高透明超柔增韧流延聚丙烯薄膜的研制

聂文梅 周保华

(贵州润峰啤团)公司)

摘要: 采用三层共挤流延膜生产线, 运用VLD PE 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-10 ℃ 下保持极好的柔韧性的CPP薄膜。

关健词: 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2 0% 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, 投人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(MLLD PE )、乙烯与辛烯共聚物(聚烯烃弹性体)PO E 、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(MLL DPE )的柔曲性和韧性、超低密度聚乙烯(VLD PE )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即基体链缠结, 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V LDPE 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V LD PE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MLLD PE 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VLD PE 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10 ℃ 的冷冻室中恒温24 小时后立即进行各项性能指标的检测, 见表1一1。

　　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10 ℃ 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1一2 , 用第四个配方生产的产品D 具有透明度较高、韧性较好、柔软性较好, 在零下10℃ 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V LD PE 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。

　　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10 ℃ 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10 ℃ 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V LD PE 对PP 进行共混改性。实践证明, 由于POE 及VLD PE 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V LD PE 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℃ 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PV C 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19 95

② Dijkstra K , Ten Bolscher  G H. Nylon一6/rubber  Blends : 8. Influence Of the Molecula r  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

摘自：《塑料包装》