涂層厚度與共聚物組分對熱封型BOPP薄膜性能的影響

杜杰，黃宏存

（1.海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南賽諾實業(yè)有限公司，海南 ?？?570228）

涂層厚度與共聚物組分對熱封型BOPP薄膜性能的影響

Effect of coating thickness and copolymer component on heat seal BOPP f lm properties

杜杰1*，黃宏存2

（1.海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南賽諾實業(yè)有限公司，海南 ?？?570228）

超高熱封強度BOPP薄膜是一種綜合性能優(yōu)異的新型環(huán)保型軟塑包裝材料。本項目旨在從表面涂層厚度、不同聚丙烯共聚物、添加劑種類等幾個方面系統(tǒng)研究熱封材料的組成和結(jié)構(gòu)對薄膜熱封強度的影響規(guī)律；研究熱封強度隨厚度的變化規(guī)律，研究厚度變化對薄膜結(jié)構(gòu)的影響機制及其對性能的作用機理；并且檢測了表面涂層厚度不同（中間層BOPP薄膜厚度一致）的BOPP薄膜的各種性能指標(biāo)，如熱封強度隨溫度變化，靜摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)，霧度，并得出它們隨表面涂層厚度的變化規(guī)律。

熱封型BOPP薄膜；熱封強度；溫度；厚度

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜具有高光澤、高挺度、阻氣性好，抗沖強度高等特點，是一種性能優(yōu)良的高透明包裝材料。1-8目前，熱封型BOPP薄膜的熱封強度低于市場上大量使用的復(fù)合膜和涂布膜的熱封強度。9-15要實現(xiàn)以單層環(huán)保薄膜代替多層復(fù)合膜和涂布膜等熱封材料，必須通過薄膜材料微結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究，進一步提高其熱封強度。

本文從表面涂層厚度、共聚物組分、添加劑種類等幾個方面系統(tǒng)研究熱封材料的組成和結(jié)構(gòu)對薄膜性能的影響規(guī)律，建立材料組成與功能之間關(guān)系。

1 實驗部分

（1）熱封強度隨溫度變化規(guī)律。本次實驗檢測的薄膜有3層（以A，B，C代替），其中A，C面涂布有不同涂料，A面為聚乙烯醇，C面為丙烯酸，B面為BOPP薄膜，分別檢測了A/A，A/C，C/C熱封強度。圖1、圖2、圖3分別是表面涂層厚度不同情況下A/A，A/C， C/C熱封強度隨溫度變化規(guī)律?？梢钥闯?，相同的熱封溫度下，熱封強度是隨著表面涂層厚度增大而增大的。

（2）摩擦系數(shù)隨厚度變化規(guī)律。靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)與厚度的關(guān)系圖（I表示內(nèi)表面，為前面所提到的薄膜C面，而O表示外表面，為薄膜A面，金為金屬表面）分別如圖4、圖5所示。I/I， O/O， I/金O/金四種接觸方式下，厚度對靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)的影響不大。

（3）霧度隨厚度變化規(guī)律。霧度與表面涂層厚度關(guān)系如圖6所示，霧度隨表面涂層厚度的增加呈現(xiàn)很明顯的上升趨勢。

（4）不同聚丙烯共聚物對熱封強度的影響。作為三層共擠的煙膜，其表層主要成份是具有自粘合的聚丙烯共聚物，目前國內(nèi)外常用的BOPP熱封材料主要有聚丙烯無規(guī)二元共聚物（乙烯/丙烯共聚物），無規(guī)三元共聚物（丙烯/乙烯/丁烯共聚物），以及混合物（三元共聚物與丁烯的混合物），這三種熱封材料各具特點，它們對煙膜的熱封性能具有不同的影響。

分析與比較：由于無規(guī)二元共聚物、無規(guī)三元共聚物和混合物三種熱封材料的熔點依次為135 ℃、 125℃、和115 ℃，呈逐步降低的趨勢，因而它們的初始熱封溫度分別由高降至低，依次為115 ℃、105 ℃和100 ℃ （以2.0 N/mm作為最低熱封線），由圖7可以看出，這三種材料的熱封范圍分別為：無規(guī)二元共聚物（115～150 ℃）＜三元共聚物（105～150 ℃）＜混合物（100～150 ℃）。

圖1 不同表面涂層厚度下A/A熱封強度隨溫度變化規(guī)律

圖2 不同表面涂層厚度下A/C熱封強度隨溫度變化規(guī)律

圖3 不同表面涂層厚度下C/C熱封強度隨溫度變化規(guī)律

圖4 靜摩擦系數(shù)與厚度關(guān)系圖

圖5 動摩擦系數(shù)與厚度關(guān)系圖

圖6 霧度與厚度關(guān)系圖

圖7 不同聚丙烯共聚物對熱封強度的影響

從無規(guī)共聚物到混合物，由于多相的存在以及乙烯含量的增加，薄膜的熱封范圍逐步增加，因此，在配方設(shè)計時應(yīng)考率不同的包裝速度選用不同的熱封材料，例如，條合包裝和速度小于400包/min的小包煙膜選用聚丙烯無規(guī)二元共聚物較為合適，而速度大于400包/分鐘的煙膜應(yīng)選用三元共聚物或低溫混合物。

值得注意的是，為使薄膜在加工時不產(chǎn)生粘輥現(xiàn)象，用于熱封的聚丙烯樹脂必須具有低的熱封溫度和高的熔點，這是熱封材料發(fā)展的一個新趨勢。

（5）添加劑對熱封強度的影響。BOPP煙膜所用的添加劑主要有抗靜電劑、增滑劑、抗粘劑和增挺劑，現(xiàn)以不同配方的22 ?m煙膜為例探討各種添加劑對煙膜熱封性能的影響。

我們發(fā)現(xiàn)，表層抗粘劑對薄膜的熱封性能沒有影響，表層超級增滑劑硅酮對熱封性能影響也影響不大，但加于芯層的增滑劑和抗靜電劑由于在時效處理期間遷移至表層后形成了增滑/抗靜電界面，因而導(dǎo)致了薄膜的初始熱封溫度升高、熱封范圍變窄和熱封強度降低。

與增滑劑和抗靜電劑相反，芯層的石油樹脂增挺劑由于熔點低且自身具有一定的熱粘性，故大幅度改善了薄膜的熱封性能，其初始熱封溫度明顯降低，熱封范圍變寬，但應(yīng)注意，過量的加入會影響薄膜的熱滑動性能。

2 實驗結(jié)論

在薄膜表面涂層厚度一致的情況下，A/A，C/C面熱封的熱封強度隨溫度升高而變大，A/A面是增大的幅度逐漸減小，而C/C面增大的幅度比A/A小很多但是C/C面熱封的熱封強度始終比A/A面熱封時要高而A/C面熱封強度在120 ℃以后會略微降低。而A/A A/C，C/C熱封時熱封強度隨厚度變化規(guī)律可以看出表面涂層厚度增大，熱封強度也隨之增大。

隨著薄膜表面涂層厚度增大，從I/I，O/O，I/金O/金四種接觸方式動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)的整體走勢來看，表面涂層的厚度對摩擦系數(shù)的影響不大，之后的動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)隨薄膜表面涂層厚度變化圖可以看出兩條曲線幾乎同時上升和下降，說明摩擦系數(shù)隨厚度變化圖中圖線的波動是由于各種薄膜表面平整度的差異導(dǎo)致的。因此可以得出表面涂層的厚度對摩擦系數(shù)的影響不大這一結(jié)論。霧度與厚度的關(guān)系圖呈現(xiàn)很明顯的上升趨勢，可以看出厚度對霧度影響很大。

從無規(guī)共聚物到混合物，由于多相的存在以及乙烯含量的增加，薄膜的熱封范圍逐步增加，因此在配方設(shè)計時應(yīng)考慮不同的包裝速度選用不同的熱封材料在熱封層厚度不變時，薄膜越厚，則在相同熱封溫度下熱封強度越小。BOPP煙膜所用的添加劑對煙膜熱封性能的影響有所差別。

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TQ320.721

1009-797X （2015） 18-0057-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.021

杜杰（1980-），副教授，博士學(xué)歷，研究方向為功能高分子材料。

2015-08-06