高透明耐低溫流延聚丙烯包裝膜配方工藝研究

史鳳煙

（福州佳通第一塑料有限公司，福建 福州350014）

高透明耐低溫流延聚丙烯包裝膜配方工藝研究

史鳳煙

（福州佳通第一塑料有限公司，福建 福州350014）

采用3層共擠流延成型工藝制備了流延聚丙烯（CPP）薄膜，研究了不同增韌材料對CPP薄膜透明度、霧度及低溫落鏢沖擊質(zhì)量的影響，并研究了成核劑以及工藝條件對其性能的影響。結果表明，芯層添加10份的聚烯烴彈性體、1.5份的成核劑母料，熔體溫度控制在255～265℃，冷卻輥溫度在24℃以下時，CPP薄膜的低溫韌性好，透明度高、霧度低。

流延聚丙烯；薄膜；包裝；聚烯烴彈性體；成核劑；高透明；耐低溫

0 前言

CPP薄膜透明，易于看清內(nèi)容物，力學性能好，廣泛應用于包裝領域。但由于它在低溫條件下很脆，所以在低溫領域的應用受到了限制，尤其是低溫冷藏。目前，低溫冷藏大都采用聚乙烯（PE）薄膜，但PE薄膜的透明度差，為此很多廠家都在針對CPP薄膜進行韌性改性，以期CPP薄膜能在低溫條件下使用。

國內(nèi)針對透明CPP薄膜進行韌性改性的方法很多，主要有聚烯烴彈性體（POE）改性［1］、聚烯烴塑性體（POP）改性、線形超低密度聚乙烯（PE－ULLD）改性、茂金屬線形低密度聚乙烯（PE－MLLD）改性及POE/PE－ULLD共混改性［2］等。本文采用POE改性，同時添加透明成核劑，改變CPP薄膜在低溫條件下發(fā)脆的缺點，大大降低了薄膜的霧度，提高了薄膜的亮度，該薄膜不但適合低溫包裝領域，更適合高檔產(chǎn)品包裝。

1 實驗部分

1.1 主要原料

均聚PP，F(xiàn)C801，上海石油化工股份有限公司；

共聚PP，SFC750R，韓國湖南石化公司；

爽滑劑，KHPP102A，成都科輝有限公司；

POE，DF740，日本三井化學公司；

POP，AFFINITY 1850，陶氏化學有限公司；

PE－ULLD，4404G，陶氏化學有限公司；

PE－MLLD，3518CB，美國艾克森公司；

成核劑母料，ZYM－35，煙臺只楚合成化學有限公司。

1.2 主要設備及儀器

三層共擠流延機，寬度1.5 m，意大利道爾奇公司；

透光率/霧度測定儀，WGT－S，上海物理光學儀器廠；

智能電子拉力試驗機，XLW（PC），濟南蘭光機電技術有限公司；

落鏢沖擊試驗儀，G－500，意大利Acquati Giuseppe公司；

冷凍箱，BCD－212KA，海爾集團公司。

1.3 樣品制備

CPP薄膜制備流程為：CPP樹脂、其他助劑等 →計量擠出塑化→ 分流器 → 模頭 → 流延冷卻成型 →測厚→擺動→電暈處理→修邊→收卷→成品經(jīng)48 h常溫時效處理→ 裁樣；

不同層（電暈處理層、芯層、熱封層）樹脂與助劑通過計量料斗計量加料、混合，然后按上述流程擠出成型、處理、制樣，電暈處理層∶芯層∶熱封層＝20∶60∶20。

1.4 性能測試與結構表征

按照GB/T 2410—2008測試樣品的透光率/霧度；

按照GB/T 1040.3—2006測試樣品的拉伸性能，拉伸速率（空載）為（500±50）mm/min，采用Ⅳ型試樣（長條形），尺寸為160 mm×15 mm，標距50 mm；

按照GB/T 9639.1—2008測試樣品的落鏢沖擊質(zhì)量；

薄膜48 h時效處理后，裁樣，樣品放到－10℃的冷凍室中恒溫24 h后取出立即按GB/T 1040.3—2006和GB/T9639.1—2008測試樣品的低溫拉伸性能和低溫落鏢沖擊質(zhì)量。

2 結果與討論

2.1 增韌劑的選擇

增韌劑對薄膜的透明度及霧度的影響主要有兩點，一是相容性的影響，通常不同聚合物之間相容性好、增韌劑分散均勻、分散相粒子小，有利于光線通過，所以透明度好、霧度低；反之相容性不好、增韌劑分散差，則相反；二是增韌劑的引入影響了PP的結晶行為，PP分子中無長支鏈結構，易排列規(guī)整，增韌劑的長支鏈結構破壞了PP分子排列的規(guī)整性，增加了無定形區(qū)域，從而改善了PP的光學透明性。

增韌劑的增韌過程可簡單概括為：彈性體以分散相形式分散于基體樹脂中，分散相彈性體粒子之間存在一定的臨界厚度，受外力作用時，彈性體粒子成為壓力集中點，它在拉伸、壓縮或沖擊下發(fā)生變形，若兩相界面黏結良好，會導致顆粒所在區(qū)域產(chǎn)生大量銀紋和剪切帶而消耗能量；同時，銀紋、彈性體粒子和剪切帶又可以終止銀紋或剪切帶進一步轉化為破壞性裂紋，從而起到增韌作用［3］。通常要求分散相與基體的相容性適中，增韌效果好。如果相容性不好，分散相難以分散，兩相界面黏結性差，增韌效果差；當然相容性太好時，難以形成海島結構，增韌效果也差。表1表明，POP、PE－ULLD、PE－MLLD 及 POE/PE－ULLD 都 使薄膜的霧度提高，透明度降低；POE對透明度沒有影響，還略降低了薄膜的霧度。POE及POE/PE－ULLD共混增韌的效果都較好。綜合上述性能，選擇POE作為增韌劑。

表1 CPP薄膜的透明度、霧度及低溫落鏢沖擊質(zhì)量Tab.1 Transparency，haze and falling dart impact quality of CPP films

2.2 增韌劑用量對薄膜性能的影響

通常隨著增韌劑用量的增加，彈性體粒子的密度提高，其作為應力集中點時就能引發(fā)更多的銀紋，消耗更多的能量，使薄膜的落鏢沖擊質(zhì)量提高，同時斷裂伸長率提高，拉伸強度下降。表2表明，隨著POE用量的增加，薄膜在常溫及低溫下的落鏢沖擊質(zhì)量增加，斷裂伸長率提高，拉伸強度略有下降，但下降不大。芯層POE添加到5份時，低溫落鏢沖擊質(zhì)量就有明顯的改善，當POE添加到10份時低溫落鏢沖擊質(zhì)量及斷裂伸長率已高于不添加增韌劑在常溫下的落鏢沖擊質(zhì)量及斷裂伸長率，拉伸強度只有輕微的下降，完全能滿足低溫條件下使用要求。所以從成本角度出發(fā)，增韌劑POE添加量以10份為宜。

2.3 工藝條件對薄膜性能的影響

2.3.1 熔體溫度

熔體溫度的高低決定了聚合物的塑化程度及冷卻定型速率。通常隨著熔體溫度的升高，塑化更加完全，冷卻速率加快，有利于力學性能的提高，透明度提高、霧度降低；但熔體溫度過高時，會引起某些低聚物降解，反而會降低力學性能。

表2 薄膜常溫及低溫下的性能Tab.2 Performance of films at room temperature and low temperature

表3表明，隨著熔體溫度的升高，薄膜的透明度提高、落鏢沖擊質(zhì)量提高、霧度降低，當高到265℃后，熔體溫度繼續(xù)增加時，透明度、霧度不再變化，但薄膜的落鏢沖擊質(zhì)量開始下降。所以熔體溫度宜控制在255～265℃。

表3 不同熔體溫度時CPP薄膜的性能Tab.3 Performance of CPP films at different melt temperature

2.3.2 冷卻輥溫度

PP是半結晶聚合物，其透明度、霧度及沖擊性能受結晶的影響程度比較大。冷卻輥溫度低，冷卻速度快，即從口模流出的聚合物熔體溫度快速冷卻到玻璃化轉變溫度以下，其分子鏈段尚未能及時進行排列就已喪失了運動的能力，生成非晶態(tài)的聚合物或者晶核尺寸很小的聚合物，從而大大提高了薄膜的透明度，降低其霧度，同時也提高其落鏢沖擊質(zhì)量。表4表明，隨著冷卻輥溫度的升高，薄膜透明度降低、霧度升高，落鏢沖擊質(zhì)量下降，所以冷卻輥溫度應控制在24℃以下。

表4 不同冷卻輥溫度時CPP薄膜的性能Tab.4 Performance of CPP films at different chilled roll temperature

2.4 透明度和霧度的進一步改善

PP作為半結晶聚合物，快速冷卻有利于提高無定形區(qū)域，生成晶核尺寸較小的聚合物，提高其透明度，降低其霧度。為了進一步提高薄膜的透明性，必須對PP進行透明改性。成核劑能增加聚合物熔體的結晶速度，讓結晶更完善，減少光散射，同時還能進一步細化晶粒，提高光線透過率，有利于進一步提高薄膜的透明度，降低其霧度。

透明PP成核劑有無機類透明成核劑、有機類透明成核劑和聚合物型透明成核劑3大類。無機類透明成核劑主要是指滑石粉、二氧化硅、云母等，這類成核劑在PP中分散困難，并且對光線有屏蔽作用；聚合物型透明成核劑至今尚未見商品化產(chǎn)品面世［4－5］。所以本文選用有機類透明成核劑ZYM－35，它是第三代山梨醇類透明成核劑母料，目前技術比較成熟。表5表明，隨著成核劑用量的增加，薄膜的透明度提高，霧度降低，落鏢沖擊質(zhì)量輕微下降。當用量提高到1.5份以上時薄膜的透明度、霧度不再改進，但落鏢沖擊質(zhì)量繼續(xù)下降，所以成核劑用量以1.5份為宜。

表5 不同成核劑用量時CPP薄膜的透明度、霧度和落鏢沖擊質(zhì)量Tab.5 Transparency，haze and falling dart impact quality of CPP films with different contents of nucleating agent

2.5 薄膜的綜合性能

電暈處理層為均聚PP，熱封層為共聚PP及適量的滑爽劑，芯層為均聚PP添加10份POE和1.5份成核劑母料，熔體溫度控制在（260±5）℃，冷卻輥溫度控制在22～24℃，制得的38μm薄膜的性能如表6所示。

表6 CPP薄膜的綜合性能Tab.6 Compositive performance of CPP films

3 結論

（1）電暈處理層為均聚PP，熱封層為共聚PP及適量的滑爽劑，芯層為均聚PP，添加10份的POE、1.5份的成核劑母料時，薄膜的低溫落鏢沖擊質(zhì)量高、透明度高、霧度低；

（2）熔體溫度控制在255～265℃，冷卻輥溫度控制在24℃以下時，薄膜的韌性好、透明度高、霧度低，可滿足低溫條件的使用要求。

［1］ 李躍文，羅承友.聚丙烯增韌改性的方法及機理［J］.工程塑料應用，2007，35（10）：69－72.LI Yuewen，Luo Chengyou.Toughening Methods and Mechanisms of PP［J］.Engineering Plastics Application，2007，35（10）：69－72.

［2］ 趙海燕.POE提高醫(yī)用透明PP低溫韌性的研究［D］.山東：山東理工大學材料科學與工程學院，2008.

［3］ 張 強，朱光明，付東升，等.聚丙烯共混增韌改性的研究進展［J］.現(xiàn)代塑料加工應用，2003，15（3）：58－61.Zhang Qiang，Zhu Guangming，F(xiàn)u Dongsheng.Recent Advances of Modification of Toughening PP［J］.Modern Plastics Processing and Application，2003，15（3）：58－61.

［4］ 王靜波，竇 強，李懷棟.聚丙烯透明成核劑研究進展［J］.中國塑料，2006，20（6）：8－13.Wang Jingbo，Dou Qing，Li Huaidong.Development of Transparent Nucleating Agent for Polypropylene［J］.China Plastics，2006，20（6）：8－13.

［5］ 王靜波，竇 強，李懷棟.透明聚丙烯成核劑的種類及其應用［J］.現(xiàn)代塑料加工應用，2006，18（4）：37－40.Wang Jingbo，Dou Qiang，Li Huaidong.Species of Nucleating Agent for Polypropylene and Their Application［J］.Modern Plastics Processing and Application，2006，18（4）：37－40.

Study on Formula and Technology of High Transparent and Low Temperature Resistant CPP Packaging Films

SHI Fengyan
（Fuzhou GT NO.1 Plastic Co，Ltd，F(xiàn)uzhou 350014，China）

Cast polypropylene（CPP）film was prepared via three laminar casting，the influences of toughener and nucleating agent on transparency，haze，and low temperature falling dart impact quality of CPP film were studied.When adding 10 phr POE and 1.5 phr nucleating agent in core layer，keeping the melt temperature at 255～265℃，chilled roll temperature at 24℃，the CPP film acquired a good low temperature resistant，a high transparency，and a low haze.

cast polypropylene；film；packaging；polyolefin elastomer；nucleating agent；high transparency；low temperature resistance

TQ325.1＋4

B

1001－9278（2012）02－0059－04

2011－09－20

福州市科技計劃項目（2008－Z－36）

聯(lián)系人，shifengyan468＠126.com

（本文編輯：劉 學）