双向拉伸聚丙烯防雾滴薄膜的制备及性能研究

王红兵，张涛，张少伟，陈铸红

（安徽国风塑业股份有限公司，安徽合肥 230088）

普通双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜用于新鲜蔬菜、水果、鲜花、寿司等生鲜商品的包装时，由于生鲜商品水分含量高，且销售过程中温差大，包装袋内容易产生一层不透明的水雾，导致商品可见度大幅降低。水雾为微生物的繁殖和生长创造了有利条件，一定程度上缩短了生鲜商品的保质期和上架期，对于存在机械损伤的生鲜商品，更易腐败变质。随着人们生活质量的提高，普通BOPP包装膜已经很难满足客户要求。

BOPP防雾膜是一种防止水汽在薄膜表面结雾而影响透明度的功能性薄膜，主要用于上述生鲜商品的展示性包装，极大地提高了商品的观赏效果，增加了客户的购买欲望。

本文探讨薄膜产生雾滴的原因，并改进配方体系，优化工艺参数，采用平膜法在双向拉伸生产线上生产出BOPP防雾滴薄膜，产品防雾等级达到1级。

1 防雾性能的实现

1.1 水雾产生的原理

水雾的产生是因为水蒸气与薄膜表面的接触角过大，导致水蒸气无法润湿薄膜表面，从而形成水雾。接触角θ是衡量液体对固体表面润湿性能的重要指标，液体能否润湿固体表面取决于接触角θ大小，接触角θ示意图如图1。

图1 接触角θ示意图

若θ＜90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体表面，其θ角越小，润湿性越好；若θ＞90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，当θ=180°时，则表示完全不能润湿。

当薄膜表面出现水滴，因水滴对光线的散射作用，呈现出不透明的视觉效果。

1.2 薄膜防雾效果实现的原理

通过在薄膜配方体系中添加双亲组分防雾剂，其有效成分逐渐迁移至薄膜表层，亲水基团朝外，亲油基团朝内。当水蒸气接触到薄膜表面时便被亲水基团掠住，使得水蒸气在薄膜表面均匀铺展，形成一层极薄的“水膜”，从而达到防雾滴的效果，见图2。

图2 防雾剂迁移示意图

1.3 防雾剂的筛选

BOPP 防雾滴薄膜一般为ABC 三层结构（图3），需要在配方中添加含有防雾剂的功能母料。

图3 BOPP防雾滴薄膜结构图

防雾剂目前主要有多元醇脂肪酸酯类、低分子亲水基聚合物类、胺和季铵盐类。不同类型的防雾剂在防雾效果、防雾起效时间和防雾有效期区别较大，单一类型的防雾剂很难达到优异的防雾性能。可将几类防雾剂以不同配比搭配使用，以达到良好的防雾效果。

一般使用《GB/T 31726-2015 塑料薄膜防雾性试验方法》来表征评价防雾效果，见图4。

图4 防雾性能测试图

图5 BOPP防雾滴薄膜生产工艺流程图

多元醇脂肪酸酯类防雾剂常用的多元醇有甘油、山梨糖醇及其醇酐，常用的脂肪酸有C11、C12的饱和酸或不饱和酸。一般来说，由于长碳链的防雾剂具有较大的分子结构，与PP树脂缠绕较多，因而防雾剂迁移速率变缓，薄膜防雾有效期延长。一般可选择单硬脂肪酸甘油酯和山梨糖醇酐单硬脂肪酸酯。

防雾剂的添加量直接影响薄膜的防雾效果和有效期，通过测试防雾剂的添加比例对薄膜防雾效果的影响，并且综合考虑生产成本和光学性能，一般选择添加1%～8%的防雾剂，防雾效果可达到1～2级。

2 BOPP防雾滴薄膜的生产流程

BOPP防雾滴薄膜是将添加有功能助剂的聚丙烯通过挤出机加热熔融，将熔体输送至模头挤出，经水浴急冷形成铸片，再进行纵拉、横拉分步拉伸，经冷却、测厚、电晕处理，收卷成卷材，时效后，分切成最终成品，见图5。

3 薄膜主要物理性能的控制

3.1 透明度的控制

聚丙烯是一种半结晶聚合物，其内部存在晶区和非晶区两种相态。因两种相态对光线的折射率不同，当光通过聚合物时，在两种界面上发生折射和反射，一般结晶度越小，薄膜透明度越高。可从以下2个方面进行优化，提高薄膜透明度。

3.1.1 抗粘连剂的选择

抗粘连剂可分为无机抗粘连剂和有机抗粘连剂，无机抗粘连剂主要有硅藻土、滑石粉、碳酸钙和合成二氧化硅等。滑石粉和碳酸钙对薄膜光学性能影响较大，不适合生产高透明度BOPP 薄膜；硅藻土硬度高，易划伤膜面，造成薄膜阻隔性能下降；合成二氧化硅折光指数与聚丙烯非常接近，对光学性能影响小。有机抗粘连剂主要为有机硅聚合物或甲基丙烯酸聚合物。有机抗粘连剂光学性能好，对薄膜的透明度几乎没有影响，同时兼具增滑的功能，使薄膜具有较低的摩擦系数。表1为不同抗粘连剂生产出的薄膜物性对比表。

表1 薄膜物性对比表

经过综合对比，选择有机球形抗粘连剂制成的BOPP防雾滴薄膜具有高光泽度、低雾度和超低摩擦系数。

3.1.2 工艺参数的优化

BOPP薄膜的结晶度和晶体尺寸对薄膜的光学性能有重要影响。薄膜结晶度和晶体尺寸越小，薄膜光学性能越优秀。BOPP 薄膜生产时，可通过加快冷却速度降低结晶度及晶体尺寸，但过低的冷却温度会导致薄膜脆化，导致生产破膜。通过研究激冷辊和水槽温度对薄膜雾度和生产稳定性的影响，激冷辊和水槽温度可设定为15℃～40℃。

3.2 薄膜热封性能的控制

一般用于生鲜食品的包装，都需要薄膜具有热封效果，方便制袋，但防雾剂的迁移会影响薄膜的热封效果。通过研究，可以通过在普通BOPP 热封料中添加5%～30%乙烯丙烯丁烯三元共聚物，使得薄膜热封防雾层起始热封温度降至135℃以下，热封强度达到2.5 N/15 mm以上，满足蔬菜、水果包装的需求。

4 结论

本文论述了冷热温差下薄膜表面起雾机理，同时研究了配方、加工参数对薄膜防雾效果、雾度、起始热封温度、热封强度等物理性能的影响，制备出双面均可防冷热雾滴的BOPP功能薄膜，满足了下游生鲜食品防雾包装的需求。