氟弹性体类加工助剂改性双向拉伸薄膜用PP

赵素芬，涂志刚，柳孟良，潘 斌

（1. 中山火炬职业技术学院包装印刷系，广东省中山市 528436；2. 广东理工职业学院，广东省中山市 528436）

双向拉伸薄膜用聚丙烯（BOPP），尤其是包装香烟的BOPP薄膜（简称烟膜）对透明性、光泽度的要求非常高。目前，与国外生产的烟膜相比，国内生产的烟膜光泽度和透明性略差，因此，部分国内烟膜生产企业迫切要求提高薄膜透明性和光泽度。研究表明，氟弹性体类加工助剂可使制品的表面光滑，减少口模积料现象，提高制品的透明性和光泽度等［1］。本工作制备了BOPP薄膜专用氟弹性体加工助剂（简称氟弹性体），并研究了氟弹性体对聚丙烯（PP）结晶度、结晶速率和流变性能的影响，对BOPP薄膜（包括烟膜）的光学性能、力学性能以及加工性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料与设备

芯层原料，均聚PP，BOPP薄膜专用，熔体流动速率（MFR）3.0 g/10 min左右；表层原料，三元共聚PP，MFR为6.0 g/10 min：均为美国埃克森美孚公司。氟弹性体母粒，氟弹性体质量分数为2.00%，MFR为3.2 g/10 min左右，挥发分质量分数≤ 0.03%，采用双螺杆挤出机制备。

TES-75型双螺杆挤出机，南京瑞亚高聚物装备有限公司，用于制备氟弹性体母粒。平面双向拉伸薄膜生产线，用于实验和生产烟膜；D8 GADDS型X射线衍射仪：均为德国Bruker公司。

Farinograph-E Aqua-Inject型流变仪，德国Brabender公司；XLVV（PC）型智能电子拉力试验机，WGT-S型透光率/雾度测定仪：均为济南兰光机电有限公司。

1.2 薄膜的制备

BOPP薄膜生产工艺：速度150 m/min，温度220～260 ℃，模头温度250 ℃，纵向拉伸温度110 ℃，横向拉伸温度160 ℃，纵向拉伸倍数为2～5倍，横向拉伸倍数约8倍。

不同薄膜试样编号及对应配方：F0#，总厚度18 μm的平膜，A/B/A结构（薄膜为三层结构，A为表层，B为芯层），厚度为1 μm/16 μm/1 μm，未加入氟弹性体母粒；F1#，总厚度18 μm的平膜，A/B/A结构，厚度为1 μm/16 μm/1 μm，在芯层加入氟弹性体母粒，氟弹性体质量分数为0.09%；F2#，总厚度18 μm的平膜，A/B/A结构，厚度为1 μm/16 μm/1 μm，芯层和表层中都加入氟弹性体母粒，氟弹性体质量分数均为0.06%；F3#，总厚度22 μm的烟膜，A/B/A结构，厚度为1 μm/20 μm/1 μm，未加入氟弹性体母粒；F4#，总厚度22 μm的烟膜，A/B/A结构，厚度为1 μm/20 μm/1 μm，芯层加入氟弹性体母粒，氟弹性体质量分数为0.06%。

1.3 测试方法

摩擦因数按GB/T 10006—1988测试；力学性能按GB/T 1040.3—2006测试，平膜测试环境温度为28 ℃，烟膜26 ℃，相对湿度均为50%；雾度及光泽度按GB/T 2410—2008测试；热收缩率按BMS TT 02《德国布鲁克纳公司双向拉伸薄膜热收缩率的检测》测试；采用X射线衍射法测定PP结晶度；采用光学解偏振法测定PP在不同温度条件下的等温结晶曲线，半结晶时间的倒数即为结晶速率。

2 结果与讨论

2.1 氟弹性体对PP结晶的影响

对于半结晶型高聚物而言，既存在结晶区又存在非晶区，每个分子链贯穿多个晶区和非晶区，在非晶区分子链呈卷曲相缠结状态［2］。PP晶体通常以球晶为主［3］。从表1看出：氟弹性体对结晶度有一定影响，质量分数为0.06%时对结晶度的影响最大，提高近4.62%，但影响的规律不明显。与未加入氟弹性体的PP相比，加入氟弹性体母粒的PP的结晶速率较快，但并没有随氟弹性体用量增加而有明显的提高。

表1 氟弹性体对PP结晶度和结晶速率的影响Tab.1 Effect of PPM on crystallization degree and crystallization rate of PP

2.2 氟弹性体对BOPP薄膜光学性能的影响

2.2.1 对BOPP薄膜雾度的影响

透明性与结晶度和晶体结构有关，因此，通过控制晶体形态结构，可改善薄膜透明性。双向拉伸可使薄膜制品中原有的结晶颗粒破碎，从而使晶体尺寸变小，达到提高透明性的目的［4］。从图1看出：加入氟弹性体可降低BOPP平膜和烟膜的雾度，与F0#相比，F1#和F2#平膜分别降低7.51%，17.52%，而F4#烟膜则降低1.11%，且与只在BOPP平膜芯层加入氟弹性体母粒相比，在BOPP平膜芯层和表层同时加入聚氟弹性体母粒，能更好地降低BOPP薄膜雾度，两者相差近10%。

图1 BOPP薄膜的雾度Fig.1 Haze value of BOPP film

2.2.2 氟弹性体对BOPP薄膜光泽度的影响

加入氟弹性体能减少塑料成型时与金属口模的摩擦，减少表面滑痕，以免使薄膜表面粗糙或形成流纹，从而提高薄膜表面的光泽度。从图2看出：F1#和F2#的光泽度分别增加1.92%，3.42%，且仅在芯层加入氟弹性体的F1#效果较好。这可能是由于氟弹性体颗粒与表层PP不相容，造成表面凸起而影响光泽度。在烟膜的芯层加入氟弹性体对于改善其光泽度也有积极作用，增加约1.82%。

图2 BOPP薄膜的光泽度 Fig.2 Gloss of BOPP film

2.3 氟弹性体对BOPP薄膜力学性能的影响

从表2看出：F1#与F2#的力学性能都能满足标准要求，与F0#相比，薄膜的纵向拉伸强度和断裂拉伸应变有不同程度的降低，而横向则略有增强。这可能是因为氟弹性体对分子链有外润滑的作用，导致分子间易滑移，而生产BOPP时是分步拉伸，即先纵向拉伸后横向拉伸，横向拉伸时分子间的滑移更易取向，但使纵向更易解取向。

表2 BOPP平膜的力学性能Tab.2 Mechanical properties of BOPP flat film

从表3看出：F4#与F3#的力学性能都能满足标准要求，且F4#的弹性模量有一定提高，说明加入氟弹性体后烟膜的挺度有所提高，这对烟膜是有利的。

2.4 氟弹性体对PP流变性能的影响

使用流变仪在230 ℃条件下，测定试样在不同剪切速率时的表观黏度、剪切应力。从图3可看出：在相同剪切速率条件下，加入氟弹性体的试样表观黏度及剪切应力均有明显降低，说明加入氟弹性体降低PP熔体的表观黏度及剪切应力，能够改善PP的加工性能。从氟弹性体对挤出机负荷的影响似乎更明显地反映这一点（见表4）。

表3 BOPP烟膜的力学性能Tab.3 Mechanical properties of BOPP for cigarette package

图3 加入氟弹性体母粒的PP流变曲线Fig.3 Effect of PPM on rheological properties of PP

表4 氟弹性体对挤出机电流的影响Tab.4 Effect of PPM on current of extruder

从表4看出：F2#的主、辅挤出机的电流略有下降，说明氟弹性体同时加入BOPP薄膜的芯层和表层能降低加工能耗。而F1#的主挤出机的电流下降明显；F3#和F4#烟膜的实验结果也如此。因此，氟弹性体有利于改善PP熔体的加工流动性能，降低加工能耗。

3 结论

a）氟弹性体对PP结晶度有一定影响，氟弹性体质量分数为0.06%时对PP结晶度的影响最大，同时能加快结晶速率。

b）氟弹性体可降低BOPP薄膜雾度，且在芯层和表层同时加入氟弹性体能更好地降低BOPP薄膜雾度，对光泽度而言则仅在芯层加入的效果更好。

c）加入氟弹性体，BOPP薄膜的力学性能在一定程度上有所下降，但都能满足标准要求，且烟膜的挺度有所提高。

d）加入氟弹性体降低了PP熔体的表观黏度及剪切应力，改善了PP的加工性能。