聚丙烯镀铝流延膜的电晕性能与结构研究

李瑞 姜艳峰 吴双 安彦杰 张明强

(中国石油天然气股份有限公司大庆化工研究中心，黑龙江 大庆，163714)

镀铝膜是采用特殊工艺在塑料薄膜表面镀上一层极薄的金属铝而形成的一种复合软包装材料，最常用的加工方法是真空镀铝法[1]。因其兼具塑料薄膜和金属的特性，是一种廉价美观、性能优良、实用性强的包装材料。对于双向拉伸聚丙烯(BOPP)、流延聚丙烯(CPP)、聚乙烯(PE)等非极性塑料薄膜来说，在蒸镀前需对薄膜表面进行电晕处理，使其表面张力达到38～42 mN/m。电晕设备包括一台高频发生器和一个电极系统，待处理材料通过电极系统的间隙进行处理，电晕处理可以增加薄膜产品的表面张力[2]。以下对进口和国产2种聚丙烯(PP)流延膜样品进行电晕处理，研究电晕处理后2种PP流延膜样品的电晕性能及结构。

1 试验部分

1.1 主要原料

进口和国产2种PP流延膜样品，某公司生产。

1.2 主要设备

差示扫描量热仪(DSC)，DSC Q100，美国TA公司；电晕处理机，QX10，启东全信电子有限公司； X射线衍射仪(XRD)，D/max-2500，株式会社理学公司；水接触角测试仪，JD-901，东莞市精鼎仪器有限公司。

1.3 性能测试与表征

DSC分析：称取5～6 mg样品，以10 ℃/min从20 ℃升至200 ℃，恒温5 min消除热历史；以10 ℃/min降至20 ℃，保持5 min；以10 ℃/min升至200 ℃，熔点由第二次升温过程获得。结晶度(Xc)的计算方法见式(1)。

(1)

等温结晶：将5～10 mg样品从20 ℃加热到165 ℃，恒温5 min消除热历史；以50 ℃/min的降温速率冷却到设定好的等温结晶温度(Tc)，Tc为100～120 ℃，每隔5 ℃选取一个结晶温度，等温结晶时间为3 h，记录等温结晶过程和熔融曲线。

非等温结晶：将5～10 mg样品从20 ℃加热到165 ℃，恒温5 min消除热历史；以5 ℃/min降温速率降至0 ℃，记录非等温结晶曲线，恒温5 min；以20 ℃/min的升温速率再将样品加热到165 ℃，记录熔融曲线；降温速率为1～60 ℃/min。

XRD分析：电压为40 kV，电流为20 mA，CuKα辐射源。

电晕处理：利用低温等离子体高频发生器Plasma PZ2进行处理，功率为30 W，与样品间距为5 mm。

水接触角测试：采用水接触角测试仪获得液滴图像，采用三相点法计算得到水接触角。

2 结果与讨论

2.1 水接触角分析

图1是电晕处理前后进口和国产PP流延膜样品的水接触角测试结果。从图1可以看出，电晕前后2种PP流延膜的表面性能发生了巨大变化，由疏水变为亲水。国产样品的表面张力变化较大，这是因为2种PP流延膜的化学结构不同[3]。

图1 电晕处理前后2种PP流延膜的水接触角分析

2.2 DSC分析

图2是2种PP流延膜样品的DSC分析。图3是不同降温速率结晶条件下2种PP流延膜样品的初始结晶温度。

图3 2种PP流延膜样品的初始结晶温度

从图2可以看出：进口样品的熔点为127.16 ℃和148.16 ℃，Tc为109.30 ℃，由进口样品的ΔHm为78.64 J/g计算得到Xc为37.99%；国产样品的熔点为143.49 ℃，Tc为99.51 ℃，由国产样品的ΔHm为62.89 J/g 计算得到Xc为30.38%。

图2 2种PP流延膜样品的DSC分析

由图3可知，在相同的降温速率结晶条件下，进口样品的初始结晶温度比国产样品高。另外，对2种PP流延膜样品不同Tc下的半结晶时间(t1/2)进行测试，具体结果见图4。由图4可知，在Tc相同时，进口样品的t1/2较短，先于国产样品结晶，说明进口样品的结晶能力较强[4]。

图4 2种PP流延膜样品的t1/2与Tc关系

图5是2种PP流延膜样品在不同升温速率下的DSC分析。

从图5可以看出：对于进口样品，改变升温速率，125 ℃的熔融峰在体系中的相对面积不变；1 ℃/min曲线中，第3个熔融峰为熔融重结晶峰，属于在第2个峰熔融后重结晶部分的熔融峰。对于国产样品，改变升温速率，148 ℃的熔融峰在体系中的相对面积不变；1 ℃/min曲线中，第2个熔融峰为熔融重结晶峰，属于在第1个峰熔融后重结晶部分的熔融峰。

图5 2种PP流延膜样品不同升温速率下的DSC分析

2.3 XRD分析

图6是2种PP流延膜样品在不同温度下的XRD分析。从图6可以看出：2种样品中主要是PP的α晶体。而进口样品中在衍射角(2θ)24°左右出现了PE(200)晶体的衍射峰，表明进口样品中还含有少量的PE晶体，但随着温度的升高，进口样品的PE晶体衍射峰消失，说明不稳定的PE晶体发生了熔融；国产样品则没有类似的现象[5]。

图6 2种PP流延膜样品的XRD分析

3 结论

a) 电晕前后，进口和国产2种PP流延膜的表面性能发生了巨大变化，由疏水变为亲水，国产样品的表面张力变化较大。

b) 进口PP流延膜样品熔点为127.16 ℃和148.16 ℃，结晶温度为109.30 ℃,Xc为37.99%；国产PP流延膜样品熔点为143.49 ℃，结晶温度为99.51 ℃，Xc为30.38%。

c) 在相同的降温速率结晶条件下，进口样品的初始结晶温度比国产样品要高；在相同的结晶温度下，进口样品的t1/2较短，说明其结晶能力较强。

d) 进口和国产2种PP流延膜样品中主要是PP的α晶体，而进口样品中还含有少量的PE晶体，且不稳定的PE晶体发生了熔融。