氢化石油树脂对BOPP 烟膜性能的影响研究

李云峰 周先进 赵燕

（湛江包装材料企业有限公司）

在石油裂解的过程中，会产生大量的副产品C5 和C9 馏分[1]，将C5 和C9 馏分中的活性不饱和基团聚合，或与其它不饱和化合物共聚即可得到低分子量的石油树脂[2]。通过加氢的方法对石油树脂改性，饱和分子中的双键和苯环，消除残留的卤化物，从而得到颜色透明，光、热稳定性好的氢化石油树脂[3]。氢化石油树脂主要直链C5、双环C5（DCPD）和直链C9[5]三类，其中直链C5 对BOPP 烟膜的光学性能有一定的优势，DCPD 增挺剂的软化点较高、耐热性较好，直链C9 的分子链的更长，其增挺剂的透明度稍弱，但软化点和耐热性稍高，比较接近DCPD。

氢化石油树脂可以改善BOPP 薄膜的光学性能、收缩率以及弹性模量等，还可以拓宽加工窗口[4]，目前已经成为收缩型BOPP 烟膜必不可少的添加剂，可使烟包呈现出熨帖、挺括以及紧致的效果。本文对比了九种比较常见的氢化石油树脂牌号，研究其对烟膜雾度、热收缩力和抗板结能力等性能影响。

1. 实验部分

1.1 主要原料

1#、2#和3#氢化石油树脂产自国内炼化企业，主要成分为直链C9；

4#、5#氢化石油树脂产自日本，主要成分为直链C5+C9；

6#、7#氢化石油树脂产自美国，主要成分为DCPD；

8#氢化石油树脂产自日本，主要成分为直链C5+C9；

表1 不同牌号氢化石油树脂的物性数据Tab.1 Properties of different grades of hydrogenated petroleum resins

9#氢化石油树脂产自国内炼化企业，主要成分为直链C5。

1#-9#氢化石油树脂性能指标如表1 所示。

1.2 主要设备

1.2.1 造粒和拉膜设备

TSE-75A 双螺杆挤出机线组，南京瑞亚装备公司；

1214 三层共挤双拉生产线组，德国布鲁克纳公司。

1.2.2 测试仪器

MAHRC1216 厚度测试仪，徳国Mahr 公司；

FED-53 烘箱，德国BINDER 公司；

M57 雾度计，英国DIFFUSION 公司；

4535 光泽度计，德国BYK 公司；

142505/00 拉伸机，德国ZWICK 公司；

MODEL 225-1 摩擦系数仪，美国THWINGALBERT 公司。

1.3 制备

1.3.1 母料的制备

工艺参数：挤出温度：150/170/180/180/180/180/180/180/180/180 ℃；水冷温度：20/20/20/20℃；螺杆转速：250 rpm。

工艺流程：将氢化石油树脂和均聚聚丙烯以1:1 的比例混配，然后通过挤出造粒形成母料。工艺路线为：氢化石油树脂选型→投料→挤出→水冷→切粒→包装

1.3.2 烟膜的制备

工艺参数：挤出温度：230/240/245℃；纵拉温度：110/110/110/90/90/110℃；横拉温度：180/180/145/145/155/155℃；线速度：250 m/min。

工艺流程：投料→挤出→铸片→纵拉→横拉→牵引→收卷→时效处理→大分切→时效处理→小分切→包装

1.4 测试方法

厚度按DIN53370 标准测试；雾度按ASTM D 1003 标准测试；光泽度按ASTM D 2457 标准测试；收缩率测试按BMS TT 02 标准测试；弹性模量按DIN 53 457 标准测试；摩擦系数按标准DIN 53 375 测试。

2. 结果与讨论

2.1 氢化石油树脂对BOPP 烟膜的即测性能影响

按照相同的配方和工艺将九种氢化石油树脂做成母料，然后再经过双拉做成薄膜，薄膜型号是收缩型烟膜，适用于硬盒香烟。标准厚度 21 um，氢化石油树脂的用量为10wt%。下线后立即检测性能如表2 所示。

表2 即测BOPP 烟膜的物性数据Tab.2 Physical properties of BOPP cigarette films（Immediate test）

表3 30 天后BOPP 烟膜的物性数据Tab.3 Physical properties of BOPP cigarette films after 30 days

根据上表的数据可以看出，所有牌号对应的薄膜雾度均小于1.0，表明都符合使用要求，8#和9#的表现尤为突出，再次表明直链C5 有利于改善光学性能；硬盒香烟需要较高的收缩率，一般要求达到9%，6#和7#的收缩率较小，使用过程会出现烟包松泡的缺陷；弹性模量的数据在一周之内会有较大的升幅，所以即测数据参考意义不大，在这里不做分析。

2.2 30 天后氢化石油树脂对BOPP 烟膜的性能影响

BOPP 烟膜在时效处理和储存的过程中，结晶会进一步完善，也就是常说的后结晶[7]。同时一些添加剂迁移出薄膜表面，物性会发生一些的变化[8]。一般30 天左右各项性能指标达到平衡和稳定，对上述样本进行了性能跟踪，检测性能如表3 所示。

从表3 的数据分析可知，30 天后，8#和9#仍然保持了雾度低的优势；6#和7#的收缩率虽然下降幅度小于其它样本，但由于起点不高，稳定后的数值仍然小于 8 %，在硬盒香烟包装中可能会出现泡松的问题；30 天后的弹性模量都超过2400 Mpa，6#样本甚至超过了2600 Mpa，这与6#的双环结构不无关系。

2.3 氢化石油树脂对BOPP 烟膜的抗板结性能影响

氢化石油树脂的数均分子量不足1000，重均分子量稍大，也不超过2000，分子链活动能力较强，存在少量迁移到薄膜表面的现象[9]。氢化石油树脂最大的用途是热熔胶，正是利用其遇热发粘的特性， BOPP 烟膜虽然挑选了软化点较高的牌号，抗粘能力有所增强，但始终存在一定的粘结倾向。烟厂在使用中特别强调薄膜的上机运行性，哪怕是轻微的发粘或板结都会引起使用不顺畅，所以提高收缩型BOPP 烟膜的抗板结性是很重要的工艺要求[10]。为了更好地表征薄膜的抗板结能力，结合多年的经验，笔者把成品膜卷放在恒温（35℃）恒湿（80%）的环境中时效处理7天，然后通过自由放卷来判定不同样本的抗板结能力，该模拟试验也需要测试摩擦系数。试验结果和检测性能如表4 所示。

表4 恒温恒湿7 天后BOPP 烟膜的物性数据Tab.4 Physical properties of BOPP cigarette films after 7 days of constant temperature and humidity

从分析表4 中的数据不难发现1#、2#和3#的抗板结性较差，不能自由放卷的米数也较多，纸芯发黑也比较严重，在烟厂使用中较有可能出现运行性不顺畅的问题；9#虽然雾度很出色，但存在板结较重的问题，8#的抗板结能力还不错，两者比较8#比9#有优势；抗板结能力最强的是4#和5#，虽然6#和7#也不错，但其在收缩率上有短板。

综合以上所有的数据基本可以判定，4#、5#和8#是不错的选择。

3. 结论

研究结果表明4#、5#和8#氢化石油树脂对BOPP 烟膜雾度、热收缩力和抗板结能力等综合性能影响最佳，结合表1 中氢化石油树脂的性能指标，在选择氢化石油树脂时应考虑以下几点：

1）软化点不宜低于125℃，并且越高越好；

2）黄色指数不宜大于1，越小对BOPP 烟膜的光学性能有利；

3）热稳定性不宜小于2，分子量越大越好，分子量分布越窄越好，这些指标对BOPP 烟膜的抗板结有利；

4）挥发性不宜超过1%，否则加工增挺剂的过程中存在气味。

除了氢化石油树脂，影响收缩型BOPP 烟膜性能的因素还有很多，需要结合内外层配方一起进行综合分析和探讨。