胡娜(中石化北京燕山分公司,北京102500)
雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜具有無色、無味、無毒、透明度高、拉伸強度高、沖擊強度高等特點,廣泛應用于食品、服裝、醫(yī)藥、化工等領域,并可與聚丙烯流延膜(CPP 膜)、聚乙烯薄膜(PE膜)和聚乙烯醇薄膜(PVA膜)等進行多層復合,提高阻氣、阻濕、耐油和耐撕裂等性能,是近年來發(fā)展很快的一種包裝材料。
雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)是包裝領域的重要產(chǎn)品,具有質輕、透明、無毒、防潮、機械強度高等優(yōu)點,廣泛用于食品、醫(yī)藥、香煙等產(chǎn)品的包裝,并大量用作復合膜的基材[1]。BOPP 薄膜的生產(chǎn)是將高分子聚丙烯的熔體首先通過狹長機頭制成片材或厚膜,然后在專用的拉伸機內,在一定的溫度和速度下,同時或分步在垂直的兩個方向(縱向、橫向)上進行的拉伸,并經(jīng)過適當加工制成的薄膜。按照用途分為:普通型薄膜、熱封膜、香煙包裝膜、珠光膜、金屬化膜、消光膜、防霧膜、抗菌膜、鐳射膜、纏繞膜、電容器膜等。由于普通BOPP 不具有熱封性能,需要將BOPP 與熱封層復合以制成可熱封的包裝膜:一般為A/B型復合膜,其中A代表熱封層,B為芯層(主料),熱封層厚度一般為1μm 左右。熱封時,包裝膜被加熱到熱封溫度以上,熱封層受熱成為黏流態(tài),在借助一定的熱封壓力使處于黏流態(tài)熱封層界面分子鏈相互滲透、擴散,使兩層膜界面融合為整體,并具有一定強度和熱封性[2]。
表1 2019年我國BOPP薄膜主要生產(chǎn)裝置產(chǎn)能情況(wt)
表2 國內外BOPP熱封層用聚丙烯產(chǎn)品
表3 國內BOPP熱封層用料情況
圖1 BOPP功能膜結構示意圖
作為BOPP 薄膜熱封層的熱封料需要滿足下述性能:(1)熱封料的熱封合溫度明顯低于BOPP 基材的熱封合溫度;(2)高的熱封強度、熱粘強度;(3)透明度與基材BOPP 相同或更高;(4)適應高速自動化生產(chǎn),不會在生產(chǎn)中發(fā)生黏附等[3]。BOPP薄膜熱封材料一般為球形Ziegler-Natta(Z-N)催化合成的共聚聚丙烯,通過共聚可以降低材料的熔點和結晶度,進而使其熱封性能、光學性能、低溫抗沖擊性能得到一定程度的改善[4]。
針對熱封層聚丙烯原料的市場需求,燕山石化開發(fā)的三元聚丙烯產(chǎn)品中,F(xiàn)5005A、F5005B 因單體含量有所不同,分別適用于普通BOPP 膜熱封層和鐳射膜的熱封層,并可廣泛用于食品、醫(yī)藥、香煙等產(chǎn)品的包裝。目前,F(xiàn)5005A、F5005B產(chǎn)品的年生產(chǎn)量和銷售量在3000噸左右,兩者在BOPP膜熱封層用原料的市場不足1%,還在推廣階斷。進口產(chǎn)品主要以TPC 的FS5612 為主,Ineos 的KS350 和KS351,basell 的RP129K 等。國內其他產(chǎn)品有獨山子石化TF1005 和F1002B、上海石化的F280B等產(chǎn)品。(見表1)
目前,根據(jù)BOPP薄膜用途不同,普通型薄膜原料主要有齊魯石化的T36F、大慶石化的T38F、揚子石化的F1002B、上海石化的F280S 和F280SO、武漢鳳凰的F03D 和臺塑的2020 等產(chǎn)品,已滿足中國市場320萬噸的消費量。存在問題為產(chǎn)品市場競爭激烈,產(chǎn)品附加值不高,不建議進行開發(fā)。
國內市場中BOPP 熱封層聚丙烯原料以進口為主,主要產(chǎn)品 有TPC 的FS5612 為 主,Ineos 的KS350 和KS351,basell 的RP129K 等。國內產(chǎn)品較少,獨山子石化TF1005 和F1002B、上海石化的F280B、燕山石化的F5005A、F5005B 牌號產(chǎn)品存在熱封溫度不穩(wěn)定和析出物的問題,僅能少量使用,無法滿足今年市場25萬噸的需求量。(見表2)
根據(jù)2017 年1-10 月燕山石化F5005A 和F5005B 產(chǎn)品銷售情況,重點走訪用量、產(chǎn)能較大的BOPP 膜生產(chǎn)類用戶,了解國內用戶BOPP膜熱封層用料情況。用戶反映,BOPP膜熱封層用料以進口產(chǎn)品為主,國內有獨山子石化的TF1005和F1002B、上海石化的F280B、燕山石化的F5005A、F5005B 牌號產(chǎn)品存在熱封溫度不穩(wěn)定和析出物等問題。
表4 國內BOPP膜熱封層用料產(chǎn)品性能
表5 BOPP熱封膜企業(yè)內控標準
通過市場調研和取樣分析了解到,BOPP 膜熱封層用聚丙烯產(chǎn)品的MFR 一般在5.0-7.0g/10min 之間,熔融溫度一般在130-145℃之間,以三元共聚聚丙烯為主,單體含量根據(jù)用途不同,可以適當調整,力學性能與熱性能如表4所示。
BOPP 膜的熱封性能主要包括熱封強度和熱封溫度范圍(或初始熱封溫度),熱封強度在使用上反映的是薄膜的熱粘合牢固性,而熱封溫度范圍則反映薄膜在使用時對不同溫度的適應性。BOPP膜作為一種普遍的包裝材料,獲得了廣泛的應用,從工藝角度看,正確控制好不同使用要求的BOPP 熱封及與之相關的其它性能,是保證薄膜上機運行和良好熱封的關鍵,應具有低熱封溫度、更好的阻隔性能、高透明度、厚度均勻性等。BOPP熱封膜控制指標如下:(見表5).
目前,國產(chǎn)BOPP膜熱封層原料仍然處于摻混試用階斷,沒有進行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn),主要存在熱封溫度不穩(wěn)定、小分子析出物較多和光澤度不夠等問題。在裝置生產(chǎn)時可以選擇活性更高的催化劑和優(yōu)良的助劑體系,提高聚丙烯原料的綜合性能。隨著BOPP 薄膜企業(yè)轉向多功能薄膜產(chǎn)品的生產(chǎn),熱封膜、鐳射膜和9μm 以下的薄膜等產(chǎn)品正在擴大市場,聚丙烯原料的供應也會呈逐年上升趨勢,生產(chǎn)出更高質量的聚丙烯原料迫在眉睫。