聚丙烯镀铝流延膜电晕层专用料的开发与应用

2021-11-16杨来琴

塑料包装 2021年5期

杨来琴

（中石化宁波新材料研究院有限公司）

0. 前言

随着人类健康环保要求日益高涨，终端消费者对产品包装的要求也越来越高，要求包装具有更好的透明可视性，同时，出于食品保鲜、保香、安全性考虑，对包装材料阻隔要求越来越高。品质良好及复合结构、外观结构设计合理的包装是保持被包装物品质、延长保质期的重要保障之一。在流延聚丙烯（CPP）薄膜电晕层表面采用真空镀铝工艺，使之附着一层极薄且分布均匀的铝层，可以极大提高薄膜阻隔性，同时还赋予薄膜金属光泽外观、防潮、阻光等性能，CPP 镀铝薄膜优越的性能使其获得市场认可，应用越来越广泛，产业迅速发展。

我国CPP 镀铝基材膜使用的原料特别是电晕层料几乎依赖进口。由于供应量、价格、运输周期、汇率波动等因素，国外原料无法满足快速发展的CPP 镀铝膜产业需求，因此制约着国内高档次膜包装材料的开发[1]。因此，研究和开发具有高透明度、极少外观瑕疵点、镀铝层附着力高的电晕层专用料，具有重要意义。

镇海炼化不断摸索CPP 镀铝基材膜应用范畴，成功研制开发了真空镀铝级CPP 膜电晕层专用料F08EM，并实现了工业化生产。经膜企应用，F08EM 的品质可以与进口专用料相媲美，具有很大的推广应用价值。

1. CPP 镀铝基材膜电晕层专用料的开发

真空镀铝工艺是在真空状态下，将铝金属加热熔融至蒸发，铝原子凝结在CPP 镀铝基材膜的电晕层表面，形成极薄的铝层。CPP 镀铝基材膜的电晕层，也称为镀铝层。PP 是非极性聚合物，比表面自由能低，铝层不易附着在表面上。因此，CPP 薄膜在镀铝前，通常采用电晕处理提高镀铝层表面张力，电晕处理产生极性基团，导致分子间作用力增强[2]，从而提高铝层附着力。

1.1 CPP 镀铝基材膜的要求和加工工艺

为使铝层能更均匀地附着在CPP 镀铝基材膜电晕层表面，要求薄膜有较好的耐热变形性；厚薄度偏差小；表面晶点、白点和瑕疵点要求应高于BB/T 0030-2019《包装用镀铝薄膜》要求。

电晕层经电晕处理后的初始表面张力以40～48 mN/m 为佳；如果太高，薄膜表面易冲击出花纹，外观差；太低时，表面张力消退太快。CPP 电晕后提高的表面张力会迅速消退，主要原因之一是PP 分子链的内旋转使极性基团转向膜内[3]。

1.2 电晕层专用料的要求

根据上述要求，所选用的PP 原料应该符合如下几点：分子量分布不太宽，熔体流动速率适当一般6～10 g/10min 之间[4]；分子结构应适合流延法加工；应采用适中软化点的添加剂。

2. 电晕层用聚丙烯基础树脂设计

CPP 镀铝基材膜由于其特殊的加工工艺，决定了在电晕层基础树脂开发过程中必须考虑其综合性能，注重产品加工性能和使用性能之间的平衡。

基础树脂应具有较好流动性好，相对分子质量适中，同时有优良的挤出特性，适合于高速生产线。生产的薄膜易镀铝，铝层附着力高。

镇海炼化Ⅰ套聚丙烯装置采用中国石化第二代环管工艺，适用于生产无规共聚丙烯树脂。

采用齐格勒－纳塔高效催化剂作为主催化剂体系，不仅具有高活性和高定向能力，还能够控制粒子形态和乙烯单体准确进入分子链，通过控制键合乙烯含量，改进聚丙烯分子链的结构，生产有一定抗冲性能的二元无规共聚聚丙烯作为基础树脂。

采用氢气作链转移剂调节聚丙烯的分子量，通过氢加入量来控制产品的熔融指数。氢调法生产的聚丙烯气味低，可以应用于食品包装。根据镀铝膜的要求，所选用的PP 原料分子量分布适中，熔体流动速率在7～9 g/10min 之间，分子结构应适合流延法加工。

3. 添加剂体系的选择

真空镀铝CPP 薄膜要求表面润湿张力高，极少而小的晶点、白点和瑕疵点，同时应有适当的耐热性；另外，为了适合高速包装，应具有良好的开口性和抗粘连性，所以在合成树脂里添加合适的添加剂配方。

在配方中应严格控制低分子物的含量，低分子物析出越多，表面润湿张力的下降幅度越大；添加适量的高效抗氧体系和防黏连剂体系。由于本专用料最终用途主要是作为食品和药品等包装用膜，所以添加剂体系必须无毒、无味，符合国家有关卫生标准。

4. 电晕层专用料F08EM 质量指标

根据市场调研和实验室小试数据验证，确定开发熔融指数为8 g/10min 的二元无规聚丙烯树脂，用于生产高端镀铝CPP 电晕层专用料。F08EM 的质量控制指标如表1。

表1 无规聚丙烯树脂F08EM 质量指标

5. 电晕层专用料F08EM 业化试生产

在确定F08EM 新产品质量指标和生产方案后，2019 年12 月13 日首次在Ⅰ套聚丙烯装置试生产一仓料，工业化生产过程平稳，产品外观质量良好。其性能列于表2。从表2 看，首次试生产的F08EM 透明性好，雾度低，鱼眼少，晶点可控，拉伸性能较好，F08EM 各项性能达到无规聚丙烯树脂开发的预期目标。