BOPP熱封膜專用聚丙烯F5005B的性能

王素玉，錢 鑫，張美玲

（北京燕山石化高科技術有限責任公司，北京 102500）

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜作為當今包裝領域的核心產品，主要用于復合膜的芯層，該薄膜具有質量輕、透明度高、毒性低、防潮、機械強度高等特點，廣泛應用于各類產品的外包裝［1］。普通的BOPP薄膜極易產生靜電，導致其不具備熱封性能，需要將BOPP與熱封層制成具備熱封性能的復合膜，一般為A/B/A型復合膜。其中，A代表熱封層，B代表芯層（基層），熱封層厚度一般為1 μm左右。近年來，隨著包裝速度越來越快，對薄膜熱封性能提出了更高的要求，市場需求量不斷增加。原料要求有更高的光學性能及熱封性能。國內用于BOPP熱封膜生產的聚丙烯原料依賴進口，主要有新加坡聚烯烴私營有限公司、巴塞爾聚烯烴有限公司、韓國三星綜合化學公司、韓國湖南石油化學株式會社、英力士集團控股有限公司等開發的三元無規共聚聚丙烯。針對BOPP熱封膜專用樹脂中小分子析出物含量低，熱封性能高的要求，中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司（簡稱燕山石化公司）在聚丙烯氣相法裝置上，成功開發了BOPP熱封膜專用聚丙烯F5005B，本工作對F5005B的結構與性能進行了評價，以為其加工應用提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 主要原料

F5005B，燕山石化公司；對比試樣GW-F，新加坡TPC公司。

1.2 主要儀器

INSTRON5565型材料試驗機，英國Instron公司；ME30/5200型流延膜機，德國Optical Control Syetems公司；NICOLET6700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國Thermofisher公司；TP-701S型熱封合設備，日本JICA公司；NDH-2000型霧（濁）度儀，日本電色公司；Waters GPC2k型測定儀，美國Waters公司；BX-51型偏光顯微鏡，德國歐林巴斯公司。

2 結果與討論

2.1 分子鏈結構

一般選用共聚聚丙烯作為熱封層的原料，通過丙烯與其他單體共聚，降低聚合物的熔點和結晶度，使其相關性能得到一定程度的提升。但在聚合過程中，如果單體分散不均勻會產生聯排現象，生成一些結晶能力較差的聚合物分子。該產物不僅不能降低聚丙烯的熔融溫度，反而會形成一種可溶于正己烷的橡膠態的可抽提物。與1-丁烯相比，乙烯更易產生聯排現象，可提取物含量過高將會使產品在食品包裝領域的應用受限［2］。因此，可根據市場需求，合理地選擇共聚單體的種類及用量，使熔點和可提取物的含量達到最佳值。BOPP薄膜熱封層專用樹脂有二元和三元共聚聚丙烯產品，由于共聚單體無規分布在等規聚丙烯的分子鏈上，破壞了分子鏈的規整性，導致分子鏈的規整性降低，無規程度增加，無規部分容易被溶劑浸出［3］。從表1可以看出：不同BOPP薄膜熱封層專用樹脂存在結構的差異，乙烯、1-丁烯的含量不同，正己烷可溶物含量也存在差異。F5005B為丙烯與1-丁烯二元共聚物，1-丁烯含量為12.0%（w）。GW-F為丙烯、乙烯和1-丁烯三元共聚物，共聚單體含量為7.5%（w），但F5005B的正己烷萃取物含量低于GW-F，較少的小分子析出物，減少了黏輥現象，有利于BOPP薄膜的加工生產。

表1 F5005B與GW-F的共聚單體含量Tab.1 Content of comonomers in F5005B and GW-F

2.2 相對分子質量及其分布

生產BOPP薄膜時，采用擠出機塑化熔融，聚丙烯熔體通過T型模頭流延到冷卻輥上，形成鑄片，要求鑄片厚度均勻，寬度方向一致。熔融流延薄膜在空氣中熱拉伸時薄膜變窄，薄膜邊緣變厚形成卷邊。從表2可以看出：F5005B的相對分子質量分布為4.64，z均分子量為101.3×104。GW-F的相對分子質量分布為4.00，z均分子量為80.0×104。F5005B具有相對較寬的相對分子質量分布和較高的z均分子量，這些特點使F5005B熔體的黏度大，分子鏈纏結多，能夠平衡部分邊緣應力。同時，F5005B相對分子質量分布寬，熔體黏彈性增加，擠出膨脹作用顯著，可抵抗邊緣應力，有利于減少薄膜幅寬，滿足BOPP薄膜加工工藝的要求。

表2 F5005B與GW-F的相對分子質量及其分布Tab.2 Molecular mass and distribution of F5005B and GW-F

2.3 力學性能

聚丙烯的性能與立體規整性結構有很大關系。應用于BOPP薄膜熱封層，要求具有較好的力學性能，以滿足剛性和挺度的要求。從表3可以看出：與GW-F相比，F5005B的拉伸應力、彎曲模量、洛氏硬度等性能都稍高，表明F5005B具有更好的剛性，可提高薄膜的挺度。

表3 F5005B與GW-F的力學性能Tab.3 Mechanical properties of F5005B and GW-F

2.4 薄膜的性能

2.4.1 薄膜的外觀

BOPP薄膜主要應用于包裝，優良的外觀性能可以提高產品的附加值，晶點和“魚眼”是影響薄膜外觀的重要因素。通常1520 cm2的薄膜0.8 mm以上的晶點和“魚眼”數大于1，覆合高檔膜或專色印刷品時，會造成薄膜外觀性能不符合要求。從表4可以看出：在開發F5005B的過程中，針對下游用戶的反饋信息，選擇了合適的濾網目數，從而保證產品具有優良的薄膜外觀。F5005B薄膜0.8 mm的“魚眼”數為0，薄膜的外觀性能滿足印刷的需求。

表4 F5005B與GW-F的晶點數 Tab.4 Crystal points of F5005B and GW-F 個/1520 cm2

2.4.2 光學性能

由于BOPP薄膜主要用于保健品、日用品等采用硬盒外包裝的產品，光學性能是BOPP薄膜的重要控制指標。丙烯與α-烯烴共聚就是要降低球晶尺寸，改變其熔融和結晶性能，改善薄膜的光學性能。分別將F5005B與GW-F制備成單層30 μm厚的薄膜，進行光學性能測試。丙烯與1-丁烯共聚物中的丙烯單元和1-丁烯單元具有更好的相容性，使其透明性也較乙烯與丙烯共聚物好。從表5可以看出：兩者的霧度接近，但F5005B的透光率較高，尤其鏡面光澤性能明顯優于GW-F。采用F5005B制備的薄膜具有更好的光學性能，可賦予包裝亮麗、晶瑩剔透的外觀。

表5 F5005B與GW-F所制薄膜的光學性能Tab.5 Optical properties of F5005B and GW-F

2.4.3 熱封性能

BOPP薄膜熱封性能的主要指標是熱封強度和熱封溫度。熱封強度反映薄膜的熱黏合牢固性；熱封溫度反映薄膜在使用時對不同溫度的適應性。一般來說，隨著熱封溫度的升高，熱封強度也會增加，但達到一定溫度后，強度不會增加。如果熱封溫度過高，極易損傷焊接處的熱封材料，極大降低了封口的熱封強度和包裝袋的抗沖擊性能。從圖1可以看出：不同的熱封溫度條件下，F5005B的熱封強度優于GW-F。分析認為F500B具有更適宜的相對分子質量分布，在加熱的情況下，低相對分子質量部分更易實現兩個膜面之間的貫穿和纏結，有利于提高熱封性能。

圖1 F5005B與GW-F所制薄膜的熱封性能Fig.1 Thermal sealing properties of F5005B and GW-F

采用F5005B生產的BOPP薄膜厚20.00～30.00 μm，其中，熱封層厚1.00～3.00 μm。從圖2可以看出：熱封層的厚度為2.86 μm。

圖2 BOPP薄膜的層結構（×5000）Fig.2 Layer structure of BOPP film

目前，F5005B已在山東群力塑膠股份有限公司、金田高新材料股份宿遷分公司等20多家國內生產企業進行了推廣應用，產品的熱封性能得到了下游企業的認可。

3 結論

a）F5005B為丙烯與1-丁烯二元共聚聚丙烯，正己烷提取物含量少，相對分子質量分布適宜，產品的剛性好，能滿足BOPP薄膜加工對原料的性能要求。

b）采用F5005B生產的薄膜的外觀、光學性能、熱封性能優于GW-F。

c）F5005B可滿足20.00～30.00 μm厚的BOPP薄膜的生產要求，得到了下游用戶的認可。