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采用较低的预热、拉伸温度及拉伸立即冷却都对于提高薄膜取向,增强薄膜的力学性能,减小结晶度的有利。
在温度过高的情况下会使聚合物形成球晶,这使薄膜的透明性下降,严重时还会时薄膜呈白雾状。
对于有热封层的薄膜来说,拉伸的温度选择尤为重要,一般的热封层其Tm在135℃左右,所以纵拉温度过高还会引起热封层粘辊。
3、横向拉伸温度
横向拉伸各区温度是影响薄膜机械强度、成膜性、厚度均匀等性能的关键因素,通常在范围内控制较低的温度进行拉伸有利于提高薄膜的机械强度,有利于增大薄膜的热收缩性。
而温度过高会因起厚度公差大,薄膜雾度大,严重时引起破膜。
当然,温度过低也会引起破膜、脱夹等问题。
拉伸温度主要取决于拉伸加工的条件(拉伸比、拉伸速率),产品厚度和被拉伸的材料。
拉伸速度越快,薄膜在各区加热时间就越短,拉伸温度就相应需要提高;
薄膜厚度越大,温度也越高。
由于片材在拉伸之前已经经历了纵向拉伸,分子在纵向得到了取向,所以在横向拉伸区的温度应该比纵向拉伸区高15-25℃左右。
另外,横向拉伸区整个温度的分布也是很重要的,各区温度要稳定、均匀。
虽然聚合物在拉伸时会产生热量,但在伸长过程中,粘度也会增大,要实现连续拉伸,一般横向拉伸区的温度是递增的。
总体来说:
影响横向拉伸区的温度很多,包括材料的牌号,薄膜厚度,加工条件等等因素。
但一般来说,在横向拉伸过程中,较高的拉伸温度使薄膜的机械性能有所下降,热收缩率随着温度的增加也急剧缩小。
而在热定型段,对于薄膜的光学性能影响较大,温度过高使薄膜的光泽度下降和雾度增加。
从以上分析得出:
在进行BOPP的生产过程中,为了提高成膜性能,良好的控制温度是很关键的。
用骤冷铸片,控制结晶的生长;
在拉伸过程中控制温度避开在Tmax范围内进行拉伸,保证结晶速度较慢,以利于分子链段的取向;
纵、横拉伸过程中,在允许的温度范围内采用较低的温度进行拉伸,是提高薄膜机械性能,改善薄膜光学性能,增加薄膜的收缩率的一个条件。
电晕处理于BOPP薄膜加工上的应用
聚丙烯材料本身的表面张力值仅为31达因,一般要求薄膜表面张力在38达因以上。
常用的表面处理方式有两种:
一为电晕处理;
另一为火焰处理。
电晕处理的原理:
薄膜经过有高压存在的两电极间,高压使电极间的空气发生电离,产生电子流,在薄膜表面形成氧化极化基,使薄膜表面产生极性,便于印刷油墨吸附;
火焰处理是用特定的喷灯,燃烧一定组成和配比的煤气和空气,形成温度高达2100~2800℃的氧化火焰,来达到瞬间改变薄膜表面性能的目的,在实际处理过程中,火焰的温度、火焰与薄膜之间的距离和处理时间是影响处理效果的重要因素。
电晕处理简便易行,处理效果好,因此BOPP厂家基本上都采用这一方式。
以下是对电晕处理在BOPP加工上的测试、控制以及对薄膜性能的影响等几方面进探讨。
1.1BOPP薄膜电晕处理强度的测定
通常用于BOPP薄膜的表面张力的测试办法是涂液法,其原理是利用甲酰胺和乙二醇乙醚两种液体按不同比例进行混合,得到一系列不同达因值的测试液。
操作时,将测试液涂拭在薄膜表面上,于2秒钟液面破裂的测试液所对应的达因值即表示薄膜电晕处理强度。
2.BOPP薄膜电晕处理强度的影响因素
电晕处理器由电极、高电位器及硅橡胶辊组成,当电压通过2.5MM的空气间隙时,就会产生连续放电,另外为了排除所产生的臭氧及降温,用抽风风机把电晕处理器附近的空气往外排走以及在硅橡胶辊内部利用工艺水冷散热。
影响电晕处理效果的因素主要有以下几种:
2.1电极类型
电晕处理的效果与电极的设计有较大关系。
设备上采用单电极或双电极方式在处理效果上有一定的差别,双电极比较于单电极有几方面优点:
1、能产生更高处理值,耗能更低;
2、能减少储存时,表面张力的下降;
3、减少薄膜在电晕处理过程中的受热;
4、减少表面感应的静电。
2.2薄膜温度
BOPP是挤出厚片经激冷后,再经纵、横二个方向拉伸后所制得的薄膜,在进入牵引单元后,通过冷却、切边、测厚、预热等工序,然后再进行电晕处理。
这时薄膜的温度对电晕处理的效果有直接的影响,而薄膜温度则主要由预热辊的设定温度进行控制,
随着薄膜温度的升高,薄膜的表面处理达因值也同时升高。
通过预热辊的设定温度来调整薄膜的表面处理达因值,是在工艺控制中经常采用的有效方法之一。
2.3生产线速度
生产线速度是影响电晕处理效果另一重要因素。
BOPP薄膜是在极短的时间内通过高压电极间隙,而使表面达因值得以提高,于高压电极间隙内停留时间的长短,会影响薄膜的电晕处理效果。
由此可见,电晕处理的电极电压要随着生产线速度的变化要作出相应的调整,随着生产线速度的增大而增大。
2.4电极排风量
在电晕处理过程中,随着空气离子化,会产生等离子体,其中包含有电子、氧离子、臭氧等,等离子体会渗透薄膜,破坏其它化学键,激发自由游离基,与氧气离子起作用成氧化极化基,这些基团会对薄膜的表面润湿特性产生影响。
从另一方面来说,等离子体在薄膜表面的浓度会直接影响电晕处理的效果。
一般而言,电极排风阀门的开启度越大,薄膜的表面处理达因值会越小;
反之,电极排风阀门的开启度越小,薄膜的表面处理达因值会越大。
2.5表面材料
BOPP的生产会涉及到不同的材料及添加母料。
BOPP可分作热封型和非热封型两大类,在表层的基本材料中分别是共聚物及均聚物,由于两者材料本身的差异,在经受同样的电晕处理后,两者表面张力有一定的差异,一般来说,对于共聚物,如目前国内外常用的SOLVAYKS413、MONTELPLZ679、BASEALEP5C37等,离子体渗透进薄膜的表面效能比均聚物更大,所以热封型薄膜会更加容易达到更高的处理强度。
此外,在热封型薄膜的配方设计上,通常为了适应包装机器的要求,需要使用爽滑剂来改善薄膜的摩擦性能,在选择爽滑剂时要尽可能避免使用硅酮类爽滑剂,这是由于硅酮的表面张力比较低,在常温下约为12达因,与PP的31达因有较大的差距,使用硅酮类爽滑剂会大幅降低BOPP的表面张力值。
抗静电剂对BOPP薄膜电晕处理效果也会有一定的影响。
抗静电剂大多数添加在芯层,其具有迁移性,渗透至表面的抗静电剂会影响薄膜的表面电晕处理特性,处理强度值会有一定程度的降低。
2.6表面材料
BOPP薄膜在生产后还会发生结构状态的变化,在几天内,聚合物由无定形变化成晶体形,从而影响电晕处理的效果。
处理强度会随着时间的推移先是逐步下降,最后渐渐保持稳定。
电晕处理的消减幅度与贮存温度有关,温度越高,消减幅度越快。
3.电晕处理对薄膜物理特性的影响
电晕处理除了可以改变薄膜的表面达因值外,还会对薄膜的其他物理性能产生影响,主要包括以下几方面:
3.1摩擦系数
由于电晕处理的原理是薄膜经过有两高压电极产生电子流,使薄膜表面产生极性,而薄膜处理面与非薄膜处理面相比,位于薄膜芯层的添加剂(包括抗静电剂及爽滑剂)更加容易通过薄膜处理面渗出。
以ABA类型薄膜即内、外两面配方结构相同的薄膜为例,未经电晕处理的薄膜内、外两面的摩擦系数是一致的,但是在经过电晕处理后,薄膜处理面的摩擦系数值比非处理面的摩擦系数值低。
从生产到14天后,薄膜芯层的添加剂处于高速的迁移期,处理面与非处理面的静、动摩擦系数都呈快速下降趋势,14天后数值趋于稳定。
由整体上比较,处理面的摩擦系数较非处理面的摩擦系数低。
3.2收缩率
由于电晕处理的过程中会产生一定的热量,因此薄膜的收缩率会有一定程度的下降。
3.3热封强度
在生产BOPP热封型薄膜时,表层使用的材料为乙烯-丙烯共聚物。
如在前面所提及到的,在实际生产上如需达到同样的处理强度,共聚物仅需要比较低的处理电压值。
但需要注意的是,过高的电晕处理值会引发共聚物间的交联作用,导致热封型薄膜失去热封效能。
因此在实际生产热封型薄膜中,尤其是调节较高电晕处理值时,热封强度是一项必备的检测措施。
4结论
(1)电晕处理应用于BOPP薄膜生产时,测试时基本采用涂液法。
(2)影响电晕处理效果的主要包括有电极类型、薄膜温度、生产线速度、电极排风量、和表面材料等几方面因素。
(3)电晕处理会影响薄膜的摩擦系数、收缩率和热封强度等方面的物理性能。
BOPP消光膜的特性及其生产工艺
编者语消光膜是在单一表层使用消光母料经双向拉伸而制成的薄膜。
消光膜表面看似纸张具有天然产品般的感觉,主要用于书本、期刊、年报封面、卡纸等纸张的复合,另一用途是与聚乙烯薄膜、流延聚丙烯薄膜、BOPP薄膜、珠光膜、金属化膜等进行复合作各种包装使用,目前消光膜的使用厚度一般为20μm左右。
BOPP消光膜的特性及其生产工艺
周先进 赵燕
吴增青
湛江包装材料企业有限公司
广东
湛江
524022
摘要:
详细地介绍了BOPP消光膜的特性及其生产工艺,特别指出了BOPP消光膜生产中的难点和排除方法,对实际生产有一定的价值。
关键词:
BOPP消光膜
特性
生产工艺
银点
消光膜经复合后用于食品包装(饼干、干果、茶叶、蛋糕等)可以营造出一种天然产品的形象,而书本、期刊和杂志的封面以及宣传海报经消光膜复合后可获得不反光的外观,给人一种立体感和良好的手感。
如果将消光膜与包装纸(或纸盒)进行复合可以显著地提升包装物的档次,此类包装广泛地应用于肥皂、烟草、酒类、服装、鞋类、香水、化妆品、药品等方面。
使用消光膜后,能够使包装物获得纸制品的效果,给人一种奢华的感觉,刺激了消费者的购买欲望。
在全世界的范围内,消光膜的主要生产厂家有:
德国的赫斯特(Hoechst)、邬尔富(Wolff),西班牙的德浦莎(Derprost)以及日本的东丽(Toray)、二村(Futamura)等等。
随着行业技术水平不断进步,国内也有一些BOPP厂家生产消光膜,质量和进口膜相差无几,但是由于市场用量较小,所以规模都相对不大。
1
消光膜的特性
表1 消光膜的典型指标
型号
指标
测试标准
1#
(国产膜)
2#
Futamura消光膜
Toray消光膜
厚度(um)
14.8
15.1
15
拉伸强度(N/mm2)
MD
GB/T13022
125
134
142
138
TD
180
197
201
192
雾度(%)
GB/T2410
69
52
65
光泽度(消光面)(%)
GB/T8807
8.8
10.2
9.0
8.9
摩擦系数
0.24~0.29
0.24~0.26
0.25~0.30
0.28~0.30
表面张力(10-5N)
GB/T14216
39
40
热封性能
(消光面)
可以
不可以
2消光膜的加工工艺
2.1
挤出
过滤器的滤网大约为200目或以上,网孔大小约为80u或更小,否则可能导致薄膜产生银点。
根据笔者的经验,180目的滤网就基本上可以避免银点的出现,同时可以延长滤网的使用时间4~5天。
加工消光混合物的共挤出机的喂料段温度最好为220℃或更低,其他各区的温度则不用调低(类似热封膜),有些设备在降低温度后可稍微改善薄膜的消光效果,并减轻模唇积垢。
2.2表层厚度
为了取得均匀的粗糙表面,消光膜的表层必须保持适当的厚度。
当薄膜总厚度大于15u时,表层厚度必须大于3u;
当薄膜总厚度为12~15u时,表层厚度必须大于2u。
除此之外,表层厚度也与模头的类型有一定的关系。
2.3铸片
在铸片工序中,消光面不能与激冷辊的表面接触,温度一般设定为30℃左右。
从理论上讲,随着铸片温度的上升,片材的结晶度随之增大,则有利于提高薄膜的表面粗糙度和雾度,增强了薄膜的消光效果,但片材的延伸度将有所下降,可能会导致薄膜的厚度变差。
如果把铸片温度提高至80℃左右,片材的表面粗糙度和雾度将达到最高值,但延伸度的下降将会导致生产困难。
2.4MDO/TDO
MDO的拉伸比为4.8,TDO的拉伸比为5~8,工艺温度类似热封膜的参数即可。
2.5牵引和收卷
在牵引部分施加电晕处理,根据客户的要求单双面都可处理,成品的表面张力值必须大于38dyn,在光亮面(消光的反面)可上UV油墨或者烫金。
3
如何消除消光膜的银点
在消光膜的实际生产中,如果控制不当比较容易产生银点,有人也将此类外观缺陷称为亮点或白点。
银点产生的主要原因是:
表面粗糙层破裂,显现出平滑而光亮的芯层;
在银点里面可发现异物或凝胶,这有可能是由于产生气穴所致。
银点可接受的频率为在A3纸大小的面积内少于10点。
表2 银点的原因分析和预防措施
序号
产生原因
补救方法
1
加工参数调节不当
重新调节模头间隙
2
降低消光混合料喂料段的温度
3
过滤效果不良
增加滤网目数
4
原料受到污染
检查或清洁再生料、边料回收系统、压缩空气输送系统
5
消光表层厚度不够
增加厚度
6
抗静电母料潮湿或加热后挥发物偏多
更换合适的牌号
7
消光母料的凝胶、挥发物、分散性有问题
4结语
不同生产线的工艺条件有些差别,本文未能尽述。
作为生产厂家,我们不但要追求BOPP消光膜的高质量,同时要保证其成膜性能,以达到质量和产能双赢的目标。
双向拉伸聚丙烯薄膜bopp的生产工艺技术
双向拉伸聚丙烯薄膜的生产工艺研究
介绍了双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜的生产方法及工艺流程,分析了原材料、纵横拉伸比、温度等因素对BOPP薄膜物理、力学性能的影响,并且对生产中常见的问题进行了分析,提出了解决铸片常见缺陷及拉伸破膜的方法。
双向拉伸聚丙烯薄膜,铸片,加工
双向拉伸塑料薄膜是在低于薄膜材料熔点、高于玻璃化转变温度(Tg)时,对厚膜或铸片进行纵向和横向拉伸,然后在张紧状态下进行适当冷却或热定型处理或特殊的加工(如电晕、涂覆等)而制得的制品。
双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜就是用这种方法制得的。
BOPP薄膜是包装领域的重要产品,具有质轻、透明、无毒、防潮、透气性低、力学强度高等优点,被广泛用于食品、医药、日用轻工、香烟等产品的包装,并大量用作复合膜的基材,有“包装皇后”的美称。
双向拉伸法是一种技术要求十分高的塑料成型加工方法,除需要具备性能良好的加工设备外,更重要的是要求生产人员能够深入掌握PP的性能及加工条件对产品性能的影响,及时解决生产中存在的问题。
1.BOPP薄膜的主要生产方法及工艺流程
目前BOPP薄膜的生产方法主要有管膜法和平膜法。
管膜法属双向一步拉伸法;
平膜法又分为双向一步拉伸和双向两步拉伸两种方法。
管膜法具有设备简单、投资少、占地小、无边料损失、操作简单等优点,但由于存在生产效率低、产品厚度公差大等缺点,自20世纪80年代以来几乎没有发展,目前仅用于生产BOPP热收缩膜等特殊品种。
双向一步拉伸法制得的产品纵横向性能均衡,拉伸过程中几乎不破膜,但因设备复杂、制造困难、价格昂贵、边料损失多、难于高速化、产品厚度受限制等问题,目前尚未得到大规模采用。
而双向两步拉伸法设备成熟、生产效率高、适于大批量生产,被绝大多数企业所采用。
2.影响BOPP薄膜物理、力学性能的因素
2.1原材料性能
工业化生产BOPP薄膜用主料的主要成分是PP。
PP是一种典型的立体规整性聚合物,根据烃基在分子平面两侧的分布,可分为等规PP、间规PP和无规PP。
等规PP和间规PP具有不同的结晶结构,等规PP是以均相成核的三维生长方式进行结晶,而间规PP主要以均相成核的二维方式进行结晶,形成了外观尺寸不规则的小晶片,而且由于间规PP分子结构的规整度较低,使得间规PP具有较低的结晶速率和结晶度。
研究表明,等规度越大,结晶速率越快,薄膜产品的屈服强度和表面硬度会明显增大,而无规PP在聚合物中起内部润滑剂的作用,并有利于聚合物定向,有助于改善薄膜的光学性能。
目前,BOPP薄膜品种繁多,性能也差异很大,造成这种情况的主要原因是使用的原料和生产工艺不同。
实践证明,只有等规PP的质量分数为95%~97%,无规PP的质量分数为3%~5%的PP才适合生产BOPP薄膜,并且一般选用熔体流动速率为2~4g/10min的PP。
另外,通过在PP薄膜的表面上共挤出一层或多层熔点较低的共聚物,可以扩大BOPP薄膜在包装工业中的应用范围。
2.2纵、横向拉伸比
拉伸比是一个很重要的工艺参数,无论是纵向拉伸比,还是横向拉伸比,对BOPP薄膜的物理、力学性能都有重大的影响。
在一定的温度下,拉伸比愈大,PP分子链的取向度愈大。
即薄膜的力学强度提高、模量增大、断裂伸长率减小,冲击强度、耐折性增大,透气、光泽性变好。
BOPP薄膜生产过程中的取向主要发生在纵向拉伸和横向拉伸过程中,在经过纵向拉伸后,高分子链呈单轴纵向取向,大大提高了铸片的纵向力学性能,而横向性能劣化。
进一步横向拉伸后,高分子链呈双轴取向状态。
随着分子链取向度的提高,薄膜中伸直链段数目增多,折叠链段数目相应减少,晶片之间的连接链段逐渐增加,材料的密度和强度都相应提高,而断裂伸长率降低。
因此双向拉伸可以综合改善PP薄膜的性能。
纵向拉伸比和横向拉伸比的差异最终决定BOPP薄膜纵、横向的物理、力学性能差异。
如果纵向拉伸比和横向拉伸比相差不大,两个方向上的分子取向就没有明显的差异,BOPP薄膜表现出各向同性。
为了生产纵向性能高于横向性能的BOPP薄膜,纵、横拉伸比的选择相当重要,一般情况下,纵向拉伸比(4.5~5.5)小于横向拉伸比(7.5~9.0)。
BOPP薄膜的横向拉伸是一个重要且复杂的过程,整个过程在一个连续的热环境中进行。
横向拉伸过程具有多拉伸起始点,这主要是由横向上的某些薄弱点、较高的横向拉伸速率,以及薄膜中杂质、气泡和外观缺陷等因素造成的。
多拉伸起始点易引起产品厚度不均匀。
同时在横向拉伸时,有“阶梯拉伸”和“固有拉伸倍数”的问题。
即在横向拉伸过程中,在薄膜的横向有若干个突然被拉伸到最大倍数的“阶梯”点。
随着拉伸过程的进行,“阶梯”逐渐向两侧扩展,直至在整个幅面上全部被拉伸。
在BOPP薄膜生产中,拉伸程度必须达到“固有拉伸倍数”,即薄膜的纵向拉伸比和横向拉伸比的乘积必须达到40左右。
如果纵向拉伸比不足,拉伸后薄膜横向出现许多“斑马纹”或厚条道;
如果横向拉伸比不足,两个边部就会出现厚条道。
2.3温度
拉伸各区的温度分布是影响BOPP薄膜拉伸取向、结晶的关键因素。
温度是通过聚合物粘度和松弛时间的作用来影响取向过程的。
温度升高,聚合物粘度降低,在恒定应力作用下,高弹形变和粘性形变都要增大,高弹形变增加有限,粘性形变发展却很快,有利于聚合物取向。
(1)在高于粘流温度Tf或熔点(Tm)温度拉伸时,聚合物的大分子活动能力很强,在很小的外应力作用下就会引起分子链解缠、滑移和取向,然而在高温作用下,其分子的解取向速率也会加快,使有效取向度降低。
(2)当温度逐渐升高到Tg以上时,聚合物具有弹性,热运动的能量克服了某些物理交联点的牵制,使链段产生运动,但整个分子链尚不能移动。
(3)当在Tg以下拉伸时,外力只能引起分子链伸缩、振动和键角的微小改变。
塑料薄膜的拉伸温度一般在Tg~Tm(或Tf)之间,具体温度根据聚合物的性能决定。
实践证明,采用比较低的预热、拉伸温度或者拉伸后立即进行冷却,是提高BOPP薄膜取向度、减小结晶度的有效方法。
预热温度过高会导致PP形成球晶,薄膜透明性下降;
而拉伸温度过高,PP链段易于解取向,不但引起热封性面层材料粘辊,而且大大降低BOPP薄膜的物理、力学性能。
横向拉伸区的温度分布应力求均匀、稳定,否则会影响BOPP薄膜横向厚度的均匀性及拉伸的连续性。
PP是结晶性聚合物,其最大结晶速率的温度约为Tm的0.80~0.85倍,温度越高(如在Tm附近)或越低(如在Tg附近),越难结晶。
如果在拉伸过程中要防止预热、拉伸时PP结晶度的急剧增加,选择拉伸温度时最好不要在其最大结晶速率的温度区域,而选在结晶开始熔融、分子链能够运动的温度下,即在低于Tm25℃左右的温度范围内进行拉伸。
3.BOPP薄膜生产中常见的问题及解决办法
在生产BOPP薄膜过程中所要实现的主要目标首先是在尽可能高速的前提下实现连续生产,其次是提高BOPP薄膜的性能,保证质量,再次是降低能耗。
然而,在实际生产过程中,由于多方面的原因,BOPP薄膜出现各种各样的问题,使生产目标难以实现。
笔者针对生产中常见的问题,结合引进的法国DMT公司的8.2mBOPP薄膜生产线提出解决的办法。
3.1铸片常见的缺陷和解决