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双向拉伸聚丙烯BOPP薄膜工业技术应用上

发布时间:2021年08月19日    点击:[0]人次

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜工业技术应用(上)

双向拉伸聚丙烯薄膜是20世纪60年代发展起来的一种透明软包装材料。它是用专门的生产线将聚丙烯原料和功能性添加剂混合,熔融混炼,制成片材,然后通过纵拉和横拉设备将片材在纵、横两个方向高度取向制成薄膜。其取向倍率(纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率的乘积)与生产设备的设计能力有关,一般是所铸片材宽度的40-60倍,生产速度从100-300m/min,所做薄膜的厚度在4-50μm之间。双轴拉伸聚丙烯的生产方法,加工工艺和本身的结构特点赋予BOPP薄膜许多优异的性能。如它比流延PP(CPP)膜和吹塑薄膜机械强度更高,透明性和光泽度更好。BOPP薄膜具有机械强度高、尺寸稳定性好、质轻、无毒、防潮、密封性好、市场应用范围广、印刷性良好等优点,被包装行业誉为“包装皇后”,并被广泛应用于食品、糖果、香烟、茶叶、果汁、牛奶、纺织品等包装领域中。

国际上BOPP薄膜自1962年实现工业化生产以来发展迅速,其年增长速率保持在12%-15%左右。BOPP薄膜工业化在我国起步较晚,20世纪70年代开始研制和试产,1982年从德国引入第一条BOPP膜生产线,1984投产。由于我国的BOPP膜市场需求大,促使BOPP工业得以迅猛发展。到2004年为止,我国BOPP薄膜生产线的产能为190万吨,实际产量约为176万吨,有几十家大型公司从事BOPP薄膜的生产和经营,可以说,BOPP膜产业是我国包装行业的一个非常重要的分支。

1 BOPP薄膜生产设备

可以说,生产BOPP薄膜的设备是所有塑料加工设备中最为复杂的设备之一。在BOPP行业,生产BOPP薄膜的设备简称BOPP薄膜生产线。它包括电器控制系统、原料系统、挤出机系统、过滤器、模头、铸片机、纵拉机、横拉机、边料回收系统、电晕处理系统、测厚仪、卷取系统和分切机等。生产薄膜的幅宽从4-8m不等,薄膜的层数有一层、二层、三层,最多的可达七层。目前使用最多的是A/B/C三层共挤出生产线,每一层都配备一台挤出机。生产速度一般为120-300m/min。我国BOPP膜生产设备主要来源于国外生产BOPP膜生产线的大公司,如德国的BRUECKNER公司、日本三菱重工、法国的CELLER公司和DMT公司。可喜的是,近期我国在汕头也有生产BOPP生产设备的公司,而且有些生产线已投入市场使用。

2 BOPP膜用原料和功能性添加剂

2.1 BOPP膜用原料

BOPP膜所用主料为均聚物聚丙烯BOPP膜级专用料,等规度在97%左右,熔体指数2.0g/10min左右。我国BOPP膜生产初期所用聚丙烯主要源于进口,目前基本上国内自行生产,如上海石化、燕山石化、茂名石化等均能生产BOPP膜聚丙烯专用料,而且产品性能稳定,能满足生产线和市场的要求。生产热封型薄膜时,除聚丙烯外,还需要热封料。热封料一般为乙烯-丙烯二元共聚物或乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物,热封料只加在薄膜表层,在较高温度下通过封合机可以使薄膜相互粘合,简称热封性。三元共聚物的起封温度比二元共聚物的温度低,因而热封温度范围较宽。目前,我国BOPP膜行业所使用的热封料大部分来源于进口,也有一部分使用国产料。

2.2 BOPP膜用功能性添加剂

BOPP膜生产线自动化程度高,生产速度快,每天原料的消耗量大,BOPP功能性助剂添加量少,一般为数千PPM。生产过程中,不可能像生产CPP或吹塑膜那样将少量的助剂与大量的聚丙烯混合,因此,实际生产应用中,通常将各种助剂与聚丙烯按一定比例混炼制成母料,再将母料投入生产中,以增加助剂的分散性和均匀性。BOPP功能性添加剂母料的种类较多,包括抗静电母料、爽滑母料、增刚母料、增透母料、珠光母料、增白母料、防粘连母料、合成纸母料、防雾滴母料、消光母料、抗氧化母料等。

2.2.1 抗静电母料

抗静电母料中所采用的抗静电剂多为单硬脂酸甘油酯和乙氧基胺的复配物。抗静电剂的作用机理是:通过抗静电剂有机物中的亲油基与聚丙烯相互作用增大它在聚丙烯中的相容性;另一方面,通过抗静电剂中的亲水基与空气中的水相互作用,达到消除薄膜表面所积累的静电荷。在BOPP薄膜的实际生产中,通常加入适量的抗静电剂,以消除BOPP薄膜在生产和使用过程中因摩擦所产生的静电。抗静电剂是迁移性较强的表面活性剂,使用中通常加入薄膜的芯层,以保证薄膜产品的中、长期抗静电效果。BOPP薄膜产品抗静电剂的用量与市场对产品的要求有关,对于抗静电要求高的BOPP薄膜(例如包装粉末和粉尘产品),抗静电剂的用量可加大。但特别值得注意的是,由于抗静电剂是低熔点的表面活性物质,它迁移到薄膜表面形成一薄薄的有机层,随着环境温度的降低,薄膜在收卷过程中因张力所产生的内应力和径向压力会使有机层凝固,从而导致薄膜粘连。因此,在实际的BOPP薄膜生产中,除在薄膜芯层加入抗静电母料外,通常在表层加入无机硅类的防粘连剂,以消除抗静电剂所带来的负作用。

2.2.2 增滑母料

BOPP膜增滑母料是将润滑剂与聚丙烯按一定比例通过单螺杆或双螺杆挤出机混炼而成。在BOPP膜生产中,所应用的润滑剂主要有芥酸酰胺、油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺和有机硅润滑剂等。芥酸酰胺和油酸酰胺具有良好的外润滑性,芥酸酰胺比油酸酰胺耐高温性好,分解温度高达220℃,比较适合聚丙烯母料的生产和BOPP薄膜的生产。而油酸酰胺的分解温度在180℃左右,实际的母料生产中常加入抗氧剂等助剂,以提高它的耐高温能力。乙撑双硬脂酸的外润滑性较差,内润滑性中等。这3种润滑剂,均属迁移性物质,通常加入到薄膜的芯层,它们迁移到薄膜表面形成一薄薄的润滑层,降低薄膜的摩擦因数。在对薄膜进行电晕处理的情况下,迁移尤其强烈,往往在薄膜表面“喷霜”,因迁移物影响薄膜的雾度,因此实际生产中,在满足技术指标的前提下,应尽可能控制它的用量。有机硅润滑剂是一种非迁移性物质,其外润滑效果较好,而且在较高的温度下,其外润滑效果(例如80℃)良好,比较适合BOPP香烟包装膜的包装运行要求,因此,被广泛应用于BOPP香烟包装膜的生产中,因它属非迁移性物质,故只能用于BOPP香烟包装膜的表层。$分页符$

2.2.3 增刚母料

增刚母料是一种改性材料,它由均聚物聚丙烯与改性增刚材料按一定比例混炼而成。目前增刚材料有两类:1)从天然松香油和橙子油合成的萜类高分子化合物;2)烃类聚合物。增刚母料能显著改变均聚物聚丙烯的性能,赋予纯聚丙烯薄膜所没有的一些优异性能,例如在BOPP香烟包装膜的生产中,加入20%的增刚母料(母料中增刚材料的含量为40%左右),能显著改变香烟包装薄膜的气密性,从而有利于香烟香味的长期性;由于它具有良好的流动性,因此,它能降低螺杆与聚丙烯熔体剪切力;它能显著改变薄膜的热收缩率,使薄膜的热收缩率较高,以适应香烟包装紧凑的要求;此外,它还能改变薄膜的透明性和热封性,降低薄膜的雾度,热封温度,以适应香烟包装机高速包装的要求。增刚母料的一个显著特点是:能较大幅度地提高BOPP薄膜的拉伸强度和杨氏模量,薄膜经过一定时间的时效,其杨氏模量能提高40%左右。增刚母料是迄今为止市场开发对BOPP薄膜改性范围最广的一种的母料,但由于它价格比较昂贵,目前主要用于高档热收缩香烟包装薄膜的生产中。

2.2.4 增透母料

增透母料的主要成分为聚丙烯和增透剂。目前国际市场上用增透剂主要为二苄叉山梨醇类有机物,其增透机理是通过改变聚丙烯结晶晶型,使结晶尺寸微细化,从而增加制品的透明性。增透剂又是一种成核剂,它能促使聚丙烯快速结晶,有利于提高制品的刚性,表面光泽度,以及热变形温度等物理机械性能。由于增透剂价格昂贵,而且BOPP聚丙烯专用料本身的透明度很高,因此,在实际BOPP膜生产中,除对透明度要求很高的薄膜品种外,其它普通用途的膜很少应用,但增透剂在流延膜,注塑制品中应用较多,因为这类产品的雾度一般较大。值得注意的是,增透剂只能降低聚丙烯本身的雾度,并不能消除或减少迁移性添加剂对薄膜雾度的影响。

2.2.5 珠光母料

珠光母料是生产BOPP珠光薄膜非常重要的添加材料,其主要成分是聚丙烯和超微细碳酸钙颗粒及其它助剂。其产生珠光的原理是:薄膜在取向拉伸过程中,高分子链段通过构象变化适应外界机械力的取向,但碳酸钙无机粒子不能被拉伸,因此高分子链段环绕无机粒子流动而产生了小的空气隙,正是这些空气隙破坏了薄膜的折光性质,从而赋予薄膜以珠光色彩。也正是由于这些小气隙,使珠光薄膜的密度(0.7g/cm3左右)远低于普通BOPP薄膜的密度(0.91g/cm3)。此外由于薄膜中存在大量的无机物粒子,使薄膜的雾度显著增大(珠光膜的雾度一般为85%左右),但这正是产品应用所要求的标准。珠光母料的质量对BOPP珠光薄膜的生产连续性(连续生产不破膜的时间)影响很大,而母料的质量又取决于无机物碳酸钙粒子尺寸的大小,尺寸的均匀性和它在聚丙烯中的分散性。

2.2.6 增白母料

增白母料是为改善白色不透明薄膜的白度而设计的,它在BOPP珠光膜中应用较多,其主要成分为钛白粉和分散剂以及载体聚丙烯。母料中钛白粉的含量可达到70%,良好的增白母料必须要求母料中钛白粉分散性非常好,否则,易在薄膜中形成白色斑点,影响产品质量。增白母料一般加入到薄膜芯层,也可加到薄膜表层,其目的是增加白度。

2.2.7 防粘连母料

防粘连母料分为有机防粘连母料和无机防粘连母料。有机防粘连母料的有效成分为开口剂,如芥酸酰胺、油酸酰胺、有机硅润滑剂等。其防粘连的机理是:有机润滑剂迁移到薄膜表面形成润滑层,阻隔薄膜间易粘连物质(例如抗静电物质)的直

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