涂层厚度与共聚物组分对热封型BOPP薄膜性能的影响

2015-02-15杜杰黄宏存

橡塑技术与装备 2015年18期

关键词：共聚物聚丙烯摩擦系数

杜杰，黄宏存

（1.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228；2.海南赛诺实业有限公司，海南海口 570228）

涂层厚度与共聚物组分对热封型BOPP薄膜性能的影响

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

杜杰1*，黄宏存2

（1.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228；2.海南赛诺实业有限公司，海南海口 570228）

超高热封强度BOPP薄膜是一种综合性能优异的新型环保型软塑包装材料。本项目旨在从表面涂层厚度、不同聚丙烯共聚物、添加剂种类等几个方面系统研究热封材料的组成和结构对薄膜热封强度的影响规律；研究热封强度随厚度的变化规律，研究厚度变化对薄膜结构的影响机制及其对性能的作用机理；并且检测了表面涂层厚度不同（中间层BOPP薄膜厚度一致）的BOPP薄膜的各种性能指标，如热封强度随温度变化，静摩擦系数，动摩擦系数，雾度，并得出它们随表面涂层厚度的变化规律。

热封型BOPP薄膜；热封强度；温度；厚度

双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜具有高光泽、高挺度、阻气性好，抗冲强度高等特点，是一种性能优良的高透明包装材料。1-8目前，热封型BOPP薄膜的热封强度低于市场上大量使用的复合膜和涂布膜的热封强度。9-15要实现以单层环保薄膜代替多层复合膜和涂布膜等热封材料，必须通过薄膜材料微结构与功能关系的研究，进一步提高其热封强度。

本文从表面涂层厚度、共聚物组分、添加剂种类等几个方面系统研究热封材料的组成和结构对薄膜性能的影响规律，建立材料组成与功能之间关系。

1 实验部分

（1）热封强度随温度变化规律。本次实验检测的薄膜有3层（以A，B，C代替），其中A，C面涂布有不同涂料，A面为聚乙烯醇，C面为丙烯酸，B面为BOPP薄膜，分别检测了A/A，A/C，C/C热封强度。图1、图2、图3分别是表面涂层厚度不同情况下A/A，A/C， C/C热封强度随温度变化规律。可以看出，相同的热封温度下，热封强度是随着表面涂层厚度增大而增大的。

（2）摩擦系数随厚度变化规律。静摩擦系数、动摩擦系数与厚度的关系图（I表示内表面，为前面所提到的薄膜C面，而O表示外表面，为薄膜A面，金为金属表面）分别如图4、图5所示。I/I， O/O， I/金O/金四种接触方式下，厚度对静摩擦系数与动摩擦系数的影响不大。

（3）雾度随厚度变化规律。雾度与表面涂层厚度关系如图6所示，雾度随表面涂层厚度的增加呈现很明显的上升趋势。

（4）不同聚丙烯共聚物对热封强度的影响。作为三层共挤的烟膜，其表层主要成份是具有自粘合的聚丙烯共聚物，目前国内外常用的BOPP热封材料主要有聚丙烯无规二元共聚物（乙烯/丙烯共聚物），无规三元共聚物（丙烯/乙烯/丁烯共聚物），以及混合物（三元共聚物与丁烯的混合物），这三种热封材料各具特点，它们对烟膜的热封性能具有不同的影响。

分析与比较：由于无规二元共聚物、无规三元共聚物和混合物三种热封材料的熔点依次为135 ℃、 125℃、和115 ℃，呈逐步降低的趋势，因而它们的初始热封温度分别由高降至低，依次为115 ℃、105 ℃和100 ℃ （以2.0 N/mm作为最低热封线），由图7可以看出，这三种材料的热封范围分别为：无规二元共聚物（115～150 ℃）＜三元共聚物（105～150 ℃）＜混合物（100～150 ℃）。

图1 不同表面涂层厚度下A/A热封强度随温度变化规律

图2 不同表面涂层厚度下A/C热封强度随温度变化规律

图3 不同表面涂层厚度下C/C热封强度随温度变化规律

图4 静摩擦系数与厚度关系图

图5 动摩擦系数与厚度关系图

图6 雾度与厚度关系图

图7 不同聚丙烯共聚物对热封强度的影响

从无规共聚物到混合物，由于多相的存在以及乙烯含量的增加，薄膜的热封范围逐步增加，因此，在配方设计时应考率不同的包装速度选用不同的热封材料，例如，条合包装和速度小于400包/min的小包烟膜选用聚丙烯无规二元共聚物较为合适，而速度大于400包/分钟的烟膜应选用三元共聚物或低温混合物。

值得注意的是，为使薄膜在加工时不产生粘辊现象，用于热封的聚丙烯树脂必须具有低的热封温度和高的熔点，这是热封材料发展的一个新趋势。

（5）添加剂对热封强度的影响。BOPP烟膜所用的添加剂主要有抗静电剂、增滑剂、抗粘剂和增挺剂，现以不同配方的22 ☒m烟膜为例探讨各种添加剂对烟膜热封性能的影响。

我们发现，表层抗粘剂对薄膜的热封性能没有影响，表层超级增滑剂硅酮对热封性能影响也影响不大，但加于芯层的增滑剂和抗静电剂由于在时效处理期间迁移至表层后形成了增滑/抗静电界面，因而导致了薄膜的初始热封温度升高、热封范围变窄和热封强度降低。

与增滑剂和抗静电剂相反，芯层的石油树脂增挺剂由于熔点低且自身具有一定的热粘性，故大幅度改善了薄膜的热封性能，其初始热封温度明显降低，热封范围变宽，但应注意，过量的加入会影响薄膜的热滑动性能。

2 实验结论

在薄膜表面涂层厚度一致的情况下，A/A，C/C面热封的热封强度随温度升高而变大，A/A面是增大的幅度逐渐减小，而C/C面增大的幅度比A/A小很多但是C/C面热封的热封强度始终比A/A面热封时要高而A/C面热封强度在120 ℃以后会略微降低。而A/A A/C，C/C热封时热封强度随厚度变化规律可以看出表面涂层厚度增大，热封强度也随之增大。

随着薄膜表面涂层厚度增大，从I/I，O/O，I/金O/金四种接触方式动摩擦系数和静摩擦系数的整体走势来看，表面涂层的厚度对摩擦系数的影响不大，之后的动摩擦系数和静摩擦系数随薄膜表面涂层厚度变化图可以看出两条曲线几乎同时上升和下降，说明摩擦系数随厚度变化图中图线的波动是由于各种薄膜表面平整度的差异导致的。因此可以得出表面涂层的厚度对摩擦系数的影响不大这一结论。雾度与厚度的关系图呈现很明显的上升趋势，可以看出厚度对雾度影响很大。

从无规共聚物到混合物，由于多相的存在以及乙烯含量的增加，薄膜的热封范围逐步增加，因此在配方设计时应考虑不同的包装速度选用不同的热封材料在热封层厚度不变时，薄膜越厚，则在相同热封温度下热封强度越小。BOPP烟膜所用的添加剂对烟膜热封性能的影响有所差别。

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