爽滑抗粘连母料在BOPET薄膜中的应用

涂志刚，宋建辉，李新芳，苏小强，熊立贵*，陈利伟，张尚先

（1.广东开放大学（广东理工职业学院），广东 广州 510091；2.中山开放大学，广东 中山 528403；3.中山火炬职业技术学院，广东 中山 528436）

双向拉伸聚酯（BOPET）薄膜的综合性能优良，具有机械强度高、光学性能好、使用温度范围广、阻隔性能优良、耐油、耐化学药品腐蚀等优点［1-3］，广泛应用于包装行业［4-9］。目前，随着自动化高速包装技术的飞速发展，要求BOPET薄膜具有良好的爽滑性能。在实际使用中，摩擦力通常既是拖动力又是阻力，因此，必须有效控制摩擦系数。BOPET薄膜中通常需要在表层加入爽滑剂，但过量爽滑剂在迁移到表面后易积聚，对薄膜的光学性能以及二次加工性能（如复合、印刷等）有一定负面影响［10-11］。本工作采用二氧化硅与耐高温蜡为原料制备爽滑抗粘连母料，并应用在BOPET薄膜上，分析爽滑抗粘连母料对BOPET薄膜爽滑、光学及力学等性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料与设备

聚对苯二甲酸乙二酯（PET），特性黏数0.75～0.78 dL/g，中国石化仪征化纤股份有限公司。二氧化硅，粒径5～7 μm；高温蜡，熔点55～70 ℃：广州索润环保材料有限公司。同类爽滑抗粘连母料，进口。分散剂400A，聚乙烯蜡：霍尼韦尔公司。

TES-65型双螺杆挤出机，南京科亚挤出装备有限公司；APEX-RXT95-400型平面双向拉伸PET薄膜生产设备，美国帕金森公司；PFT-F1型摩擦系数/剥离试验仪，XLVV（PC）型智能电子拉力试验机，WGT-S型透光率/雾度测定仪：济南兰光机电技术有限公司；GZ-1型光泽度仪，广州标际包装设备有限公司。

1.2 试样制备

母料的制备：PET于170 ℃结晶干燥4 h；将质量比为2∶1的二氧化硅与高温蜡，以及0.5 phr分散剂与100.0 phr干燥PET在双螺杆挤出机中挤出，得到爽滑抗粘连母料。

BOPET薄膜的制备：在双向拉伸设备上生产厚度为40 μm的BOPET薄膜，该薄膜有三层，分别为表层、芯层与里层。爽滑抗粘连母料添加于BOPET薄膜的表层和里层，表层和里层的厚度均为6 μm，爽滑抗粘连母料质量分数为1%，芯层为纯PET。采用自制爽滑抗粘连母料制备的BOPET薄膜记作薄膜1，采用进口同类母料制备的BOPET薄膜记作薄膜2。

1.3 性能测试

摩擦系数按DIN 53375—1986测试；薄膜光泽度和雾度分别按ASTM D 2457（45°）—2013，ASTM D 1003—2013测试；薄膜热收缩率按GB/T 13519—2016测试，温度120 ℃，加热5 min；力学性能按DIN 53455—1994测试。

2 结果与讨论

2.1 BOPET薄膜的摩擦性能

以摩擦系数来表达的爽滑抗粘连性能是评价薄膜性能的重要指标。在制膜和使用过程中，一方面它是塑料薄膜开口性的量化评定指标，另一方面又可作为自动包装机运行速度、张力调节、薄膜运行效率的参考依据。另外，在薄膜的二次加工过程中，薄膜的爽滑抗粘连性能对印刷油墨与薄膜之间、镀铝铝层与薄膜之间的结合力也有很大影响。GB/T 16958—2008中规定，包装用BOPET薄膜的动摩擦系数控制在0.55以下，因此，BOPET薄膜的动摩擦系数一般控制在0.40～0.60［12］。从表1可以看出：薄膜1具有较低的动摩擦系数，且稳定性较好，薄膜2的动摩擦系数较薄膜1略高，所以从整体看薄膜1相对具有优势，能更好地满足薄膜的爽滑性能。常温条件下薄膜1表层与表层（简称表层/表层）相互摩擦的动摩擦系数较低，15，30 d时的动摩擦系数为0.40，有利于包装物在生产线上的输送和提高生产速度，而薄膜1表层与里层、里层与里层（分别简称表层/里层，里层/里层）相互摩擦的动摩擦系数差不多，30 d时的动摩擦系数为0.43～0.44，但稍高于薄膜表层/表层的动摩擦系数，是因为薄膜里层在包装过程中与填充物接触，其动摩擦系数应该控制稍高，有利于薄膜与填充物位置的精准固定，提高热封质量和包装紧凑效果。从表1还可以看出：随着时间的延长，薄膜的动摩擦系数逐渐降低，15 d时达到稳定。这主要是因为爽滑剂仅在薄膜表面起作用，虽然将爽滑剂加入到薄膜表层，但表层厚度为6 μm，爽滑剂随时间逐步迁移到表面，因而动摩擦系数减小［13］。因此，采用自制爽滑抗粘连母料生产的BOPET薄膜的常温动摩擦系数可以控制在0.40～0.48，完全能满足包装用BOPET薄膜爽滑性能的要求。

表1 爽滑抗粘连母料对BOPET薄膜爽滑性能的影响Tab.1 Effect of slip and antiblocking master-batch on slip properties of BOPET films

2.2 BOPET薄膜的光学性能

在满足爽滑抗粘连性能要求的前提下，优化BOPET薄膜的光学性能，开发高光泽、低雾度的薄膜非常重要［14-15］。自制爽滑抗粘连母料中的高温蜡对薄膜光学性能的影响相对较小，高温蜡对BOPET薄膜中抗粘连剂的分散有利，也有利于树脂的塑化与加工，加入适量高温蜡可使薄膜保持较为稳定的表面光泽度。GB/T 16958—2008中规定，包装用BOPET薄膜的雾度小于8.0%，光泽度大于100.0%。从表2可以看出：放置30 d，薄膜1的雾度上升0.1%，光泽度下降0.3%，而薄膜2的雾度上升0.3%，光泽度下降1.2%，因此，自制爽滑抗粘连母料具有较好且稳定的雾度和光泽度，这都是实际生产中所需要的良好性能。

表2 爽滑抗粘连母料对BOPET薄膜光学性能的影响Tab.2 Effect of slip and anti-blocking master-batch on optical properties of BOPET films %

2.3 BOPET薄膜的力学性能与热收缩性能

薄膜在使用过程中不仅要求低的摩擦系数，还要求不能影响力学性能，因为过多爽滑剂会降低拉伸强度、弹性模量等［16］。BOPET薄膜应具有高的拉伸强度，以减少薄膜在包装过程中出现的“破包”现象。薄膜热收缩率主要用于对包装膜不同条件或因素作用下的尺寸热稳定性的评定，从表3可以看出：薄膜1的横向热收缩率均达到70.0%以上，满足热收缩薄膜的高热收缩性能要求；自制爽滑抗粘连母料对BOPET薄膜的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量及热收缩率的影响与薄膜2相比均无太大差异。总体来说，自制爽滑抗粘连母料的使用性能已经达到或超过进口同类母料的主要性能。

3 结论

a）薄膜1具有较低的动摩擦系数，且稳定性较好，常温动摩擦系数控制在0.40～0.48，且表层/里层、里层/里层的动摩擦系数稍高于表层/表层的动摩擦系数，完全能满足包装用BOPET薄膜的爽滑性能。

b）添加自制爽滑抗粘连母料使BOPET薄膜的具有良好且时效稳定的光学性能，在30 d内薄膜的雾度仅上升0.1%，光泽度下降0.3%。

表3 爽滑抗粘连母料对BOPET薄膜力学性能与热收缩性能的影响Tab.3 Effect of slip and anti-blocking master-batch on mechanical properties and thermal shrinkage properties of BOPET films

c）添加自制爽滑抗粘连母料使BOPET薄膜的动摩擦系数和光学性能优于添加进口同类母料，其他力学性能没有太大差异，总体来讲，自制爽滑抗粘连母料的使用性能已经达到或超过进口同类母料的性能。