流延聚乙烯专用料在重包装PE膜袋（FFS）领域的应用研究

方忠阳 林华杰 顾亦力

（中国石化镇海炼化公司研发中心；镇海石化工业贸易有限责任公司）

0 引言

国际上，通常把可以承载10～50 kg固体颗粒或粉状物料的膜包装通称为重包装。一般情况下内容物净重采用25 kg，因此又称25 kg膜包装袋；另因为托盘码垛的需要，袋体两侧进行折边处理，截面形似M字，故又称M折袋或折边袋。

重包装袋用的基材薄膜，称为重包装PE膜，主要采用上吹管泡法工艺制得而成。目前下游客户使用过程，通常配套先进的自动包装系统，自动包装系统的三个主要环节：截底成型（Form）→包装线自动灌装（F ill）→袋口封合（Seal），简称FFS，特点是快速包装、一次成型，包装效率高且成本低，具备良好的密封防潮性和印刷性能，便于回收利用。因此，重包装PE袋也通常被称为FFS重包装袋。

1 热封性能及影响因素

1.1 热封性能

塑料热封性能是重包装PE膜的主要性能之一，热封性能一般指起热封温度和热封强度。起热封温度通常指P E薄膜热封强度达到一定值时所需的加热温度，其作用是使热封层加热到一个比较理想的黏流态使热封层相互粘合而达到热封的目的[1]。热封过程的微观表现为当两种相容的高聚物相互紧密的接触时，由于分子的布朗运动和链段的摆动而产生了相互的扩散。这种扩散是在高聚物与高聚物的界面层进行的，当提供足够的热量，分子布朗运动加强[2]。

1.2 热封性能的影响因素

随着FFS自动包装生产线速度越来越快，要求薄膜的封口能够承受一定重量的被包装物灌装时重量冲击力，产品自重的压力。包装袋具有较好的热封强度，可以保证在物流仓储过程中不开裂泄漏，达到保护产品的目的。

1.2.1 薄膜结晶度的影响

研究表明[3-4]，聚乙烯材料的结晶度越高，熔点越高，薄膜起封温度则会越高。上吹管泡法工艺的横向吹胀及纵向牵引拉伸会对塑料分子产生一定程度的排列取向作用，导致薄膜结晶度提高，从而薄膜起封温度越高。

1.2.2 电晕处理影响

电晕处理产生极性基团，导致分子间作用力增强，相当于热熔焓增加，熔点升高，薄膜起封温度上升；电晕后产生交联使得分子链柔顺性变差，相当于热熔熵减小，热封层界面分子的相互扩散能力降低，使薄膜热封强度降低[5]。

1.2.3 迁移性助剂影响

爽滑剂等迁移型助剂迁移到薄膜表面富集成团，当薄膜表面受到外界摩擦情况下，助剂会被磨耗；大量富集到薄膜表面则易形成起霜现象，即薄膜表面可见一层薄薄可见的霜（粉），面对光观测薄膜有雾蒙蒙现象，经仪器测试薄膜雾度值变大，透明度、清晰度、光泽度下降，擦拭去除后会留下痕迹。薄膜热封层严重起霜，不仅影响薄膜外观品质，还会降低薄膜热封强度，严重情况下甚至会导致薄膜丧失热封效果[5]。

2 中国石化镇海炼化公司ZF4527C和ZF4533H产品介绍

中国石化镇海炼化公司自主研发了流延聚乙烯专用料ZF4527C和ZF4533H，达到重包装PE膜/袋原料国产化替代、降低成本的效果。

2.1 ZF4533H

ZF4533H是中熔指、低密度线性聚乙烯树脂，主要用于芯层、电晕层。具有流动性好、易加工、耐低温、高强度显著特点，产品通过了GB4806.6、FDA、RoHS等食品检测。

表1 性能指标典型值（非保证值）

2.2 ZF4527C

ZF4527C是中熔指、低密度线性聚乙烯，主要用于热封层、电晕层。

具有流动性好、易加工、耐低温、低起热封温度、高热封强度显著特点，产品通过了GB4806.6、FDA、RoHS等食品检测。

表2 性能指标典型值（非保证值）

3 FFS领域应用

3.1 主要生产设备及检测仪器

（1）生产设备：FFS高速吹膜机组LESA-45（收卷宽幅0.8m）；

插边压花成型机组ESD-2-INSIDE-550型。

（2）拉力试验机：XLW（PC）500型智能电子拉力试验机；

热封梯度试验仪：RTD-R2型双五点热封梯度仪；

冰箱：温度范围-10～10℃；

温度计：煤油温度计，精度0.2℃。

3.2 重包装PE膜工艺流程

配比混料、投料（不同挤出机分开投料）→塑化→共挤→吹胀→薄膜测厚、电晕处理→牵引→印刷→收卷→检验→包装→膜成品。

3.3 标准：

检测室环境：参照GB/T 2918-1998《塑料试样状态调节和试验的标准环境》

热封强度测试：参照QB/T 2358-98《塑料薄膜包装袋热封强度试验方法》

判定标准：《炼化公司聚乙烯、聚丙烯产品包装用FFS袋用薄膜质量标准》，热封强度大于等于30 N/15mm

3.4 重包装PE膜配方

本应用采用三层共挤设备进行生产，除芯层采用ZF4533H、ZF4527C部分替代或全替代进口双峰PE树脂外，热封层及印刷层仍采用原配方。

表3 重包装PE膜配方表

3.5 热封性能对比

3.5.1 常温条件下测试

在22.6℃，56%RH试验室环境下，重包装PE膜薄膜放置72小时，热封面对热封面进行热封，热封后样品放置3小时，再进行拉伸测试热封强度。

表4 重包装PE膜常温条件下热封强度对比表

3.5.2 冷、热环境条件下测试

3.5.2.1 热封后冷、热环境条件下储存，对其热封强度的影响测试

试验目的是模拟热封后，重包装PE膜在冷、热环境条件使用和储存情况下，热封强度是否符合标准要求。

冷环境储存模拟试验：在22.6℃，56%RH试验室环境下，重包装PE膜放置72小时，热封面对热封面进行热封，热封样品在-8.0℃环境中放置72h，再进行拉伸测试热封强度。

热环境储存模拟试验：在22.6℃，56%RH试验室环境下，重包装PE膜放置72小时，热封面对热封面进行热封，热封样品在46.0℃环境，放置72 h，再进行拉伸测试热封强度。

图1 热封后冷、热环境下储存对热封强度影响对比图

图2 冷、热环境下储存后再进行热封，其对热封强度影响对比图

3.5.2.2冷、热环境条件储存再进行热封，其对热封强度的影响测试

试验目的是模拟重包装袋在冷、热环境条件储存后，重包装PE膜再进行热封，其热封强度是否符合标准要求。

冷环境储存模拟试验：

重包装PE膜在-8.0℃环境中放置72 h，热封面对热封面进行热封，热封后样品放置3小时，再进行拉伸测试热封强度。

热环境储存模拟试验：

重包装PE膜在46.0℃环境放置72 h，热封面对热封面进行热封，热封后样品放置3小时，再进行拉伸测试热封强度。

4 结果与讨论

4.1表4结果表明：常温条件下，①号常规产品及②、③、④号对比品测试结果均超过30N/15mm的标准要求。

4.2图1结果表明：热封后冷、热环境条件储存，热封强度测试值均超过30 N/15 mm的标准要求。

1） ④号对比品，热封后冷、热环境条件储存，热封强度表现兼优。

2） ②号与④号对比品相比，两者中间层是ZF4527C完全替代双峰PE-230，但④号是ZF4533H全替代双峰PE-210。热封后热环境条件储存，热封强度均高于常温下测试值。

3）③号与④号对比品相比，中间层ZF4533H全替代双峰PE-210，但③号ZF4527C与双峰PE-230各23%，④号ZF4527C为46%。从测试值得出，④号对比品热环境储存后热封强度高于③号对比品。

4） ①号常规品与②号对比品相比，中间层双峰PE-210添加比例一致，但②号ZF4527C比例为46%，①号双峰PE-230比例为46%。从测试值得出，②号对比品热环境储存后热封强度高于①号。

5）③号④号对比品与①常规配方产品相比，中间层ZF4533H全替代双峰PE-210，弥补了对比品在冷环境下的热封强度。

从上述对比得出结论：

热封后在热环境储存，中间层加入ZF4527C的产品的热封强度比中间层加入双峰PE-230的产品的热封强度大；热封后在冷环境储存，中间层加入ZF4533H的产品的热封强度与常规配方产品相当。

4.3图2结果表明，冷、热环境条件储存后再进行热封，热封强度测试值均超过30N/15mm的标准要求；且在ZF4527C与ZF4533H配合下，冷热环境储存后热封强度表现更好。

5 结论

中国石化镇海炼化公司开发的ZF4533和ZF4527C树脂应用于FFS重包装袋，具有优良的热封性能。

ZF4533H和ZF4527C在中间层配合使用或分别单独使用，热封后在常温环境、冷环境、热环境下储存后测试及再热封后测试，其热封性能不受影响，都能满足标准要求。ZF4527C在FFS重包装袋中间层使用，在热环境下其热封性能优于国外双峰PE-230。

ZF4533和ZF4527C树脂解决了目前膜卷端面氧化变色快、小分子析出多、外观瑕疵点多等问题，并提高薄膜厚度平整度，兼顾撕裂强度、耐穿刺性及透光率等显著特点。