市场消化良好 BOPP薄膜高性能与多功能方向剖析

发布时间:2015-09-07 文章来源 阅读次数:

 双向拉伸聚丙烯薄膜(biaxially oriented polypropylene,BOPP)经过这几年的市场消化,迎来了新的发展时期,而且基本上的是宽幅高速的生产线。尽管有些企业想以规模体现效益,但越来越多的企业正在更加关注技术的进步与创新,提升产品的技术含量,以期增加BOPP薄膜在市场上的竞争力。
  BOPP薄膜的高性能化
  在现有薄膜物质性能的基础上,提升和改善BOPP薄膜重要的性能控制指标,是提高BOPP薄膜市场竞争力的重要手段。
  长效抗静电性能
  在BOPP薄膜包装使用过程中,薄膜的静电由薄膜本身带有的静电和在包装过程中因摩擦而产生的静电两部分组成。薄膜本身所带的静电较易控制,但在包装过程中产生的静电则较难于控制。薄膜的静电会使其产生静电粘附,这对切割、输送、折叠薄膜等有不良影响,会造成薄膜上机运行故障。因此,若只强调薄膜本身的静电值,而忽略了包装过程中产生的静电值,就会使薄膜的检测性能很好,但上机运行时却总是出现故障。
  一般包装机上,静电可通过金属或静电消除器的快速传导而转移,另外,湿度较大的环境也有利于薄膜表面的静电消除。遇上静电比较大的薄膜或干燥的季节(例如冬季),使用企业可以提前将薄膜放入包装车间,对包装车间进行调节湿度处理,也可采用水泼湿车间地面或将湿毛巾敷在膜卷端面的方法,以提高环境的湿度,易消除薄膜表面的静电。
市场消化良好 BOPP薄膜高性能与多功能方向剖析
  抗静电特性是保证包装顺利进行的基本条件之一。大部分BOPP薄膜都要求具备良好的抗静电性能,以防止薄膜放卷和与设备摩擦产生的静电粘附,因此,抗静电是BOPP薄膜要求的基本特性之一。 
目前,通常选用内添加型抗静电剂,这些抗静电剂大多是表面活性类助剂,它们具有迁移性,都将对薄膜的光学性能和摩擦性能产生影响。实际生产中,薄膜的光学性能在3个月后都将因为抗静电剂的迁移而超出控制标准。因此,在目前的技术基础上,以较少的抗静电剂加入量获得理想、平稳和持续的抗静电性将是主要的研究方向之一。长效抗静电性能的BOPP薄膜的深入研究可以从两方面考虑:一是BOPP薄膜表面的极性化;二是摆脱抗静电性对湿度的依赖,直接在表层加入导电物质。长效或者永久型抗静电剂已有工业化应用,但是加入量太大,成本较高,而且对光学性能的负面影响较大。
  差异化摩擦性能
  盒式包装用BOPP薄膜,通常要求其具有差异化滑动性能,即要求薄膜内层和外层的摩擦系数不同。在包装过程中,薄膜外表层在下膜通道、成型轮槽、折叠板、烙铁等金属部件上运行时,其摩擦系数应该控制在较低水平,但由于这些金属部件大都是在50℃以上的高温条件下运转的,随着温度的升高,薄膜的摩擦系数升高,特别是45℃之后,摩擦系数上升更快,因此,控制高温条件下薄膜对金属的热摩擦系数更加重要,这样才能确保薄膜在热金属部件上滑动运行顺畅。薄膜的内面在包装过程中与纸接触,其摩擦系数应该控制在稍高水平,以利于盒式产品在成型轮内与薄膜的定位良好,提高薄膜的折叠质量,从而获得紧凑和挺括的包装效果。该方向上进一步的研究,可以从如何调整内外层的差异化摩擦系数,以适应定位和高速包装的需求方面着手。
  在BOPP薄膜中,影响摩擦系数的因素很多。
  1)爽滑剂的种类。硅油类和酰胺类爽滑剂具有良好的高低温爽滑性能,而蜡类的常温滑动性能较好。爽滑剂能显着降低摩擦系数,是影响薄膜摩擦性能的主要因素。
  2)抗黏连剂。抗黏连剂一般是粒径为2~5μm的固体粉末,将其添加到薄膜表层可以形成许多凸起,会使薄膜层与层之间、薄膜与外介面之间的实际接触面积减少,从而降低其黏结力,相互滑动就会较容易,有利于摩擦系数的降低。当然,抗黏连剂的种类对摩擦系数的影响大小不一样。
  3)抗静电剂。常用的内添加型抗静电剂都是表面活性剂,能降低薄膜的表面张力,从而降低摩擦系数。
  4)表层料。如果薄膜表层使用聚丙烯均聚物,由于均聚聚丙烯(polypropylene,PP)的结晶度较高,用其生产的薄膜不仅刚性高而且表面硬度好,所以薄膜的摩擦系数较低。但若要求薄膜具有良好的热封性能,则必须在其表层使用共聚物,由于共聚PP的结晶度较低,生产的薄膜相对较柔软,薄膜表面较黏,所以薄膜的摩擦系数相对较高。
  企业生产中,对产品的摩擦系数要求有很大不同,如有的要求薄膜的摩擦系数超过1,即生产防滑BOPP薄膜;有的要求薄膜的摩擦系数低于0.15,生产超爽滑BOPP薄膜。
  低温热封性能
  薄膜的热封性能表现为热封温度和热封强度,热封温度一般应控制在85~110℃之间。热封温度范围窄的薄膜,在包装机上的可调整热封温度范围很窄。设定的热封温度稍高,就会使得烫口起皱;而设定热封温度稍低,又会出现封口不紧等问题。不同的包装机,其热封条件也不同,且同型号的设备在不同运行环境中,其需要的热封温度也不同。因此,较宽的热封温度范围,使得薄膜有较好的热封适应性,可以确保其在各种包装机上的运行畅顺。
  薄膜生产企业采用的专用热封材料一般为乙丙二元共聚物、乙丙丁三元共聚物和它们的混合物,这3种热封材料的熔点依次为135, 125, 115℃,呈逐步降低的趋势,因而以2.0N/mm2作为薄膜的最低热封强度时,它们的初始热封温度分别由高降至低为115, 105, 100℃。这3种热封材料的热封范围依次为:115~150℃,105~150℃,100~150℃。从无规则共聚物到混合物,由于多相的存在及乙烯含量的增加,薄膜的热封范围逐步增大,因此,在薄膜生产配方设计时,不同的包装速度应选用不同的热封材料。如包装速度小于400包/min的薄膜选用聚丙烯无规二元共聚物较为合适,而速度大于400包/min的薄膜应选用三元共聚物或低温混合物。
  BOPP薄膜的热封强度还与热封层的厚度有关,如有研究表明,总厚22μm标准配方薄膜的热封层料为无规二元共聚物,对于表层与芯层厚度结构分别为0.8μm/20.4μm/0.8μm和1.5μm/19μm/1.5μm的2种薄膜,在不同的热封温度下测定它们的热封强度,发现在一定热封范围内,薄膜的热封强度随着热封层厚度的增加而增加。在实际生产中,应根据使用需要来控制热封层厚度,一般情况下,22μm标准薄膜的热封层厚度为0.8~1.2μm,对包装速度较慢的薄膜,由于使用时热封时间稍长,可适当调整薄膜热封层厚度。在薄膜的配方设计过程中,还应该考虑各种助剂对热封性能的影响。热封材料的选取和使用方法直接影响薄膜的上机包装性能。用于热封的聚丙烯树脂必须具有较低的热封温度和较高的熔点,这是高速热封材料发展的一个趋势。
  可调的热收缩率
  对于香烟包装用BOPP薄膜,一般分为普通型烟膜和热收缩型烟膜两类。普通型烟膜的热收缩性能较小,热收缩率一般应控制在2%~5%,一般用于香烟的小盒软包和条盒包装。热收缩型烟膜的热收缩性能较高,热收缩率一般应大于7%,在包装后可使烟包紧凑,具有更加均匀的包裹性,同时能保证烟包长时间的紧绷而不松垮。其主要的特点是具有优良的贴体包装效果,克服了普通型烟膜对硬盒包装薄膜松弛皱褶问题;此外,热收缩型烟膜采用特殊的加工工艺和配方,因而具有低温热收缩性能,并且具有更好的高速包装性能。
  调节薄膜的热收缩率可从如下几个方面入手。
  1)在芯层加入增刚母料。增刚母料具有较低的熔点,与PP相容性较好,在BOPP薄膜的拉伸过程中易导致高分子链具有较高的取向度。增刚母料加入量可在0~30%之间调节,因此可以使薄膜获得0~12%的热收缩率。但是增刚母料也容易造成薄膜产生较大的后收缩现象。
  2)调整拉伸工艺。BOPP薄膜的纵向收缩率是其主要的控制指标,在拉伸工艺方面,可以通过调整纵向拉伸比、拉伸预热温度和拉伸温度来调节薄膜的热收缩率。例如纵向拉伸比为6倍、拉伸预热温度为115℃、拉伸温度为95℃时,可以获得的热收缩率为4%~5%;而为了提高收缩率,提高拉伸比到6.2倍、降低拉伸预热温度和拉伸温度分别为112℃和90℃,薄膜的热收缩率可以达到9%~10%。
  3)控制定型温度。热收缩率还与薄膜横拉后的定型温度有关,薄膜的取向与解取向是一对矛盾,在一定温度下,薄膜的解取向是自发进行的。薄膜横向拉伸后的定型温度一般为135~155℃,在这样的高温下,薄膜的解取向可迅速发生,实际生产中,通过调节定型温度也能控制薄膜的热收缩率。
  但是在调节薄膜的热收缩率过程中,应防止薄膜后收缩的产生。
  香烟包装BOPP薄膜同样适用于一般的盒式产品包装。
  高光泽、低雾度
  在保证薄膜能正常上机包装以外,BOPP包装薄膜最重要的功能就是亮丽的包装外观。虽然人眼是评估薄膜光学性能的直接工具,而且用户的最终评价也仅是凭直觉,然而从质量管理的角度来看,仅仅靠视觉来进行控制是不够的,因为照明条件、观察者心情、甚至观察的角度都会影响目视效果。为了得到可靠而现实的质量保证,需要用客观的,可测得的参数来定量外观。从光学基本原理出发,出现了BOPP薄膜光学性能的两个重要的定量指标,即光泽度和雾度。
  光泽度用于评估薄膜表面的视觉效果。由薄膜表面上直接反射的光越多,光泽度就越高。高光泽表面反射的光线高度集中,能清晰地反射影像;低光泽的表面反射的光线朝各个方向上漫反射,成像质量降低。因此,BOPP薄膜表面应具有较高的表面平整度,较高的光泽度能给烟包带来亮丽的视觉效果。雾度反称透明度,为测量透射光线偏离入射光线方向大于某个角度光线的百分比。小角度散射时,包装内容物比较清晰;散射角度大且不一致会造成对比度减少,包装内容物朦胧,较低的雾度可以显示产品外盒商标图案的清晰鲜艳。
  追求高光泽和高透明性一直是BOPP薄膜企业研究开发的目标,尽管近年来国内BOPP薄膜的质量有了很大提高,但是在光学性能方面仍然与国外的薄膜有较大差距。从目前的技术研究状况来看,以下几个方面是今后研究的方向。
  1)主体材料的创新应用。国内三层不对称结构薄膜芯层一般采用均聚PP,表层采用二元或三元共聚PP。对于能否采用新的材料取代或者共混其它材料做基材,国内很少有企业进行研究。PP是一种半结晶聚合物,晶体结构对薄膜的光学性能影响很大,如何调整芯层和表层的聚集态结构而获得较理想的光学性能,国外科研人员已经做了许多工作。
  2)添加剂的合理使用。添加剂中抗黏连剂、抗静电剂对薄膜的光泽度和透明性有较大的影响,减少它们的用量将可以大大改善薄膜的光学性能,或者使用对光学性能小的抗黏连剂、抗静电剂。
  3)重新对薄膜的三层结构进行合理设计。在满足上机性能要求的前提下,对三层结构的厚度比和总厚度重新设定。超薄化有利于薄膜光学性能的提高,这也是薄膜开发的一个重要方向。
  4)加大对薄膜光学基础的研究。BOPP薄膜光学性能一直没有突破性的进展,最重要的原因在于对薄膜的光学基础研究不充分,企业研发人员在开发新产品的过程中存在极大的盲目性。对于影响薄膜的表面光泽度和雾度的根本原因没有系统、深入、规律性地研究。特别是对于助剂之间、助剂与PP之间、三层结构之间的相互作用及对薄膜光学性能的影响没有进行广泛的研究。
  挺度、耐磨等
  除以上提及的性能之外,挺度也是BOPP薄膜的重要性能。在薄膜产品的指标控制过程中,并不直接测量挺度,而是以弹性模量来反映。弹性模量越大,则挺度越高。薄膜挺度较高时,可以在包装成型过程中获得高折叠质量,并可以在很短的停顿时间内就达到良好的热封效果。高挺度是提高包装速度的前提条件,适用于自动变速的高速包装机。
  目前,BOPP薄膜急切要解决的一个技术问题是提高薄膜的表面耐擦伤性能,虽然有研究在提高基体PP的硬度方面做了一些工作,但是问题没有得到根本解决,有些厂家推出抗磨花BOPP薄膜,经过对比分析,实际上只是一定程度减轻了其表面擦伤。深入研究薄膜表面易擦伤的根本原因,以及抗黏连剂颗粒对表面抗擦伤的负面作用,是BOPP薄膜高性能化的一个重要方向。

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