非聚烯烴流延產(chǎn)品的現(xiàn)狀

黃衛(wèi)揚(yáng)

（廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司）

第一部分 流延概述

一、流延工藝

材料性能和產(chǎn)品的不同用途，選擇薄膜生產(chǎn)的加工方法不同。薄膜加工方法分為流延法、吹脹法及壓延等其它方法，當(dāng)然壓延一般適用于片材的生產(chǎn)。其中，擠出流延是薄膜（片材）生產(chǎn)的主要方式之一，所占比例較大，據(jù)業(yè)內(nèi)不完全統(tǒng)計，擠出流延法生產(chǎn)的薄膜占總量的35%以上。

擠出流延法是樹脂經(jīng)過擠出機(jī)加熱、剪切、塑化和熔融，這些熔融的熔體均勻地流經(jīng)模頭，然后在主冷輥上驟冷并冷卻成膜，經(jīng)測厚儀測量，進(jìn)行厚薄測厚控制，切除邊緣較厚地方，并收卷而生產(chǎn)的一種無拉伸、非定向的平擠薄膜。

二、流延薄膜的應(yīng)用

流延薄膜由于優(yōu)良的厚薄平整度、優(yōu)秀的透明度和光澤度、良好的機(jī)械性能，以及投入少，加工方便。因此被廣泛地應(yīng)用在許多領(lǐng)域中，同時，隨著市場需求的不斷增加，以及流延裝備廠家的技術(shù)不斷成熟和創(chuàng)新，流延膜的應(yīng)用越來越廣,在原來聚烯烴薄膜基礎(chǔ)上，已拓展到各種非聚烯烴類材料上，一些高功能非聚烯烴類薄膜或片材越來越多地應(yīng)用流延生產(chǎn)，如國國內(nèi)有名流延設(shè)備制造廠家廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司，在原來流延聚烯烴PP、PE設(shè)備為主的基礎(chǔ)上，到目前流延設(shè)備已涵蓋到食品包裝高阻隔膜、汽車PVB玻璃夾膠膜、PVA膜、TPU膜等全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

與聚烯烴容易加工不同的是，大部分非聚烯烴對加工擠出機(jī)螺桿通用性不高，加工溫度窗口較窄，容易受剪切受熱降解，產(chǎn)品容易老化，可再回收性差，親水性較好，容易吸濕。這些給非聚烯烴產(chǎn)品的成型加工增加了不少難度。盡管如此，由于非聚烯烴產(chǎn)品的特殊功能性，是傳統(tǒng)的聚烯烴類產(chǎn)品所不能能取代的，有的甚至是以后行業(yè)發(fā)展的方向，時代的選擇，如可降解膜。下面對非聚烯烴中的擠出流延高聚隔薄膜、PVB玻璃夾層膜、PVA膜等非聚烯烴流延薄膜的現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

第二部分 共擠出流延高阻隔薄膜

一、高阻隔薄膜簡介

通常高阻隔膜是由不同材質(zhì)組成的多層復(fù)合薄膜。它利用各層薄膜對氣和水的不同阻隔性，實(shí)現(xiàn)薄膜的高阻隔性能。高阻隔薄膜一般可以用共擠出、干式復(fù)合、涂布和蒸鍍等獲得。其中由于共擠出高阻隔膜是把氣體阻隔性很強(qiáng)的非聚烯烴與熱封性、水分阻隔性很強(qiáng)的聚烯烴同時進(jìn)行擠出而成。高阻隔膜各層材料、結(jié)構(gòu)、厚度可以因需設(shè)計。該阻隔膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）按需要適當(dāng)增加低價聚烯烴聚合物的層厚，如PE、PP；2）可在線再循環(huán)回收，如設(shè)計專門的回收層；3）減小整體薄膜厚度，達(dá)到降低成本的目的；4）減少加工生產(chǎn)最終復(fù)合薄膜材料所必要的工藝次數(shù)，提高生產(chǎn)效率目的。

因此，共擠出高阻隔膜在軟包裝應(yīng)用中越來越多。共擠出高阻隔膜一般用吹膜法和流延法生產(chǎn)。下面主要介紹流延共擠出高阻隔膜。

二、流延高阻隔膜的簡介和應(yīng)用

（一）流延高阻隔膜的簡介

共擠出流延高阻隔薄膜是不同性能的原料樹脂，經(jīng)過不同擠出機(jī)進(jìn)行熔融塑化后，經(jīng)過分配器進(jìn)行分層后熔體進(jìn)入模頭，經(jīng)模頭流出的熔融樹脂在流延輥冷卻成膜（片材），再經(jīng)測厚、切邊，最后收卷而成的多層共擠復(fù)合薄膜。

其中，吹膜法生產(chǎn)的共擠出高阻隔膜，由于較易排產(chǎn)，投入較少，占地少，進(jìn)入門檻低，在國內(nèi)共擠出高阻隔膜的生產(chǎn)中，目前仍占大多數(shù)，但是，隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量的需求越來越高，流延共擠出高阻隔膜由于較高的質(zhì)量（較小的厚薄偏差，較好的厚薄平整度及較高透明度），越來越多地被人們所采用，它將是未來高阻隔薄膜生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。

（二）流延高阻隔膜的應(yīng)用

流延高阻隔膜由于各層在阻水、阻氧、保香等的互補(bǔ)性，因此極大地滿足了食品包裝上的要求（1.阻氧：包裝必須盡可能減少透氧量，抑制細(xì)菌繁殖，從而保證食品的品質(zhì)；2.持水：如果阻隔性不好，食品失水會變硬，影響松軟性，影響了食品的口感；3.保香：如何保證食品的香味，延長食品的貯存期是包裝所必需的。）。特別是在當(dāng)今生活節(jié)奏越來越快，生活質(zhì)量要求越來越高，環(huán)保要求越來越嚴(yán)的情況下，高阻隔流延膜在食品包裝的應(yīng)用中越來越廣泛，如奶制品、肉類、蒸煮袋、調(diào)味品、冷凍包裝和無菌類包裝等。

（三）流延高阻隔膜的生產(chǎn)材料

高阻隔流延薄膜的阻隔性如何，由薄膜各層的材料決定，EVOH和尼龍由于氣體阻隔性好，物理性能優(yōu)，是流延高阻隔薄膜的最常用高阻隔材料，此外，由于這些阻隔材料和PP、PE等相溶性較差，為了增加它們的剝離力，中間需要粘合樹脂作為橋梁。

下面將簡單介紹高阻隔流延薄膜中的常見的非聚烯烴材料EVOH、PA和粘合樹脂：

1.EVOH（乙烯和乙烯醇共聚物）——EVOH是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性聚合物，既有乙烯聚合物良好的加工性，也有乙烯醇聚合物所固有的高氣體阻隔性，其對氧的阻隔性，比PA（聚酰胺）高約100倍，比PE、PP高約10000倍，和常用的高阻隔性材料PVDC（聚偏二氯乙烯）相當(dāng)。所以，含EVOH的高阻隔膜能提供給食品的阻氧防腐和持香，是食品一種最好的高阻隔材料之一。

此外EVOH具有以下性能：1）優(yōu)異的透明性、光澤性，適合高透明的產(chǎn)品包裝；2）良好的力學(xué)性能，由于機(jī)械強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都相當(dāng)好，適合食物包裝要求；3）EVOH在高性能阻隔樹脂中具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及廢料再回收性，EVOH樹脂很適合用于共擠出高阻隔薄膜；4）在流延共擠出阻隔膜中，由于EVOH有吸濕性，濕度上升導(dǎo)致阻隔性很快地下降，因此在共擠出流延高阻隔膜的設(shè)計和生產(chǎn)過程中必須注意。

EVOH在包裝上應(yīng)用越來越廣泛，如食品業(yè)應(yīng)用中無菌包裝、熱罐裝和蒸煮袋，奶制品、肉制品、果汁罐頭和調(diào)味品等。

2.PA（尼龍）——PA，俗稱尼龍，是一類分子中含有酰胺基團(tuán)的聚合物，學(xué)名聚酰胺，英文Polymide簡稱PA。PA具有良好的機(jī)械性能、耐穿刺性能特佳、耐熱性好、耐油性、耐化學(xué)性能和光學(xué)性能，無毒無味。因此，很適合薄膜的生產(chǎn)。而且，利用PA氧氣透氣率低的特點(diǎn)，在共擠出高阻隔膜上也被廣泛利用。如一些食品包裝如油膩性食品、一般食品、冷凍食品以及蒸煮食品高阻隔膜上。

3.粘合樹脂——如上所述，由于像EVOH、PA等大部分阻隔性材料屬于極性材料，與聚烯烴PE和PP等相溶性不好，因此，中間需要加增進(jìn)極性材料與非極性材料的粘接性和相容性的橋梁，粘合樹脂就可以起到這個作用。粘合樹脂通常是一類接枝改性的聚合物，它在非極性的分子主鏈上引入了強(qiáng)極性的側(cè)基，如酸酐改性的PE、酸酐改性的PP等，粘合性樹脂的潤濕，擴(kuò)散，化學(xué)鍵以及物理糾纏是決定粘合強(qiáng)度的主要因素。粘合樹脂在流延共擠出阻隔膜的加工生產(chǎn)中要注意以下幾個方面：1）根據(jù)不同的聚烯烴PP、PE原料設(shè)計，選擇以PP或PE為基體的不同粘合樹脂，如PP粘合樹脂、PE粘合樹脂；2）既要保證一定的加工溫度以上，使酸桿得到充分激活，也要注意溫度不能太高，避免因高溫造成樹脂老化，產(chǎn)生晶點(diǎn)；3）由于粘合樹脂層一般較薄，為了使粘合樹脂分布均勻，粘合劑的熔體指數(shù)（MFI）必須與所使用的PP或PE、EVOH、PA的熔體指數(shù)（MFI）相匹配。

目前主要的粘合樹脂主要生產(chǎn)廠家有美國杜邦公司（TIE）、日本三井公司（ADMER）、韓國SK公司，國內(nèi)有南京奧光和南京六合公司等。

（四）高阻隔薄膜的原料和配方

高阻隔薄膜的最大優(yōu)勢是可以一次成型，并且可以根據(jù)需要設(shè)計原材料和配方。共擠出高阻隔流延膜的各層結(jié)構(gòu)和材料隨著客戶的需求不同，選擇的樹脂和牌號也不同。

可以從以下幾個方面考慮不同的材料配方：

2.熱封性，據(jù)客戶對熱封性的要求選擇PE、PP、彈性體或EVA，現(xiàn)在用得比較多的是LDPE、MLLDPE和六碳或八碳的LLDPE進(jìn)行共混。

3.力學(xué)性能，根據(jù)包裝的內(nèi)容物的品種、包裝重量、運(yùn)輸條件等的不同，選擇不同的樹脂，改善拉伸強(qiáng)度、抗穿刺強(qiáng)度、斷裂伸長率、抗沖擊強(qiáng)度等，如增加MLLDPE，或者用HDPE、PP增加挺性。

4.據(jù)摩擦系數(shù)的要求，添加相應(yīng)的爽滑劑，如果是自動包裝，一般摩擦系數(shù)控在0.3-0.5較適合，如果制袋，摩控系數(shù)控制在0.15-0.25較好；

5.光學(xué)及其它物理性能。根據(jù)對霧度的不同要求，選擇高透明的材料等，如果全覆蓋的印刷，則透明度可不用太高。

6.EVOH的阻隔性受濕度影響很大，一般放在中間層，與耐水性好的聚烯烴一起復(fù)合。

7.由于EVOH與PA有很好的親合性，中間不用粘粘劑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可利用PA比較強(qiáng)韌，而EVOH成型性好，兩者互補(bǔ)進(jìn)行配方設(shè)計，達(dá)到降低成本，從而獲得最佳性能的目的。

例如以下流延高阻隔膜的典型結(jié)構(gòu)：

PE(或 PP)/tie/EVOH/tie/PE(或 PP)；

觀察組患者采取ACEI藥物治療，10 mg/d的苯那普利，對于高血壓患者降壓效果不好可加至20 mg/d，對照組患者采取非ACEI藥物治療，使用鈣離子拮抗劑、β受體阻斷劑等。兩組患者治療時間均為3個月。

PE(PP)/Tie/PA/EVOH//Tie/PE；

PE(PP)/Tie/PA/EVOH/PA/Tie/PE(PP或EVA)；

PET/EVOH/tie/PE。

結(jié)構(gòu)不同，作用不同，例如以下：

肉類食品可參考：PA/Tie/PE/Tie/PA/Tie/PE；

阻隔性要求高、耐高溫、挺性好適宜印刷可參考：PA/PA/Tie/PP/Tie/PA/EVOH/PA/Tie/PE/PE。

（五）流延高阻隔薄膜設(shè)備技術(shù)

在流延高阻隔薄膜的生產(chǎn)設(shè)備中，在由于使用原材料，層比不同，擠出機(jī)的設(shè)計大小不一樣，含有EVOH的邊料一般不能加到包覆層的聚烯烴PP或PE中，因?yàn)檫@樣會使增加PP或PE的透濕性，進(jìn)而影響EVOH層的高阻隔性，也不能加到EVOH層中。同時，不同的樹脂的受熱熔融流動和剪切的穩(wěn)定性不同，擠出機(jī)螺桿的設(shè)計也不同。另外，怎么樣通過擠出機(jī)螺桿的設(shè)計，使各材料合理的擠出機(jī)背壓，以及通過共擠出分配器分配到平模頭后，各種熔體的流變性匹配，達(dá)到了各材料保持均勻一致而不混合。因此，在設(shè)計共擠出工藝過程及其專用模頭時，必須很好地應(yīng)用聚合物流變學(xué)理論及技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。

流延高阻隔膜對設(shè)備要求非常高，暫時生產(chǎn)層數(shù)最多可以做到9層和11層，寬度也都在3米以內(nèi)。目前流延高阻隔設(shè)備，大多數(shù)還是國外以WH、萊芬等流延設(shè)備廠家為主，國內(nèi)流延設(shè)備廠家目前只有廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司等少數(shù)廠家可以生產(chǎn)，國內(nèi)流延設(shè)備生產(chǎn)廠家在未來還有很大的提升空間。

第三部分 流延PVB膠片

一、PVB概述

（一）PVB原料及應(yīng)用

1.PVB原料

聚乙烯醇縮丁醛樹脂簡稱PVB，是以酸作催化劑，由聚乙烯醇與正丁醛進(jìn)行縮合反應(yīng)而生成的合成樹脂，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

由于無法達(dá)到100%反應(yīng)，PVB樹脂是一種含有三種鏈節(jié)的聚乙稀醇縮丁醛（PVB）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙酸乙烯酯（PVac）鏈節(jié)的官能團(tuán)。含量不同，性質(zhì)各易。

2.PVB的應(yīng)用

PVB對無機(jī)玻璃具有良好的粘結(jié)性，具有透明、耐熱、耐寒、耐濕和強(qiáng)大的耐沖擊、耐穿透力，適合用于夾在兩層玻璃中間，使玻璃具有良好的抗沖擊性和抗穿透性，在玻璃受外界沖擊時，通過PVB膜片的彈性變形來吸收沖擊動能，如果玻璃破碎時，碎片可粘在PVB膠片上，保持光滑，減少了對人員的傷害，從而改善了玻璃的安全性能。另外，PVB膠片具有良好的隔音效果，由于抗紫外線UV劑的加入，使玻璃可以吸收絕大部分的紫外線。正因PVB膠片的安全、隔音、防紫外線和保溫功能，PVB膠片被用于汽車前擋風(fēng)、飛機(jī)、火車、船舶、建筑玻璃幕墻、防彈玻璃上。

二、流延PVB膠片的生產(chǎn)技術(shù)

（一）流延PVB膠片的生產(chǎn)

1.擠出法流延生產(chǎn)PVB膠片

擠出法流延生產(chǎn)PVB膠片，PVB樹脂通過喂料系統(tǒng)分別送料到不同的擠出機(jī)（一般雙螺桿擠出機(jī)），樹脂經(jīng)過擠出的螺桿剪切、熔融塑化后，通過過濾網(wǎng)濾去雜質(zhì)，熔體泵均速輸送到分配器，通過分配器將熔體輸送到模頭。經(jīng)模頭流出的熔體在流延輥上冷卻成型，再測厚、瑕疵檢測以及消除應(yīng)力，收卷后經(jīng)過分切成為成品。PVB玻璃夾層膜厚度一般為0.38mm和0.76mm兩種。

2.擠出法流延PVB膠片生產(chǎn)配方

由于PVB樹脂含羥基、酯基、羧基等，容易氧化降解，因此在加工過程中須加抗氧化劑。在PVB膠片的生產(chǎn)中，必須考慮膠片的用途、性能要求選擇適當(dāng)、適量的增塑劑。因?yàn)樵鏊軇VB膠片的粘接強(qiáng)度有一定影響，容易使PVB樹脂呈溶漲狀態(tài)，影響了樹脂的流動性，此外有PVB樹脂中還有紫外線吸收劑和粘性改進(jìn)劑等。

（二）擠出法流延PVB膠片技術(shù)要點(diǎn)

由于擠出法流延生產(chǎn)技術(shù)高，難度大，PVB膠片屬于較高科技領(lǐng)域，以前基本由日本、美國和法國公司壟斷，但是國內(nèi)流延設(shè)備制造商經(jīng)過多年發(fā)展，已基本達(dá)到國外同類設(shè)備的水平。國內(nèi)的廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司已發(fā)展成為全球最大的PVB膠片設(shè)備的供應(yīng)商，能提供擠出流延PVB膠片成套工藝技術(shù)和設(shè)備，設(shè)備不但在國內(nèi)、也遠(yuǎn)銷其它亞州國家和歐美。

流延PVB膠片設(shè)備主要關(guān)鍵在以下幾個方面進(jìn)行控制：

1.擠出系統(tǒng)的設(shè)計，保證流延PVB膠片的平整度：

① 雙螺桿擠出機(jī)，可使PVB樹脂能充分混煉、剪切和塑化；

② 防止原料的架橋、粘接、掛壁，保證了擠出的進(jìn)料穩(wěn)定；

③ 從源頭加以控制，準(zhǔn)確的稱重（或失重）加料系統(tǒng)，保證了下料的準(zhǔn)確和穩(wěn)定；

④ 不同的PVB樹脂，采用不同螺桿排布，優(yōu)化使達(dá)到最佳的剪切效果、塑化優(yōu)良和擠出穩(wěn)定的目的；

⑤ 使用熔體泵，使原料的流速和壓力更加穩(wěn)定。

2.擠出流延PVB膠片的外觀性能控制

PVB膠片對薄膜的外觀性能要求非常高，擠出機(jī)和模頭的溫度、水箱的冷卻方式、冷卻水箱的溫度控制等都會影響到膠片的外觀如晶點(diǎn)、花紋、白度等。

另外，由于PVB較厚、樹脂流動性較差，流延后內(nèi)應(yīng)力較大，用合理的多段控制也減少或消除膠片的內(nèi)應(yīng)力，同時使膠片的水份含量保持一致。最后冷卻定型技術(shù)、如何避免了膠片的兩次拉伸等這些對工藝和設(shè)備有很高的要求。

第四部分 聚乙烯醇（PVA）

聚乙烯醇的英文名：Polyvinyl alcohol，PVA是由英文名簡寫得來。

PVA是一種水溶性聚合物，PVA的分子鏈呈規(guī)整的平面鋸齒，因此是一種高結(jié)晶度聚合物。PVA的物理性質(zhì)受化學(xué)結(jié)構(gòu)、醇解度、聚合度的影響。PVA由于分子鏈中含－OH,因而具有親水性，但幾乎不溶于有機(jī)溶劑。此外，PVA具有可降解性，在細(xì)菌物酶的作用下，能在短時內(nèi)大部分降解，PVA也具有耐油、耐溶劑及氣體的阻隔性等良好性能。在加工方面，PVA具成膜性，可通過改性，改善PVA的熱塑加工性能，提高加工溫度窗口范圍。

PVA薄膜生產(chǎn)的工藝方法，現(xiàn)在主要有溶液流涎法（濕法）和擠出法（干法）。而擠出法則分吹膜法和流延法，這三種工藝方法，各有特點(diǎn)。由溶液流涎法和流延法生產(chǎn)的PVA薄膜厚度均勻，精度較高。但前者由于在生產(chǎn)過程中，能耗損耗大，在國內(nèi)對環(huán)保越來越重視的情況下，必將慢慢減少。而擠出流延法是近年剛發(fā)展起來的工藝方法，國內(nèi)流延廠家如廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司，在這方面經(jīng)過多年的研究已經(jīng)取得一定的成效。流延PVA薄膜具有良好的透明度和光澤度，折光率低，因此可應(yīng)用在光學(xué)偏光膜上。由于具有較高的阻隔性，耐油耐溶劑，而且機(jī)械強(qiáng)度高，具有熱封性，無毒，因此用于食品和醫(yī)藥包裝，特別是用于肉制品等要求阻隔性較好的包裝。在利用其溶于水的特點(diǎn)方面，PVA薄膜可用于魚飼料、洗衣粉、農(nóng)藥、魚餌、病人衣物洗滌袋等?？傊?，由于流延PVA薄膜優(yōu)異的產(chǎn)品性能和可擠出加工性能，已逐步用于各個方面。

第五部分 總結(jié)

經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國非聚烯烴流延設(shè)備技術(shù)已經(jīng)長足的發(fā)展。并且隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級，非聚烯烴流延產(chǎn)品的需求也越來越大，一些用于特殊功能的非聚烯烴流延薄膜，如電子包裝的SEBS/PE/PET薄膜流延設(shè)備、PI流延設(shè)備等，對設(shè)備的個性化需求，這些都將極大地推動我國非聚烯烴流延技術(shù)的發(fā)展。但是，我們也要看到，我國在非聚烯烴流延設(shè)備技術(shù)跟國外同行相比，還是有一定差距的。在目前的國際形勢下，突破技術(shù)困難重重，相信不久的將來，國內(nèi)非聚烯烴流延設(shè)備技術(shù)終將如李白詩句所描述的“兩岸猿聲啼不斷，輕舟已過萬重山”一樣。