聚丙烯薄膜按制法、性能和不同用途可分為流延聚丙烯(CPP) 薄膜、吹脹聚丙烯( IPP) 薄膜和雙向拉伸聚丙烯(BOPP) 薄膜三種。聚丙烯薄膜占世界PP總消費量的20% , 是僅次于注塑、纖維(包括扁絲) 的第三大應(yīng)用產(chǎn)品,我國PP薄膜占PP消費結(jié)構(gòu)份額相對低,僅為10%左右。 CPP 薄膜具有透明性好、光澤度高、挺度好、阻濕性好、耐熱性優(yōu)良、易于熱封合等特點,而且其抗括性和包裝機械適用性優(yōu)于聚乙烯薄膜,所以在包裝薄膜領(lǐng)域占有一定的地位,CPP 薄膜經(jīng)過印刷、制袋,用于食品、文具、雜貨和紡織品等物的包裝,也可與其他薄膜復(fù)合后使用,一般作為復(fù)合薄膜的內(nèi)外層材料。應(yīng)用于各種食品,包括需要加熱殺菌的食品、調(diào)味品、湯料和日用百貨等的包裝。 一、CPP薄膜生產(chǎn)工藝 如上所述CPP 工藝一般采用T型模頭法,這種制法特點為: (1)平膜法省去管膜法的吹膜階段,容易開車,廢料少; (2)平膜法生產(chǎn)時,PP分子排列有序,故有利于提高薄膜的透明性、光澤及厚薄均勻度,適合于高級包裝; (3)平膜內(nèi)設(shè)有特殊滯留槽,能與模隙成為一體,調(diào)整方便。 吹塑法與流延法生產(chǎn)薄膜的比較見表1。 項目 | 吹塑法 | 流延法 | 設(shè)備費 | 便宜 | 貴 | 生產(chǎn)速度 | 低 | 高 | 薄膜透明度 | 一般 | 優(yōu) | 厚薄公差 | 大 | 小 | 方向性 | 小 | 大 | 物料損耗 | 換機頭時有損耗 | 邊料損耗,分切損耗 | 其他 | 應(yīng)有開口性,只能手工包裝 | 需側(cè)面密封,可自動包裝 | CPP 膜生產(chǎn)工藝示意圖如下:

擠出機先將原料樹脂熔化,熔融樹脂經(jīng)機頭流延到表面光潔的冷卻輥上迅速冷卻成薄膜。經(jīng)厚度測量、牽引、電暈處理、展平后,切去邊緣較厚的邊料,再次展開并收卷為薄膜卷。 二、CPP 膜生產(chǎn)工藝要點 T型機頭是生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備之一,機頭設(shè)計應(yīng)使物料沿整個機唇寬度均勻地流出,機頭內(nèi)部流道內(nèi)無滯留死角,并且使物料具有均勻的溫度,需考慮包括物料流變行為在內(nèi)的多方面因素。要采用精密加工機頭,常用的是漸減歧管衣架式機頭。冷卻輥的表面應(yīng)經(jīng)過精加工,表面粗糙度不大于015 mm , 轉(zhuǎn)速應(yīng)穩(wěn)定,以免產(chǎn)生縱向的厚度波動。采用β射線或紅外測厚儀對薄膜厚度進行監(jiān)測,以達到滿意的厚薄公差。 要生產(chǎn)合格的CPP 薄膜,不僅要有好的原料,而且要掌握好加工工藝條件。 對薄膜性能影響******的是溫度。樹脂溫度升高,膜的縱向(MD)拉伸強度增大,透明度增高,霧度逐漸下降,但膜的橫向( TD) 拉伸強度下降。比較適宜的溫度為230~250℃。冷卻輥上風(fēng)刀使薄膜與冷卻輥表面形成一層薄薄的空氣層,使薄膜均勻冷卻,從而保持高速生產(chǎn)。風(fēng)刀的調(diào)節(jié)必須適當(dāng),風(fēng)量過大或角度不當(dāng)都可能使膜的厚度不穩(wěn)定或不貼輥,造成折皺或出現(xiàn)花紋影響外觀質(zhì)量。 冷卻輥溫度升高,膜的挺度增加,霧度增大。 冷卻輥筒表面若有原料內(nèi)部添加物析出,必須停機清理,以免影響薄膜外觀質(zhì)量。CPP 薄膜比較柔軟, 收卷時必須根據(jù)膜的厚度、生產(chǎn)速度等因素調(diào)整好壓力和張力。否則會產(chǎn)生波紋影響平整性。張力選擇要根據(jù)產(chǎn)品的拉伸強度大小而定,通常收卷張力越大,卷取后的產(chǎn)品不易出現(xiàn)卷筒松弛和跑偏現(xiàn)象,但在開始卷取時易出現(xiàn)波紋,影響卷平整。反之,卷取張力小,開始效果好,但越卷越易出現(xiàn)膜松弛、跑偏現(xiàn)象。因此,張力大小應(yīng)適中,并控制張力恒定。 三、多層復(fù)合CPP膜 為了提高薄膜性能,降低成本,滿足用戶多種用途和高性能要求,多層復(fù)合膜發(fā)展很快,尤其在生活水平相對高、重視環(huán)境保護、要求延長食品保質(zhì)期和質(zhì)量的發(fā)達國家,薄膜生產(chǎn)廠和樹脂生產(chǎn)廠共同開發(fā)多層復(fù)合膜,并取得很大進展,多層共擠出流延膜也是其中的一種多層膜,改變了CPP薄膜產(chǎn)品性能單一、不能滿足市場多方面要求的問題和弊端。多層共擠流延膜可根據(jù)不同用途,設(shè)計不同的如用于自動包裝機上的面包包裝、衣料(特別是內(nèi)衣、褲) 包裝、水果包裝等,或用于與印刷后BOPP膜復(fù)合成BOPP/CPP二層膜,用于衣料、干燥食品(如快餐面袋、碗蓋等) 包裝,這一類稱為通用型,結(jié)構(gòu)是共聚PP/均聚PP/共聚PP。用于金屬鍍的CPP,要求產(chǎn)品表面對蒸鍍金屬(如鋁) 具有極強的附著強度,蒸鍍后仍能保持較好的尺寸穩(wěn)定性和剛性,另一表面具有較低的熱封溫度和較高的熱封強度,這種多層膜稱為金屬化型(鍍金屬) CPP膜,其結(jié)構(gòu)亦為共聚PP/均聚PP/共聚PP。用于蒸煮的二層共擠CPP,能承受120℃和15MPa壓力的蒸煮殺菌。既保持了內(nèi)部食品的形狀、風(fēng)味,且薄膜不會開裂、剝離或粘結(jié),并具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性,常與尼龍薄膜或聚酯薄膜復(fù)合,包裝含湯汁類食品以及肉丸、餃子等食品或食前加工冷凍食品,蒸煮型三層PP膜結(jié)構(gòu)為共聚PP/共
表2 幾種典型結(jié)構(gòu)的CPP三層復(fù)合膜物理機械性能
聚PP/共聚PP。包裝燒雞、燒排骨和果醬、飲料需121~135℃高溫殺菌的三層共擠CPP膜,其中共聚PP要求比一般蒸煮型用共聚PP性能更好。除三層膜外,還有共擠流延阻隔性五層包裝,其結(jié)構(gòu)為:PP/粘合劑/PA/粘合劑/共聚PE;PP/粘合劑/PA/粘合劑/ EVA;PP/粘合劑/EVOH/粘合劑/共聚PE;PP/粘合劑/ EVOH/ 粘合劑/ EVA;PP/粘合劑/ EVOH/粘合劑/ PP。一些典型的三層共擠流延膜性能列于表2。 四、CPP膜原料 CPP膜生產(chǎn)要選用專有牌號的樹脂,一般要求熔體流動速率( MFR)為6~12g/10min 的樹脂,有一定熔體流動性,如上已述,流延生產(chǎn)樹脂有PP均聚物和PP共聚物,PP共聚物特點是低溫下仍具有優(yōu)良的沖擊強度,熱封性好。表3為幾個有代表性的CPP牌號性能。
表3 CPP膜典型牌號性能
生產(chǎn)廠家MFR/g(10min)-1密度/g cm-3拉伸屈服強度/Mpa屈服伸長率%斷裂伸長率彎曲模量/Mpa沖擊強度/J M-1(23oC)洛氏硬度(R刻度)熱變形溫度/oC維卡軟化點/oC Himont80.90301211508480 Shell100.905381700155 窒素化工70.9027.5>200834549589 住友化學(xué)70.9038.2820863 住友化學(xué)70.9034.3>200137334110153
其他常用CPP 牌號有:Shell 公司的PL Z 615A,新加坡TPC公司的FL 7015、FL 7012、FL 6314、FL6416,日本窒素公司的CF3017、XF 7523,韓國三星綜合化學(xué)公司( SGC)的HF400、HF420、RF420T、RT401 T、TF420、TF400F2,韓國湖南石化公司( Ho-nan) 的SFC -150N、SFC-750,韓國現(xiàn)代石化公司的H3400、R3400、R3410,意大利Montedison 公司的YX37F,北歐化工公司(Borealis)的KD701H等。
從有關(guān)的資料查到的CPP牌號還有:日本住友化學(xué)公司的FL80113、FL8111L、FL6315、FL6315G、FL6631, 日本石油化學(xué)公司的F150J、F450J,美國Finathene公司的3878(均聚物,MFR高達3710g/10min),韓國三星綜合化學(xué)公司的HF400 ( MFR為810g/10min),HF510 ( MFR為1110g/10min)等。另外日本用于BOPP復(fù)合的CPP牌號有:昭和電工公司的LS711、FD530,住友化學(xué)公司FCC6411A。 對三層共擠CPP 的各層原料要求如下:
(1) 電暈處理層(電沖擊層) MFR 為6~12 g/ 10min。 用作復(fù)合基材的三層共擠CPP膜,為了提高其對油墨的粘著牢度以及與其他材料的復(fù)合強度,必須對它進行電暈處理。利用高頻發(fā)生器(H1F1G) 產(chǎn)生的大量等離子氣體及臭氧與聚烯烴表面分子直接或間接作用,使其表面分子鏈上產(chǎn)生羰基和含氨基團等極性基團,并粗化其表面,同時還能除去油污、干燥水氣和塵垢。為滿足印刷和復(fù)合的需要,表面潤濕張力達到318×1024 N/cm 就可以了,但是薄膜成型后總是要擱置一段時間才投入下道工序,在這段時間內(nèi)表面潤濕張力將會有所衰減,特別是頭十天內(nèi),衰減速度較快。為了抵銷上述衰減,要求初始的表面潤濕張力值必須達到414×1024~418×10-4 N/ cm 。當(dāng)然表面潤濕張力值不能處理得過高,否則薄膜表面因氧化過度而發(fā)脆,造成機械強度下降。 表面潤濕張力的下降幅度與樹脂中低分子添加劑的含量有直接關(guān)系。低分子物越多,表面潤濕張力的下降幅度越大。據(jù)報道,當(dāng)潤濕劑含量大于2000μg/g 時,表面潤濕張力在一周內(nèi)衰退得很快。潤濕劑含量控制在800~1200μg/ g以內(nèi)時,情況就大為好轉(zhuǎn)。綜上所述,對電暈處理層原料的要求是:既要有一定的抗粘連性,又要嚴格控制低分子物的含量。 (2) 中間層(芯層) MFR******為6~10 g/ 10min。 芯層首先要有出色的剛性,所以芯層大多使用均聚物制成。三層共擠CPP膜的芯層,其重量占全部膜重的60 %~70 %。剛性是否達到要求,直接關(guān)系到后道工序能否順利進行。其次三層共擠CPP膜的良好光學(xué)性能(低霧度、高光澤度) 也主要取決于芯層??傊珻PP 薄膜的優(yōu)越性能基本上靠芯層來體現(xiàn),芯層的加工條件是最為苛刻的。
(3) 熱封層(非處理層) MFR為6~12g/10min。 除了滑爽性、抗粘連性、析出量少、揮發(fā)成分少等特性外,熱封層首先要具備良好的熱封性能。如前所述,多層共擠CPP薄膜可分為蒸煮型和非蒸煮性兩種。蒸煮型又分為兩種: 一種是用于100~120℃蒸煮,原料用無規(guī)共聚物;另一種用于120℃以上蒸煮殺菌,原料必須用三元共聚物。由此可見,一般的無規(guī)共聚物并不能滿足CPP 熱封層的全部要求,而開發(fā)三元共聚物才具有較強的競爭力。
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