光、熱穩(wěn)定性好的氫化石油樹(shù)脂[3]。氫化石油樹(shù)脂主要直鏈C5、雙環(huán)C5（DCPD）和直鏈C9[5]三類(lèi)，其中直鏈C5 對(duì)BOPP 煙膜的光學(xué)性能有一定的優(yōu)勢(shì)，DCPD 增挺劑的軟化點(diǎn)較高、耐熱性較好，直鏈C9 的分子鏈的更長(zhǎng)，其增挺劑的透明度稍弱，但軟化點(diǎn)和耐熱性稍高，比較接近DCPD。

氫化石油樹(shù)脂可以改善BOPP 薄膜的光學(xué)性能、收縮率以及彈性模量等，還可以拓寬加工窗口[4]，目前已經(jīng)成為收縮型BOPP 煙膜必不可少的添加劑，可使煙包呈現(xiàn)出熨帖、挺括以及緊致的效果。本文對(duì)比了九種比較常見(jiàn)的氫化石油樹(shù)脂牌號(hào)，研究其對(duì)煙膜霧度、熱收縮力和抗板結(jié)能力等性能影響。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

1#、2#和3#氫化石油樹(shù)脂產(chǎn)自國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)，主要成分為直鏈C9；

4#、5#氫化石油樹(shù)脂產(chǎn)自日本，主要成分為直鏈C5+C9；

6#、7#氫化石油樹(shù)脂產(chǎn)自美國(guó)，主要成分為DCPD；

8#氫化石油樹(shù)脂產(chǎn)自日本，主要成分為直鏈C5+C9；

表1 不同牌號(hào)氫化石油樹(shù)脂的物性數(shù)據(jù)Tab.1 Properties of different grades of hydrogenated petroleum resins

9#氫化石油樹(shù)脂產(chǎn)自國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)，主要成分為直鏈C5。

1#-9#氫化石油樹(shù)脂性能指標(biāo)如表1 所示。

1.2 主要設(shè)備

1.2.1 造粒和拉膜設(shè)備

TSE-75A 雙螺桿擠出機(jī)線組，南京瑞亞裝備公司；

1214 三層共擠雙拉生產(chǎn)線組，德國(guó)布魯克納公司。

1.2.2 測(cè)試儀器

MAHRC1216 厚度測(cè)試儀，徳國(guó)Mahr 公司；

FED-53 烘箱，德國(guó)BINDER 公司；

M57 霧度計(jì)，英國(guó)DIFFUSION 公司；

4535 光澤度計(jì)，德國(guó)BYK 公司；

142505/00 拉伸機(jī)，德國(guó)ZWICK 公司；

MODEL 225-1 摩擦系數(shù)儀，美國(guó)THWINGALBERT 公司。

1.3 制備

1.3.1 母料的制備

工藝參數(shù)：擠出溫度：150/170/180/180/180/180/180/180/180/180 ℃；水冷溫度：20/20/20/20℃；螺桿轉(zhuǎn)速：250 rpm。

工藝流程：將氫化石油樹(shù)脂和均聚聚丙烯以1:1 的比例混配，然后通過(guò)擠出造粒形成母料。工藝路線為：氫化石油樹(shù)脂選型→投料→擠出→水冷→切?！b

1.3.2 煙膜的制備

工藝參數(shù)：擠出溫度：230/240/245℃；縱拉溫度：110/110/110/90/90/110℃；橫拉溫度：180/180/145/145/155/155℃；線速度：250 m/min。

工藝流程：投料→擠出→鑄片→縱拉→橫拉→牽引→收卷→時(shí)效處理→大分切→時(shí)效處理→小分切→包裝

1.4 測(cè)試方法

厚度按DIN53370 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；霧度按ASTM D 1003 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；光澤度按ASTM D 2457 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；收縮率測(cè)試按BMS TT 02 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；彈性模量按DIN 53 457 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；摩擦系數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)DIN 53 375 測(cè)試。

2. 結(jié)果與討論

2.1 氫化石油樹(shù)脂對(duì)BOPP 煙膜的即測(cè)性能影響

按照相同的配方和工藝將九種氫化石油樹(shù)脂做成母料，然后再經(jīng)過(guò)雙拉做成薄膜，薄膜型號(hào)是收縮型煙膜，適用于硬盒香煙。標(biāo)準(zhǔn)厚度 21 um，氫化石油樹(shù)脂的用量為10wt%。下線后立即檢測(cè)性能如表2 所示。

表2 即測(cè)BOPP 煙膜的物性數(shù)據(jù)Tab.2 Physical properties of BOPP cigarette films（Immediate test）

表3 30 天后BOPP 煙膜的物性數(shù)據(jù)Tab.3 Physical properties of BOPP cigarette films after 30 days

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)可以看出，所有牌號(hào)對(duì)應(yīng)的薄膜霧度均小于1.0，表明都符合使用要求，8#和9#的表現(xiàn)尤為突出，再次表明直鏈C5 有利于改善光學(xué)性能；硬盒香煙需要較高的收縮率，一般要求達(dá)到9%，6#和7#的收縮率較小，使用過(guò)程會(huì)出現(xiàn)煙包松泡的缺陷；彈性模量的數(shù)據(jù)在一周之內(nèi)會(huì)有較大的升幅，所以即測(cè)數(shù)據(jù)參考意義不大，在這里不做分析。

2.2 30 天后氫化石油樹(shù)脂對(duì)BOPP 煙膜的性能影響

BOPP 煙膜在時(shí)效處理和儲(chǔ)存的過(guò)程中，結(jié)晶會(huì)進(jìn)一步完善，也就是常說(shuō)的后結(jié)晶[7]。同時(shí)一些添加劑遷移出薄膜表面，物性會(huì)發(fā)生一些的變化[8]。一般30 天左右各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到平衡和穩(wěn)定，對(duì)上述樣本進(jìn)行了性能跟蹤，檢測(cè)性能如表3 所示。

從表3 的數(shù)據(jù)分析可知，30 天后，8#和9#仍然保持了霧度低的優(yōu)勢(shì)；6#和7#的收縮率雖然下降幅度小于其它樣本，但由于起點(diǎn)不高，穩(wěn)定后的數(shù)值仍然小于 8 %，在硬盒香煙包裝中可能會(huì)出現(xiàn)泡松的問(wèn)題；30 天后的彈性模量都超過(guò)2400 Mpa，6#樣本甚至超過(guò)了2600 Mpa，這與6#的雙環(huán)結(jié)構(gòu)不無(wú)關(guān)系。

2.3 氫化石油樹(shù)脂對(duì)BOPP 煙膜的抗板結(jié)性能影響

氫化石油樹(shù)脂的數(shù)均分子量不足1000，重均分子量稍大，也不超過(guò)2000，分子鏈活動(dòng)能力較強(qiáng)，存在少量遷移到薄膜表面的現(xiàn)象[9]。氫化石油樹(shù)脂最大的用途是熱熔膠，正是利用其遇熱發(fā)粘的特性， BOPP 煙膜雖然挑選了軟化點(diǎn)較高的牌號(hào)，抗粘能力有所增強(qiáng)，但始終存在一定的粘結(jié)傾向。煙廠在使用中特別強(qiáng)調(diào)薄膜的上機(jī)運(yùn)行性，哪怕是輕微的發(fā)粘或板結(jié)都會(huì)引起使用不順暢，所以提高收縮型BOPP 煙膜的抗板結(jié)性是很重要的工藝要求[10]。為了更好地表征薄膜的抗板結(jié)能力，結(jié)合多年的經(jīng)驗(yàn)，筆者把成品膜卷放在恒溫（35℃）恒濕（80%）的環(huán)境中時(shí)效處理7天，然后通過(guò)自由放卷來(lái)判定不同樣本的抗板結(jié)能力，該模擬試驗(yàn)也需要測(cè)試摩擦系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果和檢測(cè)性能如表4 所示。

表4 恒溫恒濕7 天后BOPP 煙膜的物性數(shù)據(jù)Tab.4 Physical properties of BOPP cigarette films after 7 days of constant temperature and humidity

從分析表4 中的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)1#、2#和3#的抗板結(jié)性較差，不能自由放卷的米數(shù)也較多，紙芯發(fā)黑也比較嚴(yán)重，在煙廠使用中較有可能出現(xiàn)運(yùn)行性不順暢的問(wèn)題；9#雖然霧度很出色，但存在板結(jié)較重的問(wèn)題，8#的抗板結(jié)能力還不錯(cuò)，兩者比較8#比9#有優(yōu)勢(shì)；抗板結(jié)能力最強(qiáng)的是4#和5#，雖然6#和7#也不錯(cuò)，但其在收縮率上有短板。

綜合以上所有的數(shù)據(jù)基本可以判定，4#、5#和8#是不錯(cuò)的選擇。

3. 結(jié)論

研究結(jié)果表明4#、5#和8#氫化石油樹(shù)脂對(duì)BOPP 煙膜霧度、熱收縮力和抗板結(jié)能力等綜合性能影響最佳，結(jié)合表1 中氫化石油樹(shù)脂的性能指標(biāo)，在選擇氫化石油樹(shù)脂時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1）軟化點(diǎn)不宜低于125℃，并且越高越好；

2）黃色指數(shù)不宜大于1，越小對(duì)BOPP 煙膜的光學(xué)性能有利；

3）熱穩(wěn)定性不宜小于2，分子量越大越好，分子量分布越窄越好，這些指標(biāo)對(duì)BOPP 煙膜的抗板結(jié)有利；

4）揮發(fā)性不宜超過(guò)1%，否則加工增挺劑的過(guò)程中存在氣味。

除了氫化石油樹(shù)脂，影響收縮型BOPP 煙膜性能的因素還有很多，需要結(jié)合內(nèi)外層配方一起進(jìn)行綜合分析和探討。