CPP低溫?zé)岱饽さ难兄?/h1>
2018-03-30 03:11:14張莉瓊熊立貴趙素芬涂志剛劉平
現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用 2018年1期
張莉瓊 熊立貴 趙素芬 涂志剛* 劉平
(1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院包裝印刷系,廣東 中山, 528436;2.華南理工大學(xué)材料科學(xué)研究所,廣東 廣州,510640)
CPP(流延聚丙烯)熱封膜具有透明度高、力學(xué)性能好、熱封強度高的特點,在包裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但是在低溫時容易發(fā)脆,韌性變差,限制了其在低溫條件下的使用。國內(nèi)針對CPP熱封膜的低溫改性一直是研究熱點,如使用聚烯烴彈性體對其進(jìn)行共混改性,可降低薄膜霧度,提高透明度,期望能替代目前低溫冷藏中使用的透明度差的聚乙烯薄膜。但彈性體存在發(fā)黏、發(fā)澀的問題,使得薄膜力學(xué)強度降低,摩擦系數(shù)增大[1-2]。
下面在CPP熱封膜制備過程中添加自制爽滑母料,生產(chǎn)出來的薄膜同時具備高表面張力、較低摩擦系數(shù)、較好的力學(xué)性能,在存儲期30 d內(nèi)薄膜的綜合性能穩(wěn)定。
1 試驗部分
1.1 主要原料
聚丙烯均聚物,FC-801,中國石化上海石油化工股份有限公司;聚丙烯共聚物,H531PL,新加坡聚烯烴公司;爽滑母料,自制。其中自制爽滑母料載體為聚丙烯均聚物,使用雙螺桿擠出機(jī)造粒而成,含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,水質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.06%,熔體流動速率(230 ℃,2.16 kg)5～7 g/10 min,添加到薄膜的芯層。
1.2 基本配方及試樣制備
基本配方以質(zhì)量份計。熱封層(A層):共聚聚丙烯樹脂95.0～97.0份,助劑3.0～5.0份;芯層(B層):均聚聚丙烯樹脂97.0份,助劑3.0份;電暈層(C層):均聚聚丙烯樹脂96.0份,助劑4.0份。
試樣制備:采用A，B，C三層共擠流延法制備 CPP熱封薄膜。
工藝流程:CPP樹脂和其他助劑→計量→擠出塑化→分流器→模頭→流延冷卻成型→測厚→電暈處理→修邊→收卷→成品經(jīng)48 h常溫時效處理→分切→檢驗→CPP熱封膜。
1.3 性能測試
表面張力參照GB/T 14216—2008測試;摩擦系數(shù)參照GB 10006—1988測試;透光率/霧度參照GB/T 2410—2008測試;力學(xué)性能參照GB/T 13022—1991測試;光澤度參照ASTM D523—1989(1999)測試;熱收縮率參照GB/T 12027—2004測試;熱封強度參照QB/T 2358—1998測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 存儲時間對CPP熱封膜表面張力的影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP熱封膜下線后存儲30 d內(nèi)的表面張力變化,結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出,CPP熱封膜剛下線時表面張力達(dá)到峰值46 mN/m,在之后跟蹤的30 d內(nèi)隨著時間的推移開始下降,第30 d時為38 mN/m,可見在存儲期30 d內(nèi),CPP熱封膜能滿足印刷、涂布等二次加工所需表面張力大于38 mN/m的要求。
圖1 CPP熱封膜表面張力與時間關(guān)系
CPP熱封薄膜在加工過程中,存在外來拉力導(dǎo)致取向上的力學(xué)性能明顯增加,在急劇驟冷的條件下,CPP熔體的黏度較高,內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳,通常在下線3 d后開始松馳,同時薄膜性質(zhì)發(fā)生變化。由圖1可見,3 d后薄膜的表面張力下降幅度明顯大于前3 d。研究中通過使用自制的爽滑母料中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,具有爽滑和抗黏作用,在存儲期內(nèi)能從薄膜芯層遷移到薄膜表面,一定程度上緩解了表面張力的下降。其原因是芥酸酰胺的潤滑性使聚丙烯大分子鏈或鏈段之間運動的流動性得以增加,薄膜表面能在較長時間內(nèi)維持較高的表面張力。
2.2 存儲時間對CPP熱封膜摩擦系數(shù)影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP熱封膜下線后30 d內(nèi)電暈面和非電暈面的摩擦系數(shù),結(jié)果如圖2所示。
圖2 CPP熱封膜30 d內(nèi)摩擦系數(shù)變化
電暈面是由于薄膜表面的高分子鏈通過電子擊穿、空氣氧化等方式強制斷裂,形成局部區(qū)域的極性效果,其薄膜表層的不均勻性導(dǎo)致薄膜內(nèi)層的各類助劑遷移到薄膜表面后分散不均,通常情況下放置一段時間后電暈面的摩擦系數(shù)明顯增加,摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性能受到損害。從圖2可以看出,添加自制爽滑母料后,跟蹤21 d后電暈面的摩擦系數(shù)仍能穩(wěn)定在0.6以下,30 d時降至0.5,可見自制爽滑母料能有效保證CPP熱封膜摩擦系數(shù)的穩(wěn)定。從圖2還可以看出,CPP熱封膜剛下線時非電暈面的摩擦系數(shù)為0.3,之后開始下降,在跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2。
2.3 存儲時間對CPP熱封膜拉伸強度影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP薄膜下線后30 d內(nèi)的拉伸強度,結(jié)果如圖3所示。
圖3 CPP熱封膜30 d內(nèi)拉伸強度變化
從圖3可以看出,隨著存儲時間的增加,CPP熱封膜的拉伸強度持續(xù)增大,其中在剛下線的前3 d內(nèi)變化幅度最大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強度達(dá)到27 MPa。這是由于薄膜在剛下線時,薄膜內(nèi)沿外來拉力拉伸方向高分子鏈及鏈段呈取向拉直狀態(tài),產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,下線3 d后內(nèi)應(yīng)力開始松馳,高分子鏈及鏈段發(fā)生回縮或者糾纏,拉直狀態(tài)遭到破壞,薄膜橫、縱向拉伸強度的變化幅度波動明顯;隨著放置時間的增加,部分高分子鏈及鏈段在環(huán)境的作用下隨內(nèi)應(yīng)力的變化又回歸平衡狀態(tài),故拉伸強度較之下線前3 d平緩增大,在21～30 d內(nèi)增幅不大,趨于平穩(wěn)。
2.4 CPP熱封膜的綜合性能
將厚度25 μm的CPP熱封膜放置30 d時與GB/T 27740—2011的綜合性能進(jìn)行比對,結(jié)果如表1所示。
表1 爽滑母料對CPP熱封膜綜合性能影響
從表1可見,使用自制爽滑母料制備的CPP熱封膜在存儲期內(nèi)具有高表面張力、低摩擦系數(shù)、力學(xué)性能較好且滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的同時,初始熱封溫度、熱封強度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品綜合性能穩(wěn)定。
3 結(jié)論
a) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲30 d時表面張力大于38 mN/m,非電暈面的摩擦系數(shù)跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2,電暈面的摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.5。
b) 隨著存儲時間的增加,CPP熱封薄膜的拉伸強度持續(xù)增大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強度達(dá)到27 MPa,均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。
c) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲期30 d時,其初始熱封溫度、熱封強度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),綜合性能穩(wěn)定。
[1] 廖德金,段寧寧,林淵智,等. CPP熱封薄膜低溫?zé)岱鈱有阅苎芯縖J].中國塑料,2015,29(8):77-81.
[2] 滕樹玲. CPP流延膜的選材及優(yōu)化方案[J].化工新型材料,2013,41(8):190-191.
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CPP(流延聚丙烯)熱封膜具有透明度高、力學(xué)性能好、熱封強度高的特點,在包裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但是在低溫時容易發(fā)脆,韌性變差,限制了其在低溫條件下的使用。國內(nèi)針對CPP熱封膜的低溫改性一直是研究熱點,如使用聚烯烴彈性體對其進(jìn)行共混改性,可降低薄膜霧度,提高透明度,期望能替代目前低溫冷藏中使用的透明度差的聚乙烯薄膜。但彈性體存在發(fā)黏、發(fā)澀的問題,使得薄膜力學(xué)強度降低,摩擦系數(shù)增大[1-2]。
下面在CPP熱封膜制備過程中添加自制爽滑母料,生產(chǎn)出來的薄膜同時具備高表面張力、較低摩擦系數(shù)、較好的力學(xué)性能,在存儲期30 d內(nèi)薄膜的綜合性能穩(wěn)定。
1 試驗部分
1.1 主要原料
聚丙烯均聚物,FC-801,中國石化上海石油化工股份有限公司;聚丙烯共聚物,H531PL,新加坡聚烯烴公司;爽滑母料,自制。其中自制爽滑母料載體為聚丙烯均聚物,使用雙螺桿擠出機(jī)造粒而成,含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,水質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.06%,熔體流動速率(230 ℃,2.16 kg)5～7 g/10 min,添加到薄膜的芯層。
1.2 基本配方及試樣制備
基本配方以質(zhì)量份計。熱封層(A層):共聚聚丙烯樹脂95.0～97.0份,助劑3.0～5.0份;芯層(B層):均聚聚丙烯樹脂97.0份,助劑3.0份;電暈層(C層):均聚聚丙烯樹脂96.0份,助劑4.0份。
試樣制備:采用A，B，C三層共擠流延法制備 CPP熱封薄膜。
工藝流程:CPP樹脂和其他助劑→計量→擠出塑化→分流器→模頭→流延冷卻成型→測厚→電暈處理→修邊→收卷→成品經(jīng)48 h常溫時效處理→分切→檢驗→CPP熱封膜。
1.3 性能測試
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從圖1可以看出,CPP熱封膜剛下線時表面張力達(dá)到峰值46 mN/m,在之后跟蹤的30 d內(nèi)隨著時間的推移開始下降,第30 d時為38 mN/m,可見在存儲期30 d內(nèi),CPP熱封膜能滿足印刷、涂布等二次加工所需表面張力大于38 mN/m的要求。
圖1 CPP熱封膜表面張力與時間關(guān)系
CPP熱封薄膜在加工過程中,存在外來拉力導(dǎo)致取向上的力學(xué)性能明顯增加,在急劇驟冷的條件下,CPP熔體的黏度較高,內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳,通常在下線3 d后開始松馳,同時薄膜性質(zhì)發(fā)生變化。由圖1可見,3 d后薄膜的表面張力下降幅度明顯大于前3 d。研究中通過使用自制的爽滑母料中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%高純度無毒的芥酸酰胺,具有爽滑和抗黏作用,在存儲期內(nèi)能從薄膜芯層遷移到薄膜表面,一定程度上緩解了表面張力的下降。其原因是芥酸酰胺的潤滑性使聚丙烯大分子鏈或鏈段之間運動的流動性得以增加,薄膜表面能在較長時間內(nèi)維持較高的表面張力。
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圖2 CPP熱封膜30 d內(nèi)摩擦系數(shù)變化
電暈面是由于薄膜表面的高分子鏈通過電子擊穿、空氣氧化等方式強制斷裂,形成局部區(qū)域的極性效果,其薄膜表層的不均勻性導(dǎo)致薄膜內(nèi)層的各類助劑遷移到薄膜表面后分散不均,通常情況下放置一段時間后電暈面的摩擦系數(shù)明顯增加,摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性能受到損害。從圖2可以看出,添加自制爽滑母料后,跟蹤21 d后電暈面的摩擦系數(shù)仍能穩(wěn)定在0.6以下,30 d時降至0.5,可見自制爽滑母料能有效保證CPP熱封膜摩擦系數(shù)的穩(wěn)定。從圖2還可以看出,CPP熱封膜剛下線時非電暈面的摩擦系數(shù)為0.3,之后開始下降,在跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2。
2.3 存儲時間對CPP熱封膜拉伸強度影響
在配方中添加自制的爽滑母料,制備3層結(jié)構(gòu)25 μm厚的CPP熱封膜,跟蹤C(jī)PP薄膜下線后30 d內(nèi)的拉伸強度,結(jié)果如圖3所示。
圖3 CPP熱封膜30 d內(nèi)拉伸強度變化
從圖3可以看出,隨著存儲時間的增加,CPP熱封膜的拉伸強度持續(xù)增大,其中在剛下線的前3 d內(nèi)變化幅度最大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強度達(dá)到27 MPa。這是由于薄膜在剛下線時,薄膜內(nèi)沿外來拉力拉伸方向高分子鏈及鏈段呈取向拉直狀態(tài),產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,下線3 d后內(nèi)應(yīng)力開始松馳,高分子鏈及鏈段發(fā)生回縮或者糾纏,拉直狀態(tài)遭到破壞,薄膜橫、縱向拉伸強度的變化幅度波動明顯;隨著放置時間的增加,部分高分子鏈及鏈段在環(huán)境的作用下隨內(nèi)應(yīng)力的變化又回歸平衡狀態(tài),故拉伸強度較之下線前3 d平緩增大,在21～30 d內(nèi)增幅不大,趨于平穩(wěn)。
2.4 CPP熱封膜的綜合性能
將厚度25 μm的CPP熱封膜放置30 d時與GB/T 27740—2011的綜合性能進(jìn)行比對,結(jié)果如表1所示。
表1 爽滑母料對CPP熱封膜綜合性能影響
從表1可見,使用自制爽滑母料制備的CPP熱封膜在存儲期內(nèi)具有高表面張力、低摩擦系數(shù)、力學(xué)性能較好且滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的同時,初始熱封溫度、熱封強度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品綜合性能穩(wěn)定。
3 結(jié)論
a) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲30 d時表面張力大于38 mN/m,非電暈面的摩擦系數(shù)跟蹤期內(nèi)穩(wěn)定在0.1～0.2,電暈面的摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.5。
b) 隨著存儲時間的增加,CPP熱封薄膜的拉伸強度持續(xù)增大,放置30 d后薄膜縱向拉伸強度達(dá)到60 MPa,橫向拉伸強度達(dá)到27 MPa,均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。
c) 使用自制爽滑母料制備的 CPP熱封薄膜在存儲期30 d時,其初始熱封溫度、熱封強度和光學(xué)性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),綜合性能穩(wěn)定。
[1] 廖德金,段寧寧,林淵智,等. CPP熱封薄膜低溫?zé)岱鈱有阅苎芯縖J].中國塑料,2015,29(8):77-81.
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