BOPP薄膜專用樹脂F1002B的開發

馬進，李洪，胡曉華，莫明

（中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司橡塑應用研究所，新疆維吾爾自治區獨山子市 833600）

BOPP薄膜專用樹脂F1002B的開發

馬進，李洪，胡曉華，莫明

（中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司橡塑應用研究所，新疆維吾爾自治區獨山子市 833600）

在Innove工藝裝置上開發了雙向拉伸聚丙烯薄膜專用樹脂F1002B，分析測試了F1002B的灰分、等規指數、相對分子質量分布、流變性能，并與國內工業化生產的同類產品進行了對比。結果表明：F1002B的性能不同于國內同類產品；14個批次F1002B樹脂的灰分均較高且波動較大；熔體流動速率波動較大；等規指數能穩定在96.5%～97.0%，黃色指數穩定，拉伸屈服應力均大于30.0 MPa，滿足指標要求。

聚丙烯 雙向拉伸 灰分 等規指數 相對分子質量分布 流變

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜具有質輕、透明、無毒、機械強度高、尺寸穩定等優點，廣泛用于食品、醫藥、日用品、電容器和香煙的包裝，同時大量用作復合膜的基材。BOPP薄膜分為普通光膜、煙膜、電工膜、珠光膜及金屬化（鍍鋁）復合膜等。目前，國內BOPP薄膜生產線達180條，生產能力達3 100 kt，BOPP樹脂需求旺盛。中國石油天然氣股份有限公司（簡稱中國石油）和中國石油化工股份有限公司均能生產BOPP薄膜專用樹脂，并將其作為重點生產牌號，從質量和數量上給予極大重視。

中國石油獨山子石化分公司（簡稱獨山子石化公司）的Innove氣相聚丙烯（PP）裝置產能為550 kt/a，兩臺臥式帶攪拌的氣相反應器串聯操作，采用CD型催化劑。可生產均聚PP[熔體流動速率（MFR）為0.47～53.00 g/10 min]56個牌號、無規共聚PP（MFR為0.30～53.00 g/10 min）26個牌號、抗沖共聚PP（MFR為0.30～110.00 g/10 min）28個牌號。

1 實驗部分

1.1 主要原料

BOPP薄膜樹脂：1#～6#試樣，牌號為F1002B，獨山子石化公司生產，其中，1#～4#試樣為首次生產，5#～6#試樣為第二次生產；試樣Ⅰ，試樣Ⅱ，均為國產工業化產品。

1.2 主要儀器與設備

ERGOTECH 100-200型注射機，德馬格海天塑料機械有限公司生產；LJ-2500型電子拉伸試驗機，6840.00型熔體流動速率儀，均為意大利Ceast公司生產；V2000型凝膠滲透色譜儀，美國Waters公司生產；HEO-Tester2000型毛細管流變儀，德國Gottfert公司生產；822e型差示掃描量熱儀，瑞士梅特勒-托利多公司生產。

1.3 性能測試

拉伸性能按GB/T 1040.2—2006測試；MFR按GB/T 3682—2000測試；黃色指數按GB/T 2409—1989測試；霧度按GB/T 2410—2008測試；“魚眼”數按GB/T 6595—1986測試；等規指數按GB/T 2412—2008測試。

2 開發設計

目前，國內僅有中國石化上海石油化工股份有限公司利用自行研發的、擁有自主知識產權的工藝技術，開發出超高速BOPP樹脂F280S，市場反映良好，但遠不能滿足市場需求。從加工性能看，進口BOPP樹脂MFR較高，熔點較低，加工中塑化均勻，熔體流動平穩。從生產過程和產品質量比較，國產BOPP樹脂所制薄膜膜卷顏色較深，膜表面黏手、不光滑、不能高速拉伸，而進口樹脂所制薄膜膜卷顏色淺、膜表面光滑、能高速拉伸。因此，國內在BOPP薄膜樹脂領域應重點開發具備高速拉伸性能的產品（拉伸速率可達420 m/min以上），產品質量要求穩定。本工作前期對BOPP樹脂的研究表明：產品等規指數的控制對BOPP薄膜的拉伸行為影響很大。等規指數過低，產品發黏，在聚合釜、閃蒸釜等設備內壁造成嚴重的黏壁，裝置無法正常、安全生產；而等規指數過高，則薄膜不易拉伸。通過對比國內外BOPP樹脂性能及BOPP薄膜生產廠要求，確定了高速擠出BOPP薄膜專用樹脂F1002B的技術指標（見表1）。

表1 高速擠出BOPP薄膜專用樹脂F1002B技術指標Tab.1Technical index of the special resin for high speed extruded BOPP films

3 工業生產PP F1002B的結構與性能

3.1 灰分與結晶度

高速擠出BOPP薄膜專用樹脂的灰分一般控制在0.015%以下。灰分低可改善加工過程中的平穩性、薄膜外觀，延長過濾網更換周期和連續生產時間。從獨山子石化公司兩次生產F1002B的跟蹤分析看出：在現有添加劑配方和加料系統下，不能有效將灰分降至0.020%以下，基本控制在0.030%～0.040%（見表2），不能滿足使用要求。薄膜“魚眼”數多會導致雙向拉伸時出現破膜現象，而且生產出的薄膜透明性差，印刷、復合困難。由于生產F1002B時的擠出機過濾網孔徑為60 μm，所以“魚眼”數較好（見表2）。

等規指數高的均聚PP結晶度高、黏度小，且多為α晶型，所以薄膜挺度好，但橫向拉伸時易破膜；反之結晶度小、黏度高、成膜性好，但薄膜強度差。從表3看出：與1#～4#試樣相比，5#試樣、6#試樣的等規指數稍低；與試樣Ⅰ和試樣Ⅱ相比，5#試樣、6#試樣的結晶度也較低。F1002B的氧化誘導期好于試樣Ⅰ和試樣Ⅱ，有利于較高的加工溫度下減少樹脂的熱降解[1]。1#～4#試樣與5#試樣、6#試樣的氧化誘導期相差較大，但比其他試樣高，這是因為F1002B的抗氧劑加入較多。

表2 試樣灰分和其薄膜的“魚眼”數Tab.2Ash content of the samples and"fish eye"numbers of the BOPP films made of the resin

表3 試樣的差示掃描量熱法測試數據Tab.3Differential scanning calorimetric data of the samples

3.2 MFR和相對分子質量及其分布

BOPP薄膜樹脂的最佳MFR控制在（3.0±0.1）g/10 min，但高速擠出生產線對樹脂MFR的要求稍高，一般在3.0～3.2 g/10 min最佳。MFR小，樹脂的熔體黏度增加，加工中易出現塑化不均勻、擠出量偏小、擠出壓力和螺桿扭拒偏大、加工能耗高、易斷膜，最終導致薄膜的透明度、光澤度下降。獨山子石化公司第二次生產的5#試樣和6#試樣的MFR已控制在2.8～3.0 g/10 min，與試樣Ⅰ和試樣Ⅱ相當。

高相對分子質量部分有利于提高BOPP樹脂的熔體強度，在膜片拉伸中生成纖維晶，對被拉伸的薄膜起支撐作用，能夠降低破膜次數；低相對分子質量部分起增塑作用，降低樹脂熔體對溫度的敏感性，有利于溫度波動時保持平穩生產。相對分子質量分布寬，首次縱拉伸的膜片兩邊厚、中間薄，有利于二次橫拉伸；反之，則不利于二次橫拉伸[2]。

從表4看出：1#～6#試樣的重均分子量（Mw）、數均分子量（Mn）都大于試樣Ⅱ。雖然首次生產的1#～4#試樣Mw和Mn數值波動較大，但第二次生產的5#和6#試樣Mw和Mn較理想，與試樣Ⅰ和試樣Ⅱ接近，并且相對分子質量分布（D）比試樣Ⅱ好，符合預期要求。在薄膜生產廠家的應用也表明，5#試樣和6#試樣拉伸薄膜的效果比試樣Ⅱ好。

表4 試樣的凝膠滲透色譜測試數據Tab.4Gel permeation chromatographic results of the samples

3.3 力學性能

BOPP薄膜的用途不同，力學性能要求也略有不同。通常BOPP薄膜專用樹脂拉伸屈服應力一般大于30.0 MPa。F1002B拉伸屈服應力平均在33.0～36.0 MPa，試樣Ⅰ為30.8 MPa、試樣Ⅱ為32.1 MPa。從F1002B生產的跟蹤分析表明，獨山子石化公司生產的F1002B拉伸屈服應力優于國內其他公司生產的BOPP薄膜專用樹脂。

3.4 流變性能

3.4.1 非牛頓指數（n）

210℃時，1#～6#試樣的n均為0.351，試樣Ⅰ的n為0.342，試樣Ⅱ的n為0.333；230℃時，1#～6#試樣的n均為0.370，試樣Ⅰ的n為0.352，試樣Ⅱ的n為0.350。由此看出：1#～6#試樣、試樣Ⅰ、試樣Ⅱ的n值都小于1，屬于典型非牛頓流體。PP的n值隨著溫度的升高而增大，即溫度升高后PP的非牛頓性減弱，對剪切速率的敏感性減小。1#～6#試樣、試樣Ⅰ、試樣Ⅱ的n值相差不大，表明此八種BOPP樹脂對剪切速率的敏感性差別不大，在擠出拉伸薄膜時螺桿轉速的變化對加工性能影響不大。與試樣Ⅰ和試樣Ⅱ相比，1#～6#試樣對螺桿剪切不敏感（n值較大），有利于加工。高聚物的相對分子質量提高，剪切黏度提高，熔體強度也相應提高；D加寬，熔體強度也會提高。由相對分子質量及其分布數據可推測：這八種PP的熔體強度接近，第二次生產的5#試樣和6#試樣的穩定性好于首次生產的1#～4#試樣。

3.4.2 黏流活化能（E）

E越大，說明熔體黏度對溫度越敏感，用提高溫度的辦法改善其流動性的效果越顯著。從表5看出：1#～4#試樣屬首次生產，由于聚合不穩造成其E值波動較大，第二次生產的5#試樣和6#試樣的E值較穩定。與試樣Ⅰ和試樣Ⅱ相比，F1002B的E值較高，表明提高加工溫度能更好改善F1002B熔體的流動性，有利于高速拉伸。

表5 BOPP薄膜樹脂的ETab.5Viscous flow activation energy of the samples kJ/mol

4 F1002B工業化生產監控

BOPP薄膜生產廠希望樹脂灰分小于0.020%，但對獨山子石化公司14個批次F1002B的跟蹤測試發現：灰分較高并且波動較大；等規指數要求在96.5%～97.0%，不超過97.5%，14個批次F1002B的等規指數控制較穩定（見圖1）；黃色指數控制穩定（見圖2），符合用戶要求，比國內同類產品好；拉伸屈服應力要求大于30.0 MPa，14個批次F1002B合格品均可達到，且批次間控制穩定（見圖2）。

圖114 個批次F1002B的灰分和等規指數變化曲線Fig.1 Curves of ash content and isotacticity of F1002B produced in 14 batches

圖214 個批次F1002B的黃色指數和拉伸屈服應力變化曲線Fig.2 Curves of yellow index and tensile stress at yield of F1002B produced in 14 batches

5 應用情況

BOPP薄膜生產廠家用約6 kt的F1002B分別生產15，18，22 μm厚的薄膜，該專用樹脂分別在芯層、表層使用。生產過程中，原料切換過程平穩，擠出機壓力、薄膜厚度公差未有明顯變化，流動性與國內同類產品相近，薄膜成膜性能相對較好。連續生產15 μm厚的薄膜能達到360 m/min的線速度，薄膜挺度比試樣Ⅱ略差；薄膜熱收縮率和薄膜厚度公差可滿足用戶要求，均在國際標準范圍內；薄膜霧度較國內同類原料稍大（見表6），用于薄膜表層時會出現輕微霧團，膜卷端面顏色偏灰色。實驗表明，14個批次合格的F1002B在BOPP膜芯層、表層滿足用戶要求。

6 結論

a）獨山子石化公司的F1002B與國內同類產品試樣Ⅰ和試樣Ⅱ的加工性能相當。14批合格的F1002B加工BOPP膜（芯層、表層）完全滿足用戶要求，但F1002B的MFR波動較大，不利于下游用戶連續穩定加工，且灰分偏高。

表6 BOPP薄膜的性能Tab.6Properties of the BOPP films made of the samples

b）F1002B的綜合性能已達到（或部分優于）試樣Ⅱ。

c）F1002B所制薄膜的膜卷端面顏色偏灰色、霧度稍高，但成膜性、“魚眼”數控制較好，芯層、表層等不同厚度均能在較高拉伸速率下使用。

[1]楊偉,李忠明,馮建民,等.BOPP薄膜的凝聚態結構研究進展[J].高分子材料科學與工程,2002,18(3):10-14.

[2]張愛華,王雪梅.共聚BOPP專用料高速拉伸影響因素[J].化工新型材料,2002,30(12):24-26.

Development of special resin F1002B for BOPP film

Ma Jin,Li Hong,Hu Xiaohua,Mo Ming
(Institute of Dushanzi Petrochemical Company,PetroChina,Dushanzi 833600,China)

A biaxially oriented polypropylene special resin,F1002B,was developed in an Innovene plant. The ash content,isotacticity,relative molecular mass and its distribution and rheological properties of F1002B were analyzed and compared with those of the domestic commercial products of the same kind.The results show that F1002B has properties different from those of its counterparts.The ash content of F1002B produced in 14 batches is not only high but also fluctuates greatly;the melt flow rate of the resin also varies significantly.The resin has an isotacticity index generally fell in the range of 96.5%-97.0%,a stable yellow index and tensile stress at yield over 30.0 MPa.F1002B produced can fully satisfy its specifications.

polypropylene;biaxially oriented tension;ash content;isotacticity;relative molecular mass and its distribution;rheology

TQ 325.1+4

B

1002-1396(2012)01-0040-04

2011-08-07；

2011-11-01。

馬進，1972年生，高級工程師，1993年畢業于河北科技大學高分子材料專業，主要從事聚烯烴專用樹脂的生產、研發、銷售和市場技術服務。E-mail: yjy_maj1@petrochina.com.cn；聯系電話：13709922451。

（編輯：陳文淑）