聚烯烴熔點對瀝青包裝袋灌裝性能的影響

（中石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院， 克拉瑪依 834000）

瀝青包裝方式逐漸向多元化方向發展以適應市場需要，目前主要有鐵通、保溫罐車、軟包裝等包裝方式。各種包裝方式都有各自的適應性，但都存在一定的局限性。鐵桶包裝成本高，須使用烘房或專用脫桶設備；保溫罐車的包裝成本低，但是在運輸過程中需要反復加熱，對瀝青質量有負面影響；瀝青軟包裝便于儲存，適用于中遠距離及一些交通不便利地區的瀝青運輸。

軟包裝一般有紙袋包裝和塑料包裝兩種方式，其中紙袋包裝使用時容易與瀝青黏連，使用后殘留紙袋的處理會造成環境污染。而塑料軟包裝，一般以聚烯烴為主體原料制成，在一定溫度下進行瀝青灌裝，使用時包裝袋和瀝青能夠混熔，不存在環境污染，是一種較為環保的瀝青包裝方式[1]。但是，隨著改性瀝青、高黏瀝青等瀝青產品的不斷開發應用，對包裝袋的承溫及熔化提出了更高的技術要求。要求包裝袋能夠滿足不同瀝青產品對灌裝溫度的技術要求，并且與瀝青相容性好，熔化后不會漂浮在瀝青表面以及影響瀝青性質。本研究中對常用的聚烯烴材料進行熔點測試及耐熱試驗，并進行包裝袋配方試驗、吹膜制袋試驗及瀝青灌裝試驗，以考察不同熔點聚烯烴材料單獨或復配使用時對瀝青包裝袋灌裝溫度的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

瀝青塑料包裝袋一般以聚烯烴類產品為原料，本試驗中選取不同種類的聚烯烴作為原料，表1中1-3 號為三種聚乙烯原料，4、5 號為兩種聚丙烯原料，具體各種材料的基本性質見表1。

表1 不同原料基本性質

從表1可以看出，所選擇的三種聚乙烯，密度或熔體質量流動速率，簡稱MFR（Melt massflow rate）有所不同，其中1 號、2 號密度相同，MFR 值有一定差別，3 號密度大，并且MFR 值相對較大；三種聚乙烯中1 號的拉伸斷裂標稱應變最大，3 號的拉伸屈服應力最大；兩種聚丙烯4 號、5 號MFR 分別為3.0 和12，其中5 號的 Izod 沖擊強度更大。

1.2 試驗方法

（1）原料耐熱試驗。因為聚烯烴產品的基本性質中沒有明顯的關于材料耐熱以及熔化溫度的數據，本項研究中自行設計了耐熱試驗方法，通過耐熱試驗和差示掃描量熱法（簡稱DSC）考察原料的耐熱溫度和熔融溫度。

耐熱試驗：將少量各種原料置于烘箱內，每次升溫5 ℃，在各溫度下恒溫15 min，觀察各聚烯烴的形態變化，將顆粒開始黏連或形態開始發生變化之前的溫度視為耐熱溫度；

DSC 分析：根據GB/T 19466.3—2004《塑料差示掃描量熱法》試驗方法測試原料的熔融（也可稱為熔化）溫度，試驗條件中升溫速率為20 ℃/min，該方法包括兩段升溫掃描過程，第一段升溫程序為消除熱歷史，第二段為熔融溫度測試曲線。熔融溫度以消除熱歷史后的熔融峰進行計算[2]。由于樣品內部以及樣品皿均存在溫度梯度，會使樣品與樣品皿接觸的部分首先開始出現相變，此時為起始熔融溫度。

（2）以聚烯烴為原料，設計包裝袋配方。對配方原料進行稱量、混合均勻，在平行雙螺桿擠出機上進行擠出造粒后，在小型試驗吹膜機上對混合粒子進行吹膜試驗。混合擠出造粒采用SHJ-20C 雙螺桿擠出機，由南京杰恩特機電有限公司生產；混合粒子吹膜采用XH-430B 小型試驗吹膜機，由東莞錫華檢測儀器有限公司生產；

（3）對各配方包裝膜進行瀝青熱灌試驗，試驗中將包裝膜單層套在1 L 缸子內，灌入約600 g熱90 號道路瀝青，觀察包裝膜狀況，考察其灌裝溫度。

2 試驗結果與討論

2.1 耐熱試驗

為了考察各種聚烯烴的耐熱性能，按照1.2（1）中的方法進行耐熱試驗，具體結果見表2、表3。

表2 原料耐熱試驗1

表3 原料耐熱試驗2

由表2中的試驗現象可以看出，三種聚乙烯中1 號耐熱溫度為120 ～125 ℃，2 號為120 ℃，之后隨溫度升高，外觀均為緩慢逐漸黏連，一直為膠黏態；3 號耐熱溫度高于1 號和2 號，耐熱溫度為130 ℃，并且在135 ～140 ℃顆粒迅速熔為液態。

由表3中的試驗現象可以看出4 號聚丙烯的耐熱溫度為160 ℃，5 號的耐熱溫度為155 ℃。

2.2 DSC 分析

采用GB/T 19466.3—2004 測試各種聚烯烴的熔化溫度。DSC 分析中稱量測試前后樣品質量，沒有變化，說明樣品在測試溫度范圍內沒有發生化學反應，具體測試結果見表4。

由表4中的DSC 分析結果可以看出，各種聚烯烴熔融溫度與耐熱試驗的結果基本一致，DSC分析結果數據更精確，耐熱試驗結果更為直觀。

表4 原料熔化溫度測試結果

2.3 配方設計及吹膜試驗

為考察不同熔點的聚烯烴對包裝袋瀝青灌裝溫度的影響，分別以表1中的聚烯烴類材料單獨或兩兩復配，設計包裝袋配方，其中3 號聚乙烯原料的MFR 值太大，不適合單獨吹制薄膜。另外，每個配方中均外加0.3%硬脂酸作為潤滑劑，以及0.03%的抗氧劑。具體各配方如表5所示。

表5 瀝青包裝袋試驗配方 %

為保證配方5 ～8 中的聚烯烴能夠混合均勻，將配方原料分別經過稱量，初步混合后，在上文1.2（2）所述平行雙螺桿擠出機上進行擠出造粒，擠出造粒機各區工藝控制溫度設定見表6。

其中配方5 按溫度Ⅰ設定，配方6 按溫度Ⅱ設定，配方7、配方8 按溫度Ⅲ設定。然后在小型試驗吹膜機上分別將各配方粒子吹膜，試制包裝袋小樣，試驗中各塑料熔體連續通過膜口擠出，由壓縮空氣上吹吹脹、風環冷卻和變頻牽引獲得雙折塑料包裝袋，包裝膜厚度為（0.06±0.01） mm，寬度為（18±2） cm。為保證各配方塑料熔體熔化均勻，以避免薄膜呈現樹皮狀、薄厚不均等現象，需設定合適的吹膜工藝溫度，具體如表7所示。

表6 擠出造粒機各區工藝控制溫度 ℃

配方1、2 按溫度Ⅳ設定，配方3 按溫度Ⅴ設定，配方4 按溫度Ⅵ設定，配方5 按溫度Ⅶ設定，配方6 按溫度Ⅷ設定，配方7、配方8 按溫度Ⅸ設定。其中由4 號聚丙烯材料單獨吹制的配方3 薄膜硬，單向易撕裂，4 號聚丙烯復配1 號聚乙烯的配方6 薄膜性能得到改善，其它配方薄膜均較好。最后，將所吹制的各配方包裝膜封切制袋，完成包裝袋的制備。

2.4 熱灌試驗

對9 個配方所試制的包裝袋小樣按照1.2（3）中的方法進行瀝青熱灌試驗，試驗結果如表8所示。其中包裝袋發黏、不漏袋的狀況視為可以灌裝的最高溫度，即耐熱溫度。

表7 吹膜機各區工藝控制溫度 ℃

表8 包裝袋熱灌試驗

由表8中的試驗結果可以看出，一種聚烯烴單獨吹膜，配方1、2 薄膜的熱灌溫度分別為123 ℃、120 ℃，略低于原料的耐熱溫度；配方3 熱灌溫度為153 ℃，配方4 為133 ℃，分別比原料耐熱溫度低10 ℃和17 ℃；兩種聚烯烴復配吹膜，由3 號和1 號聚乙烯復配后的配方5，可以吹膜制袋，并且瀝青熱灌溫度比單獨1 號材料的配方1高2 ℃，為125 ℃；由1 號聚乙烯復配4 號聚丙烯的配方6 熱灌溫度為135 ℃；由2 號、3 號聚乙烯材料分別與5 號聚丙烯材料復配后的配方7和配方8 的熱灌溫度分別為127 ℃、130 ℃。可以看出，兩種不同耐熱溫度的聚烯烴復配后，所制備包裝袋的耐熱溫度，不是簡單的線性關系，而是更接近耐熱溫度低的那種材料；同時，由灌裝過程中包裝袋由發黏到漏袋的變化情況可以看出，聚烯烴材料MFR 值大，或復配MFR 值大的聚烯烴材料，包裝袋由發黏到漏袋的變化會更快。

3 結論

（1）自行設計的耐熱試驗可以很好的反應聚烯烴材料的耐熱溫度，測試結果與差示掃描量熱法（DSC）所測試熔融溫度有很好的一致性，并且更為直觀。

（2）如聚烯烴適合單獨吹膜制袋，由該材料所制備的包裝袋薄膜的瀝青熱灌溫度會比原料的耐熱溫度低，并且有些材料吹膜后耐熱溫度比原料低很多。

（3）可以通過聚烯烴材料之間的復配，改變材料的吹膜性能以及耐熱溫度，以滿足不同瀝青對熱灌溫度的需要，但兩種材料復配后的耐熱溫度不是簡單的線性關系，而是更接近于耐熱溫度低的那種材料。

（4）由灌裝過程中包裝袋由發黏到漏袋的變化情況可以看出，聚烯烴材料MFR 值大，或復配MFR 值大的聚烯烴材料，包裝袋由發黏到漏袋的變化會更快。