聚丙烯鍍鋁流延膜電暈層專用料的開發(fā)與應(yīng)用

楊來琴

（中石化寧波新材料研究院有限公司）

0. 前言

隨著人類健康環(huán)保要求日益高漲，終端消費者對產(chǎn)品包裝的要求也越來越高，要求包裝具有更好的透明可視性，同時，出于食品保鮮、保香、安全性考慮，對包裝材料阻隔要求越來越高。品質(zhì)良好及復(fù)合結(jié)構(gòu)、外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的包裝是保持被包裝物品質(zhì)、延長保質(zhì)期的重要保障之一。在流延聚丙烯（CPP）薄膜電暈層表面采用真空鍍鋁工藝，使之附著一層極薄且分布均勻的鋁層，可以極大提高薄膜阻隔性，同時還賦予薄膜金屬光澤外觀、防潮、阻光等性能，CPP 鍍鋁薄膜優(yōu)越的性能使其獲得市場認可，應(yīng)用越來越廣泛，產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

我國CPP 鍍鋁基材膜使用的原料特別是電暈層料幾乎依賴進口。由于供應(yīng)量、價格、運輸周期、匯率波動等因素，國外原料無法滿足快速發(fā)展的CPP 鍍鋁膜產(chǎn)業(yè)需求，因此制約著國內(nèi)高檔次膜包裝材料的開發(fā)[1]。因此，研究和開發(fā)具有高透明度、極少外觀瑕疵點、鍍鋁層附著力高的電暈層專用料，具有重要意義。

鎮(zhèn)海煉化不斷摸索CPP 鍍鋁基材膜應(yīng)用范疇，成功研制開發(fā)了真空鍍鋁級CPP 膜電暈層專用料F08EM，并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)膜企應(yīng)用，F(xiàn)08EM 的品質(zhì)可以與進口專用料相媲美，具有很大的推廣應(yīng)用價值。

1. CPP 鍍鋁基材膜電暈層專用料的開發(fā)

真空鍍鋁工藝是在真空狀態(tài)下，將鋁金屬加熱熔融至蒸發(fā)，鋁原子凝結(jié)在CPP 鍍鋁基材膜的電暈層表面，形成極薄的鋁層。CPP 鍍鋁基材膜的電暈層，也稱為鍍鋁層。PP 是非極性聚合物，比表面自由能低，鋁層不易附著在表面上。因此，CPP 薄膜在鍍鋁前，通常采用電暈處理提高鍍鋁層表面張力，電暈處理產(chǎn)生極性基團，導(dǎo)致分子間作用力增強[2]，從而提高鋁層附著力。

1.1 CPP 鍍鋁基材膜的要求和加工工藝

為使鋁層能更均勻地附著在CPP 鍍鋁基材膜電暈層表面，要求薄膜有較好的耐熱變形性；厚薄度偏差??；表面晶點、白點和瑕疵點要求應(yīng)高于BB/T 0030-2019《包裝用鍍鋁薄膜》要求。

電暈層經(jīng)電暈處理后的初始表面張力以40～48 mN/m 為佳；如果太高，薄膜表面易沖擊出花紋，外觀差；太低時，表面張力消退太快。CPP 電暈后提高的表面張力會迅速消退，主要原因之一是PP 分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)使極性基團轉(zhuǎn)向膜內(nèi)[3]。

1.2 電暈層專用料的要求

根據(jù)上述要求，所選用的PP 原料應(yīng)該符合如下幾點：分子量分布不太寬，熔體流動速率適當一般6～10 g/10min 之間[4]；分子結(jié)構(gòu)應(yīng)適合流延法加工；應(yīng)采用適中軟化點的添加劑。

2. 電暈層用聚丙烯基礎(chǔ)樹脂設(shè)計

CPP 鍍鋁基材膜由于其特殊的加工工藝，決定了在電暈層基礎(chǔ)樹脂開發(fā)過程中必須考慮其綜合性能，注重產(chǎn)品加工性能和使用性能之間的平衡。

基礎(chǔ)樹脂應(yīng)具有較好流動性好，相對分子質(zhì)量適中，同時有優(yōu)良的擠出特性，適合于高速生產(chǎn)線。生產(chǎn)的薄膜易鍍鋁，鋁層附著力高。

鎮(zhèn)海煉化Ⅰ套聚丙烯裝置采用中國石化第二代環(huán)管工藝，適用于生產(chǎn)無規(guī)共聚丙烯樹脂。

采用齊格勒－納塔高效催化劑作為主催化劑體系，不僅具有高活性和高定向能力，還能夠控制粒子形態(tài)和乙烯單體準確進入分子鏈，通過控制鍵合乙烯含量，改進聚丙烯分子鏈的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)有一定抗沖性能的二元無規(guī)共聚聚丙烯作為基礎(chǔ)樹脂。

采用氫氣作鏈轉(zhuǎn)移劑調(diào)節(jié)聚丙烯的分子量，通過氫加入量來控制產(chǎn)品的熔融指數(shù)。氫調(diào)法生產(chǎn)的聚丙烯氣味低，可以應(yīng)用于食品包裝。根據(jù)鍍鋁膜的要求，所選用的PP 原料分子量分布適中，熔體流動速率在7～9 g/10min 之間，分子結(jié)構(gòu)應(yīng)適合流延法加工。

3. 添加劑體系的選擇

真空鍍鋁CPP 薄膜要求表面潤濕張力高，極少而小的晶點、白點和瑕疵點，同時應(yīng)有適當?shù)哪蜔嵝裕涣硗?，為了適合高速包裝，應(yīng)具有良好的開口性和抗粘連性，所以在合成樹脂里添加合適的添加劑配方。

在配方中應(yīng)嚴格控制低分子物的含量，低分子物析出越多，表面潤濕張力的下降幅度越大；添加適量的高效抗氧體系和防黏連劑體系。由于本專用料最終用途主要是作為食品和藥品等包裝用膜，所以添加劑體系必須無毒、無味，符合國家有關(guān)衛(wèi)生標準。

4. 電暈層專用料F08EM 質(zhì)量指標

根據(jù)市場調(diào)研和實驗室小試數(shù)據(jù)驗證，確定開發(fā)熔融指數(shù)為8 g/10min 的二元無規(guī)聚丙烯樹脂，用于生產(chǎn)高端鍍鋁CPP 電暈層專用料。F08EM 的質(zhì)量控制指標如表1。

表1 無規(guī)聚丙烯樹脂F(xiàn)08EM 質(zhì)量指標

5. 電暈層專用料F08EM 業(yè)化試生產(chǎn)

在確定F08EM 新產(chǎn)品質(zhì)量指標和生產(chǎn)方案后，2019 年12 月13 日首次在Ⅰ套聚丙烯裝置試生產(chǎn)一倉料，工業(yè)化生產(chǎn)過程平穩(wěn)，產(chǎn)品外觀質(zhì)量良好。其性能列于表2。從表2 看，首次試生產(chǎn)的F08EM 透明性好，霧度低，魚眼少，晶點可控，拉伸性能較好，F(xiàn)08EM 各項性能達到無規(guī)聚丙烯樹脂開發(fā)的預(yù)期目標。

表2 鎮(zhèn)海煉化首次生產(chǎn)的F08EM 產(chǎn)品分析結(jié)果

6. 產(chǎn)品應(yīng)用情況

首次生產(chǎn)的F08EM 銷往下游CPP 鍍鋁膜生產(chǎn)企業(yè)，下游用戶在生產(chǎn)過程中，擠出量穩(wěn)定，濾網(wǎng)壓力無明顯變化，潤濕張力放置96 小時以上，保持38 達因以上，符合下游使用要求。某知名鍍鋁膜生產(chǎn)企業(yè)分別將F08EM 生產(chǎn)的鍍鋁膜與主流進口聚丙烯專用料生產(chǎn)的鍍鋁膜進行對比分析，分析檢測結(jié)果見表3。

表3 CPP 鍍鋁膜的性能比較（厚度，25μm）

從表3 看，該專用料加工性能優(yōu)良，指標達到進口同類產(chǎn)品水平；尤其用于高強度復(fù)合包裝材料方面，顯示出更加的優(yōu)越性，超過國產(chǎn)同類產(chǎn)品，膜企已批量使用替代進口料。

7. 結(jié)論

（1）鎮(zhèn)海煉化開發(fā)的無規(guī)共聚聚丙烯流延膜專用料F08EM 質(zhì)量穩(wěn)定，具有優(yōu)異的綜合機械性能、光學性能和鍍鋁性能，達到進口主流產(chǎn)品品質(zhì)。

（2）目前，該產(chǎn)品已在華東、西南、華北的多家下游塑料加工廠家大批量使用。經(jīng)使用表明，該料性能符合企業(yè)使用要求，在生產(chǎn)過程中操作平穩(wěn)，加工性能優(yōu)良，所制薄膜透明性優(yōu)良，晶點少，現(xiàn)已為用戶認可的專用料，并開始逐步替代國外同類原料。