流延聚丙烯（CPP）薄膜专用树脂结构与性能分析

姜泽钰，吴 双，姜艳峰，吴 薇，葛腾杰，李玉良

1.中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心，黑龙江 大庆 163700；2.中国石油大庆石化公司塑料厂，黑龙江 大庆 163700

流延聚丙烯（CPP）薄膜是通过熔体流延骤冷生产的一种无拉伸、非定向的平挤薄膜［1-3］。CPP具有透明度高、热封温度低、产能高、平整度好、复合适应性强等特点，经过表面处理可用于镀铝和彩印等工艺，广泛应用于食品、纺织品、药品、蒸煮袋等领域，其中在食品领域的用量最大［4-7］。我国CPP薄膜生产起步于20世纪80年代，目前生产厂家主要有上海石化、燕山石化、茂名石化和齐鲁石化等。功能性CPP薄膜如三元共聚PP、蒸煮型PP和镀铝PP专用料大部分依赖进口，主要厂家有韩国晓星、日本Chisso 以及Basell 公司等［8］。CPP 薄膜具有生产速度快且晶点少等优点，但目前高档镀铝CPP 薄膜的专用料依赖进口，我国仍处于生产发展的落后阶段，因此应加大CPP 薄膜专用料生产技术的开发。影响CPP薄膜专用料性能的主要因素包括催化剂的种类及性能、产品的熔点、分子量分布及等规度等［2，9］。为研究国内外典型产品性能及微观结构，选取国内外4 种CPP 薄膜专用料（国产A 和B 专用料，国外牌号C 和D 专用料）进行结构表征并做性能对比分析。

1 实验部分

1.1 主要仪器与设备

6542 型熔体流动速率仪，意大利西斯特科学仪器厂；4466 型万能材料试验机，美国Instron 公司；GX-2000 型傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、Pxris L 型差示扫描量热仪，美国Perkin-Elmer 公司；GPC150CV 型凝胶渗透色谱仪，美国Waters 公司；Empyrean 型X 线衍射仪（XRD），英国马尔文帕纳科公司。

1.2 分析方法

依据GB/T 3682—2000《热塑性塑料熔体质量流动速率》测定熔体流动速率；依据GB/T 1843—2008《塑料悬臂梁冲击强度》测试冲击性能；依据GB/T 1040—2006《塑料拉伸性能》测试拉伸性能；依据GB/T 9431—2008《塑料弯曲性能》测试弯曲性能；差示扫描量热（DSC）法测定依据为GB/T 19466.3—2004《熔融和结晶温度及热焓》；依据GB/T 1634—1979《塑料弯曲负载热变形温度》测试维卡软化点；依据GB/T 6040—2019《红外光谱分析方法》测试红外光谱；依据GB/T 36214.4—2018《塑料体积排除色谱法测定》测试分子量及其分布。

2 性能分析结果

2.1 基本物性

4 种CPP 薄膜专用料的基础物性测试结果如表1所示。由表1可知：国产A专用料具有较高的熔融指数（MFR，0.85 g/min），说明国产A 专用料的流动性较好，易于加工［10］。国外牌号C 专用料具有相对较高的弯曲模量，说明分子量相对较小。国外牌号D专用料具有相对较高的维卡软化点和冲击强度，说明聚丙烯的立构规整度比较高。

表1 4种CPP薄膜专用料的基础物性测试数据

2.2 熔融结晶性能

热性能是影响材料应用的重要因素，材料的熔融温度与其分子量大小有关，材料的分子量越大，其熔融温度就会越高［11］。在熔融过程中，材料的分子链结构变化趋势可以体现出受热时的结构和特点。本文通过Perkin-Elmer 公司的Pxris L 型示差扫描量热仪，比较4 种专用料的熔融温度、熔融焓和结晶温度等性能，并由DSC 测得的数据计算各自结晶度，测试和计算结果见表2。

表2 熔融结晶性能数据

由表2可知：与其他3 种专用料相比，国产A专用料的熔融温度和结晶温度较高，结晶速度也会加快，缩短了成型加工周期，提高了设备的生产能力和生产效率。国外牌号C专用料有相对较高的结晶度，国产专用料B结晶度较低。通常来说，结晶度低的专用料制作成膜料后，其表面能相对较大，更易进行电晕处理；结晶度偏高，则有利于提高产品的弯曲模量，提高了薄膜的挺括度，保证镀铝后薄膜表面均匀平整无褶皱。

2.3 X线广角衍射测试结果

为了确定生产过程中是否有聚乙烯加入，通过X线广角衍射测试了4 种专用料的晶相结构，结果见图1。由图1可知：4 种专用料在衍射角2θ为14.1°、17.1°、18.6°、21.2°、21.9°附近都出现了明显的衍射峰，分别对应聚丙烯（PP）结晶相中α晶型的（110）、（040）、（130）、（111）、（131）晶面，国产A 专用料在20°附近还出现了较小的衍射峰，对应PP 结晶相中γ晶型的（117）晶面，说明该样品中含有少量的聚乙烯晶体［12］。

图1 4种专用料的XRD图谱

2.4 红外光谱

为了研究CPP 薄膜专用料的表面官能团，测试4 种专用料的傅里叶变换红外光谱，结果见图2。由图2可知：4 种专用料在1 456 和1 375 cm-1附近皆出现了甲基的非对称变形振动和对称变形振动吸收峰。国产A 专用料、国产B 专用料和国外牌号D 专用料在2 962和2 918 cm-1附近出现了甲基和亚甲基的非对称伸缩振动峰，且在2 866和2 839 cm-1附近出现了甲基和亚甲基的对称伸缩振动峰。4 种专用料在972 cm-1附近皆出现了丙烯链中C-C 键的伸缩振动峰，说明4 种专用料中的聚丙烯是头尾相接的结构。在1 167 和997 cm-1附近出现了全同聚丙烯吸收谱带，说明4种专用料中存在嵌段全同立构的聚丙烯链段［13］。

图2 4种专用料傅里叶变换红外光谱

2.5 分子量分布

分子量分布是影响材料加工性能的重要指标，4种专用料的分子量分布数据如表3所示。由表3可知：国产B 专用料的数均相对分子质量（Mn）略大于其他3 种；国外牌号D 专用料的重均相对分子质量（Mw）相对较高，聚合物热性能较好，与基础物性数据（表1）中的维卡软化点较高相对应。

表3 专用料分子量及其分布

4 种专用料的分子量分布（Mw/Mn）都在3.8 以上，国产A 专用料与国外牌号C 专用料分子量分布接近，国外牌号D专用料分子量分布相对较宽，其流动性能相对较好，低相对分子质量部分易于产品成型加工。

3 结论

1）4 种CPP 薄膜专用料的基础物性数据表明，国产A 专用料熔融指数较高（0.85 g/min），流动性较好，易于加工；国外牌号的弯曲和冲击性能较好，材料更有韧性。

2）4 种CPP 薄膜专用料的热力学性能分析表明，国产A 专用料的熔融温度和结晶温度相对较高，会加快结晶速度，缩短成型加工周期，提高设备的生产能力和生产效率。国外牌号C专用料有相对较高的结晶度，有利于提高产品的弯曲模量，提高膜的挺括度，保证镀铝后膜表面均匀平整无褶皱。国产B 专用料结晶度较低，结晶度低的专用料制作成膜料后，其表面能相对较大，更易进行电晕处理。

3）4 种CPP 薄膜专用料的XRD 分析表明，PP结晶中主要晶型都是α 晶型，国产A 专用料含有少量的聚乙烯晶体。

4）4 种专用料的红外谱图分析表明，存在嵌段全同立构的聚丙烯链段，聚丙烯链是头尾相接的结构。

5）国外牌号D专用料的重均相对分子质量相对较高，聚合物热性能较好，且分子量分布相对较宽，流动性能较好。4 种CPP 薄膜专用料的基础性能和微观结构较为相近，国产料还需在力学性能方面有所提升。