BOPP热封膜专用聚丙烯F5005B的性能

王素玉，钱 鑫，张美玲

（北京燕山石化高科技术有限责任公司，北京 102500）

双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜作为当今包装领域的核心产品，主要用于复合膜的芯层，该薄膜具有质量轻、透明度高、毒性低、防潮、机械强度高等特点，广泛应用于各类产品的外包装［1］。普通的BOPP薄膜极易产生静电，导致其不具备热封性能，需要将BOPP与热封层制成具备热封性能的复合膜，一般为A/B/A型复合膜。其中，A代表热封层，B代表芯层（基层），热封层厚度一般为1 μm左右。近年来，随着包装速度越来越快，对薄膜热封性能提出了更高的要求，市场需求量不断增加。原料要求有更高的光学性能及热封性能。国内用于BOPP热封膜生产的聚丙烯原料依赖进口，主要有新加坡聚烯烃私营有限公司、巴塞尔聚烯烃有限公司、韩国三星综合化学公司、韩国湖南石油化学株式会社、英力士集团控股有限公司等开发的三元无规共聚聚丙烯。针对BOPP热封膜专用树脂中小分子析出物含量低，热封性能高的要求，中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司（简称燕山石化公司）在聚丙烯气相法装置上，成功开发了BOPP热封膜专用聚丙烯F5005B，本工作对F5005B的结构与性能进行了评价，以为其加工应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 主要原料

F5005B，燕山石化公司；对比试样GW-F，新加坡TPC公司。

1.2 主要仪器

INSTRON5565型材料试验机，英国Instron公司；ME30/5200型流延膜机，德国Optical Control Syetems公司；NICOLET6700型傅里叶变换红外光谱仪，美国Thermofisher公司；TP-701S型热封合设备，日本JICA公司；NDH-2000型雾（浊）度仪，日本电色公司；Waters GPC2k型测定仪，美国Waters公司；BX-51型偏光显微镜，德国欧林巴斯公司。

2 结果与讨论

2.1 分子链结构

一般选用共聚聚丙烯作为热封层的原料，通过丙烯与其他单体共聚，降低聚合物的熔点和结晶度，使其相关性能得到一定程度的提升。但在聚合过程中，如果单体分散不均匀会产生联排现象，生成一些结晶能力较差的聚合物分子。该产物不仅不能降低聚丙烯的熔融温度，反而会形成一种可溶于正己烷的橡胶态的可抽提物。与1-丁烯相比，乙烯更易产生联排现象，可提取物含量过高将会使产品在食品包装领域的应用受限［2］。因此，可根据市场需求，合理地选择共聚单体的种类及用量，使熔点和可提取物的含量达到最佳值。BOPP薄膜热封层专用树脂有二元和三元共聚聚丙烯产品，由于共聚单体无规分布在等规聚丙烯的分子链上，破坏了分子链的规整性，导致分子链的规整性降低，无规程度增加，无规部分容易被溶剂浸出［3］。从表1可以看出：不同BOPP薄膜热封层专用树脂存在结构的差异，乙烯、1-丁烯的含量不同，正己烷可溶物含量也存在差异。F5005B为丙烯与1-丁烯二元共聚物，1-丁烯含量为12.0%（w）。GW-F为丙烯、乙烯和1-丁烯三元共聚物，共聚单体含量为7.5%（w），但F5005B的正己烷萃取物含量低于GW-F，较少的小分子析出物，减少了黏辊现象，有利于BOPP薄膜的加工生产。

表1 F5005B与GW-F的共聚单体含量Tab.1 Content of comonomers in F5005B and GW-F

2.2 相对分子质量及其分布

生产BOPP薄膜时，采用挤出机塑化熔融，聚丙烯熔体通过T型模头流延到冷却辊上，形成铸片，要求铸片厚度均匀，宽度方向一致。熔融流延薄膜在空气中热拉伸时薄膜变窄，薄膜边缘变厚形成卷边。从表2可以看出：F5005B的相对分子质量分布为4.64，z均分子量为101.3×104。GW-F的相对分子质量分布为4.00，z均分子量为80.0×104。F5005B具有相对较宽的相对分子质量分布和较高的z均分子量，这些特点使F5005B熔体的黏度大，分子链缠结多，能够平衡部分边缘应力。同时，F5005B相对分子质量分布宽，熔体黏弹性增加，挤出膨胀作用显著，可抵抗边缘应力，有利于减少薄膜幅宽，满足BOPP薄膜加工工艺的要求。

表2 F5005B与GW-F的相对分子质量及其分布Tab.2 Molecular mass and distribution of F5005B and GW-F

2.3 力学性能

聚丙烯的性能与立体规整性结构有很大关系。应用于BOPP薄膜热封层，要求具有较好的力学性能，以满足刚性和挺度的要求。从表3可以看出：与GW-F相比，F5005B的拉伸应力、弯曲模量、洛氏硬度等性能都稍高，表明F5005B具有更好的刚性，可提高薄膜的挺度。

表3 F5005B与GW-F的力学性能Tab.3 Mechanical properties of F5005B and GW-F

2.4 薄膜的性能

2.4.1 薄膜的外观

BOPP薄膜主要应用于包装，优良的外观性能可以提高产品的附加值，晶点和“鱼眼”是影响薄膜外观的重要因素。通常1520 cm2的薄膜0.8 mm以上的晶点和“鱼眼”数大于1，覆合高档膜或专色印刷品时，会造成薄膜外观性能不符合要求。从表4可以看出：在开发F5005B的过程中，针对下游用户的反馈信息，选择了合适的滤网目数，从而保证产品具有优良的薄膜外观。F5005B薄膜0.8 mm的“鱼眼”数为0，薄膜的外观性能满足印刷的需求。

表4 F5005B与GW-F的晶点数 Tab.4 Crystal points of F5005B and GW-F 个/1520 cm2

2.4.2 光学性能

由于BOPP薄膜主要用于保健品、日用品等采用硬盒外包装的产品，光学性能是BOPP薄膜的重要控制指标。丙烯与α-烯烃共聚就是要降低球晶尺寸，改变其熔融和结晶性能，改善薄膜的光学性能。分别将F5005B与GW-F制备成单层30 μm厚的薄膜，进行光学性能测试。丙烯与1-丁烯共聚物中的丙烯单元和1-丁烯单元具有更好的相容性，使其透明性也较乙烯与丙烯共聚物好。从表5可以看出：两者的雾度接近，但F5005B的透光率较高，尤其镜面光泽性能明显优于GW-F。采用F5005B制备的薄膜具有更好的光学性能，可赋予包装亮丽、晶莹剔透的外观。

表5 F5005B与GW-F所制薄膜的光学性能Tab.5 Optical properties of F5005B and GW-F

2.4.3 热封性能

BOPP薄膜热封性能的主要指标是热封强度和热封温度。热封强度反映薄膜的热黏合牢固性；热封温度反映薄膜在使用时对不同温度的适应性。一般来说，随着热封温度的升高，热封强度也会增加，但达到一定温度后，强度不会增加。如果热封温度过高，极易损伤焊接处的热封材料，极大降低了封口的热封强度和包装袋的抗冲击性能。从图1可以看出：不同的热封温度条件下，F5005B的热封强度优于GW-F。分析认为F500B具有更适宜的相对分子质量分布，在加热的情况下，低相对分子质量部分更易实现两个膜面之间的贯穿和缠结，有利于提高热封性能。

图1 F5005B与GW-F所制薄膜的热封性能Fig.1 Thermal sealing properties of F5005B and GW-F

采用F5005B生产的BOPP薄膜厚20.00～30.00 μm，其中，热封层厚1.00～3.00 μm。从图2可以看出：热封层的厚度为2.86 μm。

图2 BOPP薄膜的层结构（×5000）Fig.2 Layer structure of BOPP film

目前，F5005B已在山东群力塑胶股份有限公司、金田高新材料股份宿迁分公司等20多家国内生产企业进行了推广应用，产品的热封性能得到了下游企业的认可。

3 结论

a）F5005B为丙烯与1-丁烯二元共聚聚丙烯，正己烷提取物含量少，相对分子质量分布适宜，产品的刚性好，能满足BOPP薄膜加工对原料的性能要求。

b）采用F5005B生产的薄膜的外观、光学性能、热封性能优于GW-F。

c）F5005B可满足20.00～30.00 μm厚的BOPP薄膜的生产要求，得到了下游用户的认可。