BOPP專用料對(duì)薄膜的性能影響研究

方文彬

(貴州金田新材料科技有限公司，貴州 黔南 550600)

0 引言

BOPP薄膜的主要原料聚丙烯（PP）是五種最常用合成樹脂之一[1]，優(yōu)異的熱塑性讓PP具備了很好的可加工性，從而使得BOPP薄膜作為包裝材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，成為名副其實(shí)的“包裝皇后”[2～3]。然而，最初的BOPP薄膜主要聚丙烯和少量添加劑經(jīng)過熔融拉伸制得，存在著表面能低，力學(xué)性能一般，光學(xué)性能不好等缺點(diǎn)，被極大的限制了其應(yīng)用途徑[4～6]。為了解決這些問題，國內(nèi)外眾多學(xué)者研究了爽滑添加劑和抗粘連添加劑等對(duì)BOPP薄膜產(chǎn)品性能的影響，同時(shí)也開展了BOPP薄膜生產(chǎn)工藝條件（比如電暈等）對(duì)產(chǎn)品性能的影響研究，研究成果有效提高了BOPP薄膜的表面張力、力學(xué)性能和可加工性等[7]。隨著下游產(chǎn)品對(duì)BOPP薄膜性能需求的進(jìn)一步提高，為了更便捷的制備BOPP薄膜和更好的性能，國內(nèi)外廠家又競相研發(fā)了BOPP薄膜專用料[8]，主要研究了專用料自身的MFR、分子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能等[9～10]，卻鮮有BOPP專用料對(duì)薄膜產(chǎn)品性能具體影響的研究，所以本文選取HP425J專用料和T36F專用聚丙烯兩種BOPP母料制備成BOPP薄膜，并對(duì)薄膜產(chǎn)品的力學(xué)性能、表面張力和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料及設(shè)備

BOPP專用聚丙烯樹脂：T36F，分子質(zhì)量分布4.8，中國石油化工股份有限公司茂名分公司。BOPP專用料：HP425J，分子質(zhì)量分布6.7，韓國PMC公司。生產(chǎn)設(shè)備采用法國CELLER雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線。

1.2 BOPP薄膜的制備

采用成熟的BOPP薄膜生產(chǎn)工藝，將BOPP專用料吸入擠出機(jī)熔化，進(jìn)行三層共擠，再分別經(jīng)過縱向和橫向拉伸，最后進(jìn)行測(cè)厚、切邊和電暈處理即可制得BOPP薄膜，厚度20 μm。以BOPP專用聚丙烯樹脂制備的薄膜編號(hào)為1#，以BOPP專用料制備的薄膜編號(hào)為2#。

1.3 性能測(cè)試方法

BOPP 薄膜的力學(xué)性能采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)表征，根據(jù)GB/T 1040.3—2006標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件對(duì) BOPP 薄膜進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)試3次，取平均值。BOPP薄膜的表面張力采用德國Kruss公司生產(chǎn)的表面張力儀測(cè)試獲得。BOPP 薄膜的光學(xué)性能根據(jù)GB/T 2410—2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，采用上海晶科股份有限公司生產(chǎn)的WGT-S用可見光在 633 nm 處測(cè)試BOPP 薄膜的透光率和霧度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 BOPP專用料對(duì)薄膜力學(xué)性能的影響

為了研究BOPP專用聚丙烯樹脂和BOPP專用料對(duì)BOPP薄膜力學(xué)性能的影響程度，采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)1#和2#BOPP薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率進(jìn)行了測(cè)試，薄膜樣品尺寸為長度100 mm，寬度10 mm，厚度20 μm，每個(gè)樣品測(cè)試3次，取平均值，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 不同原料制備的BOPP薄膜的力學(xué)性能

從表1可知，與聚丙烯樹脂制備的BOPP薄膜相比，專用料制備的BOPP薄膜的縱向拉伸強(qiáng)度提高了25 MPa，縱向斷裂伸長率增加了13%；橫向拉伸強(qiáng)度提高了43 MPa，橫向斷裂伸長率增加了9%。因此，使用專用料比聚丙烯樹脂制備的BOPP薄膜力學(xué)性能更好。這是因?yàn)锽OPP專用料比聚丙烯樹脂的分子量分布更寬，其中高分子組分可以提高BOPP熔體的強(qiáng)度，而小分子組分則可以對(duì)高分子起到增塑作用，進(jìn)而提高熔體總體結(jié)晶速率以提升BOPP薄膜產(chǎn)品結(jié)晶度，從而提高BOPP薄膜彈性模量，最終導(dǎo)致BOPP薄膜力學(xué)性能提升。仔細(xì)對(duì)比BOPP薄膜在縱向、橫向上的拉伸強(qiáng)度，無論是1#還是2#，橫向拉伸強(qiáng)度總是比縱向拉伸強(qiáng)度高出65%以上，這是由于晶體材料的力學(xué)取向性引起的，顯然，BOPP薄膜在橫向上具有更好的拉伸強(qiáng)度。在斷裂伸長率上，卻是縱向的比橫向的高，意味著BOPP薄膜在縱向上可以承受更大的形變，這對(duì)BOPP薄膜產(chǎn)品的使用具有重要指導(dǎo)意義。

2.2 BOPP專用料對(duì)薄膜表面張力的影響

為了考察BOPP專用料對(duì)BOPP薄膜產(chǎn)品表面張力的影響，分別采用BOPP專用聚丙烯樹脂和BOPP專用料制備了20 μm厚度的BOPP薄膜，利用表面張力儀測(cè)試了BOPP薄膜表面張力在45天存儲(chǔ)期內(nèi)的變化，每次選取3個(gè)不同點(diǎn)測(cè)試，以其平均值表示表面張力結(jié)果，如圖1所示。

從圖1可以看出，BOPP專用料薄膜的表面張力在45天存儲(chǔ)期內(nèi)的變化趨勢(shì)與專用聚丙烯BOPP薄膜類似，總體呈現(xiàn)出表面張力先快速下降然后趨于平穩(wěn)的走勢(shì)。隨著存儲(chǔ)時(shí)間變長，BOPP專用料薄膜的表面張力逐漸下降，尤其在7天之內(nèi)下降很快，在30天后達(dá)到穩(wěn)定。這主要是因?yàn)楦邏弘姇炦^程破壞了BOPP母料的力學(xué)取向性，引起了BOPP薄膜產(chǎn)品內(nèi)的應(yīng)力松弛速度下降，導(dǎo)致產(chǎn)品下線的前幾天表面張力下降速度較快，而經(jīng)過一段時(shí)間后，薄膜內(nèi)的極性基團(tuán)會(huì)緩慢的遷移到BOPP薄膜表面以彌補(bǔ)損失的自由基團(tuán)，達(dá)到一種微弱的平衡，所以體現(xiàn)為表面張力平穩(wěn)。

仔細(xì)觀察圖1還可以發(fā)現(xiàn)BOPP專用料薄膜的表面張力不僅在下線時(shí)比專用聚丙烯BOPP薄膜高，而且隨著存儲(chǔ)時(shí)間變長， BOPP專用料薄膜的表面張力一直比專用聚丙烯BOPP薄膜高。BOPP專用料的分子量分布比較寬，分子長鏈和短鏈都大量存在，更有利于BOPP薄膜內(nèi)極性基團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，使得極性基團(tuán)能夠較快的從內(nèi)部補(bǔ)充到表面，從而能長時(shí)間維持較高的表面張力，因此比專用聚丙烯BOPP薄膜的表面張力更高。綜上分析可知，BOPP專用料可以有效提高薄膜的表面張力，有利于薄膜產(chǎn)品的印刷。

2.3 BOPP專用料對(duì)薄膜霧度和透光率的影響

BOPP專用料的相對(duì)分子質(zhì)量分布對(duì)薄膜的綜合性能有重要影響，因此定量研究了不同分子質(zhì)量分布的BOPP母料對(duì)薄膜光學(xué)性能的影響。首先分別采用BOPP專用聚丙烯樹脂和BOPP專用料制備了薄膜樣品，然后根據(jù)GB/T 2410—2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)薄膜的透光率和霧度進(jìn)行了測(cè)試，最后得到結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，BOPP專用料薄膜的透光率高達(dá)97.7%，比專用聚丙烯BOPP薄膜高出2.6%；BOPP專用料薄膜的霧度僅有0.7%，比專用聚丙烯BOPP薄膜下降0.5%，顯然，BOPP專用料薄膜的綜合光學(xué)性能優(yōu)于專用聚丙烯BOPP薄膜。這是因?yàn)锽OPP專用料的質(zhì)量分布廣，長鏈與短鏈互相配合，引起其熔體流動(dòng)速率的增大，不僅提高了材料的延展性，還有利于提升加工過程中塑化的均勻性，因此BOPP專用料制備的薄膜均勻性更好，透光率更高，霧度更低。研究結(jié)果表明，選擇質(zhì)量分布更廣的BOPP專用料可以獲得更均勻的BOPP薄膜，有利于提高透光率和降低霧度。

3 結(jié)論

本文選取分子量分布相差較大的HP425J專用料和T36F專用聚丙烯兩種BOPP母料，利用三層共擠方式分別制備了BOPP薄膜，并對(duì)兩種薄膜產(chǎn)品的力學(xué)性能、表面張力和光學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。研究了BOPP專用料對(duì)薄膜產(chǎn)品性能的影響規(guī)律，得出如下結(jié)論：

(1) BOPP專用料比聚丙烯樹脂的分子量分布更寬，可以提升BOPP薄膜產(chǎn)品結(jié)晶度，從而提高BOPP薄膜彈性模量，有效增大了拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，所以BOPP專用料薄膜力學(xué)性能更好。

(2) BOPP專用料薄膜的表面張力在每個(gè)儲(chǔ)存時(shí)間都比專用聚丙烯BOPP薄膜高，且具有更長的表面張力松弛時(shí)間，BOPP專用料可以有效提高薄膜產(chǎn)品的表面張力

(3) BOPP專用料薄膜的透光率比專用聚丙烯BOPP薄膜高出2.6%，霧度下降0.5%，綜合光學(xué)性能優(yōu)于專用聚丙烯BOPP薄膜。選擇質(zhì)量分布更廣的BOPP專用料可以獲得更均勻的BOPP薄膜，有利于提高透光率和降低霧度。