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BOPP煙膜熱封性能的研究

2018-12-24 9:21:06??????點擊:
楊建武
(湛江包裝材料企業有限公司,524022)
 
摘要:本文研究了不同的聚丙烯共聚物、熱封層厚度、薄膜總厚度、BOPP添加劑以及電暈處理工藝對BOPP煙膜熱封性能的影響,根據討論結果,介紹了BOPP煙膜熱封性能的控制方法以及相關的注意事項。
 
關鍵詞:BOPP,煙膜,熱封性能
 
前言
 
....BOPP作為一種新型的包裝材料,在煙草工業中獲得了廣泛的應用,從工藝角度看,正確控制好不同使用要求的BOPP熱封及與之相關的其它性能,是保證薄膜上機運行和良好熱封合的關鍵。隨著我國卷煙工業的發展,卷煙包裝機包裝速度將越來越高,例如進口的高速卷煙包裝機有的高達800包/分鐘,這對煙膜的熱封性能提出了更高的要求。
 
....BOPP煙膜的熱封性能主要包括熱封強度和熱封溫度范圍(或初始熱封溫度),熱封強度在使用上反映的是薄膜的熱粘合牢固性,而熱封溫度范圍則反映薄膜在使用時對不同溫度的適應性。本文根據生產和試驗結果重點討論了聚丙烯共聚物、添加劑和工藝因素對煙膜熱封性能的影響,以便為廣大同行的產品開發、質量改進等提供參考。
 
一、 不同聚丙烯共聚物對熱封強度的影響
 
....作為三層共擠的煙膜,其表層主要成份是具有自粘合的聚丙烯共聚物,目前國內外常用的BOPP熱封材料主要有聚丙烯無規二元共聚物(乙烯/丙烯共聚物)如SOWAY KS413、Montel PLZ697、CHISSO XF7511等,無規三元共聚物(丙烯/乙烯/丁烯共聚物)如Solvay KS309、Sumitomo SP89 E-1、Montel EP3C39F以及混合物(三元共聚物與丁烯的混合物)如Schulman IS2739 ,這三種熱封材料各具特點,它們對煙膜的熱封性能具有不同的影響。
 
圖1 不同聚丙烯共聚物對熱封強度的影響
1-二元共聚物 2-三元共聚物  3- 混合物
 
分析與比較:
 
....由于無規二元共聚物、無規三元共聚物和混合物三種熱封材料的熔點依次為135°C、125°C、和115°C,呈逐步降低的趨勢,因而它們的初始熱封溫度分別由高降至低,依次為115°C、105°C和100°C(以2.0N/mm2作為最低熱封線),由熱封曲線圖可以看出,這三種材料的熱封范圍分別為:
 
....無規二元共聚物(115°C ~ 150°C) < 三元共聚物(105°C ~150°C) < 混合物(100°C~ 150°C)。
 
....從無規共聚物到混合物,由于多相的存在以及乙烯含量的增加,薄膜的熱封范圍逐步增加,因此在配方設計時應考不同的包裝速度選用不同的熱封材料,例如,條合包裝和速度小于400包/分鐘的小包煙膜選用聚丙烯無規二元共聚物較為合適,而速度大于400包/分鐘的煙膜應選用三元共聚物或低溫混合物。
 
....值得注意的是,為使薄膜在加工時不產生粘輥現象,用于熱封的聚丙烯樹脂必須具有低的熱封溫度和高的熔點,這是熱封材料發展的一個新趨勢。
 
二、 表層厚度對煙膜熱封強度的影響
 
....熱封層材料為無規二元共聚物的22u標準配方的煙膜,表層、芯層厚度分別為0.8u/20.4u/0.8u和1.5u/19u/1.5u,在不同的熱封溫度下測出它們的熱封強度并繪制成下圖所示的熱封曲線圖:
 
圖2 表層厚度對熱封強度的影響
1-表層厚度0.8um.....2-表層厚度1.5um
 
....由圖2可以看出,在一定的熱封范圍內,薄膜的熱封強度隨著熱封層厚度的增加而增加。在實際生產中應根據使用需要來控制熱封層厚度,一般情況下22u標準煙膜的熱封層厚度為0.8 ~ 1.2u ,對包裝速度較慢的條包煙膜,由于使用時熱封時間稍長,可適當調薄熱封層厚度。
 
三、 薄膜總厚度對煙膜熱封強度的影響
 
....對標準配方的煙膜,表層熱封層厚度均為1.0 u,而芯層厚度分別為20 u、25 u和30 u ,在熱封范圍內測出它們的熱封強度并繪制成如下所示的熱封曲線圖。由圖3可以看出,在熱封層厚度不變時,薄膜越厚,則在相同熱封溫度下熱封強度越小,因此生產厚膜時應稍提高熱封層厚度。
 
圖3  薄膜總厚度對熱封強度的影響
1--22um 2--27um 3-32um
 
四、 電暈處理對煙膜熱封性能的影響
 
....為了加快芯層添加劑的遷移速度,減少薄膜的靜電,根據需要也可以對薄膜施加電暈處理,但這會對薄膜的熱封性能產生負面的影響。例如對22u的標準煙膜施加電暈處理后(薄膜的表面張力為40mN/m),其熱封性能發生如下表所示的變化。
 
薄膜初始熱封溫度°C
熱封范圍°C
最高熱封強度N/mm2
未處理
處理
未處理
處理
未處理
處理
118
126
33
26
3.9
3.1
 
表1  電暈處理對熱封性能的影響
 
....由表1可以看出,薄膜施加電暈處理后,由于表層共聚物的化學元鍵受到破壞并且部份產生了交鏈作用,因而薄膜的初始熱封溫度上升,熱封范圍變窄,而熱封強度也下降了許多,因此,對包裝速度高于400包/分鐘以上的煙膜應慎重考慮采用電暈處理工藝。
 
五、 添加劑對煙膜熱封性能的影響
 
....BOPP 煙膜所用的添加劑主要有抗靜電劑、增滑劑、抗粘劑和增挺劑,現以不同配方的22u煙膜為例探討各種添加劑對煙膜熱封性能的影響。表2是試驗樣品經二周后的測試結果。
 
....由表2可以看出,表層抗粘劑對薄膜的熱封性能沒有影響,表層超級增滑劑硅酮對熱封性能影響也影響不大,但加于芯層的增滑劑和抗靜電劑由于在時效處理期間遷移至表層后形成了增滑/抗靜電界面,因而導致了薄膜的初始熱封溫度升高、熱封范圍變窄和熱封強度降低。與增滑劑和抗靜電劑相反,芯層的石油樹脂增挺劑由于熔點低且自身具有一定的熱粘性,故大幅度改善了薄膜的熱封性能,其初始熱封溫度明顯降低,熱封范圍變寬,但應注意,過量的加入會影響薄膜的熱滑動性能。
 
編號
表層為PP無規二元共聚物含以下母料
芯層為PP均聚物含以下母料
初始熱封溫(°C )
熱封范圍(°C )
最高熱封強度
(N/mm2)
1
純PP無規二元共聚物
純PP均聚物
115
35
4.6
2
1500ppm硅石抗粘劑
115
35
4.6
3
1600ppm硅酮增滑劑
116
34
4.1
4
1600ppm硅酮增滑劑
3000ppm乙氧化胺類抗靜電劑
118
32
4.1
5
7500ppm 氫化石油樹脂增挺劑
105
44
4.5
 
表2  添加劑對熱封性能的影響
 
六、 結論
 
1、聚丙烯二元共聚物熱封溫度高、熱封范圍窄,比較適合于中、低速煙膜,而三元共聚物和低溫混合物則特別適合速度高于400包/分鐘的煙膜,但在加工時應注意防止粘輥現象的發生。
 
2、薄膜熱封層較厚時有利于改善薄膜的熱封性能,但表層厚度不變而薄膜總厚度過厚時,則薄膜的熱封強度會有所降低,因此不同厚度的煙膜其熱封層厚度應有所不同。
 
3、使用電暈處理工藝會降低熱封范圍和熱封強度,高速包裝膜不宜使用電暈處理工藝。
 
4、芯層增滑劑和抗靜電劑對薄膜的熱封性能有一定的影響,應根據使用要求合理選擇用量。
 
5、煙膜芯層加入石油樹脂增挺劑有利于改善薄膜的熱封性能,在生產時可適當降低其熱封層厚度。
 
參考資料:
 
1 徐秀婷。《現代塑料加工應用》1992年第6期P48
 
2 [ 德]R。蓋希特 ,《塑料添加手冊》 ,中國石化出版社 ,1992;521- 522
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