BOPP母料的种类牌号性能及作用机理.docx
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BOPP母料的种类牌号性能及作用机理
BOPP母料的种类、牌号、性能及作用机理
BOPP母料的种类、牌号、性能及作用机理
为了提高BOPP薄膜的品质，除了设备和生产工艺的因素外，原材料决定了BOPP薄膜的物理性能，特别是添加剂母料，因此必须正确地选用BOPP母料。
在聚丙烯双向拉伸薄膜的生产过程中，为了改善薄膜的某些性能，往往需要在树脂中加入一定量的添加剂。
由于纯添加剂通常为液体、糊状或粉状物，微量的添加剂直接加入到聚丙烯树脂中很难快速混合均匀。
因此，人们通常预先将较多的添加剂均匀地混入聚合物内，制成“母料”，在生产薄膜之前再将母料按一定的比例与主体材料进行混合。
1.1抗粘连剂母料
薄膜在使用与加工过程中，当两层薄膜接触在一起时，由于温度、压力、作用时间和膜与膜的摩擦性能等因素的影响，两层薄膜可能因短链分子迁移或由于膜过于平滑，产生很大的附着力，出现薄膜相互粘连的现象。
为了防止薄膜的粘连，使薄膜表面具有一定的粗糙度，使膜与膜之间保存一定的空气，降低薄膜的摩擦系数，需向树脂中加入某种称为“抗粘连剂”的改性添加剂。
抗粘连剂加入后，在薄膜表面便会生成许多细而坚硬的突起，或形成微小裂纹，或出现不同松弛状的凸凹，从而减少了膜与膜、膜与磨件之间的接触面积，实现了降低薄膜表面摩擦系数的目的。
然而，随着添加剂的加入，薄膜表面也有一定程度的损坏。
因此，使用时一定要根据产品性能的要求，仔细地筛选抗粘连剂。
表1为常用聚丙烯抗粘连剂母粒的牌号。
抗粘连剂的种类、粒径、粒径分布、用量、配制及添加方法等对薄膜性能有很大影响。
聚丙烯薄膜使用的无机抗粘连剂是以二氧化硅为主。
其优点是：
它是无定形的，不会导致硅肺；高纯度的二氧化硅的折射指数与聚丙烯几乎一样，对光学性能影响小；它是柔软的，对挤出机的螺杆和机筒磨损少；二氧化硅能均匀地分散在薄膜中。
在生产双向拉伸聚丙烯薄膜时，抗粘连母料的加入量一般为表层共聚聚丙烯的1.2~1.6%。
二氧化硅的粒度为2~4um之间，有效加入量为（200~1500）
图1显示了表层含有某种抗粘连母料的复合BOPP薄膜，母料加入量对薄膜光泽度和雾度的影响。
抗粘连剂对薄膜性能影响见表2。
对于真空铝用的聚丙烯薄膜来说，为了使镀铝层紧紧贴附薄膜表面，防止镀
铝前和镀铝后被二氧化硅粒子刮伤，发展了有机物做添加剂的抗粘连剂母料。
用这种母料生产的薄膜，雾度非常低。
图2为有机、无机添加剂含量对雾度的影响。
表2抗粘连剂对薄膜性能的影响
图2不同品种添加剂对雾度的影响
1.2抗静电剂母料
由于聚丙烯为典型的非极性高分子材料，吸水性极差，当受到摩擦后表面产生的电荷很难散去，使之静电性很强。
为了消除在膜表面产生的电荷需要加入抗静电剂。
抗静电剂是一种双极性物质，它能迁移到薄膜表面，吸收空气中的水分，形成导电层，及时散去积聚的电荷，使之具有控制带电的能力。
这种疏散电荷的能力对于聚丙烯薄膜的加工及使用是非常必要的。
否则在生产过程中，由于静电会使操作人员受到电击；在制袋或包装商品时，表面电荷会使薄膜粘附在包装设备上；对于包装后的商品，由于静电现象，在存放或者销售过程中会吸附灰尘，影响产品的形象。
抗静电剂的种类很多，有阳离子型、双离子型和非离子型，如胺类、季胺类、吡啶衍生物和羟基酰胺等。
目前抗静电剂多为小分子，但最近高分子抗静电剂发展很快，这是因为高分子抗静电剂迁移性小，耐久性好，且对被包装物不产生污染。
国内目前使用的阳离子抗静电剂多为季胺型表面活性剂，如二甲基羟乙基十八烷基季胺硝酸盐。
高分子抗静电剂有低分子量的蟥化聚苯乙烯、低分子量的聚丙烯酸类及其共聚物。
由于聚酰胺吸水性很好，所以低分子量的聚酰胺也可以用作高分子抗静电剂。
抗静电剂的表面活性有助于着色剂的分散与润湿，但像季胺盐类抗静电剂有可能降低制品的热稳定性，使制品泛黄、变色等，设计配方务必考虑进去。
相对而言，非高分子型抗静电剂要好一些，所以广泛使用。
用于色母粒的抗静电剂主要有：
硬脂酸单甘酯（GMS），N，N-双（2-羟乙基）脂肪酰胺（KJ-210）和羟乙基烷基胺（H2-1）等。
通常，静电消除的能力是以BOPP薄膜表面积聚的电荷衰减到一半值所表示的时间，即静电半衰期值来衡量。
图3显示了环境的相对湿度与薄膜表面电荷衰变周期之间的关系。
抗静电剂具有迁移性，抗静电剂加入聚合物后，它会从加入层迁移到含量小或未加入层。
因此，在实际生产过程中，一般只把它加到薄膜的芯层材料中。
否则，如果把抗静电剂加到表层，它就会因反向迁移往芯层而消耗掉，起不到抗静电的作用。
加入芯层的抗静电剂的迁移能力，受存放温度和存放时间的影响。
如图4显示的那样，在允许范围内，温度越高迁移速度越快。
在相同温度下，迁移要有一个过程，一般要存放1~2周（图5）。
此外，聚合物的结晶度对添加剂的迁移程度也有明显的影响。
从图6看出，结晶度高，它会阻止抗静电剂的迁移。
在双向拉伸聚丙烯薄膜的生产过程中，抗静电母料的加入量一般为芯层聚丙烯质量的1%左右，抗静电剂的有效浓度一般在3000X10—6左右，常用的抗静电剂有高纯度硬脂酸甘油、油酸酰胺、乙氧基胺类。
常用抗静电剂母料的牌号和抗静电剂含量见表3。
薄膜中加入抗静电剂后，薄膜的物理、机械性能将发生变化，具体见表4。
1.3爽滑剂母料
爽滑剂的作用是使薄膜的表面爽滑和具有较低的摩擦系数；使原料在挤出机内起到润滑作用，当提高挤出机转数增大产量时，挤出机驱动电机的电流不至于剧增；可以防止薄膜与薄膜、薄膜与机器粘合在一起，难以分离或难以打开。
表5为常用爽滑剂聚丙烯母粒的牌号。
在加入爽滑剂的同时，必须有选择地加入抗粘连剂母料。
否则，薄膜仍然会出现严重的粘连。
表3常用抗静电剂聚丙烯母料的牌号
表4抗静电母料对薄膜性能的影响
不同用途的BOPP薄膜，对表面摩擦系数的要求各不相同，特别是香烟包装用膜。
为了保证烟包在高速包装机上顺利前进，一方面要求薄膜对金属滑道的摩擦系数要小，另一方面由于在高速包装过程中，烟包不断地与滑道摩擦，使滑道摩擦生热、温度升高。
因此，这种薄膜就要具有较低的热摩擦系数。
在BOPP领域中，最先使用的爽滑剂是芥酸酰胺类。
它的缺点是能使薄膜的雾度增大，产品有白霜状物质迁移出来，同时也降低了电晕处理的效果。
表5常用聚丙烯爽滑剂母料的牌号
随着高速包装机的运用，出现了硅酮类爽滑剂。
这种爽滑剂具有很好的热滑动性。
在一定温度下摩擦系数很低；没有白霜状物质迁移出来；对雾度的影响也比芥酸酰胺类小得多。
但是，它的明显缺点是无印刷性。
爽滑剂的有效含量，在不同用途的BOPP薄膜中是不同的。
平膜中爽滑含量一般为（750~1500）mg/kg；共挤膜的芯层为（1000~2000）mg/kg；共挤膜的面层为（1000~1500）mg/kg。
由于爽滑剂仅在薄膜表面起作用，生产出来的薄膜需要有一定的迁移时间才能发挥它的作用，这个迁移时间为1~2周。
较高的薄膜存放温度，会促进芯层爽滑剂的迁移；较高的薄膜结晶度会阻碍爽滑剂的迁移；爽滑剂迁移到薄膜表面，会对薄膜的电晕以及光学性能产生负面作用；衡量爽滑剂效果的标准是测量薄膜表面的摩擦系数，摩擦系数可由0.8降至0.2~0.5。
有关爽滑剂对薄膜的物理、机械性能的影响见表6。
表6爽滑剂对BOPP薄膜性能的影响
1.4抗老化母料
在聚丙烯膜生产中，抗老化母料主要用来提高PP的加工稳定性，防止PP熔融指数增高和物理性能损失。
与其他高分子材料相比，聚丙烯的耐老化性能较差，特别是耐紫外线能力更差。
这是因为甲基的存在，分子链上存在着大量叔碳原子，叔原子上的氢在紫外线照射下极易产生自由基，在有氧存在时易产生过氧化物等。
表7常用抗老化母粒牌号
不同类型的高聚物内部结构不同，老化机理也不同，所用的抗老化剂种类也不同。
所用的抗老化剂种类主要作用有：
抑制高聚物降解作用，抑制氧化作用、光降解作用，消除杂质的催化作用等。
把各种抗老化剂加入高聚物制品中时，为了使其达到均匀分散的目的，也要制成抗老化母料。
常用的抗老化母料的牌号见表7。
1.5珠光母料
在聚丙烯包装材料中，除透明BOPP膜、撕裂膜生产使用量最大之外，聚丙烯珠光膜用量也很大，一般用于冰激凌、饮料的包装等等。
珠光膜生产需要珠光母料，珠光剂一般是微细的CaCO3粉末和珠光颜料。
在铸片中CaCO3粉末被树脂包覆，由于CaCO3粉末与树脂之间相容性不好，在拉伸过程中，CaCO3粉末容易引发银纹和空洞，从而使薄膜产生珠光效果。
表8为常用珠光剂聚丙烯母粒的牌号。
1.5.1珠光光泽产生机理
珠光颜料分天然珠光颜料和合成珠光颜料。
天然珠光颜料是从鱼鳞中提取鸟嘌呤晶制备的，由蛋白质薄层和碳酸钙薄层交替重叠构成，当光线入射时，一部分入射光被反射回来，另一部分透入薄层。
在下一个界面又发生同样的作用，随着深度的增加，反射作用一直进行到产生珠光特性的光。
合成珠光颜料是由与天然珠光颜料相似的微细鳞片组成的。
当这些薄片镶入折射率与之不同的塑料内部，即可构成发射珠光所必须的层状结构，颜料反射界面的层状结构发生局部重复反射，从而形成珠光。
两种物质的折射差是产生珠光的重要条件，而且应该形成具有部分透射与部分镜面反射（不是漫射）的层状结构，同时介质应该具有一定的透明度，多层次的干涉光才有强的珠光效果。
表8常用聚丙烯珠光剂母料牌号
1.5.2珠光颜料的种类及应用
珠光颜料是指能产生珠光效果的半透明微片状颜料。
这种颜料具有稳定的化学性质，优良的耐候性、无毒和多彩的特点。
目前在涂料、油墨、化妆品、橡胶和塑料工业中已经得到广泛应用。
随着珠光颜料应用范围的增大，对珠光颜料的开发也进一步深入，珠光颜料的品种也日趋多样化、系列化。
按来源划分，珠光颜料可分为天然珠光颜料和合成珠光颜料。
天然珠光颜料主要为鱼鳞状提取物，这种珠光颜料性能稳定，珠光效果好，但其色相单一、来源有限，因而价格昂贵。
合成珠光颜料早期主要有碳酸铝、氯氧化铋等品种，近年来，云母钛珠光颜料的研制成功使合成珠光颜料进入到了一个成熟和使用化的新阶段。
目前，云母钛珠光颜料已经由单一银白色型发展到多色相的彩虹型和各种着色的珠光颜料。
①银白色系列根据二氧化钛种类、包覆率及云母粒子大小不同，可以得到多种型号的银白色珍珠光泽颜料，大的粒子显示出闪烁耀眼的金属光泽，小的粒子展现出丝绸般柔和的光泽，还可以根据不同需要选用不同的二氧化钛晶型，可分为金红石型和锐钛型珠光颜料。
②幻彩系列随着云母表面二氧化钛包覆层的增大，云母系珠光颜料将出现幻彩效果，一般二氧化钛包覆层的光学厚度（几何厚度X二氧化钛折射率）为60~160mm，在此范围内合理调整，即可得到反射光分别为金、红、紫、蓝、绿五种色光效果的幻彩颜料。
本系列珠光颜料还具有强烈的“随角易色”效果，即在入射光不变的情况下，从不同角度可以观察到不同色光的反色光，由随角易色现象带来的装饰效果是一般吸收颜料所不具有的，所以也称为“变色珠光颜料”。
③金色彩光系列云母晶片表面，使用二氧化钛和三氧化铁复合包装膜技术，即可以得到色彩诱人的金色系列珠光颜料。
它是一种有珍珠光泽和二氧化钛本身色彩相结合的装饰结果强烈的特种珠光颜料。
调整二氧化钛和三氧化铁的含量比，可以分别制成具有艳金色、黄金色和淡红金艳色金色系列珠光颜料。
④云母铁系列此系列珠光颜料是在云母表面直接覆盖一层氧化铁薄膜，根据氧化涂层厚度的不同可产生古铜、红棕、酒红、紫红、蓝绿等干涉色，色彩鲜艳、光泽度强、着色力大，尽管本身是非金属，却能产生金属光泽。
⑤彩色及着色系列此系列是在云母表面覆盖二氧化钛后再覆盖一层其他透明的颜料结合而成的特殊的珠光颜料，它不但具有珠光效果，而且还带有那些透明颜料所具有的迷人色彩。
表9Iriodin100银白色系列
表10Iriodin200彩虹干扰色系列
⑥导电系列导电系列是将固溶含锑氧化锡的微粒子包覆于云母表面而成。
与传统导电颜料相比，本产品具有较明快的色调，可用于非导电材料的抗静电表面处理（如地板、电脑外壳、非金属油缸等）。
也可以用于微电子领域电压敏感产品的抗静电包装。
表9~表12为部分珠光颜料的型号、品种、色泽和性能。
表11Iriodin300金色彩光系列
表12Iriodin500金属彩光系列
1.5.3珠光效果的表征
通常制备珠光型塑料制品的工艺主要有两种，一是添加珠光颜料；二是先用CaCO3填充，然后釆用双向拉伸。
工业生产中以第一种添加剂珠光颜料工艺占主导地位。
由于珠光颜料不同于其他的一般颜料，从而使珠光颜料具有不同于普通颜料的加工、使用特点。
要得到最佳的珠光效果，必须满足以下三个条件：
①树脂的透明性好；②着色颜料要均匀分散；③珠光颜料的云母片晶在塑料中应该尽可能平行取向。
因此，如何表征珠光颜料在塑料中的应用效果已经成为工业生产中必须解决的问题之一。
通常是将珠光颜料与载体树脂和助剂共混经过挤出成型制成样板，然后釆用色度仪和积分球仪进行白度和反射率的测定。
银色系列珠光颜料是以天然云母薄片为基材，以二氧化钛及其他金属或非金属氧化物包膜而成。
云母是多种铝硅酸盐矿物的总称。
粒度较粗的云母钛珠光颜料，其光泽较强，但着色力较弱。
颜料的着色力是指达到某一特定颜色所需的颜料量，珠光颜料是颜料中的一种。
而颜料着色能力的强弱可以通过塑料制品的反射率大小来判断。
因此，可以使用白度仪通过反射原理来测定珠光材料在塑料制品中的白度值，最终达到测量珠光颜料对塑料制品的着色能力的目的。
即珠光颜料的着色力可以用白度值来表征。
塑料的白度和珠光颜料的用量有关，通常白度随用量增加而增加，但一般用量以不超过1.5%为最佳。
当然白度也随树脂的种类不同而变化。
就PS、PP和ABS三种树脂相比，在用量相同的情况下PS的白度最小，而ABS的白度最大。
这是因为PS为透明塑料，PP为半透明塑料，而ABS为不透明、淡黄色塑料，它们对光线的反射能力依次增强。
这样，由于载体树脂本身白度值的变化，影响了珠光颜料在塑料中的着色能力。
树脂本身的透明度是影响珠光效果的主要因素之一。
树脂的透明度高，光线透过性强，光线就能射入树脂内部，经过珠光颜料片晶的层层反射后而表现出较好的珠光效果；树脂透明度差，部分光线不能进入树脂内部，导致珠光颜料片晶的反射光强减弱，珠光效果变差。
相同种类的珠光颜料在PS、PP和ABS塑料中测得的折射率依次减小，珠光颜料在塑料中的珠光效果为PS>PP>ABS。
在使用白色珠光颜料时，除了测白度以外，还应测黄度值。
产生黄光的主要原因为白色塑料对可见光中短波一侧的蓝光有轻微吸收。
而荧光增白剂（OB）发出荧光的波长在430~460nm之间，呈蓝色，恰好弥补了白色塑料因反射光中蓝光不足而稍带黄色的缺陷，提高了它们的白度。
因此在实际生产中加入珠光颜料的同时常加入少量的荧光增白剂，以降低塑料的黄度，提高塑料制品的白度。
通常云母钛颜料的折射率越高，珠光效果也就越好。
表13为国产的XJ、XF牌号珠光颜料与德国的Iriodin系列颜料在PP塑料中的白度及反射率。
表13珠光颜料在PP塑料中的白度及反射率
珠光颜料的反射率或珠光效果受用量的影响。
在一定范围内珠光颜料用量增加，其反射率呈先增大后下降的趋势，通常在1.5%左右时达到最大值。
这和珠光颜料在塑料中的排列和取向有关。
当用量少时，颜料在塑料中的排列杂乱无章，使用量增加，云母片晶在塑料加工过程中自动位移而逐步完成取向，使之具有最大的反射率。
但过量的珠光颜料用量会使定向排列过程中发生相互间的干扰，从
而使珠光效果下降，图7为珠光颜料与反射率之间的关系。
图7珠光颜料用量与反射率的关系曲线
1.6白色母料
白色母料是BOPP白色薄膜和珠光薄膜的专用母料，用来降低薄膜的透光率，增大遮光度。
表14为常用的白色母料的牌号。
表14常用的白色母料牌号
1.7增挺母料
增挺母料是BOPP烟膜专用母料，它是由增挺剂与基体树脂组成，增挺剂一般釆用的是某些具有刚性链段的低分子量聚合物，这种聚合物的加入可以提高薄膜的拉伸强度、弹性模量和热收缩率，并且可以改善薄膜的光泽度和雾度，添加量一般在10%~20%左右。
但添加量过高，会导致薄膜变脆，生产和分切时薄膜容易断裂。
常用的增挺母料牌号见表15。
1.8消光母料
消光母料为BOPP消光膜专用母料，可使薄膜表面的光泽度下降到7%（45o）以下。
表16为常用聚丙烯消光剂母料的牌号。
表15常用聚丙烯增挺剂母料牌号
表16常用聚丙烯消光剂母料的牌号
1.9抗菌母料
随着人们生活水平的提高，人均拥有塑料膜制品的品种和数量大幅上升，人们开始注意到BOPP膜制品的霉变问题，为此各厂家纷纷推出了抗菌膜制品，以满足人们新的需求，BOPP抗菌母料也应运而生。
抗菌膜是一种自身具有杀菌、抑菌性能的新型功能性高分子材料。
抗菌母料是在国内外研制开发较晚的新技术产品。
它是利用抗菌剂与相应的原料混配制成。
所使用抗菌剂有有机抗菌剂和无机抗菌剂，其中无机抗菌剂具有耐热、耐光、长效、广谱抗菌、安全无害、无二次环境污染等优点。
随着研究和开发的深入，它将在化学纤维、洗涤、日用陶瓷、家用电器、塑料制品、通信工具、食品卫生、建筑材料等行业得到广泛应用。
无机抗菌剂在各种抗菌制品中的加入量极少（只有1%~5%），使用抗菌剂后，各种材料或制品的成本增幅也很小，因此，抗菌制品容易为社会大众所接受。
表19为部分抗菌母料的牌号。
表19部分抗菌母料的牌号
1.10组合母料
为了减少添加剂母料的运输量，简化加工设备和工艺，人们把两种或两种以上添加剂加入聚合物内制成组合母料，常见的几种组合母料见表20。
表20组合母料牌号及组分
1.11非迁移性添加剂母料
非迁移性抗粘连和爽滑BOPP母料具有永久爽滑性，这样就不需要或减少加入芯层的迁移性添加剂，只在表层添加；电晕处理后仍保持高润湿张力；不降低热封及印刷性能；可避免在收卷时粘连；调整爽滑和抗静电薄膜性能；可使膜卷顺利放卷及分切。
其中表21为舒尔曼（A.Schulman）公司非迁移性添加剂母料的牌号。
表21舒尔曼非迁移性添加剂母料的牌号
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