爽滑抗粘連母料在BOPET薄膜中的應(yīng)用

涂志剛，宋建輝，李新芳，蘇小強(qiáng)，熊立貴*，陳利偉，張尚先

（1.廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院），廣東 廣州 510091；2.中山開放大學(xué)，廣東 中山 528403；3.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528436）

雙向拉伸聚酯（BOPET）薄膜的綜合性能優(yōu)良，具有機(jī)械強(qiáng)度高、光學(xué)性能好、使用溫度范圍廣、阻隔性能優(yōu)良、耐油、耐化學(xué)藥品腐蝕等優(yōu)點(diǎn)［1-3］，廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)［4-9］。目前，隨著自動化高速包裝技術(shù)的飛速發(fā)展，要求BOPET薄膜具有良好的爽滑性能。在實(shí)際使用中，摩擦力通常既是拖動力又是阻力，因此，必須有效控制摩擦系數(shù)。BOPET薄膜中通常需要在表層加入爽滑劑，但過量爽滑劑在遷移到表面后易積聚，對薄膜的光學(xué)性能以及二次加工性能（如復(fù)合、印刷等）有一定負(fù)面影響［10-11］。本工作采用二氧化硅與耐高溫蠟為原料制備爽滑抗粘連母料，并應(yīng)用在BOPET薄膜上，分析爽滑抗粘連母料對BOPET薄膜爽滑、光學(xué)及力學(xué)等性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與設(shè)備

聚對苯二甲酸乙二酯（PET），特性黏數(shù)0.75～0.78 dL/g，中國石化儀征化纖股份有限公司。二氧化硅，粒徑5～7 μm；高溫蠟，熔點(diǎn)55～70 ℃：廣州索潤環(huán)保材料有限公司。同類爽滑抗粘連母料，進(jìn)口。分散劑400A，聚乙烯蠟：霍尼韋爾公司。

TES-65型雙螺桿擠出機(jī)，南京科亞擠出裝備有限公司；APEX-RXT95-400型平面雙向拉伸PET薄膜生產(chǎn)設(shè)備，美國帕金森公司；PFT-F1型摩擦系數(shù)/剝離試驗(yàn)儀，XLVV（PC）型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，WGT-S型透光率/霧度測定儀：濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；GZ-1型光澤度儀，廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司。

1.2 試樣制備

母料的制備：PET于170 ℃結(jié)晶干燥4 h；將質(zhì)量比為2∶1的二氧化硅與高溫蠟，以及0.5 phr分散劑與100.0 phr干燥PET在雙螺桿擠出機(jī)中擠出，得到爽滑抗粘連母料。

BOPET薄膜的制備：在雙向拉伸設(shè)備上生產(chǎn)厚度為40 μm的BOPET薄膜，該薄膜有三層，分別為表層、芯層與里層。爽滑抗粘連母料添加于BOPET薄膜的表層和里層，表層和里層的厚度均為6 μm，爽滑抗粘連母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，芯層為純PET。采用自制爽滑抗粘連母料制備的BOPET薄膜記作薄膜1，采用進(jìn)口同類母料制備的BOPET薄膜記作薄膜2。

1.3 性能測試

摩擦系數(shù)按DIN 53375—1986測試；薄膜光澤度和霧度分別按ASTM D 2457（45°）—2013，ASTM D 1003—2013測試；薄膜熱收縮率按GB/T 13519—2016測試，溫度120 ℃，加熱5 min；力學(xué)性能按DIN 53455—1994測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 BOPET薄膜的摩擦性能

以摩擦系數(shù)來表達(dá)的爽滑抗粘連性能是評價薄膜性能的重要指標(biāo)。在制膜和使用過程中，一方面它是塑料薄膜開口性的量化評定指標(biāo)，另一方面又可作為自動包裝機(jī)運(yùn)行速度、張力調(diào)節(jié)、薄膜運(yùn)行效率的參考依據(jù)。另外，在薄膜的二次加工過程中，薄膜的爽滑抗粘連性能對印刷油墨與薄膜之間、鍍鋁鋁層與薄膜之間的結(jié)合力也有很大影響。GB/T 16958—2008中規(guī)定，包裝用BOPET薄膜的動摩擦系數(shù)控制在0.55以下，因此，BOPET薄膜的動摩擦系數(shù)一般控制在0.40～0.60［12］。從表1可以看出：薄膜1具有較低的動摩擦系數(shù)，且穩(wěn)定性較好，薄膜2的動摩擦系數(shù)較薄膜1略高，所以從整體看薄膜1相對具有優(yōu)勢，能更好地滿足薄膜的爽滑性能。常溫條件下薄膜1表層與表層（簡稱表層/表層）相互摩擦的動摩擦系數(shù)較低，15，30 d時的動摩擦系數(shù)為0.40，有利于包裝物在生產(chǎn)線上的輸送和提高生產(chǎn)速度，而薄膜1表層與里層、里層與里層（分別簡稱表層/里層，里層/里層）相互摩擦的動摩擦系數(shù)差不多，30 d時的動摩擦系數(shù)為0.43～0.44，但稍高于薄膜表層/表層的動摩擦系數(shù)，是因?yàn)楸∧だ飳釉诎b過程中與填充物接觸，其動摩擦系數(shù)應(yīng)該控制稍高，有利于薄膜與填充物位置的精準(zhǔn)固定，提高熱封質(zhì)量和包裝緊湊效果。從表1還可以看出：隨著時間的延長，薄膜的動摩擦系數(shù)逐漸降低，15 d時達(dá)到穩(wěn)定。這主要是因?yàn)樗瑒﹥H在薄膜表面起作用，雖然將爽滑劑加入到薄膜表層，但表層厚度為6 μm，爽滑劑隨時間逐步遷移到表面，因而動摩擦系數(shù)減?。?3］。因此，采用自制爽滑抗粘連母料生產(chǎn)的BOPET薄膜的常溫動摩擦系數(shù)可以控制在0.40～0.48，完全能滿足包裝用BOPET薄膜爽滑性能的要求。

表1 爽滑抗粘連母料對BOPET薄膜爽滑性能的影響Tab.1 Effect of slip and antiblocking master-batch on slip properties of BOPET films

2.2 BOPET薄膜的光學(xué)性能

在滿足爽滑抗粘連性能要求的前提下，優(yōu)化BOPET薄膜的光學(xué)性能，開發(fā)高光澤、低霧度的薄膜非常重要［14-15］。自制爽滑抗粘連母料中的高溫蠟對薄膜光學(xué)性能的影響相對較小，高溫蠟對BOPET薄膜中抗粘連劑的分散有利，也有利于樹脂的塑化與加工，加入適量高溫蠟可使薄膜保持較為穩(wěn)定的表面光澤度。GB/T 16958—2008中規(guī)定，包裝用BOPET薄膜的霧度小于8.0%，光澤度大于100.0%。從表2可以看出：放置30 d，薄膜1的霧度上升0.1%，光澤度下降0.3%，而薄膜2的霧度上升0.3%，光澤度下降1.2%，因此，自制爽滑抗粘連母料具有較好且穩(wěn)定的霧度和光澤度，這都是實(shí)際生產(chǎn)中所需要的良好性能。

表2 爽滑抗粘連母料對BOPET薄膜光學(xué)性能的影響Tab.2 Effect of slip and anti-blocking master-batch on optical properties of BOPET films %

2.3 BOPET薄膜的力學(xué)性能與熱收縮性能

薄膜在使用過程中不僅要求低的摩擦系數(shù)，還要求不能影響力學(xué)性能，因?yàn)檫^多爽滑劑會降低拉伸強(qiáng)度、彈性模量等［16］。BOPET薄膜應(yīng)具有高的拉伸強(qiáng)度，以減少薄膜在包裝過程中出現(xiàn)的“破包”現(xiàn)象。薄膜熱收縮率主要用于對包裝膜不同條件或因素作用下的尺寸熱穩(wěn)定性的評定，從表3可以看出：薄膜1的橫向熱收縮率均達(dá)到70.0%以上，滿足熱收縮薄膜的高熱收縮性能要求；自制爽滑抗粘連母料對BOPET薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、彈性模量及熱收縮率的影響與薄膜2相比均無太大差異?？傮w來說，自制爽滑抗粘連母料的使用性能已經(jīng)達(dá)到或超過進(jìn)口同類母料的主要性能。

3 結(jié)論

a）薄膜1具有較低的動摩擦系數(shù)，且穩(wěn)定性較好，常溫動摩擦系數(shù)控制在0.40～0.48，且表層/里層、里層/里層的動摩擦系數(shù)稍高于表層/表層的動摩擦系數(shù)，完全能滿足包裝用BOPET薄膜的爽滑性能。

b）添加自制爽滑抗粘連母料使BOPET薄膜的具有良好且時效穩(wěn)定的光學(xué)性能，在30 d內(nèi)薄膜的霧度僅上升0.1%，光澤度下降0.3%。

表3 爽滑抗粘連母料對BOPET薄膜力學(xué)性能與熱收縮性能的影響Tab.3 Effect of slip and anti-blocking master-batch on mechanical properties and thermal shrinkage properties of BOPET films

c）添加自制爽滑抗粘連母料使BOPET薄膜的動摩擦系數(shù)和光學(xué)性能優(yōu)于添加進(jìn)口同類母料，其他力學(xué)性能沒有太大差異，總體來講，自制爽滑抗粘連母料的使用性能已經(jīng)達(dá)到或超過進(jìn)口同類母料的性能。