BOPP专用料对薄膜的性能影响研究

2022-04-27方文彬

橡塑技术与装备 2022年4期

方文彬

(贵州金田新材料科技有限公司，贵州黔南 550600)

0 引言

BOPP薄膜的主要原料聚丙烯（PP）是五种最常用合成树脂之一[1]，优异的热塑性让PP具备了很好的可加工性，从而使得BOPP薄膜作为包装材料被广泛应用于各个行业，成为名副其实的“包装皇后”[2～3]。然而，最初的BOPP薄膜主要聚丙烯和少量添加剂经过熔融拉伸制得，存在着表面能低，力学性能一般，光学性能不好等缺点，被极大的限制了其应用途径[4～6]。为了解决这些问题，国内外众多学者研究了爽滑添加剂和抗粘连添加剂等对BOPP薄膜产品性能的影响，同时也开展了BOPP薄膜生产工艺条件（比如电晕等）对产品性能的影响研究，研究成果有效提高了BOPP薄膜的表面张力、力学性能和可加工性等[7]。随着下游产品对BOPP薄膜性能需求的进一步提高，为了更便捷的制备BOPP薄膜和更好的性能，国内外厂家又竞相研发了BOPP薄膜专用料[8]，主要研究了专用料自身的MFR、分子结构和力学性能等[9～10]，却鲜有BOPP专用料对薄膜产品性能具体影响的研究，所以本文选取HP425J专用料和T36F专用聚丙烯两种BOPP母料制备成BOPP薄膜，并对薄膜产品的力学性能、表面张力和光学性能进行了研究。

1 实验

1.1 主要原材料及设备

BOPP专用聚丙烯树脂：T36F，分子质量分布4.8，中国石油化工股份有限公司茂名分公司。BOPP专用料：HP425J，分子质量分布6.7，韩国PMC公司。生产设备采用法国CELLER双向拉伸聚丙烯薄膜生产线。

1.2 BOPP薄膜的制备

采用成熟的BOPP薄膜生产工艺，将BOPP专用料吸入挤出机熔化，进行三层共挤，再分别经过纵向和横向拉伸，最后进行测厚、切边和电晕处理即可制得BOPP薄膜，厚度20 μm。以BOPP专用聚丙烯树脂制备的薄膜编号为1#，以BOPP专用料制备的薄膜编号为2#。

1.3 性能测试方法

BOPP 薄膜的力学性能采用万能材料试验机表征，根据GB/T 1040.3—2006标准的试验条件对 BOPP 薄膜进行测试，每个样品测试3次，取平均值。BOPP薄膜的表面张力采用德国Kruss公司生产的表面张力仪测试获得。BOPP 薄膜的光学性能根据GB/T 2410—2008标准测定，采用上海晶科股份有限公司生产的WGT-S用可见光在 633 nm 处测试BOPP 薄膜的透光率和雾度值。

2 结果与讨论

2.1 BOPP专用料对薄膜力学性能的影响

为了研究BOPP专用聚丙烯树脂和BOPP专用料对BOPP薄膜力学性能的影响程度，采用万能材料试验机对1#和2#BOPP薄膜的拉伸强度和断裂伸长率进行了测试，薄膜样品尺寸为长度100 mm，宽度10 mm，厚度20 μm，每个样品测试3次，取平均值，测试结果如表1所示。

表1 不同原料制备的BOPP薄膜的力学性能

从表1可知，与聚丙烯树脂制备的BOPP薄膜相比，专用料制备的BOPP薄膜的纵向拉伸强度提高了25 MPa，纵向断裂伸长率增加了13%；横向拉伸强度提高了43 MPa，横向断裂伸长率增加了9%。因此，使用专用料比聚丙烯树脂制备的BOPP薄膜力学性能更好。这是因为BOPP专用料比聚丙烯树脂的分子量分布更宽，其中高分子组分可以提高BOPP熔体的强度，而小分子组分则可以对高分子起到增塑作用，进而提高熔体总体结晶速率以提升BOPP薄膜产品结晶度，从而提高BOPP薄膜弹性模量，最终导致BOPP薄膜力学性能提升。仔细对比BOPP薄膜在纵向、横向上的拉伸强度，无论是1#还是2#，横向拉伸强度总是比纵向拉伸强度高出65%以上，这是由于晶体材料的力学取向性引起的，显然，BOPP薄膜在横向上具有更好的拉伸强度。在断裂伸长率上，却是纵向的比横向的高，意味着BOPP薄膜在纵向上可以承受更大的形变，这对BOPP薄膜产品的使用具有重要指导意义。

2.2 BOPP专用料对薄膜表面张力的影响

为了考察BOPP专用料对BOPP薄膜产品表面张力的影响，分别采用BOPP专用聚丙烯树脂和BOPP专用料制备了20 μm厚度的BOPP薄膜，利用表面张力仪测试了BOPP薄膜表面张力在45天存储期内的变化，每次选取3个不同点测试，以其平均值表示表面张力结果，如图1所示。

从图1可以看出，BOPP专用料薄膜的表面张力在45天存储期内的变化趋势与专用聚丙烯BOPP薄膜类似，总体呈现出表面张力先快速下降然后趋于平稳的走势。随着存储时间变长，BOPP专用料薄膜的表面张力逐渐下降，尤其在7天之内下降很快，在30天后达到稳定。这主要是因为高压电晕过程破坏了BOPP母料的力学取向性，引起了BOPP薄膜产品内的应力松弛速度下降，导致产品下线的前几天表面张力下降速度较快，而经过一段时间后，薄膜内的极性基团会缓慢的迁移到BOPP薄膜表面以弥补损失的自由基团，达到一种微弱的平衡，所以体现为表面张力平稳。

仔细观察图1还可以发现BOPP专用料薄膜的表面张力不仅在下线时比专用聚丙烯BOPP薄膜高，而且随着存储时间变长， BOPP专用料薄膜的表面张力一直比专用聚丙烯BOPP薄膜高。BOPP专用料的分子量分布比较宽，分子长链和短链都大量存在，更有利于BOPP薄膜内极性基团的运动，使得极性基团能够较快的从内部补充到表面，从而能长时间维持较高的表面张力，因此比专用聚丙烯BOPP薄膜的表面张力更高。综上分析可知，BOPP专用料可以有效提高薄膜的表面张力，有利于薄膜产品的印刷。

2.3 BOPP专用料对薄膜雾度和透光率的影响

BOPP专用料的相对分子质量分布对薄膜的综合性能有重要影响，因此定量研究了不同分子质量分布的BOPP母料对薄膜光学性能的影响。首先分别采用BOPP专用聚丙烯树脂和BOPP专用料制备了薄膜样品，然后根据GB/T 2410—2008标准对薄膜的透光率和雾度进行了测试，最后得到结果如图2所示。

由图2可知，BOPP专用料薄膜的透光率高达97.7%，比专用聚丙烯BOPP薄膜高出2.6%；BOPP专用料薄膜的雾度仅有0.7%，比专用聚丙烯BOPP薄膜下降0.5%，显然，BOPP专用料薄膜的综合光学性能优于专用聚丙烯BOPP薄膜。这是因为BOPP专用料的质量分布广，长链与短链互相配合，引起其熔体流动速率的增大，不仅提高了材料的延展性，还有利于提升加工过程中塑化的均匀性，因此BOPP专用料制备的薄膜均匀性更好，透光率更高，雾度更低。研究结果表明，选择质量分布更广的BOPP专用料可以获得更均匀的BOPP薄膜，有利于提高透光率和降低雾度。