雙向拉伸聚丙烯防霧滴薄膜的制備及性能研究

王紅兵，張濤，張少偉，陳鑄紅

（安徽國風(fēng)塑業(yè)股份有限公司，安徽合肥 230088）

普通雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜用于新鮮蔬菜、水果、鮮花、壽司等生鮮商品的包裝時(shí)，由于生鮮商品水分含量高，且銷售過程中溫差大，包裝袋內(nèi)容易產(chǎn)生一層不透明的水霧，導(dǎo)致商品可見度大幅降低。水霧為微生物的繁殖和生長創(chuàng)造了有利條件，一定程度上縮短了生鮮商品的保質(zhì)期和上架期，對(duì)于存在機(jī)械損傷的生鮮商品，更易腐敗變質(zhì)。隨著人們生活質(zhì)量的提高，普通BOPP包裝膜已經(jīng)很難滿足客戶要求。

BOPP防霧膜是一種防止水汽在薄膜表面結(jié)霧而影響透明度的功能性薄膜，主要用于上述生鮮商品的展示性包裝，極大地提高了商品的觀賞效果，增加了客戶的購買欲望。

本文探討薄膜產(chǎn)生霧滴的原因，并改進(jìn)配方體系，優(yōu)化工藝參數(shù)，采用平膜法在雙向拉伸生產(chǎn)線上生產(chǎn)出BOPP防霧滴薄膜，產(chǎn)品防霧等級(jí)達(dá)到1級(jí)。

1 防霧性能的實(shí)現(xiàn)

1.1 水霧產(chǎn)生的原理

水霧的產(chǎn)生是因?yàn)樗魵馀c薄膜表面的接觸角過大，導(dǎo)致水蒸氣無法潤濕薄膜表面，從而形成水霧。接觸角θ是衡量液體對(duì)固體表面潤濕性能的重要指標(biāo)，液體能否潤濕固體表面取決于接觸角θ大小，接觸角θ示意圖如圖1。

圖1 接觸角θ示意圖

若θ＜90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體表面，其θ角越小，潤濕性越好；若θ＞90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，當(dāng)θ=180°時(shí)，則表示完全不能潤濕。

當(dāng)薄膜表面出現(xiàn)水滴，因水滴對(duì)光線的散射作用，呈現(xiàn)出不透明的視覺效果。

1.2 薄膜防霧效果實(shí)現(xiàn)的原理

通過在薄膜配方體系中添加雙親組分防霧劑，其有效成分逐漸遷移至薄膜表層，親水基團(tuán)朝外，親油基團(tuán)朝內(nèi)。當(dāng)水蒸氣接觸到薄膜表面時(shí)便被親水基團(tuán)掠住，使得水蒸氣在薄膜表面均勻鋪展，形成一層極薄的“水膜”，從而達(dá)到防霧滴的效果，見圖2。

圖2 防霧劑遷移示意圖

1.3 防霧劑的篩選

BOPP 防霧滴薄膜一般為ABC 三層結(jié)構(gòu)（圖3），需要在配方中添加含有防霧劑的功能母料。

圖3 BOPP防霧滴薄膜結(jié)構(gòu)圖

防霧劑目前主要有多元醇脂肪酸酯類、低分子親水基聚合物類、胺和季銨鹽類。不同類型的防霧劑在防霧效果、防霧起效時(shí)間和防霧有效期區(qū)別較大，單一類型的防霧劑很難達(dá)到優(yōu)異的防霧性能?？蓪最惙漓F劑以不同配比搭配使用，以達(dá)到良好的防霧效果。

一般使用《GB/T 31726-2015 塑料薄膜防霧性試驗(yàn)方法》來表征評(píng)價(jià)防霧效果，見圖4。

圖4 防霧性能測(cè)試圖

圖5 BOPP防霧滴薄膜生產(chǎn)工藝流程圖

多元醇脂肪酸酯類防霧劑常用的多元醇有甘油、山梨糖醇及其醇酐，常用的脂肪酸有C11、C12的飽和酸或不飽和酸。一般來說，由于長碳鏈的防霧劑具有較大的分子結(jié)構(gòu)，與PP樹脂纏繞較多，因而防霧劑遷移速率變緩，薄膜防霧有效期延長。一般可選擇單硬脂肪酸甘油酯和山梨糖醇酐單硬脂肪酸酯。

防霧劑的添加量直接影響薄膜的防霧效果和有效期，通過測(cè)試防霧劑的添加比例對(duì)薄膜防霧效果的影響，并且綜合考慮生產(chǎn)成本和光學(xué)性能，一般選擇添加1%～8%的防霧劑，防霧效果可達(dá)到1～2級(jí)。

2 BOPP防霧滴薄膜的生產(chǎn)流程

BOPP防霧滴薄膜是將添加有功能助劑的聚丙烯通過擠出機(jī)加熱熔融，將熔體輸送至模頭擠出，經(jīng)水浴急冷形成鑄片，再進(jìn)行縱拉、橫拉分步拉伸，經(jīng)冷卻、測(cè)厚、電暈處理，收卷成卷材，時(shí)效后，分切成最終成品，見圖5。

3 薄膜主要物理性能的控制

3.1 透明度的控制

聚丙烯是一種半結(jié)晶聚合物，其內(nèi)部存在晶區(qū)和非晶區(qū)兩種相態(tài)。因兩種相態(tài)對(duì)光線的折射率不同，當(dāng)光通過聚合物時(shí)，在兩種界面上發(fā)生折射和反射，一般結(jié)晶度越小，薄膜透明度越高?？蓮囊韵?個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，提高薄膜透明度。

3.1.1 抗粘連劑的選擇

抗粘連劑可分為無機(jī)抗粘連劑和有機(jī)抗粘連劑，無機(jī)抗粘連劑主要有硅藻土、滑石粉、碳酸鈣和合成二氧化硅等。滑石粉和碳酸鈣對(duì)薄膜光學(xué)性能影響較大，不適合生產(chǎn)高透明度BOPP 薄膜；硅藻土硬度高，易劃傷膜面，造成薄膜阻隔性能下降；合成二氧化硅折光指數(shù)與聚丙烯非常接近，對(duì)光學(xué)性能影響小。有機(jī)抗粘連劑主要為有機(jī)硅聚合物或甲基丙烯酸聚合物。有機(jī)抗粘連劑光學(xué)性能好，對(duì)薄膜的透明度幾乎沒有影響，同時(shí)兼具增滑的功能，使薄膜具有較低的摩擦系數(shù)。表1為不同抗粘連劑生產(chǎn)出的薄膜物性對(duì)比表。

表1 薄膜物性對(duì)比表

經(jīng)過綜合對(duì)比，選擇有機(jī)球形抗粘連劑制成的BOPP防霧滴薄膜具有高光澤度、低霧度和超低摩擦系數(shù)。

3.1.2 工藝參數(shù)的優(yōu)化

BOPP薄膜的結(jié)晶度和晶體尺寸對(duì)薄膜的光學(xué)性能有重要影響。薄膜結(jié)晶度和晶體尺寸越小，薄膜光學(xué)性能越優(yōu)秀。BOPP 薄膜生產(chǎn)時(shí)，可通過加快冷卻速度降低結(jié)晶度及晶體尺寸，但過低的冷卻溫度會(huì)導(dǎo)致薄膜脆化，導(dǎo)致生產(chǎn)破膜。通過研究激冷輥和水槽溫度對(duì)薄膜霧度和生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響，激冷輥和水槽溫度可設(shè)定為15℃～40℃。

3.2 薄膜熱封性能的控制

一般用于生鮮食品的包裝，都需要薄膜具有熱封效果，方便制袋，但防霧劑的遷移會(huì)影響薄膜的熱封效果。通過研究，可以通過在普通BOPP 熱封料中添加5%～30%乙烯丙烯丁烯三元共聚物，使得薄膜熱封防霧層起始熱封溫度降至135℃以下，熱封強(qiáng)度達(dá)到2.5 N/15 mm以上，滿足蔬菜、水果包裝的需求。

4 結(jié)論

本文論述了冷熱溫差下薄膜表面起霧機(jī)理，同時(shí)研究了配方、加工參數(shù)對(duì)薄膜防霧效果、霧度、起始熱封溫度、熱封強(qiáng)度等物理性能的影響，制備出雙面均可防冷熱霧滴的BOPP功能薄膜，滿足了下游生鮮食品防霧包裝的需求。