BOPP熱封膜專用聚丙烯F5005B的性能

王素玉，錢 鑫，張美玲

（北京燕山石化高科技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 102500）

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜作為當(dāng)今包裝領(lǐng)域的核心產(chǎn)品，主要用于復(fù)合膜的芯層，該薄膜具有質(zhì)量輕、透明度高、毒性低、防潮、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品的外包裝［1］。普通的BOPP薄膜極易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致其不具備熱封性能，需要將BOPP與熱封層制成具備熱封性能的復(fù)合膜，一般為A/B/A型復(fù)合膜。其中，A代表熱封層，B代表芯層（基層），熱封層厚度一般為1 μm左右。近年來，隨著包裝速度越來越快，對(duì)薄膜熱封性能提出了更高的要求，市場(chǎng)需求量不斷增加。原料要求有更高的光學(xué)性能及熱封性能。國(guó)內(nèi)用于BOPP熱封膜生產(chǎn)的聚丙烯原料依賴進(jìn)口，主要有新加坡聚烯烴私營(yíng)有限公司、巴塞爾聚烯烴有限公司、韓國(guó)三星綜合化學(xué)公司、韓國(guó)湖南石油化學(xué)株式會(huì)社、英力士集團(tuán)控股有限公司等開發(fā)的三元無規(guī)共聚聚丙烯。針對(duì)BOPP熱封膜專用樹脂中小分子析出物含量低，熱封性能高的要求，中國(guó)石油化工股份有限公司北京燕山分公司（簡(jiǎn)稱燕山石化公司）在聚丙烯氣相法裝置上，成功開發(fā)了BOPP熱封膜專用聚丙烯F5005B，本工作對(duì)F5005B的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以為其加工應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

F5005B，燕山石化公司；對(duì)比試樣GW-F，新加坡TPC公司。

1.2 主要儀器

INSTRON5565型材料試驗(yàn)機(jī)，英國(guó)Instron公司；ME30/5200型流延膜機(jī)，德國(guó)Optical Control Syetems公司；NICOLET6700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)Thermofisher公司；TP-701S型熱封合設(shè)備，日本JICA公司；NDH-2000型霧（濁）度儀，日本電色公司；Waters GPC2k型測(cè)定儀，美國(guó)Waters公司；BX-51型偏光顯微鏡，德國(guó)歐林巴斯公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 分子鏈結(jié)構(gòu)

一般選用共聚聚丙烯作為熱封層的原料，通過丙烯與其他單體共聚，降低聚合物的熔點(diǎn)和結(jié)晶度，使其相關(guān)性能得到一定程度的提升。但在聚合過程中，如果單體分散不均勻會(huì)產(chǎn)生聯(lián)排現(xiàn)象，生成一些結(jié)晶能力較差的聚合物分子。該產(chǎn)物不僅不能降低聚丙烯的熔融溫度，反而會(huì)形成一種可溶于正己烷的橡膠態(tài)的可抽提物。與1-丁烯相比，乙烯更易產(chǎn)生聯(lián)排現(xiàn)象，可提取物含量過高將會(huì)使產(chǎn)品在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用受限［2］。因此，可根據(jù)市場(chǎng)需求，合理地選擇共聚單體的種類及用量，使熔點(diǎn)和可提取物的含量達(dá)到最佳值。BOPP薄膜熱封層專用樹脂有二元和三元共聚聚丙烯產(chǎn)品，由于共聚單體無規(guī)分布在等規(guī)聚丙烯的分子鏈上，破壞了分子鏈的規(guī)整性，導(dǎo)致分子鏈的規(guī)整性降低，無規(guī)程度增加，無規(guī)部分容易被溶劑浸出［3］。從表1可以看出：不同BOPP薄膜熱封層專用樹脂存在結(jié)構(gòu)的差異，乙烯、1-丁烯的含量不同，正己烷可溶物含量也存在差異。F5005B為丙烯與1-丁烯二元共聚物，1-丁烯含量為12.0%（w）。GW-F為丙烯、乙烯和1-丁烯三元共聚物，共聚單體含量為7.5%（w），但F5005B的正己烷萃取物含量低于GW-F，較少的小分子析出物，減少了黏輥現(xiàn)象，有利于BOPP薄膜的加工生產(chǎn)。

表1 F5005B與GW-F的共聚單體含量Tab.1 Content of comonomers in F5005B and GW-F

2.2 相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

生產(chǎn)BOPP薄膜時(shí)，采用擠出機(jī)塑化熔融，聚丙烯熔體通過T型模頭流延到冷卻輥上，形成鑄片，要求鑄片厚度均勻，寬度方向一致。熔融流延薄膜在空氣中熱拉伸時(shí)薄膜變窄，薄膜邊緣變厚形成卷邊。從表2可以看出：F5005B的相對(duì)分子質(zhì)量分布為4.64，z均分子量為101.3×104。GW-F的相對(duì)分子質(zhì)量分布為4.00，z均分子量為80.0×104。F5005B具有相對(duì)較寬的相對(duì)分子質(zhì)量分布和較高的z均分子量，這些特點(diǎn)使F5005B熔體的黏度大，分子鏈纏結(jié)多，能夠平衡部分邊緣應(yīng)力。同時(shí)，F(xiàn)5005B相對(duì)分子質(zhì)量分布寬，熔體黏彈性增加，擠出膨脹作用顯著，可抵抗邊緣應(yīng)力，有利于減少薄膜幅寬，滿足BOPP薄膜加工工藝的要求。

表2 F5005B與GW-F的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布Tab.2 Molecular mass and distribution of F5005B and GW-F

2.3 力學(xué)性能

聚丙烯的性能與立體規(guī)整性結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。應(yīng)用于BOPP薄膜熱封層，要求具有較好的力學(xué)性能，以滿足剛性和挺度的要求。從表3可以看出：與GW-F相比，F(xiàn)5005B的拉伸應(yīng)力、彎曲模量、洛氏硬度等性能都稍高，表明F5005B具有更好的剛性，可提高薄膜的挺度。

表3 F5005B與GW-F的力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties of F5005B and GW-F

2.4 薄膜的性能

2.4.1 薄膜的外觀

BOPP薄膜主要應(yīng)用于包裝，優(yōu)良的外觀性能可以提高產(chǎn)品的附加值，晶點(diǎn)和“魚眼”是影響薄膜外觀的重要因素。通常1520 cm2的薄膜0.8 mm以上的晶點(diǎn)和“魚眼”數(shù)大于1，覆合高檔膜或?qū)Ｉ∷⑵窌r(shí)，會(huì)造成薄膜外觀性能不符合要求。從表4可以看出：在開發(fā)F5005B的過程中，針對(duì)下游用戶的反饋信息，選擇了合適的濾網(wǎng)目數(shù)，從而保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的薄膜外觀。F5005B薄膜0.8 mm的“魚眼”數(shù)為0，薄膜的外觀性能滿足印刷的需求。

表4 F5005B與GW-F的晶點(diǎn)數(shù) Tab.4 Crystal points of F5005B and GW-F 個(gè)/1520 cm2

2.4.2 光學(xué)性能

由于BOPP薄膜主要用于保健品、日用品等采用硬盒外包裝的產(chǎn)品，光學(xué)性能是BOPP薄膜的重要控制指標(biāo)。丙烯與α-烯烴共聚就是要降低球晶尺寸，改變其熔融和結(jié)晶性能，改善薄膜的光學(xué)性能。分別將F5005B與GW-F制備成單層30 μm厚的薄膜，進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)試。丙烯與1-丁烯共聚物中的丙烯單元和1-丁烯單元具有更好的相容性，使其透明性也較乙烯與丙烯共聚物好。從表5可以看出：兩者的霧度接近，但F5005B的透光率較高，尤其鏡面光澤性能明顯優(yōu)于GW-F。采用F5005B制備的薄膜具有更好的光學(xué)性能，可賦予包裝亮麗、晶瑩剔透的外觀。

表5 F5005B與GW-F所制薄膜的光學(xué)性能Tab.5 Optical properties of F5005B and GW-F

2.4.3 熱封性能

BOPP薄膜熱封性能的主要指標(biāo)是熱封強(qiáng)度和熱封溫度。熱封強(qiáng)度反映薄膜的熱黏合牢固性；熱封溫度反映薄膜在使用時(shí)對(duì)不同溫度的適應(yīng)性。一般來說，隨著熱封溫度的升高，熱封強(qiáng)度也會(huì)增加，但達(dá)到一定溫度后，強(qiáng)度不會(huì)增加。如果熱封溫度過高，極易損傷焊接處的熱封材料，極大降低了封口的熱封強(qiáng)度和包裝袋的抗沖擊性能。從圖1可以看出：不同的熱封溫度條件下，F(xiàn)5005B的熱封強(qiáng)度優(yōu)于GW-F。分析認(rèn)為F500B具有更適宜的相對(duì)分子質(zhì)量分布，在加熱的情況下，低相對(duì)分子質(zhì)量部分更易實(shí)現(xiàn)兩個(gè)膜面之間的貫穿和纏結(jié)，有利于提高熱封性能。

圖1 F5005B與GW-F所制薄膜的熱封性能Fig.1 Thermal sealing properties of F5005B and GW-F

采用F5005B生產(chǎn)的BOPP薄膜厚20.00～30.00 μm，其中，熱封層厚1.00～3.00 μm。從圖2可以看出：熱封層的厚度為2.86 μm。

圖2 BOPP薄膜的層結(jié)構(gòu)（×5000）Fig.2 Layer structure of BOPP film

目前，F(xiàn)5005B已在山東群力塑膠股份有限公司、金田高新材料股份宿遷分公司等20多家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，產(chǎn)品的熱封性能得到了下游企業(yè)的認(rèn)可。

3 結(jié)論

a）F5005B為丙烯與1-丁烯二元共聚聚丙烯，正己烷提取物含量少，相對(duì)分子質(zhì)量分布適宜，產(chǎn)品的剛性好，能滿足BOPP薄膜加工對(duì)原料的性能要求。

b）采用F5005B生產(chǎn)的薄膜的外觀、光學(xué)性能、熱封性能優(yōu)于GW-F。

c）F5005B可滿足20.00～30.00 μm厚的BOPP薄膜的生產(chǎn)要求，得到了下游用戶的認(rèn)可。