熱收縮膜專用LDPE樹脂的性能

莫益燕

（中國石油化工股份有限公司茂名分公司研究院，廣東省茂名市 525021）

熱收縮膜柔韌性好、抗撞擊、抗撕裂性強、防潮、收縮率大，既能滿足商品的透明展示等功能，又節約了成本，成為替代紙盒包裝的發展趨勢。根據市場上重包裝膜、熱收縮膜對原料性能的要求，中國石油化工股份有限公司茂名分公司開發了熱收縮膜專用低密度聚乙烯（LDPE）2520D，本工作對其結構、性能和應用進行了研究。

1 實驗部分

1.1 原料

LDPE：2520D，中國石油化工股份有限公司茂名分公司生產；FE3000，主要用于生產熱收縮膜，卡塔爾石化有限公司生產。

1.2 性能測試

LDPE的密度按ISO 1183-2:2004 測試，熔體流動速率（MFR）按GB/T 3682—2000測試，拉伸性能按GB/T 1040.2—2006測試，邵氏硬度按GB/T 2411—2008測試。相對分子質量分布（Mw/Mn，Mw為重均分子量，Mn為數均分子量）采用英國PPoollyy--mer Laboratories公司生產的GPC-220型凝膠滲透色譜儀測試，使用1,2,4-三氯苯為溶劑。

薄膜的拉伸性能按GB/T 1040.3—2006測試，拉伸速度為500 mm/min。

2 結果與討論

2.1 聚乙烯熱收縮膜的收縮機理

聚乙烯分子處于高彈態時，受到較小的力就可發生很大的形變。聚乙烯薄膜在外力作用下發生變形，分子沿作用力方向取向排列，此時將薄膜驟冷到常溫以下，分子取向被凍結，如果再將其加熱，分子產生熱運動，強迫變形消失，分子恢復原來狀態，則會產生收縮[1]。相對于其他聚乙烯產品，自由基反應合成的LDPE具有支鏈較多、結晶度較低、收縮率高的優勢，適于生產熱收縮膜。

2.2 熱收縮膜專用LDPE樹脂的基本性能

2.2.1 MFR和密度

熱收縮膜要求LDPE能提供足夠的力學性能，使生產的熱收縮膜盡量減薄，在保證性能的基礎上減少用料。從表1看出：2520D，FE3000的MFR接近，均較低，說明2520D的相對分子質量較高，有利于提高薄膜的力學性能。2520D，FE3000的密度均為0.924 g/cm3。普通聚乙烯樹脂密度高，有利于提高其剛性和拉伸斷裂應力，但不利于斷裂拉伸應變的提高[2]。一般控制LDPE的密度在0.923～0.925 g/cm3，使用LDPE吹塑的薄膜具有較高的力學強度及合適的韌性。

2.2.2 相對分子質量及其分布

從表2看出：LDPE 2520D的重均分子量Mw和Mn均高于FE3000，有利于提高其力學性能。

表1 2520D和FE3000的MFR和密度Tab.1 Melt flow rate and density of 2520D and FE3000

表2 2520D和FE3000的相對分子質量Tab.2 Relative molecular mass of 2520D and FE3000

從圖1看出：2520D的低相對分子質量部分含量與FE3000基本一致，但是2520D的高相對分子質量部分含量明顯大于FE3000。由于LDPE的相對分子質量大，分子之間的纏繞更高，所以拉伸取向通過熱作用后，薄膜的收縮性能更好[3]。因此，用2520D吹塑的薄膜的熱收縮性能相對較好。

圖1 2520D和FE3000的Mw/MnFig.1 Relative molecular mass distribution of 2520D and FE3000

2.3 流變性能

從圖2看出：2520D和FE3000的復數黏度（η*）隨角頻率（ω）的增大而降低，且幾乎一致。LDPE熔體是典型的非牛頓流體，存在明顯的剪切變稀特點。這是由于LDPE的生產采用自由基聚合，在自由基反應過程中產生了較多的長支鏈，長支鏈的存在使LDPE的剪切敏感性顯著提高，使其在高剪切速率下具有較低的黏度，擠出性能得到改善。同時，由于2520D中存在較多的長支鏈，其熔體在受到一定拉伸后，黏度迅速增加，表現出擠出變硬的特點。這是因為長支鏈大分子鏈末端松弛時間長，所以拉伸時表現出應變硬化效應[3]。擠出變硬的特點使2520D吹膜時不易破膜，即2520D具有良好的加工性能。

圖2 2520D和FE3000的η* 隨ω變化的曲線Fig.2 Changing curves of complex viscosity with angular frequency of 2520D and FE3000

2.4 力學性能

拉伸速度50 mm/min時，從表3看出：2520D的拉伸斷裂應力和拉伸屈服應力均稍高于FE3000。LDPE的拉伸斷裂應力和拉伸屈服應力高，有利于提高包裝制品的力學性能，提高包裝強度，從而減薄熱收縮膜的厚度，降低成本。按QB/T 2358—1998測試薄膜的熱合強度，取熱合強度最高時的溫度為熱封溫度。從表3看出：分別用2520D，FE3000吹塑的薄膜的熱封溫度均較低，為121 ℃。薄膜的熱封溫度較低，用于收縮包裝袋時，有利于降低能耗。

表3 2520D和FE3000及其薄膜的性能Tab.3 Properties of 2520D and FE3000 and the films made of the resins

2.5 收縮性能

將2520D，FE3000吹制成0.040 mm厚的薄膜，按GB/T 13519—1999要求將其剪成10 cm×10 cm，在120 ℃的甘油中浸泡20 s，測量其尺寸。從表4可看出：2520D與FE3000的收縮性能基本相當，而且用2520D吹塑的薄膜的收縮率遠大于GB/T 13519—1999要求的40%。由于縱向為吹膜方向，所以縱向收縮率比橫向更大，這是聚乙烯分子在吹膜時受到拉伸而取向的緣故。

2.6 2520D的應用

將2520D和國內某中外合資廠生產的熱收縮膜專用LDPE（簡稱1#）送到國內某大型薄膜廠吹塑成熱收縮膜，從表5看出：2520D和1#薄膜的力學性能、收縮率基本相當。2520D薄膜的收縮率完全滿足企業的要求，相關企業試用后，已將2520D大規模應用于熱收縮包裝領域。

表4 2520D，FE3000薄膜的收縮率Tab.4 Shrinkage of the films made of 2520D and FE3000

3 結論

a）2520D具有較低的MFR和較高的相對分子質量以及合適的密度，符合熱收縮膜的要求。

b）2520D的力學性能較好，用于生產熱收縮膜時，有利于減薄熱收縮膜的厚度，降低成本。

c）2520D熔體具有剪切變稀、擠出變硬的特點，加工性能良好。用2520D吹塑的薄膜的收縮率超過國家標準要求。

表5 用2520D和1#吹塑的薄膜的性能Tab.5 Properties of the blown films made of 2520D and a specialresin of a domestic joint venture brand for shrink films

d）應用實驗表明，2520D薄膜的力學性能、收縮率等均滿足客戶的要求。

[1] 林詠波. 三層共擠聚烯烴熱收縮膜（POF）的加工及應用[J].塑料包裝，2003， 13（5）: 34-37.

[2] 齊薇，周和光，邢井進. 熱收縮膜專用樹脂的開發[J]. 合成樹脂及塑料，2005，22（5）: 28-31.

[3] 胡友良，喬金梁，呂立新. 聚烯烴功能化及改性——科學與技術[M]. 北京：化學工業出版社，2006: 104.