流延聚丙烯薄膜生产工艺及国内现状

聚丙烯薄膜按制法、性能和不同用途可分为流延聚丙烯(CPP) 薄膜、吹胀聚丙烯( IPP) 薄膜和双向拉伸聚丙烯(BOPP) 薄膜三种。聚丙烯薄膜占世界PP总消费量的20% ， 是仅次于注塑、纤维(包括扁丝) 的第三大应用产品，我国PP薄膜占PP消费结构份额相对低，仅为10%左右。CPP 薄膜具有透明性好、光泽度高、挺度好、阻湿性好、耐热性优良、易于热封合等特点，而且其抗括性和包装机械适用性优于聚乙烯薄膜，所以在包装薄膜领域占有一定的地位，CPP 薄膜经过印刷、制袋，用于食品、文具、杂货和纺织品等物的包装，也可与其他薄膜复合后使用，一般作为复合薄膜的内外层材料。应用于各种食品，包括需要加热杀菌的食品、调味品、汤料和日用百货等的包装。一、CPP薄膜生产工艺 如上所述CPP 工艺一般采用T型模头法，这种制法特点为：(1)平膜法省去管膜法的吹膜阶段，容易开车，废料少；(2)平膜法生产时，PP分子排列有序，故有利于提高薄膜的透明性、光泽及厚薄均匀度，适合于高级包装；(3)平膜内设有特殊滞留槽，能与模隙成为一体，调整方便。
吹塑法与流延法生产薄膜的比较见表1。项目吹塑法流延法
设备费便宜贵
生产速度低高
薄膜透明度一般优
厚薄公差大小
方向性小大
物料损耗换机头时有损耗边料损耗,分切损耗
其他应有开口性,只能手工包装需侧面密封,可自动包装
CPP 膜生产工艺示意图如下：
挤出机先将原料树脂熔化，熔融树脂经机头流延到表面光洁的冷却辊上迅速冷却成薄膜。经厚度测量、牵引、电晕处理、展平后，切去边缘较厚的边料，再次展开并收卷为薄膜卷。二、CPP 膜生产工艺要点 T型机头是生产关键设备之一，机头设计应使物料沿整个机唇宽度均匀地流出，机头内部流道内无滞留死角，并且使物料具有均匀的温度，需考虑包括物料流变行为在内的多方面因素。要采用精密加工机头，常用的是渐减歧管衣架式机头。冷却辊的表面应经过精加工，表面粗糙度不大于015 mm ， 转速应稳定，以免产生纵向的厚度波动。采用β射线或红外测厚仪对薄膜厚度进行监测，以达到满意的厚薄公差。要生产合格的CPP 薄膜，不仅要有好的原料，而且要掌握好加工工艺条件。对薄膜性能影响最大的是温度。树脂温度升高，膜的纵向(MD)拉伸强度增大，透明度增高，雾度逐渐下降，但膜的横向( TD) 拉伸强度下降。比较适宜的温度为230～250℃。冷却辊上风刀使薄膜与冷却辊表面形成一层薄薄的空气层，使薄膜均匀冷却，从而保持高速生产。风刀的调节必须适当，风量过大或角度不当都可能使膜的厚度不稳定或不贴辊，造成折皱或出现花纹影响外观质量。冷却辊温度升高，膜的挺度增加，雾度增大。冷却辊筒表面若有原料内部添加物析出，必须停机清理，以免影响薄膜外观质量。CPP 薄膜比较柔软， 收卷时必须根据膜的厚度、生产速度等因素调整好压力和张力。否则会产生波纹影响平整性。张力选择要根据产品的拉伸强度大小而定，通常收卷张力越大，卷取后的产品不易出现卷筒松弛和跑偏现象，但在开始卷取时易出现波纹，影响卷平整。反之，卷取张力小，开始效果好，但越卷越易出现膜松弛、跑偏现象。因此，张力大小应适中，并控制张力恒定。 三、多层复合CPP膜                  
        为了提高薄膜性能，降低成本，满足用户多种用途和高性能要求，多层复合膜发展很快，尤其在生活水平相对高、重视环境保护、要求延长食品保质期和质量的发达国家，薄膜生产厂和树脂生产厂共同开发多层复合膜，并取得很大进展，多层共挤出流延膜也是其中的一种多层膜，改变了CPP薄膜产品性能单一、不能满足市场多方面要求的问题和弊端。多层共挤流延膜可根据不同用途，设计不同的如用于自动包装机上的面包包装、衣料(特别是内衣、裤) 包装、水果包装等，或用于与印刷后BOPP膜复合成BOPP/CPP二层膜，用于衣料、干燥食品(如快餐面袋、碗盖等) 包装，这一类称为通用型，结构是共聚PP/均聚PP/共聚PP。用于金属镀的CPP，要求产品表面对蒸镀金属(如铝) 具有极强的附着强度，蒸镀后仍能保持较好的尺寸稳定性和刚性，另一表面具有较低的热封温度和较高的热封强度，这种多层膜称为金属化型(镀金属) CPP膜，其结构亦为共聚PP/均聚PP/共聚PP。用于蒸煮的二层共挤CPP，能承受120℃和15MPa压力的蒸煮杀菌。既保持了内部食品的形状、风味，且薄膜不会开裂、剥离或粘结，并具有优良的尺寸稳定性，常与尼龙薄膜或聚酯薄膜复合，包装含汤汁类食品以及肉丸、饺子等食品或食前加工冷冻食品，蒸煮型三层PP膜结构为共聚PP/共
表2 几种典型结构的CPP三层复合膜物理机械性能

        聚PP/共聚PP。包装烧鸡、烧排骨和果酱、饮料需121～135℃高温杀菌的三层共挤CPP膜，其中共聚PP要求比一般蒸煮型用共聚PP性能更好。除三层膜外，还有共挤流延阻隔性五层包装，其结构为：PP/粘合剂/PA/粘合剂/共聚PE；PP/粘合剂/PA/粘合剂/ EVA；PP/粘合剂/EVOH/粘合剂/共聚PE；PP/粘合剂/ EVOH/ 粘合剂/ EVA；PP/粘合剂/ EVOH/粘合剂/ PP。一些典型的三层共挤流延膜性能列于表2。
四、CPP膜原料
        CPP膜生产要选用专有牌号的树脂，一般要求熔体流动速率( MFR)为6～12g/10min 的树脂，有一定熔体流动性，如上已述，流延生产树脂有PP均聚物和PP共聚物，PP共聚物特点是低温下仍具有优良的冲击强度，热封性好。表3为几个有代表性的CPP牌号性能。
表3 CPP膜典型牌号性能

        生产厂家MFR/g(10min)-1密度/g cm-3拉伸屈服强度/Mpa屈服伸长率％断裂伸长率弯曲模量/Mpa冲击强度/J M-1(23oC)洛氏硬度(R刻度)热变形温度/oC维卡软化点/oC Himont80.90301211508480 Shell100.905381700155 窒素化工70.9027.5>200834549589 住友化学70.9038.2820863 住友化学70.9034.3>200137334110153
        其他常用CPP 牌号有：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，韩国三星综合化学公司( SGC)的HF400、HF420、RF420T、RT401 T、TF420、TF400F2，韩国湖南石化公司( Ho-nan) 的SFC -150N、SFC-750，韩国现代石化公司的H3400、R3400、R3410，意大利Montedison 公司的YX37F，北欧化工公司(Borealis)的KD701H等。
        从有关的资料查到的CPP牌号还有：日本住友化学公司的FL80113、FL8111L、FL6315、FL6315G、FL6631， 日本石油化学公司的F150J、F450J，美国Finathene公司的3878(均聚物，MFR高达3710g/10min)，韩国三星综合化学公司的HF400 ( MFR为810g/10min)，HF510 ( MFR为1110g/10min)等。另外日本用于BOPP复合的CPP牌号有：昭和电工公司的LS711、FD530，住友化学公司FCC6411A。
对三层共挤CPP 的各层原料要求如下：
(1) 电晕处理层(电冲击层)
        MFR 为6～12 g/ 10min。
        用作复合基材的三层共挤CPP膜，为了提高其对油墨的粘着牢度以及与其他材料的复合强度，必须对它进行电晕处理。利用高频发生器(H1F1G) 产生的大量等离子气体及臭氧与聚烯烃表面分子直接或间接作用，使其表面分子链上产生羰基和含氨基团等极性基团，并粗化其表面，同时还能除去油污、干燥水气和尘垢。为满足印刷和复合的需要，表面润湿张力达到318×1024 N/cm 就可以了，但是薄膜成型后总是要搁置一段时间才投入下道工序，在这段时间内表面润湿张力将会有所衰减，特别是头十天内，衰减速度较快。为了抵销上述衰减，要求初始的表面润湿张力值必须达到414×1024～418×10-4 N/ cm 。当然表面润湿张力值不能处理得过高，否则薄膜表面因氧化过度而发脆，造成机械强度下降。
        表面润湿张力的下降幅度与树脂中低分子添加剂的含量有直接关系。低分子物越多，表面润湿张力的下降幅度越大。据报道，当润湿剂含量大于2000μg/g 时，表面润湿张力在一周内衰退得很快。润湿剂含量控制在800～1200μg/ g以内时，情况就大为好转。综上所述，对电晕处理层原料的要求是：既要有一定的抗粘连性，又要严格控制低分子物的含量。 (2) 中间层(芯层)
MFR最佳为6～10 g/ 10min。
芯层首先要有出色的刚性，所以芯层大多使用均聚物制成。三层共挤CPP膜的芯层，其重量占全部膜重的60 %～70 %。刚性是否达到要求，直接关系到后道工序能否顺利进行。其次三层共挤CPP膜的良好光学性能(低雾度、高光泽度) 也主要取决于芯层。总之，CPP 薄膜的优越性能基本上靠芯层来体现，芯层的加工条件是最为苛刻的。
(3) 热封层(非处理层)
        MFR为6～12g/10min。
        除了滑爽性、抗粘连性、析出量少、挥发成分少等特性外，热封层首先要具备良好的热封性能。如前所述，多层共挤CPP薄膜可分为蒸煮型和非蒸煮性两种。蒸煮型又分为两种： 一种是用于100～120℃蒸煮，原料用无规共聚物；另一种用于120℃以上蒸煮杀菌，原料必须用三元共聚物。由此可见，一般的无规共聚物并不能满足CPP 热封层的全部要求，而开发三元共聚物才具有较强的竞争力。