增刚母料在BOPP烟包装膜中的应用

2022-06-14李新芳李育雄谢文彬赵素芬涂志刚

现代塑料加工应用 2022年1期

李新芳李育雄谢文彬赵素芬* 涂志刚

［1．中山火炬职业技术学院，广东中山，528436；2．中山市朗科包装有限公司，广东中山，528400；3．广东开放大学（广东理工职业学院），广东广州，510091］

双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是一种非常重要的软包装材料，其改性研究也一直倍受关注［1-3］，广泛应用于香烟包装领域。而BOPP烟包装膜的生产工艺控制要求苛刻，质量指标高，因此，在BOPP烟包装膜生产中需要添加一种多功能改性母料（也称增刚母料），这种母料可以降低BOPP烟包装膜的加工温度和热封温度，提高薄膜的弹性模量、热封强度、热收缩率、光学性能，改善薄膜的断裂伸长率和摩擦性能等［4-5］，有利于BOPP烟包装膜生产更稳定，上机性能更佳，包装效果更挺括、贴切、有光泽。但是增刚母料使用不当会造成薄膜发粘，程度较轻时造成摩擦系数偏大，卷烟包装过程中出现“飞包”现象，严重时甚至造成薄膜结块、无法使用，这是开发新型多功能改性母料需要解决的关键问题。

BOPP烟包装膜母料的开发有其特殊性，生产过程中出现的问题和产品质量问题，有些并不是单纯的原料问题，BOPP烟包装膜生产工艺复杂多变，工艺的调整对质量控制有很大影响，因此，增刚母料的应用研究对开发新型增刚母料有重要的指导作用。以下将自主研发的增刚母料应用于BOPP烟包装膜的芯层，研究了增刚母料对BOPP烟包装膜光学性能、热收缩率、热封性能、力学性能和摩擦性能的影响。

1 试验部分

1．1 主要原料及仪器设备

均聚PP，T280，熔体流动速率（MFR）为3．2 g／10 min，共聚PP，5612，MFR为5．0 g／10 min，均为Montell公司；氢化石油树脂混合物，自制增刚剂，MFR为13．0～15．0 g／10 min。

双螺杆挤出机，SY6217-KZ，东莞市世研精密仪器有限公司；双向拉伸膜生产设备，BMS-3000，布鲁克纳机械（中国）有限公司；MFR，XNR-400D，承德市世鹏检测设备有限公司；差示扫描量热仪（DSC），DSC Q2000，美国TA公司；电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9030，上海索普仪器有限公司；光泽度仪，WG45，深圳市威福光电科技有限公司；雾度计，T H-100，佛山市精测计量仪器设备有限公司；热封试验仪，HST-H3，电子拉力试验机，C610 H，摩擦系数仪，MXD-01，均为济南兰光机电技术有限公司。

1．2 样品制备

在均聚PP中加入自制增刚剂，混合均匀，挤出造粒，制得自主研发的增刚母料；在BOPP薄膜芯层主料中加入增刚母料（质量分数分别为0，10%，20%，30%，40%），混合均匀，用双向拉伸膜生产设备制备BOPP烟包装膜。该膜有3层，表层与内层主料用共聚PP，芯层主料用均聚PP，表层、芯层和内层的厚度比为1∶20∶1。

1．3 性能测试

MFR按照GB／T 3682—2018测试；熔点、熔融焓、结晶温度、结晶焓按照GB／T 19466．3—2004测试；热收缩率按照BMS TT 02测试；光泽度按照ASTM D2457—2013 测试；雾度按照ASTM D1003—2013测试；热封强度按照QB／T 2358—1998测试；力学性能按照DIN 53455测试；摩擦系数按照DIN 53375测试。

2 结果与讨论

2．1 增刚母料对PP熔融与结晶性能影响

由于增刚母料的MFR大，熔点低，而且主要成分氢化石油树脂与PP相容性好，因此，为了提高PP的MFR，可以适当加入增刚母料，从而改善PP的加工流动性［6］。图1是增刚母料添加量对PP的MFR影响。从图1可以看出，添加增刚母料后可以提高PP的MFR，且随着增刚母料添加量增加，PP的MFR逐渐增加。

添加质量分数20%增刚母料对PP熔融与结晶性能的影响见表1。

表1 增刚母料对PP熔融与结晶特性影响

从表1可以看出，PP的MFR为3．2 g／10 min，加入质量分数20%增刚母料后PP的MFR提高到21．5 g／10 min，熔点降低10．2℃，结晶温度降低16．9℃，熔融焓和结晶焓均显著降低。改性后PP的结晶温度降低，增加了材料的无定型区域，极大地改善了PP的加工流动性，PP的延展成膜性能大大提高，同时降低了能耗。

2．2 增刚母料对BOPP烟包装膜光学性能影响

增刚母料添加量对BOPP烟包装膜雾度和光泽度的影响见图2。从图2可以看出，随着增刚母料添加量增加，BOPP烟包装膜的光泽度升高，雾度降低，当增刚母料质量分数为20%时，光泽度提高了5．81%，雾度降低了35%。显然增刚母料的加入，改善了BOPP烟包装膜的光学性能［7］。

2．3 增刚母料对BOPP烟包装膜热收缩率影响

热收缩率是生产硬盒香烟包装BOPP薄膜的重要控制指标［8］，增刚母料的加入是必要的。图3是增刚母料添加量对BOPP烟包装膜热收缩率的影响。

从图3可以看出，随着增刚母料添加量增加，BOPP烟包装膜的纵向和横向热收缩率均逐渐增加，当增刚母料质量分数为20%时，纵向和横向热收缩率分别提高了3．2个百分点和3．1个百分点。这是由于增刚母料的添加增加了PP分子链活动能力，降低了薄膜纵向拉伸和横向拉伸的温度，高分子链的取向度更高，热收缩率更大，薄膜可以承受更大的拉伸应力，从而达到更高的热收缩率。

2．4 增刚母料对BOPP烟包装膜热封性能影响

增刚母料添加量对BOPP烟包装膜热封性能的影响见表2。从表2可以看出，随着增刚母料添加量增加，BOPP烟包装膜的初始热封温度明显降低，热封强度有增大趋势。相比纯BOPP薄膜，当增刚母料质量分数为20%时，BOPP烟包装膜的初始热封温度降低6℃。这是由于BOPP薄膜表层的PP共聚物很薄，在挤出和拉伸过程中，芯层中的少量增刚母料会向薄膜表层迁移，降低了表层的熔融温度，而增刚母料的主要成分氢化石油树脂固有的黏接特性也提高了薄膜的热封强度。

表2 增刚母料对BOPP烟包装膜热封性能影响

2．5 增刚母料对BOPP烟包装膜力学性能影响

表3是增刚母料添加量对BOPP烟包装膜断裂伸长率和弹性模量的影响。由表3可以看出，随着增刚母料添加量增加，BOPP烟包装膜的弹性模量逐渐增加，纵向和横向断裂伸长率先增大后减小。当增刚母料质量分数为20%时，BOPP烟包装膜的弹性模量提高了28%，纵向和横向断裂伸长率达最大值，说明增刚母料添加量过多会影响薄膜的力学性能。

表3 增刚母料对BOPP烟包装膜力学性能影响

2．6 增刚母料对BOPP烟包装膜摩擦性能影响

对于BOPP烟包装膜的上机性能，生产企业一般以控制烟包装膜的摩擦性能为参考指标［9-10］。

表4是增刚母料添加量对BOPP烟包装膜摩擦性能的影响。从表4可以看出，随着增刚母料添加量增加，25℃和50℃下的静／动摩擦系数（外／外）均一直增加，当增刚母料质量分数为20%，30%，40%时，25℃下BOPP烟包装膜的动摩擦系数（外／外）分别为0．24，0．29，0．33，而烟草包装膜标准（YC／T 266—2008）规定，25℃下烟包装膜的动摩擦系数（外／外）控制在0．28以下。显然增刚母料的添加量过多会影响薄膜的摩擦性能，薄膜会发粘，导致摩擦系数升高，不利于卷烟厂香烟的高速包装。由于增刚母料较贵，结合实际生产应根据产品性能添加适量的增刚母料。