李新芳 李育雄 謝文彬 趙素芬* 涂志剛

［1．中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山，528436；2．中山市朗科包裝有限公司，廣東 中山，528400；3．廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院），廣東 廣州，510091］

雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是一種非常重要的軟包裝材料，其改性研究也一直倍受關(guān)注［1-3］，廣泛應(yīng)用于香煙包裝領(lǐng)域。而BOPP煙包裝膜的生產(chǎn)工藝控制要求苛刻，質(zhì)量指標(biāo)高，因此，在BOPP煙包裝膜生產(chǎn)中需要添加一種多功能改性母料（也稱增剛母料），這種母料可以降低BOPP煙包裝膜的加工溫度和熱封溫度，提高薄膜的彈性模量、熱封強(qiáng)度、熱收縮率、光學(xué)性能，改善薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率和摩擦性能等［4-5］，有利于BOPP煙包裝膜生產(chǎn)更穩(wěn)定，上機(jī)性能更佳，包裝效果更挺括、貼切、有光澤。但是增剛母料使用不當(dāng)會(huì)造成薄膜發(fā)粘，程度較輕時(shí)造成摩擦系數(shù)偏大，卷煙包裝過程中出現(xiàn)“飛包”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至造成薄膜結(jié)塊、無法使用，這是開發(fā)新型多功能改性母料需要解決的關(guān)鍵問題。

BOPP煙包裝膜母料的開發(fā)有其特殊性，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題和產(chǎn)品質(zhì)量問題，有些并不是單純的原料問題，BOPP煙包裝膜生產(chǎn)工藝復(fù)雜多變，工藝的調(diào)整對(duì)質(zhì)量控制有很大影響，因此，增剛母料的應(yīng)用研究對(duì)開發(fā)新型增剛母料有重要的指導(dǎo)作用。以下將自主研發(fā)的增剛母料應(yīng)用于BOPP煙包裝膜的芯層，研究了增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜光學(xué)性能、熱收縮率、熱封性能、力學(xué)性能和摩擦性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1．1 主要原料及儀器設(shè)備

均聚PP，T280，熔體流動(dòng)速率（MFR）為3．2 g／10 min，共聚PP，5612，MFR為5．0 g／10 min，均為Montell公司；氫化石油樹脂混合物，自制增剛劑，MFR為13．0～15．0 g／10 min。

雙螺桿擠出機(jī)，SY6217-KZ，東莞市世研精密儀器有限公司；雙向拉伸膜生產(chǎn)設(shè)備，BMS-3000，布魯克納機(jī)械（中國(guó)）有限公司；MFR，XNR-400D，承德市世鵬檢測(cè)設(shè)備有限公司；差示掃描量熱儀（DSC），DSC Q2000，美國(guó)TA公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9030，上海索普儀器有限公司；光澤度儀，WG45，深圳市威福光電科技有限公司；霧度計(jì)，T H-100，佛山市精測(cè)計(jì)量?jī)x器設(shè)備有限公司；熱封試驗(yàn)儀，HST-H3，電子拉力試驗(yàn)機(jī)，C610 H，摩擦系數(shù)儀，MXD-01，均為濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司。

1．2 樣品制備

在均聚PP中加入自制增剛劑，混合均勻，擠出造粒，制得自主研發(fā)的增剛母料；在BOPP薄膜芯層主料中加入增剛母料（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，10%，20%，30%，40%），混合均勻，用雙向拉伸膜生產(chǎn)設(shè)備制備BOPP煙包裝膜。該膜有3層，表層與內(nèi)層主料用共聚PP，芯層主料用均聚PP，表層、芯層和內(nèi)層的厚度比為1∶20∶1。

1．3 性能測(cè)試

MFR按照GB／T 3682—2018測(cè)試；熔點(diǎn)、熔融焓、結(jié)晶溫度、結(jié)晶焓按照GB／T 19466．3—2004測(cè)試；熱收縮率按照BMS TT 02測(cè)試；光澤度按照ASTM D2457—2013 測(cè)試；霧度按照ASTM D1003—2013測(cè)試；熱封強(qiáng)度按照QB／T 2358—1998測(cè)試；力學(xué)性能按照DIN 53455測(cè)試；摩擦系數(shù)按照DIN 53375測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2．1 增剛母料對(duì)PP熔融與結(jié)晶性能影響

由于增剛母料的MFR大，熔點(diǎn)低，而且主要成分氫化石油樹脂與PP相容性好，因此，為了提高PP的MFR，可以適當(dāng)加入增剛母料，從而改善PP的加工流動(dòng)性［6］。圖1是增剛母料添加量對(duì)PP的MFR影響。從圖1可以看出，添加增剛母料后可以提高PP的MFR，且隨著增剛母料添加量增加，PP的MFR逐漸增加。

添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%增剛母料對(duì)PP熔融與結(jié)晶性能的影響見表1。

表1 增剛母料對(duì)PP熔融與結(jié)晶特性影響

從表1可以看出，PP的MFR為3．2 g／10 min，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%增剛母料后PP的MFR提高到21．5 g／10 min，熔點(diǎn)降低10．2℃，結(jié)晶溫度降低16．9℃，熔融焓和結(jié)晶焓均顯著降低。改性后PP的結(jié)晶溫度降低，增加了材料的無定型區(qū)域，極大地改善了PP的加工流動(dòng)性，PP的延展成膜性能大大提高，同時(shí)降低了能耗。

2．2 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜光學(xué)性能影響

增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜霧度和光澤度的影響見圖2。從圖2可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的光澤度升高，霧度降低，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，光澤度提高了5．81%，霧度降低了35%。顯然增剛母料的加入，改善了BOPP煙包裝膜的光學(xué)性能［7］。

2．3 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜熱收縮率影響

熱收縮率是生產(chǎn)硬盒香煙包裝BOPP薄膜的重要控制指標(biāo)［8］，增剛母料的加入是必要的。圖3是增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜熱收縮率的影響。

從圖3可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的縱向和橫向熱收縮率均逐漸增加，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，縱向和橫向熱收縮率分別提高了3．2個(gè)百分點(diǎn)和3．1個(gè)百分點(diǎn)。這是由于增剛母料的添加增加了PP分子鏈活動(dòng)能力，降低了薄膜縱向拉伸和橫向拉伸的溫度，高分子鏈的取向度更高，熱收縮率更大，薄膜可以承受更大的拉伸應(yīng)力，從而達(dá)到更高的熱收縮率。

2．4 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜熱封性能影響

增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜熱封性能的影響見表2。從表2可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的初始熱封溫度明顯降低，熱封強(qiáng)度有增大趨勢(shì)。相比純BOPP薄膜，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，BOPP煙包裝膜的初始熱封溫度降低6℃。這是由于BOPP薄膜表層的PP共聚物很薄，在擠出和拉伸過程中，芯層中的少量增剛母料會(huì)向薄膜表層遷移，降低了表層的熔融溫度，而增剛母料的主要成分氫化石油樹脂固有的黏接特性也提高了薄膜的熱封強(qiáng)度。

表2 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜熱封性能影響

2．5 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜力學(xué)性能影響

表3是增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量的影響。由表3可以看出，隨著增剛母料添加量增加，BOPP煙包裝膜的彈性模量逐漸增加，縱向和橫向斷裂伸長(zhǎng)率先增大后減小。當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，BOPP煙包裝膜的彈性模量提高了28%，縱向和橫向斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)最大值，說明增剛母料添加量過多會(huì)影響薄膜的力學(xué)性能。

表3 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜力學(xué)性能影響

2．6 增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜摩擦性能影響

對(duì)于BOPP煙包裝膜的上機(jī)性能，生產(chǎn)企業(yè)一般以控制煙包裝膜的摩擦性能為參考指標(biāo)［9-10］。

表4是增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜摩擦性能的影響。從表4可以看出，隨著增剛母料添加量增加，25℃和50℃下的靜／動(dòng)摩擦系數(shù)（外／外）均一直增加，當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，30%，40%時(shí)，25℃下BOPP煙包裝膜的動(dòng)摩擦系數(shù)（外／外）分別為0．24，0．29，0．33，而煙草包裝膜標(biāo)準(zhǔn)（YC／T 266—2008）規(guī)定，25℃下煙包裝膜的動(dòng)摩擦系數(shù)（外／外）控制在0．28以下。顯然增剛母料的添加量過多會(huì)影響薄膜的摩擦性能，薄膜會(huì)發(fā)粘，導(dǎo)致摩擦系數(shù)升高，不利于卷煙廠香煙的高速包裝。由于增剛母料較貴，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品性能添加適量的增剛母料。

表4 增剛母料添加量對(duì)BOPP煙包裝膜摩擦性能影響

3 結(jié)論

a） 在BOPP煙包裝膜生產(chǎn)中，添加增剛母料可明顯提高PP的MFR，提高PP的延展成膜性能，從而降低能耗。

b） 當(dāng)增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，BOPP煙包裝膜的光澤度提高了5．81%，霧度降低了35%，縱向和橫向熱收縮率分別提高了3．2個(gè)百分點(diǎn)和3．1個(gè)百分點(diǎn)，初始熱封溫度降低6℃，彈性模量提高了28%。

c） 增剛母料質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%以下時(shí)，BOPP煙包裝膜的斷裂伸長(zhǎng)率隨著增剛母料添加量增加而增加，摩擦性能則隨增剛母料添加量增加一直增加，因此，增剛母料對(duì)BOPP煙包裝膜具有多種改性功效。