開口爽滑劑對軟包裝的影響研究及應(yīng)用

鄒雄 李末平 李曌

（長沙銀騰塑印包裝有限公司，湖南長沙 410600）

在軟包裝材料加工中所使用的各種塑料薄膜類基材的生產(chǎn)過程中，爽滑劑與開口劑是兩種不可或缺的添加劑。本文列舉了常見開口劑及爽滑劑的成分及其作用原理，著重分析PP 膜、PE 膜生產(chǎn)過程中如何處理開口劑、爽滑劑的影響。

1 爽滑劑、開口劑成分

1.1 爽滑劑成分

目前國內(nèi)使用的爽滑劑成分主要為油酸酰胺、芥酸酰胺。

油酸酰胺（Oleic acid amide），別名油酰胺（Oleamide），又名順式9-十八碳烯酰胺（cis-9-Octadecenoamide），屬于不飽和脂肪酰胺，是一種白色結(jié)晶或顆粒狀的固體，多晶型結(jié)構(gòu)，無臭。它可以減少樹脂等在加工過程中的內(nèi)摩擦薄膜和傳送設(shè)備之間摩擦，簡化對產(chǎn)品的操作，從而增加生產(chǎn)量。用作聚乙烯、聚丙烯加工過程的潤滑劑，可以降低樹脂顆粒成型熔融黏度，改進(jìn)流動性。熔點(diǎn)為70 ℃左右，相對分子質(zhì)量：281.48。

芥酸酰胺（(Z)-docos-13-enamide）由芥酸與氨在催化劑作用下氨化、脫水而得，是一種固態(tài)的化學(xué)品，常用來制柔版、凹印油墨和紙張涂料，提供良好的防粘連性能以及改善爽滑性能。熔點(diǎn)為79—81 ℃，相對分子質(zhì)量：337.583。油酸酰胺與芥酸酰胺都屬于低分子量胺類助劑，由于分子量低，添加到塑料中，逐步遷移到產(chǎn)品表面，起到爽滑、開口的作用。

油酸酰胺的分子量顯著小于芥酸酰胺，導(dǎo)致其遷移速度顯著快于芥酸酰胺，適用于需要快速達(dá)到爽滑效果的塑料制品；油酸酰胺熔點(diǎn)低于芥酸酰胺，在夏季高溫環(huán)境下，其分解速度更快，且容易出現(xiàn)黃變。綜合性能比較，芥酸酰胺更適用于軟包裝薄膜，國內(nèi)PP、PE 膜生產(chǎn)絕大部分都是使用芥酸酰胺[1]。

助劑生產(chǎn)廠家以PE、PP 原料為載體，添加一定比例的爽滑劑制成爽滑母粒，供薄膜生產(chǎn)廠家吹膜、流延使用。

1.2 開口劑成分

開口劑成分主要為天然硅、合成硅、玻璃微珠。3 種開口劑對比如表1 所示。

表1 開口劑性能對比表

天然硅開口劑是以天然硅藻土為主要成分，未經(jīng)篩選、研磨等。因此，其粒徑大小不一且分布不均勻、表面粗糙、體積比重大、流動性差、與樹脂相容性差。添加到聚烯烴薄膜中，其開口效果良好，但會導(dǎo)致薄膜霧度明顯增加。因其成本低，也廣泛應(yīng)用于薄膜生產(chǎn)。

合成二氧化硅開口劑對比天然硅開口劑，更加有效率，有更好的光學(xué)度，是非結(jié)晶的，經(jīng)過FDA 批準(zhǔn)可直接用到食品中去，符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)；是更有效的開口劑，有更高的堆積密度，較低的開口輔助需求等同于較低的成本，分散更容易，操作更容易（較低的揚(yáng)塵），具有更好的母料加工性。

二氧化硅開口劑薄膜有效改善了“末端黃變”的現(xiàn)象，二氧化硅多孔的結(jié)構(gòu)吸附了金屬離子（如鐵離子），使其發(fā)生氧化導(dǎo)致黃變的可能性減小。二氧化硅開口劑表現(xiàn)出較大的堆積密度，更容易與樹脂混合，更便于加工操作。能夠做成濃度超過20%的母料，二氧化硅開口劑是100%人工合成的無定型二氧化硅，其不含任何硅晶體，不會形成“硅肺”，不含有機(jī)物通過FDA 認(rèn)證。二氧化硅開口劑在薄膜中應(yīng)用時(shí)加入允許客戶減少酰胺類爽滑劑的添加量，也能得到優(yōu)異的開口效果，靜/動摩擦力降低效果明顯，在薄膜中加入二氧化硅開口劑對霧度上升的影響非常小，透明度高，有效改善了“末端黃變”的現(xiàn)象。

玻璃微珠開口劑成分為具有疏松多孔結(jié)構(gòu)的類球形二氧化硅材料，具有體積比重輕、粒度分布集中、流動性好、與樹脂相容性好等特點(diǎn)。添加到聚烯烴薄膜中，開口效果優(yōu)異，透明度優(yōu)異，加工性能好，價(jià)格很貴，一般用于高端產(chǎn)品包裝薄膜。因價(jià)格問題，國內(nèi)開口劑主要以天然硅、合成硅為主。

2 爽滑劑、開口劑作用原理

2.1 爽滑劑作用原理

爽滑劑因與PP、PE 樹脂相容性很差[2]，而遷移到薄膜表面如圖1 所示，這就是摩擦系數(shù)減小的原因。爽滑劑遷移到薄膜表面的速度主要受其分子鏈的長度（反映與聚合物的相容性）和聚合物的結(jié)晶度影響；爽滑劑分子鏈越大，與聚合物相容性越好，遷移的速度就越慢，因此芥酸酰胺遷移速度比油酸酰胺慢。

圖1 爽滑劑析出示意圖

2.2 開口劑作用原理

開口劑與PP、PE 樹脂相容性也很差，但其體積、密度相對較大，不會完全析出到薄膜表面，而是鑲嵌在薄膜表面，使薄膜與薄膜之間形成凹凸不平的表面，從而形成空氣通道，起到開口效果[3]，如圖2 所示。

圖2 開口劑析出示意圖

3 開口劑、爽滑劑對包裝影響分析

3.1 開口劑對包裝物影響

在薄膜生產(chǎn)過程中，塑料薄膜在堆積及纏卷時(shí)，由于表面張力的存在，當(dāng)受壓或受熱時(shí)，容易使塑料薄膜黏結(jié)在一起，不易分離，甚至無法使用。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，通常在生產(chǎn)塑料薄膜時(shí)加入一定量的開口劑。開口劑只要確定了型號及添加比例，薄膜的開口性基本不會產(chǎn)生顯著變化；但樹脂本身的黏性、環(huán)境溫度對其也會產(chǎn)生一定的影響。樹脂黏性越高、環(huán)境溫度越高，薄膜越軟[4]，會導(dǎo)致開口劑露在薄膜表面的面積縮小甚至消失，導(dǎo)致開口性差。因此，在夏季高溫季節(jié)，塑料袋容易出現(xiàn)開口不好的問題，影響裝袋生產(chǎn)效率。

3.2 爽滑劑對包裝物影響

在薄膜生產(chǎn)過程中，有的原料是含有開口、爽滑劑的，有的原料則不含。設(shè)計(jì)配方時(shí)，需要根據(jù)粒料所含開口、爽滑劑的量，再結(jié)合薄膜所需要達(dá)到的摩擦系數(shù)水平進(jìn)行調(diào)配。爽滑劑添加量越高，摩擦系數(shù)越小，但添加過量容易導(dǎo)致析出過量，使薄膜表面形成一層粉末。爽滑劑的析出速度及數(shù)量，除了本身分子鏈長度、聚合物結(jié)晶度起主要影響作用外，實(shí)際操作過程中，還有其他影響因素，如樹脂的黏性、環(huán)境溫度。樹脂的黏性除了本身樹脂的特性外，還受到設(shè)備剪切效果、加工溫度等工藝的影響?？偨Y(jié)起來，影響爽滑劑析出的因素主要為：樹脂本身特性（主要指分子鏈長度）、設(shè)備（螺桿）剪切效果、薄膜生產(chǎn)（吹膜/流延）、加工溫度、環(huán)境溫度[5]等；具體影響情況如表2 所示。

表2 爽滑劑對包裝影響

3.3 環(huán)境對包裝物的影響

環(huán)境溫度對爽滑劑的析出影響有一定矛盾性，溫度相對越高，爽滑劑析出所具有的能量越多，析出速度越快；但溫度相對越高，樹脂的黏性越高，與爽滑劑的相容性相對越好，爽滑劑析出受到的阻力越大；且溫度達(dá)到35 ℃左右，爽滑劑分解消耗速度明顯加快[6]。當(dāng)出現(xiàn)矛盾的時(shí)候，到底哪個(gè)方向的作用更強(qiáng)呢？根據(jù)筆者在多年的實(shí)際應(yīng)用跟蹤，具體情況如下：在夏季高溫季節(jié)（車間環(huán)境溫度35—45 ℃），爽滑劑的析出速度快，但分解損耗嚴(yán)重，薄膜的爽滑性顯著變差，需要添加更多的爽滑劑及開口劑，以保證薄膜的開口爽滑性。冬季（車間溫度10 ℃以下），爽滑劑的析出速度會顯著下降，經(jīng)過一段時(shí)間后（一周左右），爽滑劑會緩慢析出；但PP、PE 薄膜后續(xù)經(jīng)過復(fù)合、熟化，會導(dǎo)致爽滑劑正常析出[7-8]。因此，大致方向是：包裝物在夏季需要更多的開口、爽滑劑，以保證其開口、爽滑效果；冬季則相反。

4 開口劑、爽滑劑實(shí)例分析

夏季高溫季節(jié)，爽滑劑雖然析出速度快，但分解損耗嚴(yán)重，如何保證薄膜的摩擦系數(shù)及開口性？冬季爽滑劑析出速度慢，如果添加量不夠，會導(dǎo)致薄膜下機(jī)，甚至3—5 天內(nèi)摩擦系數(shù)偏大；如果添加足夠，后續(xù)經(jīng)過復(fù)合、熟化后，又會導(dǎo)致爽滑劑過量起粉，該如何平衡？冬夏季節(jié)轉(zhuǎn)換，或者因薄膜庫存時(shí)間過長，導(dǎo)致跨季節(jié)生產(chǎn)，該如何處理？冬夏季節(jié)轉(zhuǎn)換，如果出現(xiàn)熟化后的半成品開口性差或者有明顯析出物，該如何挽救以減少損失？這幾個(gè)問題應(yīng)該是國內(nèi)薄膜生產(chǎn)廠商及印刷/復(fù)合包裝廠商每年都會遇到的。只是在不同的地域、因四季變換的差異導(dǎo)致問題的嚴(yán)重程度有所不同而已。

5 解決方案

針對這幾個(gè)問題，有以下改善措施：

（1）流延/吹膜配方，用爽滑型的開口劑，再略微添加少量純爽滑劑，既保證薄膜合適的開口爽滑效果，又不會有多余的爽滑劑析出，但配方成本會上升。

（2）流延薄膜下機(jī)后（冬季），薄膜先在40 ℃左右的熟化室熟化12 h 左右，再分切。這樣可保證薄膜在使用時(shí)有合適的開口爽滑效果。

（3）根據(jù)環(huán)境氣溫，需要對配方進(jìn)行冬夏轉(zhuǎn)換。夏季配方，可在中間層補(bǔ)充少量純爽滑劑，以補(bǔ)充因高溫消耗掉的爽滑劑。

（4）流延/吹膜生產(chǎn)時(shí)，收卷張力盡量降低，以保證卷表、卷心爽滑效果基本一致。

（5）冬/春、秋/冬轉(zhuǎn)換季節(jié)，盡量控制薄膜庫存時(shí)間（一周內(nèi)使用）。

（6）如果出現(xiàn)熟化后的半成品開口性差，如果在夏季出現(xiàn)，可將半成品在空調(diào)房放置1—2 天，再根據(jù)實(shí)際情況判斷。如果是冬季，則可在熟化室放置1—2 天。如果放置之后依然無法達(dá)到要求，則可考慮用淋膜機(jī)過一層開口劑（必須控制好均勻程度）。如果出現(xiàn)爽滑劑析出過多，可延長熟化時(shí)間1—2 天；如果還不夠，則可考慮用淋膜機(jī)過一遍酒精（必須控制好均勻程度）。

上述改善措施，如果能全部執(zhí)行到位，問題基本可以解決。但是迫于成本壓力，很多廠家無法執(zhí)行第一條改善措施，甚至連第二條改善措施都無法實(shí)施，以致問題頻繁出現(xiàn)。

6 結(jié)語

本文敘述了開口劑及爽滑劑的作用機(jī)理，以及其對軟包裝的影響；并且對因開口劑及爽滑劑使用造成的軟包裝問題提供了改善方案。但因設(shè)備、環(huán)境、原料等不一樣，問題的表現(xiàn)會有所不同，解決問題的方法需要根據(jù)實(shí)際情況而定。