CPP低温热封膜的研制

张莉琼 熊立贵 赵素芬 涂志刚* 刘平

(1.中山火炬职业技术学院包装印刷系,广东 中山, 528436;2.华南理工大学材料科学研究所,广东 广州,510640)

CPP(流延聚丙烯)热封膜具有透明度高、力学性能好、热封强度高的特点,在包装行业中应用广泛。但是在低温时容易发脆,韧性变差,限制了其在低温条件下的使用。国内针对CPP热封膜的低温改性一直是研究热点,如使用聚烯烃弹性体对其进行共混改性,可降低薄膜雾度,提高透明度,期望能替代目前低温冷藏中使用的透明度差的聚乙烯薄膜。但弹性体存在发黏、发涩的问题,使得薄膜力学强度降低,摩擦系数增大[1-2]。

下面在CPP热封膜制备过程中添加自制爽滑母料,生产出来的薄膜同时具备高表面张力、较低摩擦系数、较好的力学性能,在存储期30 d内薄膜的综合性能稳定。

1 试验部分

1.1 主要原料

聚丙烯均聚物,FC-801,中国石化上海石油化工股份有限公司;聚丙烯共聚物,H531PL,新加坡聚烯烃公司;爽滑母料,自制。其中自制爽滑母料载体为聚丙烯均聚物,使用双螺杆挤出机造粒而成,含有质量分数10%高纯度无毒的芥酸酰胺,水质量分数不大于0.06%,熔体流动速率(230 ℃,2.16 kg)5～7 g/10 min,添加到薄膜的芯层。

1.2 基本配方及试样制备

基本配方以质量份计。热封层(A层):共聚聚丙烯树脂95.0～97.0份,助剂3.0～5.0份;芯层(B层):均聚聚丙烯树脂97.0份,助剂3.0份;电晕层(C层):均聚聚丙烯树脂96.0份,助剂4.0份。

试样制备:采用A，B，C三层共挤流延法制备 CPP热封薄膜。

工艺流程:CPP树脂和其他助剂→计量→挤出塑化→分流器→模头→流延冷却成型→测厚→电晕处理→修边→收卷→成品经48 h常温时效处理→分切→检验→CPP热封膜。

1.3 性能测试

表面张力参照GB/T 14216—2008测试;摩擦系数参照GB 10006—1988测试;透光率/雾度参照GB/T 2410—2008测试;力学性能参照GB/T 13022—1991测试;光泽度参照ASTM D523—1989(1999)测试;热收缩率参照GB/T 12027—2004测试;热封强度参照QB/T 2358—1998测试。

2 结果与讨论

2.1 存储时间对CPP热封膜表面张力的影响

在配方中添加自制的爽滑母料,制备3层结构25 μm厚的CPP热封膜,跟踪CPP热封膜下线后存储30 d内的表面张力变化,结果如图1所示。

从图1可以看出,CPP热封膜刚下线时表面张力达到峰值46 mN/m,在之后跟踪的30 d内随着时间的推移开始下降,第30 d时为38 mN/m,可见在存储期30 d内,CPP热封膜能满足印刷、涂布等二次加工所需表面张力大于38 mN/m的要求。

图1 CPP热封膜表面张力与时间关系

CPP热封薄膜在加工过程中,存在外来拉力导致取向上的力学性能明显增加,在急剧骤冷的条件下,CPP熔体的黏度较高,内应力不能很快松驰,通常在下线3 d后开始松驰,同时薄膜性质发生变化。由图1可见,3 d后薄膜的表面张力下降幅度明显大于前3 d。研究中通过使用自制的爽滑母料中含有质量分数10%高纯度无毒的芥酸酰胺,具有爽滑和抗黏作用,在存储期内能从薄膜芯层迁移到薄膜表面,一定程度上缓解了表面张力的下降。其原因是芥酸酰胺的润滑性使聚丙烯大分子链或链段之间运动的流动性得以增加,薄膜表面能在较长时间内维持较高的表面张力。

2.2 存储时间对CPP热封膜摩擦系数影响

在配方中添加自制的爽滑母料,制备3层结构25 μm厚的CPP热封膜,跟踪CPP热封膜下线后30 d内电晕面和非电晕面的摩擦系数,结果如图2所示。

图2 CPP热封膜30 d内摩擦系数变化

电晕面是由于薄膜表面的高分子链通过电子击穿、空气氧化等方式强制断裂,形成局部区域的极性效果,其薄膜表层的不均匀性导致薄膜内层的各类助剂迁移到薄膜表面后分散不均,通常情况下放置一段时间后电晕面的摩擦系数明显增加,摩擦系数的稳定性能受到损害。从图2可以看出,添加自制爽滑母料后,跟踪21 d后电晕面的摩擦系数仍能稳定在0.6以下,30 d时降至0.5,可见自制爽滑母料能有效保证CPP热封膜摩擦系数的稳定。从图2还可以看出,CPP热封膜刚下线时非电晕面的摩擦系数为0.3,之后开始下降,在跟踪期内稳定在0.1～0.2。

2.3 存储时间对CPP热封膜拉伸强度影响

在配方中添加自制的爽滑母料,制备3层结构25 μm厚的CPP热封膜,跟踪CPP薄膜下线后30 d内的拉伸强度,结果如图3所示。

图3 CPP热封膜30 d内拉伸强度变化

从图3可以看出,随着存储时间的增加,CPP热封膜的拉伸强度持续增大,其中在刚下线的前3 d内变化幅度最大,放置30 d后薄膜纵向拉伸强度达到60 MPa,横向拉伸强度达到27 MPa。这是由于薄膜在刚下线时,薄膜内沿外来拉力拉伸方向高分子链及链段呈取向拉直状态,产生内应力,下线3 d后内应力开始松驰,高分子链及链段发生回缩或者纠缠,拉直状态遭到破坏,薄膜横、纵向拉伸强度的变化幅度波动明显;随着放置时间的增加,部分高分子链及链段在环境的作用下随内应力的变化又回归平衡状态,故拉伸强度较之下线前3 d平缓增大,在21～30 d内增幅不大,趋于平稳。

2.4 CPP热封膜的综合性能

将厚度25 μm的CPP热封膜放置30 d时与GB/T 27740—2011的综合性能进行比对,结果如表1所示。

表1 爽滑母料对CPP热封膜综合性能影响

从表1可见,使用自制爽滑母料制备的CPP热封膜在存储期内具有高表面张力、低摩擦系数、力学性能较好且满足国家标准的同时,初始热封温度、热封强度和光学性能均优于国家标准,产品综合性能稳定。

3 结论

a) 使用自制爽滑母料制备的 CPP热封薄膜在存储30 d时表面张力大于38 mN/m,非电晕面的摩擦系数跟踪期内稳定在0.1～0.2,电晕面的摩擦系数稳定在0.5。

b) 随着存储时间的增加,CPP热封薄膜的拉伸强度持续增大,放置30 d后薄膜纵向拉伸强度达到60 MPa,横向拉伸强度达到27 MPa,均高于国家标准。

c) 使用自制爽滑母料制备的 CPP热封薄膜在存储期30 d时,其初始热封温度、热封强度和光学性能均优于国家标准,综合性能稳定。

[1] 廖德金,段宁宁,林渊智,等. CPP热封薄膜低温热封层性能研究[J].中国塑料,2015,29(8):77-81.

[2] 滕树玲. CPP流延膜的选材及优化方案[J].化工新型材料,2013,41(8):190-191.