高透明超柔增韧流延聚丙烯薄膜的研制

42 塑料包装 2006年 第 16卷 第 2期 高透明超柔增韧流延聚丙烯薄膜的研制 聂文梅 周保华 (贵州润峰(集团)公司) 摘要：采用三层共挤流延膜生产线，运用 VLDPE和 POE与共聚 PP进行共混改性共挤出，同 时运用恒温冷却控制技术对薄膜的透明度进行控制，制成具有透明度高，良好的柔软手感，能在一 10~CT保持极好的柔韧性的CPP薄膜。 关键词：三层共挤 MLLDPE VLDPE POE 共混改性 恒温冷却 透明度 柔韧性 前言 随着国民经济的飞速发展，给软包装行 业带来了前所未有的发展机遇。薄膜作为软 包装中的重要基础材料 ．其需求量每年以 20％的增幅不断增长。聚丙烯流延薄膜(CPP) 作为热封材料的一大主体，与聚乙烯相比，具 有透明度高，光泽度高，挺括性好 ，耐热性好， 强度高等优点，得到了广泛的应用，成为包装 材料的主流。但随着市场对包装要求的提高， 单一的普通聚丙烯流延薄膜已不能适应特殊 环境、特殊用途的包装，流延膜生产企业对新 产品的研发势在必行，聚丙烯流延薄膜已由 普通热封型的单一品种在向多功能、多品种， 按用户要求设计产品的方向发展。我公司也 已成功研制出了金属化型 CPP、抗静电CPP、 高温蒸煮级 CPP等多个品种投入市场。 普通级聚丙烯不能克服遇冷变脆 的特 点．特别在冬天及低温地区使用，严重影响了 生产效率．同时不能涉及高档产品的包装领 域，限制了CPP薄膜的使用范围，不利于企业 向纵深发展．因此．“高透明超柔增韧流延聚 丙烯薄膜”的研制适应市场的需求得以实施， 并取得了一定的成果，投入市场后受到客户 的好评。 一 、研制过程 1、配方设计原理 设计配方主要从可操作性，良好的加工 性能上考虑．我公司从事塑料加工已多年，积 累了丰富的加工经验．特别对共混改性技术 有较熟练的掌握。传统方法对PP的增韧改性 主要应用二元乙丙橡胶、低密度聚乙烯、乙 烯一醋酸乙烯共聚物等材料与之进行共混改 性．但对 PP的透明度均有很大的影响。我们 在此技术 的基础上 ．应用茂 金属 聚乙烯 (MLLDPE)、乙烯与辛烯共聚物(聚烯烃弹性 体)POE、超低密度聚乙烯(VLLDPE)同 PP进 行 共 混 改性 ，主要 利 用茂 金 属 聚 乙烯 (MLLDPE)的柔曲性和韧性、超低密度聚乙烯 (VLDPE)的强韧性、突出的柔曲寿命、优良的 耐柔曲裂纹性和冷冲击强度、以及纵横向撕 裂强度高的优点和低温热封性对 PP进行改 性：同时 POE是采用限制几何形状的茂金属 技术的乙烯一辛烯共聚物，其结构中的辛烯长 链易于与 PP基体链缠结，加大了两相结合 力．降低了界面张力，并且在 PP基体中得到 较小的分散粒径分布，因而能够大大地改善 PP的抗冲击性能，同时有很好的加工性能。 PP作为半结晶型聚合物 ．其透明度及柔 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年 第 16卷 第 2期 塑料包装 43 韧性受结晶的影响程度比较大。对结晶型聚 合物而言，分子空间排列规整是聚合物结晶 的必要条件，分子柔顺性不大的聚合物分子 间不易形成缠结，相反则排列成序的机会多 ①。而PP分子中无长支链结构，易排列规整。 因此我们利用 VLDPE及 POE的长支链结构 来破坏 PP分子排列的规整性 。对 PP的结晶 起破坏作用 ，从而大大地改善了PP的光学透 明性。 无论是 VLDPE还是 POE与 PP进行共 混，都可看作是橡胶粒子存在于 PP相中，是 通过橡胶相自身的空洞化释放了基体的体积 应变，降低了基体的屈服应力②，达到增韧PP 的目的。随着增韧成份的增加，薄膜的冲击强 度将增加，但同时拉伸强度下降，因此在增韧 材料的添加量上应兼顾 CPP薄膜的韧性和拉 伸强度。找到合适的比例。 2、试制工作：优选配方 将以上原料采购到位后即进行。制定了 四个配方进行。A配方采用 MLLDPE对 PP进 行改性共挤出；B配方采用 VLDPE对 PP进 行改性共挤出；C配方采用 POE对 PP进行改 性共挤出；D配方采用 VLDPE和 POE对 PP 进行改性共挤出。得到依次为 A、B、C、D四个 编号产品，进行 48小时时效处理后 ，放到零 下 1OcC的冷冻室中恒温 24小时后立即进行 各项性能指标的检测，见 1—1。 表 l一1 A、B、C、D物理机械性能对比 产品厚度：601~m 项 目 指标 普通 A B C D 纵向(MD) 45 42 43 38 43 拉伸强度 MPa 横向(TD) 40 39 40 32 37．6 纵向(MD) 50 200 460 400 520 断裂伸长率％ 横向(TD) 68 240 520 440 580 落锤冲击强度 g 5 20 60 65 70 雾度％(冷辊温度 15~C) 6 8 5 1．5 2．5 外观 鲨鱼皮 水波纹 光滑 光滑 从上表可以看出，三种材料对 PP都有一 定的增韧效果，在零下 1OcC的环境下比普通 膜的韧性均有很大的改善。综合各项指标得 出。同等工艺条件下见表 1—2，用第四个配方 生产的产品 D具有透明度较高、韧性较好、柔 软l生较好，在零下 10~C的环境温度下保持 24 小时后所测得的物理机械性能基本保持不变， 同时加工性能好。因此将配方选定为D配方， 即同时用 VLDPE和 POE对 PP进行改性共 挤出对 PP的增韧效果比较理想 3、试制工作：骤冷工艺的确定 对于结晶性高分子聚合物，在熔体流出 平模机头时，对熔体的冷却速率决定了其会 不会出现晶形结构。以及形成晶体的形状、晶 体尺寸的大小 ，而这些均是影响薄膜透明性 维普资讯 http://www.cqvip.com 塑料包装 2006年 第 l6卷 第2期 表 1-2 A、B、12、D四个配方加工工艺 项 目 数值 加工温度 预热温度℃ Zl-Z6℃ 连接体温度℃ 模头温度℃ B、A、C挤出机 50-80 200-250 200-220 210-230 加工线速度 70—80 m／min 骤冷辊温度 14～24℃ 的重要因素。因此，在熔膜流出口模后采用急 冷的方式使其温度骤然降到玻璃化温度以 下，则聚合物分子链段尚未能及时排成晶形 阵列就已丧失了运动的能力，仍然是无序的， 成为非晶态的聚合物或者生成晶核尺寸非常 小的聚合物，从而大大提高了薄膜的透明度 及柔韧性③。 我们用以上优选出的D配方进行骤冷工 艺的试制 ．在不同的冷却温度下得出不同的 雾度值，见表 1—3。 表三 D配方各冷却温度下雾度对照表 从以上试制检测数据结合加工可行性得 出，随着温度的降低，用 D配方试制的聚丙烯 流延薄膜的透明度不断提高，雾度不断下降， 但在骤冷辊温度低于 1O℃以下时，随温度的 降低，冷辊上即出现大量的水滴 ，使薄膜无法 正常牵引．由此可见，骤冷辊的温度在 1O℃以 上．15℃以下是比较理想的。 4、解决因温差大造成的析出问题 由于 CPP流延膜在生产过程中，受到骤 冷．温差较大．使高分子聚合物中的低分子物 (如爽滑剂、抗粘剂等)会不断从中迁移到薄 膜表面．随时间的延长，不断积聚在骤冷辊表 面．形成一层不均匀的粘附层。防止了熔膜紧 贴冷辊．影响了薄膜的冷却效果。为确保骤冷 工艺．我们增加一组清洁辊 自动放卷收卷装 置．用于及时清洁骤冷辊上粘附的低分子析 出物．以确保熔膜能紧贴冷辊，以保证均匀一 致的冷却效果 ，同时也大大减少析出物被薄 膜带走的数量，有效地提高薄膜的透明度。 二、结果与讨论 在传统工艺对 PP的增韧改性的基础上， 运用新型材料聚烯烃弹性体以及 VLDPE对 PP进行共混改性。实践证明，由于 POE及 VLDPE分子链中长支链的加入，使原本柔顺 性较差的PP分子链易于缠结，提高了其柔韧 性．而 VLDPE的加人大大增强了 PP的冷冲 击性能，开辟了 CPP薄膜在低温条件下的应 用前景：同时采用急冷的方式使 PP相中无定 型区域增加，晶相减少，从而获得了高透明度 和柔韧性，而 VLDPE的应用大大提高的 PP 抗冷脆能力，使 CPP薄膜能在较低的温度下 使用不发脆，不断裂。因此应用该工艺生产的 (下转第49页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年 第 16卷 第 2期 塑料包装 49 在生产过程中，型坯吹胀与容器冷却是 同时进行的一般来说型坯吹胀时间，几乎等 于容器冷却时间，容器冷却方法，一般分三 种。 1．常用的模具冷却，在模具制作过程中就 设置了产品冷却水道、和水箱，以循环冷却水 冷却。 、 2、内冷却 将型坯吹胀用的压缩空气，进行致冷处 理，加速冷却 ，另方面可采用在争吹型坯后 ， 增加致冷剂加速冷却，但造价高。 3、模外冷却 将脱模制品，进行再次冷却 ，水淋，充循 环水。适宜大桶。 ‘ 制品冷却效果好，影响产品定型好 ，变形 量小，同时缩短制作时间，提高产量。 八、塑料桶成型技术发展 从目前来看对塑料成型设备从技术要求 有几个方面重点： 1、在挤出方面要求塑化好、混炼要更均 匀，挤出量更大、功能损耗要低，应重点对螺 杆结构不断改进 ，应尽量采用高效螺杆，加热 采用应精度温控装置或智能控制，螺杆动力 源宜采用调频电机、调正适应转数可达±1转， 因采用调频开关电路、电耗更低。 2、臂厚控制应采用最先进的确定，可编 程的伺服控制及检点装置，使产品纵向壁厚 能达到理想要求。 3、开合模应控制快慢，由其最后合模每 10～20mm应达到慢速闭合．使产品合缝部更 加密实，免除剪断及开裂，增加强度。 4、产品冷却因时间长，因其是大型桶 ，能 采取压缩气循环冷却装置，以缩短冷却时间， 提高产量。 5、模具采用较好的热交换材料 ，及加强 冷却 ，由其是刀口部分的冷却 ，结构更合 理。 6、提高生产安全性 ，加装熔体压力检测 装置，及平方爆装置，以保设备安全。 7、加设温度开车保险装置，确保设备安 全。 以上技术是塑料制品生产的主要技术措 施，要求更加重视研究发展生产工艺，使之更 加完善性和设备性能合理，并得到充分发挥， 对原有设备实现合理高效的技术改造，针对 产品的质量标和特殊要求，合理采用先进的、 高效的技术手段来提高。 (上接第 44页) 膜具有高透明度，极其柔软手感，良好的抗穿 刺性能，以及在零下 10~(2下使用不发脆的特 点，大大拓宽了CPP薄膜的应用领域。该产品 还可根据不同的包装用途制成防雾滴型、抗 静电型及普通型高透明超柔增韧膜。防雾滴 型薄膜主要用在冷冻食品上，不起水雾，食品 的可视性强。而抗静电型薄膜可用于电子元 器件、粉状轻质食品的包装，以及高档服装的 防尘包装上。可使包装清洁、美观而又有良好 的柔感，提高产品对消费者的吸引力。普通型 薄膜可用于重包装袋、文具袋等代替 PVC的 一 些应用领域，可减少环境污染。 参 考 文 献 ① 聚合物的结晶，《塑料成型工艺学》 成都科技大学主编 1995 ②Dijkstra K，Ten Bolscher G H．Nylon一6／rubber Blends：8．Influ- ence of the Molecular Weight of the Matrix on the Impact Behaviour[J]．J．Mater．Sci．，1994，(29)：4 286． ③ 《塑料改性技术》段予忠 1992 维普资讯 http://www.cqvip.com