BOPP薄膜热收缩性能的时效性

包装用热收缩BOPP薄膜主要用于药品、香烟、化妆品、礼品等硬盒产品的外包装，热收缩性能是这类BOPP薄膜的重要控制指标，适宜可控的热收缩率是美观靓丽的包装效果的保证。热收缩率定义为薄膜在一定温度条件下和时间内薄膜尺寸的变化率。从材料内在因素分析，在双向拉伸过程中，高分子链沿外力方向发生取向和结晶，热力学上这是一种不稳定状态，高分子长链总有一种回到无规线团状态的趋势，解取向将自发的进行，解取向的速度与取向度和取向结晶直接相关[1-4]。因此，薄膜的热收缩率与薄膜的取向度和取向过程中的结晶有很大关系。从外在因素分析，温度和时间是BOPP热收缩率的重要影响因素。生产实践中发现，不同季节生产的热收缩BOPP薄膜的热收缩率差异很大，而且BOPP薄膜存储时间也直接影响热收缩率的变化。揭示生产时间（温度）、存储时间以及配方、工艺等因素与BOPP薄膜热收缩率变化之间的关系对指导生产和使用有重要的现实意义。研究中从企业收集了某一个型号全年不同生产时间、不同存储时间的纵、横向热收缩率数据进行分析。

1 实验部分

1.1主要原料

聚丙烯，T38F，中国石化；抗静电母料、增刚母料、爽滑母料、爽滑抗粘连母料等均自产。

1.2  实验设备：

平面双向拉伸薄膜生产线， BMS-3000，德国布鲁克纳公司。

烘箱，FED-53 型为德国ROSAND精密仪器有限公司生产。采用BMS TT 02测定薄膜的尺寸稳定性即纵向/横向热收缩率。

1.3BOPP薄膜加工工艺和配方

BOPP薄膜生产采用逐次双向拉伸工艺，将流延挤出的多层PP片材，在一定的条件下，经过先纵向拉伸、后横向拉伸来完成二次拉伸取向过程。生产过程中主要控制生产线速度、温度、拉伸比等工艺参数。

其工艺流程如下。

配方：

表层：三元共聚聚丙烯+抗粘连母料+爽滑母料；

芯层：均聚聚丙烯+增刚母料+抗静电母料+少量爽滑母料；

里层：三元共聚聚丙烯+爽滑母料。

2 结果分析

2．1 生产时间对薄膜热收缩性能的影响

由于气温的原因，不同月份生产的BOPP薄膜在热收缩率方面有很大不同，特别在夏天可能出现热收缩率不达标的情况。生产时间对薄膜热收缩率的影响主要还是体现在温度的影响上，薄膜从生产到使用过程中，收卷前的温度都是可控的；横拉定型后，收卷、时效处理、大小分切，以及存储、运输到用户存储和使用全程，都因季节的不同，温度变化而对BOPP薄膜的热收缩率产生影响，而且整个过程的时间长短、温度高低都难以把控。因此，研究中只能对趋势进行分析，生产中的热收缩指标控制应根据企业的各自实际条件和客户要求而定。

以下是跟踪全年不同月份生产的热收缩BOPP薄膜的纵、横向热收缩率结果，图2和图3分别为纵（MD）/横（TD）向热收缩率。

从图2可以看出，12月、1月、2月天气寒冷，薄膜生产即测的MD热收缩率比较高，而且热收缩率衰减小，比较稳定；而5月至9月气温炎热，薄膜生产即测的MD热收缩率比较低，而且热收缩率衰减大，稳定性差。薄膜横向热收缩率随生产时间的变化规律与纵向热收缩率有明显不同，如图3所示。

从图3看出，对于横向热收缩率，不同月份生产的薄膜没有明显差异，这是因为生产过程中，首先进行纵向拉伸，而后进行横向拉伸，因此，横向获得了最终稳定的取向态结构，横向拉伸较容易获得高的热收缩率；但横向拉伸造成先纵向拉伸的取向结构遭到破坏，故纵向热收缩率低且不稳定。但现实生产中的需要却是相反的，纵向高且稳定的热收缩率是所期望的。

从图2和图3可见，在BOPP薄膜下线时，薄膜具有较大的纵向和横向热收缩率，但是基本上随着存储时间的延长，纵横向的热收缩率均有下降的趋势。图中也发现，由于气温低，在11月到3月份期间生产薄膜对于提高或者调节相对重要的纵向热收缩率值较为有利。

2．2 存储时间对薄膜热收缩性能的影响

把全年在不同时间段出厂薄膜的热收缩率值平均，研究存储时间对热收缩率的影响规律。如图4和图5所示。

从图4和图5可以看出，无论是纵向还是横向热收缩率，在最初一段时间内较快地下降，这是因为在外力去除后，薄膜的解取向迅速发生；而后在31-40天上升，可能与薄膜的后结晶，强化了取向结构有关；在41-50天出现一个低峰，之后再次增大。薄膜的解取向是一个熵增过程，是自发进行的，因此，热收缩率总体趋势是下降的。比较纵、横向的热收缩率变化趋势发现，横向热收缩率比相应时间段的纵向收缩率明显要大，而且15天后就可以达到相对稳定，这验证了后进行的横拉伸破坏了先进行的纵拉伸，横向获得了较完善的取向结构。因此，实际生产中要采取工艺措施，尽量稳定纵向拉伸取向态结构，以保持理想的纵向热收缩率。

2．3 热收缩率的稳定性

BOPP薄膜生产下线时可以获得良好的纵、横向热收缩率，但是经过后加工、存储、运输后热收缩率明显下降，有时甚至不能满足包装的要求，究其外在原因主要是温度与时间共同作用的结果。研究中把全年不同生产时间的BOPP薄膜进行分析，研究不同生产时间（实际就是不同温度下），BOPP薄膜现实的稳定性。

定义热收缩率的衰减率为（即测热收缩率值-任一时间最低热收缩率值）/即测热收缩率值，以此来评估热收缩率的稳定性。如图6所示。

从图中可以发现，随生产月份的不同，薄膜纵、横向衰减波动的趋势基本相似，但是薄膜的纵向热收缩率的衰减率明显比横向热收缩率的衰减率大，特别夏天薄膜的纵向热收缩率衰减显著增加，而冬季热收缩率衰减幅度小，因此，生产中夏天要特别注意控制薄膜的热收缩率变化，防止BOPP薄膜热收缩率衰减到控制指标以下。研究薄膜热收缩率衰减随不同生产时间（气温）的变化规律实际上是温度对热收缩率稳定性的影响。进一步要做的工作是量化气温，即直接研究温度、时间与热收缩率稳定性之间的关系。

2．4 工艺和配方因素对热收缩率的影响

热收缩率是药品等硬盒包装用BOPP薄膜的重要性能，由于BOPP薄膜的生产工艺流程长，每一段的工艺控制都可能对薄膜的热收缩率产生影响。从工艺上，可以概括为拉伸比、温度和生产线速度等因素。

拉伸比直接影响薄膜的热收缩率。纵向的拉伸比是通过调节纵向拉伸区内二个拉伸辊的转速比来调节的，一般速比大、拉伸比大，薄膜的纵向热收缩率高，主要是由于大的拉伸比导致了充分的高分子链取向度[4]，取向过程中产生的纤维结晶，更有利于稳定取向凝聚态结构。通过控制拉伸比来调节薄膜的热收缩率是常用的工艺手段。横向的拉伸是设备结构所决定的，由于厚片流延出来时的宽度和薄膜横拉区域的宽度是一定的，所以薄膜总体的横拉比也是确定的。但研究发现薄膜的横拉过程具有多拉伸起始点、延伸过程具有前后交替性、拉伸速率是不断变化的等特点，这对薄膜的拉伸、取向、受热、结晶都会产生影响。

温度是影响BOPP薄膜热收缩性能的重要参数，也是最复杂的因素，熔体从挤出口模中流延出来到收卷，要经历多次的冷却----升温----冷却的过程。纵向拉伸的温度和纵拉区冷却定型温度对薄膜的纵向热收缩率影响很大，低的拉伸温度有利于纵向拉伸的取向，从而获得高的纵向热收缩率；纵拉区的冷却定型温度低，可以使取向结构更加快速稳定，保持良好的纵向热收缩率。特别此时的取向充分、结晶结构完善，取向结晶部分具有更好的耐热性，横拉过程对纵向取向结构的损害就大大减小。横拉区的温度低同样对纵、横向的热收缩率提高有利。但是温度过低，容易造成冷拉破膜。薄膜横拉后的冷却定型，可以使薄膜的取向结构固定保持，最好能尽快降低到室温，否则，余热积聚在大卷膜中，造成薄膜的解取向，使热收缩率快速衰减。

生产线速度是影响热收缩性能的一个重要因素。材料本身的物理特性不会因为加工工艺控制条件而发生的变化，对于同一条生产线，过大的生产速度，不利于充分取向和充分冷却定型，因此，相对于普通BOPP薄膜生产的速度，降速生产热收缩膜是现实的选择。

在热收缩BOPP薄膜的生产配方中，最重要的在芯层添加了增刚母料，即一种含有40%或者50%的C5或C9全氢化石油树脂的母料。氢化石油树脂是无定型低聚物，具有比均聚聚丙烯熔点低的软化点，与聚丙烯有良好的相溶性，大大改善了聚丙烯的加工性能，有利于高分子链取向；氢化石油树脂在常温的僵硬特性，使BOPP薄膜获得了高的弹性模量和挺度。氢化石油树脂对热收缩率的影响很大，足量的添加比例是必须的，一般需要的热收缩率越大，需要添加的比例越大。选择氢化石油树脂时，以C9结构较好，同类的氢化石油树脂，选择分子量比较大的品种，则薄膜的热收缩率大，且稳定性好。实际生产中也发现软化点高，但是分子量偏低的氢化石油树脂，生产实践表明，这类氢化石油树脂在高热收缩BOPP薄膜上应用出现生产过程中热收缩率难以调节，产品热收缩率低，且热收缩率衰减快的问题。

3 结论

1）不同生产时间的BOPP薄膜的纵横向热收缩率有明显差异，对于纵向，夏天生产的薄膜的热收缩率小，而且衰减大。而冬季薄膜的热收缩率大，且衰减小。

2）薄膜的纵向热收缩率在一个月的存储时间内衰减快，薄膜的横向热收缩率在半个月的存储时间内衰减快，之后一个月内保持稳定，但是总体趋势是逐渐减小。

3）薄膜的横向收缩率比纵向收缩率容易获得和调节，而且衰减小，稳定性好。

4）分析了影响BOPP薄膜热收缩率的主要工艺和配方因素，提出了指导性建议。

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