茂金属聚乙烯薄膜料性能对比分析*

王 海，刘小燕，张 鹏，李 忠

(中国石油兰州化工研究中心，甘肃兰州 730060)



茂金属聚乙烯薄膜料性能对比分析*

王 海，刘小燕，张 鹏，李 忠

(中国石油兰州化工研究中心，甘肃兰州 730060)

通过对茂金属聚乙烯薄膜鱼眼、雾度、透光率及力学性能进行分析，考察熔融指数为3.5g/10min、密度为0.918cm3/g三种茂金属聚乙烯薄膜料mPE-1、mPE-2、mPE-3性能存在的差异。结果表明：mPE-1薄膜的鱼眼明显多于mPE-2及mPE-3，但屈服强度及断裂伸长率较高；mPE-3薄膜的雾度较高，透光性能较差。

茂金属聚乙烯，薄膜，力学性能，测试

茂金属聚乙烯(mPE)是目前茂金属催化剂应用最大的方向，也是茂金属烯烃聚合物的开发热点和发展最快的品种[1]。薄膜是茂金属聚乙烯最主要的应用领域，用茂金属聚乙烯生产的薄膜具有的优点[2-4]：(1)韧性好，拉伸强度、抗冲击性能及耐穿刺性较好；(2)光学性能好，制备透光率高；(3)气味少；(4)初始热封温度低，热黏结强度高，适用高速包装线。

国内茂金属聚乙烯薄膜的开发和生产已取得一定进展，但与国外公司的差距还很大。本文通过对国内外茂金属聚乙烯薄膜鱼眼、雾度、透光率以及力学性能进行测试，并对存在的差异进行分析，找出存在的技术不足，为下一步茂金属聚乙烯薄膜专用料的开发提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 原料

茂金属聚乙烯薄膜料(mPE-1)，国内生产；茂金属聚乙烯薄膜料(mPE-2)，进口催化剂国内生产；茂金属聚乙烯薄膜料(mPE-3)，国外工业级产品；熔融指数为3.5g/10min，密度为0.918cm3/g。

1.2 仪器与设备

ME-V3流延机，OCS公司；3343型单纤维强度测试仪，Instron公司；5226型雾度仪，意大利Ceast 公司。

1.3 测试标准

拉伸性能按ASTM D882-1986测定；透光率、雾度按GB/T 2410-2008测定；鱼眼按照GB/T 15182-94测定。

2 结果与讨论

2.1 茂金属聚乙烯鱼眼分析

鱼眼是聚乙烯在生产或加工过程中，由于分子链在高温、微量氧和机械运动等作用下产生长支链支化或分子链之间发生交联，从而在聚乙烯树脂的薄膜中出现0.5μm～20μm的微观凝胶，这些微观凝胶在树脂的加工温度下不熔化，在成品膜中以不透明的晶点存在[5]。

按照鱼眼测试方法，裁剪19.0cm×20.0cm尺寸的试样，共取4片，观察大于或等于0.8mm的鱼眼，记为0.8mm；小于0.8mm，大于或等于0.4mm的鱼眼，记为0.4mm；分别累计测量过的4片薄膜试样中的0.4mm和0.8mm的鱼眼总数即为薄膜的鱼眼数。不同mPE鱼眼测试结果如表1所示。

表1 茂金属聚乙烯薄膜鱼眼测试

茂金属聚乙烯(mPE)鱼眼的形态基本相同，主要成分均为PE，并有多个无机物的核无规则的分散在里面[6]。从表1可发现，mPE-3鱼眼总数明显低于mPE-1和mPE-2，说明mPE-1和mPE-2分子量分布不均，存在高分子量mPE。高分子量mPE可以在聚合、造粒或流延膜过程中产生。聚合过程中，活性中心分布不匀或局部活性过高都可能产生高分子量产物；而在造粒或流延膜过程中由于热氧化等原因，可能发生交联从而形成高分子量mPE。

2.2 茂金属聚乙烯薄膜雾度及透光率分析

雾度和透光率是条件试验参数[7]，对于科研开发、生产加工、质量检验以及材料选择具有重要的意义。一般来讲，透光率与雾度之间成反比关系，即透光率高的材料，其雾度低；反之亦然。影响雾度和透光率测定的因素很多，涉及样品制备、试样表面状态等。三种mPE薄膜在同等条件进行雾度和透光率测试，测试结果如表2所示。

表2 mPE薄膜雾度及透光率测试

从表2可发现，mPE-3的雾度明显高于mPE-1和mPE-2，这可能是由于mPE-3是工业级产品，在造粒过程中添加其他添加剂以改善相应性能，从而造成雾度偏大的原因。mPE-1的雾度略高于mPE-2，透光性略差。由于影响雾度的因素很多，并且雾度在实际应用中以共混体系为主，因为单组分体系薄膜的雾度在其薄膜厚度变薄时满足不了市场需要。

2.3 茂金属聚乙烯薄膜力学性能测试

三种茂金属聚乙烯薄膜的力学性能测试如表3所示。从表3可发现，mPE-1薄膜屈服强度明显大于mPE-2和mPE-3，说明mPE-1支化度低，结晶度高，相对晶片厚度大；但其断裂强度略低于mPE-2，说明其高分子组分含量低。同样由于mPE-1支化度低，分子链容易折叠生成较厚的晶片，当受力拉伸时，折叠的分子链伸直后分子链间滑移要大于mPE-2，因此其断裂伸长率高于mPE-2。mPE-2和mPE-3也产生同样的分析结果。

分子结构的差异造成mPE-1、mPE-2、mPE-3结晶性能的差异，最终影响其制品的性能。与mPE-2及mPE-3相比，mPE-1制备的薄膜在刚度和挺度之间具有更好的平衡性。

表3 mPE薄膜力学性能测试

3 结论

(1) mPE-1的鱼眼数量明显多于后两种薄膜，这主要是由于催化剂局部活性过高造成。

(2) mPE-3的雾度较高，透光性较差，这是由于mPE-3属于工业级产品，在造粒的过程中为了提高或是降低某种性能而额外添加助剂造成。

(3) mPE-1的薄膜屈服强度、断裂伸长率较高，这是由于分子结构的差异造成的；mPE-1薄膜在刚度及挺度之间具有较好的平衡性。

[1] Williams K. Plast Rubber Proc. Appl.，1998，27(1)：30.

[2] Barry C，Trudell. Maekers and applications for metallocene LLDPE(mLLDPE) [EB/OL].[2014-08-27] http：∥www/univation.com.

[3] 王浩水.气相法mPE的性能剖析[J].合成树脂与塑料，2002，19(4)：10-15.

[4] Frederic Alarcon，Patrock Leaney. Innovena-metallocene technology unlocking the future[C]∥Metallocene technology Conference. Houston：[s.n]，2001：17-18.

[5] 刁春森. LLDPE装置DFDA-7042树脂中凝胶形成的原因及对策[J].齐鲁石油化工，1998，26(2)：103-105.

[6] 刘伟，任强，孙春燕，等. 2003全国高分子学术论文报告会论文集，2003(B)：196-197.

[7] 尹燕平.双向拉伸塑料薄膜[M].北京：化学工业出版社，1999.

Comparative Study on the Properties of Metallocene Polyethylene Film

WANG Hai，LIU Xiao-yan，ZHANG Peng，LI Zhong

(Lanzhou Petrochemical Research Center，Lanzhou 730060，Gansu，China)

Three kinds of metallocene polyethylene film materials which have same melt index 3.5g/10min，density of 0.918cm3/g but having some performance differences . The fish eyes，film haze，light transmittance and mechanical properties of the three kinds of metallocene polyethylene were analyzed. The results showed that the fish eyes of mPE-1 thin films was higher than mPE-2 and mPE-3 samples，but the yield strength and elongation at break were still higher than mPE-2 and mPE-3 samples. mPE-3 sample had higher film haze，so having poor light transmission performance .

metallocene polyethylene，film，mechanical property，analysis

中石油科技管理部项目(2011A-2104)

TQ 325