加载中…
个人资料
  • 博客等级:
  • 博客积分:
  • 博客访问:
  • 关注人气:
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
正文 字体大小:

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜工业技术应用和发展

(2012-08-12 08:09:46)
标签:

bopp

杂谈

分类: 其它
双向拉伸聚丙烯薄膜是20世纪60年代发展起来的一种透明软包装材料。它是用专门的生
产线将聚丙烯原料和功能性添加剂混合,熔融混炼,制成片材,然后通过纵拉和横拉设备将
片材在纵、横两个方向高度取向制成薄膜。其取向倍率(纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率的乘
积)与生产设备的设计能力有关,一般是所铸片材宽度的40-60倍,生产速度从100-300m/min,
所做薄膜的厚度在4-50μm 之间。双轴拉伸聚丙烯的生产方法,加工工艺和本身的结构特点
赋予BOPP 薄膜许多优异的性能。如它比流延PP(CPP)膜和吹塑薄膜机械强度更高,透明性
和光泽度更好。BOPP 薄膜具有机械强度高、尺寸稳定性好、质轻、无毒、防潮、密封性好、
市场应用范围广、印刷性良好等优点,被包装行业誉为“包装皇后”,并被广泛应用于食品、
糖果、香烟、茶叶、果汁、牛奶、纺织品等包装领域中。
国际上BOPP 薄膜自1962年实现工业化生产以来发展迅速,其年增长速率保持在12%-15%左
右。BOPP 薄膜工业化在我国起步较晚,20世纪70年代开始研制和试产,1982年从德国引入
第一条BOPP 膜生产线,1984投产。由于我国的BOPP 膜市场需求大,促使BOPP 工业得以迅
猛发展。到2004年为止,我国BOPP 薄膜生产线的产能为190万吨,实际产量约为176万吨,
有几十家大型公司从事BOPP 薄膜的生产和经营,可以说,BOPP 膜产业是我国包装行业的一
个非常重要的分支。
1.BOPP 薄膜生产设备
可以说,生产BOPP 薄膜的设备是所有塑料加工设备中最为复杂的设备之一。在BOPP 行业,
生产BOPP 薄膜的设备简称BOPP 薄膜生产线。它包括电器控制系统、原料系统、挤出机系统、
过滤器、模头、铸片机、纵拉机、横拉机、边料回收系统、电晕处理系统、测厚仪、卷取系
统和分切机等。生产薄膜的幅宽从4-8m 不等,薄膜的层数有一层、二层、三层,最多的可
达七层。目前使用最多的是A/B/C 三层共挤出生产线,每一层都配备一台挤出机。生产速度
一般为120-300m/
min。我国BOPP 膜生产设备主要来源于国外生产BOPP 膜生产线的大公司,如德国的
BRUECKNER 公司、日本三菱重工、法国的CELLER 公司和DMT 公司。可喜的是,近期我国在
汕头也有生产BOPP 生产设备的公司,而且有些生产线已投入市场使用。
2 .BOPP 膜用原料和功能性添加剂
2.1 BOPP 膜用原料
BOPP 膜所用主料为均聚物聚丙烯BOPP 膜级专用料,等规度在97%左右,熔体指数2.0g/10min
左右。我国BOPP 膜生产初期所用聚丙烯主要源于进口,目前基本上国内自行生产,如上海
石化、燕山石化、茂名石化等均能生产BOPP 膜聚丙烯专用料,而且产品性能稳定,能满足
生产线和市场的要求。生产热封型薄膜时,除聚丙烯外,还需要热封料。热封料一般为乙烯
-丙烯二元共聚物或乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物,热封料只加在薄膜表层,在较高温度下通
过封合机可以使薄膜相互粘合,简称热封性。三元共聚物的起封温度比二元共聚物的温度低,
因而热封温度范围较宽。目前,我国BOPP 膜行业所使用的热封料大部分来源于进口,也有
一部分使用国产料。
2.2 BOPP 膜用功能性添加剂
BOPP 膜生产线自动化程度高,生产速度快,每天原料的消耗量大,BOPP 功能性助剂添加量
少,一般为数千PPM。生产过程中,不可能像生产CPP 或吹塑膜那样将少量的助剂与大量的
聚丙烯混合,因此,实际生产应用中,通常将各种助剂与聚丙烯按一定比例混炼制成母料,
再将母料投入生产中,以增加助剂的分散性和均匀性。BOPP 功能性添加剂母料的种类较多,
包括抗静电母料、爽滑母料、增刚母料、增透母料、珠光母料、增白母料、防粘连母料、合
成纸母料、防雾滴母料、消光母料、抗氧化母料等。
2.2.1 抗静电母料
抗静电母料中所采用的抗静电剂多为单硬脂酸甘油酯和乙氧基胺的复配物。抗静电剂的作用
机理是:通过抗静电剂有机物中的亲油基与聚丙烯相互作用增大它在聚丙烯中的相容性;另
一方面,通过抗静电剂中的亲水基与空气中的水相互作用,达到消除薄膜表面所积累的静电
荷。在BOPP 薄膜的实际生产中,通常加入适量的抗静电剂,以消除BOPP 薄膜在生产和使用
过程中因摩擦所产生的静电。抗静电剂是迁移性较强的表面活性剂,使用中通常加入薄膜的
芯层,以保证薄膜产品的中、长期抗静电效果。BOPP 薄膜产品抗静电剂的用量与市场对产
品的要求有关,对于抗静电要求高的BOPP 薄膜(例如包装粉末和粉尘产品),抗静电剂的用
量可加大。但特别值得注意的是,由于抗静电剂是低熔点的表面活性物质,它迁移到薄膜表
面形成一薄薄的有机层,随着环境温度的降低,薄膜在收卷过程中因张力所产生的内应力和
径向压力会使有机层凝固,从而导致薄膜粘连。因此,在实际的BOPP 薄膜生产中,除在薄
膜芯层加入抗静电母料外,通常在表层加入无机硅类的防粘连剂,以消除抗静电剂所带来的
负作用。
2.2.2 增滑母料
BOPP 膜增滑母料是将润滑剂与聚丙烯按一定比例通过单螺杆或双螺杆挤出机混炼而成。在
BOPP 膜生产中,所应用的润滑剂主要有芥酸酰胺、油酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺和有机硅
润滑剂等。芥酸酰胺和油酸酰胺具有良好的外润滑性,芥酸酰胺比油酸酰胺耐高温性好,分
解温度高达220℃,比较适合聚丙烯母料的生产和BOPP 薄膜的生产。而油酸酰胺的分解温度
在180℃左右,实际的母料生产中常加入抗氧剂等助剂,以提高它的耐高温能力。乙撑双硬
脂酸的外润滑性较差,内润滑性中等。这3种润滑剂,均属迁移性物质,通常加入到薄膜的
芯层,它们迁移到薄膜表面形成一薄薄的润滑层,降低薄膜的摩擦因数。在对薄膜进行电晕
处理的情况下,迁移尤其强烈,往往在薄膜表面“喷霜”,因迁移物影响薄膜的雾度,因此
实际生产中,在满足技术指标的前提下,应尽可能控制它的用量。有机硅润滑剂是一种非迁
移性物质,其外润滑效果较好,而且在较高的温度下,其外润滑效果(例如80℃)良好,比较
适合BOPP 香烟包装膜的包装运行要求,因此,被广泛应用于BOPP 香烟包装膜的生产中,因
它属非迁移性物质,故只能用于BOPP 香烟包装膜的表层。
2.2.3 增刚母料
增刚母料是一种改性材料,它由均聚物聚丙烯与改性增刚材料按一定比例混炼而成。目前增
刚材料有两类:1)从天然松香油和橙子油合成的萜类高分子化合物;2)烃类聚合物。增刚母
料能显著改变均聚物聚丙烯的性能,赋予纯聚丙烯薄膜所没有的一些优异性能,例如在BOPP
香烟包装膜的生产中,加入20%的增刚母料(母料中增刚材料的含量为40%左右),能显著改变
香烟包装薄膜的气密性,从而有利于香烟香味的长期性;由于它具有良好的流动性,因此,
它能降低螺杆与聚丙烯熔体剪切力;它能显著改变薄膜的热收缩率,使薄膜的热收缩率较高,
以适应香烟包装紧凑的要求;此外,它还能改变薄膜的透明性和热封性,降低薄膜的雾度,
热封温度,以适应香烟包装机高速包装的要求。增刚母料的一个显著特点是:能较大幅度地
提高BOPP 薄膜的拉伸强度和杨氏模量,薄膜经过一定时间的时效,其杨氏模量能提高40%
左右。增刚母料是迄今为止市场开发对BOPP 薄膜改性范围最广的一种的母料,但由于它价
格比较昂贵,目前主要用于高档热收缩香烟包装薄膜的生产中。
2.2.4 增透母料
增透母料的主要成分为聚丙烯和增透剂。目前国际市场上用增透剂主要为二苄叉山梨醇类有
机物,其增透机理是通过改变聚丙烯结晶晶型,使结晶尺寸微细化,从而增加制品的透明性。
增透剂又是一种成核剂,它能促使聚丙烯快速结晶,有利于提高制品的刚性,表面光泽度,
以及热变形温度等物理机械性能。由于增透剂价格昂贵,而且BOPP 聚丙烯专用料本身的透
明度很高,因此,在实际BOPP 膜生产中,除对透明度要求很高的薄膜品种外,其它普通用
途的膜很少应用,但增透剂在流延膜,注塑制品中应用较多,因为这类产品的雾度一般较大。
值得注意的是,增透剂只能降低聚丙烯本身的雾度,并不能消除或减少迁移性添加剂对薄膜
雾度的影响。
2.2.5 珠光母料
珠光母料是生产BOPP 珠光薄膜非常重要的添加材料,其主要成分是聚丙烯和超微细碳酸钙
颗粒及其它助剂。其产生珠光的原理是:薄膜在取向拉伸过程中,高分子链段通过构象变化
适应外界机械力的取向,但碳酸钙无机粒子不能被拉伸,因此高分子链段环绕无机粒子流动
而产生了小的空气隙,正是这些空气隙破坏了薄膜的折光性质,从而赋予薄膜以珠光色彩。
也正是由于这些小气隙,使珠光薄膜的密度(0.7g/cm3左右)远低于普通BOPP 薄膜的密度
(0.91g/cm3)。此外由于薄膜中存在大量的无机物粒子,使薄膜的雾度显著增大(珠光膜的雾
度一般为85%左右),但这正是产品应用所要求的标准。珠光母料的质量对BOPP 珠光薄膜的
生产连续性(连续生产不破膜的时间)影响很大,而母料的质量又取决于无机物碳酸钙粒子尺
寸的大小,尺寸的均匀性和它在聚丙烯中的分散性。
2.2.6 增白母料
增白母料是为改善白色不透明薄膜的白度而设计的,它在BOPP 珠光膜中应用较多,其主要
成分为钛白粉和分散剂以及载体聚丙烯。母料中钛白粉的含量可达到70%,良好的增白母料
必须要求母料中钛白粉分散性非常好,否则,易在薄膜中形成白色斑点,影响产品质量。增
白母料一般加入到薄膜芯层,也可加到薄膜表层,其目的是增加白度。
2.2.7 防粘连母料
防粘连母料分为有机防粘连母料和无机防粘连母料。有机防粘连母料的有效成分为开口剂,
如芥酸酰胺、油酸酰胺、有机硅润滑剂等。其防粘连的机理是:有机润滑剂迁移到薄膜表面
形成润滑层,阻隔薄膜间易粘连物质(例如抗静电物质)的直接接触。此外,有机防粘连母料
能降低薄膜表面的摩擦因数,增加薄膜间的相互滑动性和可剥离性,从而起到防粘连效果。
无机防粘连母料的主要成分为二氧化硅和分散剂以及载体聚丙烯。其防粘连的机理是:通过
将无机防粘连母料加入到薄膜表层,薄膜表面刚性的二氧化硅粒子在薄膜的制造过程会使薄
膜表面粗糙,从而起到防粘连效果。由于无机防粘连母料中二氧化硅粒子的粒径非常小(一
般为3.5μm 左右),相互之间由于静电作用容易产生凝聚,影响它在聚丙烯载体中的分散性,
因此,无机防粘连母料必须含足够量的分散剂。分散性不好的无机防粘连母料会在薄膜表面
形成许多白色小斑点,影响薄膜的产品质量。无机防粘连母料由于含有大量的无机物,添加
过多会影响薄膜的雾度,因此在满足开口性要求的前提下,应尽可能地少加(添加量一般为
薄膜表层的1%-2%)。与有机防粘连母料不同,无机防粘连母料只能加入到薄膜表层。为节省
企业成本和用户的方便,现在,市场上开发了有机和无机防粘连复合型母料,值得注意的是,
为充分发挥无机硅的防粘连效果,在使用时应把它加入到薄膜表层,因为无机硅不能迁移。
2.2.8 合成纸母料
合成纸母料是生产BOPP 合成纸的专用母料。其有效成分为无机碳酸钙粉末,仿纸改性剂和
分散剂等材料。合成纸母料一般加入到薄膜芯层,如生产单面合成纸,即可加入到表层,BOPP
合成纸在国外发展较快,在国内只是起步阶段,大部分合成纸母料来源于国外进口。
2.2.9 防雾滴母料
防雾滴母料主要用于包装食品的BOPP 薄膜中,大多数食品都是在加热状态下包装,因食品
含有水分,当温度降低时,冷凝的水蒸气会在塑料表面形成细小分散的水雾状水滴,导致用
户看不清包装袋里的食品,影响产品的感观质量。加入防雾滴添加剂,能减低高聚物薄膜与
水表面张力的差异,使凝结的水滴扩展成一片连续水膜层,从而增加包装袋的透明度。防雾
滴母料的有效成分为迁移性表面活性剂,使用时既可加入到薄膜表层,也可加入到薄膜芯层。
2.2.10 消光母料
消光母料是用来生产消光膜的BOPP 功能性母料。其主要成分为α烯烃聚合物,因它的折光
指数不同于均聚物聚丙烯的折光指数,导致两相的交界面产生光的散射,从而使共挤型BOPP
薄膜产生消光效果。消光母料一般用于表层,添加量为100%,消光膜表层的厚度一般为
3-5μm,即能达到雾度为80%,光泽度为10%左右的效果。
2.2.11 抗氧化母料
抗氧化母料主要用来防止聚丙烯及功能性添加剂在生产过程中氧化降解。它一般在生产线临
时检修或长期停机时加入,可预防检修完成或重新开机时,挤出机或模头内产生碳化物。
BOPP 功能性添加剂母料是BOPP 膜生产中非常重要的一部分,它直接决定了BOPP 膜生产原
料的配方和薄膜产品的性能。正是因为它非常重要,所以发展非常迅速,在我国BOPP 膜生
产的初期,大部分功能性添加剂母料来源于进口,而现在基本上都实现了国产化。可以肯定
的是,随着BOPP 薄膜应用领域的拓宽,现行添加剂母料的性能不能满足市场对薄膜性能的
要求,将会有更多新的,高性能的添加剂母料被开发和应用。
3 .BOPP 薄膜产品的分类、特征和应用BOPP 薄膜在包装行业应用范围广,产品种类比较多。
目前BOPP 行业主要根据BOPP 薄膜的用途和外观对它们进行分类。它们包括:普通印刷膜、
粘胶带膜、防伪镭射膜、电工膜、热封膜、珠光膜、消光膜、合成纸、香烟包装膜。每一种
产品都有自己的特征,技术要求和应用范围。
3.1 普通印刷膜普通印刷膜厚度在15-25μm 之间,因为要使不同颜色的油墨印刷在聚丙烯
薄膜的表面上,印刷膜表面必须经过电晕处理,以使薄膜表面粗糙,增加薄膜表面的湿润张
力到3.9-4.2Pa,这样在印刷时油墨着色均匀,牢固。高速印刷机(200m/min)对薄膜的厚薄
均匀度和热收缩率要求较高。厚薄均匀度是着色均匀的保证,之所以要求薄膜有较低的收缩
率,是因为薄膜在高速印刷时,为使油墨尽快干燥,一般都经过烘道加热蒸发油墨溶剂,如
果薄膜的热收缩率偏高,会导致薄膜在印刷过程中收缩,套色不准,致使印刷文字或图案偏
离设定位置或重叠模糊,严重影响印刷品的质量。普通印刷膜应用范围广,既可单独使用,
也可与其它薄膜复合使用。单独使用时可用作印刷插图、挂历、酒类外包装、书面包装、鲜
花包装、衬衣袋、袜子袋、礼品袋等;与其它薄膜(例如PE、流延膜)复合,使薄膜具有热
封合性,主要用于食品包装,如糖果、茶叶、牛奶、方便面、牛肉干等包装。
3.2 粘胶带基材膜
将粘胶带基材膜通过专门的设备涂胶、烘干、分切即可制得不同规格的胶带。由于其独特的
生产工艺,对BOPP 粘胶带基材薄膜有特别的要求,首先,薄膜得进行电晕处理,使胶能涂
上去;其次,因为涂胶后薄膜得烘干以去掉黏合剂的溶剂,要求薄膜的热收缩率越小越好。
因为涂层较厚,涂胶后的胶带膜在收卷和再分切时阻力非常大,因此,要求基材膜在分切时
刀口不能有裂痕和毛刺。此外,要求薄膜有一定的厚度和较高的拉伸强度,否则,薄膜在涂
胶后的后加工中特别容易断裂,给生产带来很大的麻烦。粘胶带膜主要用于制作各种用途的
胶带,如透明胶带、单面胶带、双面胶带、商品标签等。
3.3 防伪镭射膜
防伪镭射膜是近年来BOPP 薄膜应用领域一个新的开拓。它是将BOPP 薄膜经过压印机压印,
使薄膜的折射率发生变化,从而使薄膜在光线照射下,映出防伪图案或防伪标志。由于迁移
性添加剂会影响薄膜的光线照射效果,所以生产镭射膜时一般不加迁移性添加剂;此外,为
保证良好的压印效果,对薄膜的厚薄均匀度要求非常严格。镭射膜一般应用于品牌产品的防
伪包装,如名烟、名酒、药品、著名品牌的标识等。
3.4 电工膜
电工膜主要用于电子元器件的包装。电工膜的厚度非常薄,一般为4-10μm。近年来,随着
我国电子行业迅猛发展,电工膜的需求量也越来越大。由于电子元器件对杂质和灰尘的敏感
性,所以它对生产环境的清洁度要求很高。电工膜的质量要求非常高,由于它非常薄,这对
薄膜生产设备和成型工艺提出很高的要求。此外,它对薄膜的表面粗糙度和表面光泽度有很
严格的质量标准,它不允许薄膜内的添加剂影响电子元器件的性能参数。因此,尽管电工膜
的价格数倍于普通印刷膜的价格,但由于设备投入大,产品技术含量高,目前我国只有少数
几家技术和经济实力雄厚的BOPP 企业从事电工膜的生产。
3.5 热封膜
热封膜因其表层为乙丙共聚物或乙丙丁三元共聚物,具有热封合特性,故可用来替代普通印
刷膜与PE、CPP 复合产品。热封膜又分为单面热封和双面热封,主要用于食品包装,如糖果、
茶叶、礼品的包装。热封膜经过电晕处理可以作印刷之用,因此,也能用于服装的包装。
3.6 珠光膜
珠光膜是在BOPP 薄膜生产中,在薄膜芯层添加一定比例的珠光母粒,拉伸而成。因珠光母
粒中含大量的超微细无机碳酸钙粉末,对迁移性添加剂有一定的吸附性,降低了添加剂的使
用效果。在使用添加剂时,可适当增大使用量,或者将生产后的薄膜在一定温度(35-40℃)
下时效处理一段时间,以利于添加剂向表面迁移。珠光膜对开口性要求较高,可通过上述方
法解决其开口性问题。珠光膜一般具有热封性和可印刷性,广泛应用于食品包装,雪糕、筷
子、餐巾的包装,也可用于礼品和纺织品包装。
3.7 消光膜
消光膜具有良好的包装效果,在光线照射下,给人以柔和的视感,因而深受消费者的喜爱。
对于A/B/C 三层共挤膜,一般在表层使用纯的消光母料,消光层的厚度为2-3μm,消光层具
备热封性。它的应用范围很广,可用作肥皂、食品、香烟、白酒、服装、皮鞋、香水、化装
品、医药品的包装盒,也可用作书本、期刊、年报的封面。消光膜的外包装效果良好,其观
感象纸张,有一种奢华的感觉,因此,常用于高档商品的外包装。
3.8 合成纸
合成纸是BOPP 行业近年来新开发的一个薄膜品种。它用来替代传统的纸张,具有强度高、
印刷效果良好、耐水、耐油、耐化学品性能稳定,不易老化等优点。在环保呼声日趋强烈的
今天,BOPP 合成纸正越来越引起包装行业的重视。合成纸应用范围非常广,可印刷成耐水
报刊、书籍、地图、名片、日历及海报等;在商业包装方面,可用作礼品袋、西装袋、购物
袋、还可应用于食品包装和建筑装修。可以说,合成纸几乎可以取代传统纸的应用领域。合
成纸可通过在线层压机与聚丙烯压延复合加工生产,也可采用3层双轴拉伸方法直接生产。
由于第一种方法所生产的合成纸没有第二种方法生产的好,故目前国际上主要采用第二种方
法生产。
3.9 香烟包装膜
香烟包装膜为3层共挤热封型薄膜,表层为乙丙或乙丙丁三元共聚物,共聚物在较高温度下
具有热粘合的能力,能满足香烟包装的要求,表层厚度为1-2μm,芯层为均聚物聚丙烯和适
量的功能性添加剂母料。由于热封型共聚物的维卡软化点和熔点均低于均聚物聚丙烯,因此
生产香烟包装膜时,纵拉段的工艺温度应比生产普通印刷膜的温度低,否则,薄膜表面易“擦
花”。根据薄膜的热收缩率,香烟包装膜可分为低收缩和高收缩膜。低收缩膜的收缩率一般
为3%-6%,高收缩膜的收缩率一般为9%-11%,低收缩膜主要适用于香烟的条包装和软盒香烟
的包装,高收缩膜则适用于硬盒香烟的包装。由于香烟包装机自动化程度高,包装速度快,
最高的包装速度可达到550包/分钟,因此对香烟包装膜的质量要求较高,如厚薄公差较低、
热封温度范围较宽、热封强度较高、摩擦因数较低和良好的抗静电效果。此外,为了使香烟
包装“紧凑”和美观,对薄膜的热收缩率也有一定要求。由于产品的质量要求高,专业性强,
目前我国也只有几家企业从事BOPP 香烟包装膜的生产。早期,我国的香烟包装膜主要依赖
于进口,但20世纪90年代我国的香烟包装膜发展很快,目前已全部实现国产,并且不断有新
产品出现,如近期有防伪镭射香烟包装膜投放市场。
由于我国BOPP 膜工业化的历史较短,市场应用范围的开发潜力大,因此,随着市场应用范
围的拓宽和包装性能要求的特殊化,将会有越来越多的产品种类被开发和投入市场使用。
4 结论
1)随着市场需求的增大,我国BOPP 膜行业的生产能力得到大幅度增加和发展。
2)BOPP 薄膜应用范围的拓宽和要求加速了各种BOPP 膜用功能性添加剂母料开发和应用。
3)随着BOPP 薄膜市场应用范围的不断拓宽和应用领域性能要求的专门化,BOPP 薄膜产品的
种类将会增多。

0

阅读 收藏 喜欢 打印举报/Report
  

新浪BLOG意见反馈留言板 欢迎批评指正

新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 产品答疑

新浪公司 版权所有