增剛母料在BOPP煙包裝膜中的應(yīng)用

李新芳 李育雄 謝文彬 趙素芬* 涂志剛

［1．中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山，528436；2．中山市朗科包裝有限公司，廣東 中山，528400；3．廣東開(kāi)放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院），廣東 廣州，510091］

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是一種非常重要的軟包裝材料，其改性研究也一直倍受關(guān)注［1-3］，廣泛應(yīng)用于香煙包裝領(lǐng)域。而B(niǎo)OPP煙包裝膜的生產(chǎn)工藝控制要求苛刻，質(zhì)量指標(biāo)高，因此，在BOPP煙包裝膜生產(chǎn)中需要添加一種多功能改性母料（也稱(chēng)增剛母料），這種母料可以降低BOPP煙包裝膜的加工溫度和熱封溫度，提高薄膜的彈性模量、熱封強(qiáng)度、熱收縮率、光學(xué)性能，改善薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率和摩擦性能等［4-5］，有利于BOPP煙包裝膜生產(chǎn)更穩(wěn)定，上機(jī)性能更佳，包裝效果更挺括、貼切、有光澤。但是增剛母料使用不當(dāng)會(huì)造成薄膜發(fā)粘，程度較輕時(shí)造成摩擦系數(shù)偏大，卷煙包裝過(guò)程中出現(xiàn)“飛包”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至造成薄膜結(jié)塊、無(wú)法使用，這是開(kāi)發(fā)新型多功能改性母料需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

BOPP煙包裝膜母料的開(kāi)發(fā)有其特殊性，生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，有些并不是單純的原料問(wèn)題，BOPP煙包裝膜生產(chǎn)工藝復(fù)雜多變，工藝的調(diào)整對(duì)質(zhì)量控制有很大影響，因此，增剛母料的應(yīng)用研究對(duì)開(kāi)發(fā)新型增剛母料有重要的指導(dǎo)作用。以下將自主研發(fā)的增剛母料應(yīng)用于BOPP煙包裝膜的芯層，研究了增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜光學(xué)性能、熱收縮率、熱封性能、力學(xué)性能和摩擦性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1．1 主要原料及儀器設(shè)備

均聚PP，T280，熔體流動(dòng)速率（MFR）為3．2 g／10 min，共聚PP，5612，MFR為5．0 g／10 min，均為Montell公司；氫化石油樹(shù)脂混合物，自制增剛劑，MFR為13．0～15．0 g／10 min。

雙螺桿擠出機(jī)，SY6217-KZ，東莞市世研精密儀器有限公司；雙向拉伸膜生產(chǎn)設(shè)備，BMS-3000，布魯克納機(jī)械（中國(guó)）有限公司；MFR，XNR-400D，承德市世鵬檢測(cè)設(shè)備有限公司；差示掃描量熱儀（DSC），DSC Q2000，美國(guó)TA公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9030，上海索普儀器有限公司；光澤度儀，WG45，深圳市威福光電科技有限公司；霧度計(jì)，T H-100，佛山市精測(cè)計(jì)量?jī)x器設(shè)備有限公司；熱封試驗(yàn)儀，HST-H3，電子拉力試驗(yàn)機(jī)，C610 H，摩擦系數(shù)儀，MXD-01，均為濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司。

1．2 樣品制備

在均聚PP中加入自制增剛劑，混合均勻，擠出造粒，制得自主研發(fā)的增剛母料；在BOPP薄膜芯層主料中加入增剛母料（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，10%，20%，30%，40%），混合均勻，用雙向拉伸膜生產(chǎn)設(shè)備制備BOPP煙包裝膜。該膜有3層，表層與內(nèi)層主料用共聚PP，芯層主料用均聚PP，表層、芯層和內(nèi)層的厚度比為1∶20∶1。

1．3 性能測(cè)試

MFR按照GB／T 3682—2018測(cè)試；熔點(diǎn)、熔融焓、結(jié)晶溫度、結(jié)晶焓按照GB／T 19466．3—2004測(cè)試；熱收縮率按照BMS TT 02測(cè)試；光澤度按照ASTM D2457—2013 測(cè)試；霧度按照ASTM D1003—2013測(cè)試；熱封強(qiáng)度按照QB／T 2358—1998測(cè)試；力學(xué)性能按照DIN 53455測(cè)試；摩擦系數(shù)按照DIN 53375測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2．1 增剛母料對(duì)PP熔融與結(jié)晶性能影響

由于增剛母料的MFR大，熔點(diǎn)低，而且主要成分氫化石油樹(shù)脂與PP相容性好，因此，為了提高PP的MFR，可以適當(dāng)加入增剛母料，從而改善PP的加工流動(dòng)性［6］。圖1是增剛母料添加量對(duì)PP的MFR影響。從圖1可以看出，添加增剛母料后可以提高PP的MFR，且隨著增剛母料添加量增加，PP的MFR逐漸增加。

添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%增剛母料對(duì)PP熔融與結(jié)晶性能的影響見(jiàn)表1。

表1 增剛母料對(duì)PP熔融與結(jié)晶特性影響

從表1可以看出，PP的MFR為3．2 g／10 min，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%增剛母料后PP的MFR提高到21．5 g／10 min，熔點(diǎn)降低10．2℃，結(jié)晶溫度降低16．9℃，熔融焓和結(jié)晶焓均顯著降低。改性后PP的結(jié)晶溫度降低，增加了材料的無(wú)定型區(qū)域，極大地改善了PP的加工流動(dòng)性，PP的延展成膜性能大大提高，同時(shí)降低了能耗。

2．2 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜光學(xué)性能影響

增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜霧度和光澤度的影響見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的光澤度升高，霧度降低，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，光澤度提高了5．81%，霧度降低了35%。顯然增剛母料的加入，改善了BOPP煙包裝膜的光學(xué)性能［7］。

2．3 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜熱收縮率影響

熱收縮率是生產(chǎn)硬盒香煙包裝BOPP薄膜的重要控制指標(biāo)［8］，增剛母料的加入是必要的。圖3是增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜熱收縮率的影響。

從圖3可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的縱向和橫向熱收縮率均逐漸增加，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，縱向和橫向熱收縮率分別提高了3．2個(gè)百分點(diǎn)和3．1個(gè)百分點(diǎn)。這是由于增剛母料的添加增加了PP分子鏈活動(dòng)能力，降低了薄膜縱向拉伸和橫向拉伸的溫度，高分子鏈的取向度更高，熱收縮率更大，薄膜可以承受更大的拉伸應(yīng)力，從而達(dá)到更高的熱收縮率。

2．4 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜熱封性能影響

增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜熱封性能的影響見(jiàn)表2。從表2可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的初始熱封溫度明顯降低，熱封強(qiáng)度有增大趨勢(shì)。相比純BOPP薄膜，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，BOPP煙包裝膜的初始熱封溫度降低6℃。這是由于BOPP薄膜表層的PP共聚物很薄，在擠出和拉伸過(guò)程中，芯層中的少量增剛母料會(huì)向薄膜表層遷移，降低了表層的熔融溫度，而增剛母料的主要成分氫化石油樹(shù)脂固有的黏接特性也提高了薄膜的熱封強(qiáng)度。

表2 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜熱封性能影響

2．5 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜力學(xué)性能影響

表3是增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量的影響。由表3可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的彈性模量逐漸增加，縱向和橫向斷裂伸長(zhǎng)率先增大后減小。當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，BOPP煙包裝膜的彈性模量提高了28%，縱向和橫向斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)最大值，說(shuō)明增剛母料添加量過(guò)多會(huì)影響薄膜的力學(xué)性能。

表3 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜力學(xué)性能影響

2．6 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜摩擦性能影響

對(duì)于BOPP煙包裝膜的上機(jī)性能，生產(chǎn)企業(yè)一般以控制煙包裝膜的摩擦性能為參考指標(biāo)［9-10］。

表4是增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜摩擦性能的影響。從表4可以看出，隨著增剛母料添加量增加，25℃和50℃下的靜／動(dòng)摩擦系數(shù)（外／外）均一直增加，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，30%，40%時(shí)，25℃下BOPP煙包裝膜的動(dòng)摩擦系數(shù)（外／外）分別為0．24，0．29，0．33，而煙草包裝膜標(biāo)準(zhǔn)（YC／T 266—2008）規(guī)定，25℃下煙包裝膜的動(dòng)摩擦系數(shù)（外／外）控制在0．28以下。顯然增剛母料的添加量過(guò)多會(huì)影響薄膜的摩擦性能，薄膜會(huì)發(fā)粘，導(dǎo)致摩擦系數(shù)升高，不利于卷煙廠香煙的高速包裝。由于增剛母料較貴，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品性能添加適量的增剛母料。

表4 增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜摩擦性能影響

3 結(jié)論

a） 在BOPP煙包裝膜生產(chǎn)中，添加增剛母料可明顯提高PP的MFR，提高PP的延展成膜性能，從而降低能耗。

b） 當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，BOPP煙包裝膜的光澤度提高了5．81%，霧度降低了35%，縱向和橫向熱收縮率分別提高了3．2個(gè)百分點(diǎn)和3．1個(gè)百分點(diǎn)，初始熱封溫度降低6℃，彈性模量提高了28%。

c） 增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%以下時(shí)，BOPP煙包裝膜的斷裂伸長(zhǎng)率隨著增剛母料添加量增加而增加，摩擦性能則隨增剛母料添加量增加一直增加，因此，增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜具有多種改性功效。