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            行業新聞

            塑料包裝薄膜粘連性的起因及應用

            塑料包裝薄膜廣泛地應用于食品包裝、醫藥包裝、文化用品包裝及農產品采后包裝等方面,但塑料薄膜有一種粘連現象。所謂“粘連”(Blocking),是指塑料薄膜接觸層之間的一種粘著現象,使相互接觸的薄膜不易分離。塑料包裝膜的粘連現象在薄膜生產過程中或之后的各個工序(如收卷、分切和包裝)中常常見到。在實際應用中,粘連現象帶來的大不便是包裝袋開口困難,造成人力和時間的浪費。但實際生產中也可以利用粘連現象,如現在廣泛使用的自粘膜,就是利用其粘連性對食品等進行簡易包裝,使用起來十分方便。

            1·薄膜粘連性的起因

            塑料薄膜在溫度和壓力的作用下可能產生粘連,在加工、使用或貯藏過程中也可能產生粘連。

            中華人民共和國國家標準《塑料薄膜粘連性試驗方法》中對塑料薄膜的粘連有如下解釋:幾乎所有的粘連都是由下述兩種情況引起,(1)極端光滑的薄膜表面,緊密接觸而且幾乎完全隔絕空氣;(2)壓力或溫度(或二者皆有)引起薄膜接觸表面粘融。

            對塑料薄膜的粘連現象還有其它的解釋:一是由于薄膜閉合后膜間形成真空密合狀態,不易分開;二是薄膜成型后其表面有大量的外露分子鏈,在兩片薄膜閉合后產生大分子鏈之間的相互纏繞,使其無法打開;三是靜電作用,聚合物樹脂在受熱擠出、吹塑、卷取過程中薄膜間摩擦產生的靜電使薄膜粘在一起,在生產膜中添加的非極性開口劑從薄膜中析出,并在析出的積累電荷,使薄膜粘合得更緊;四是樹脂中所含的低分子物質擴散、滲出到薄膜表面,受熱受壓后造成粘連。

            2·薄膜粘連性的消除方法

            塑料薄膜由于存在粘連性而明顯地影響其使用性能,人們在19世紀初就開始探討如何消除薄膜的粘連。目前,國內外解決塑料薄膜粘連性的方法主要有如下幾種。

            2.1使用開口劑

            開口劑可以在薄膜的微觀表面形成凸凹面,從而減小薄膜之間的接觸面積,防止薄膜的粘連。也有人認為,由于開口劑的粒徑大于薄膜的表層厚度,凸露于表面的開口劑使薄膜之間形成了空氣隔離層,從而起到防粘連作用。開口劑分為無機開口劑和有機開口劑兩大類。無機開口劑主要有硅藻土、合成SiO2和滑石粉等無機材料,高嶺土、硫酸鈣、碳酸鈣、火山石和硫酸鎂等的應用在國內外文獻中也有所報道。近幾年,國內一些聚烯烴生產企業用磷酸氫鈣做開口劑制備母料并用于生產,也獲得了很好的效果。下面介紹幾種較常用的無機開口劑。

            硅藻土是早使用的塑料薄膜開口劑,是海洋或湖泊中生長的硅藻類殘骸在水底沉積,經自然環境作用而逐漸形成的一種非金屬礦物,主要由無定形的 SiO2組成,還含有少量的Al2O3、Fe2O3等物質,硅藻土加入塑料薄膜中,能使薄膜的表面形成凹凸不平的面,從而減少膜層間的接觸面和粘結力,使兩層膜容易分開。這種開口劑很少與其它薄膜添加劑反應,具有高磨損、透明度低、容易吸潮的特點。硅藻土通常是以母料的形式添加,大濃度為25%。

            合成SiO2是一種非常有效的防粘連劑。其開口機理是在薄膜表面制造凸起,減少層與層之間的實際接觸面積,從而減少粘結力,使相對滑動比較容易。其優點是折光指數與聚乙烯和聚丙烯非常接近,對光學性能影響小;無定形結構,不會導致硅肺;化學純度極高,適用于食品工業的塑料包裝。但也有不易分散、摩擦系數較高、磨損高、保質期短、易吸潮且價格較高等缺點。同樣,合成SiO2也是以母料形式添加,使用大濃度為5%~10%。

            新型的SiO2開口劑選用納米級的SiO2粉體,并以聚烯烴樹脂作為載體制備成母料。這鄭子是多孔、有間隙、比表面積很大的松軟顆粒,在薄膜中由于拉伸加工呈不規則外形。這種SiO2粒子不僅能使塑料薄膜表面產生凸起,而且還具有封閉大分子鏈端的功能。聚合物在加工過程中大分子鏈的末端被 SiO2顆粒的孔隙吸入,同時該顆??沙蔀槌珊酥行?,加快聚合物的結晶速度,顯著地減少了外露分子鏈,使兩膜接觸時沒有大分子鏈的纏繞,也從另一方面解決了開口問題。

            滑石粉是由天然滑石經加工粉碎而制成,礦物滑石是一種水合硅酸鎂,理論上的化學式為3MgO·4SiO2·H2O?;劭筛淖兯芰系亩喾N性能,如成型收縮率、表面硬度、彎曲模量、拉伸強度等?;鄣募尤肟梢栽黾訕渲扯?,降低蠕變性能。同時,微細的滑石粉還可作為樹脂的成核劑,防止大球晶的形成,從而降低塑料的結晶度。另外,滑石粉還能有效地改善制品表面硬度和抗劃痕性,提高彎曲模量。雖然滑石粉作為抗粘連劑有較高的性價比,但也存在易吸收其它加工助劑(如抗氧劑,潤滑劑等)的不利因素

            磷酸氫鈣是較新的開口劑品種。研究發現,磷酸氫鈣的加入能有效地降低薄膜的粘連力,其原理是原料樹脂吹膜后,加入的磷酸氫鈣部分從膜的內部遷移到表面,使薄膜表面產生凹凸面,降低粘連性,同時與其它析出的添加劑一起在薄膜的表面形成均勻爽滑膜,降低了摩擦系數,由此從兩個方面改善了薄膜的開口性。鄒中鋒(2004)報道了磷酸氫鈣作為開口劑在低密度聚乙烯生產中的應用情況。以磷酸氫鈣為開口劑的低密度聚乙烯薄膜有良好的開口效果。

            國外也報道過以硫酸鈣作為開口劑應用于高壓聚乙烯生產中的例子。粒徑在2~4μm的硫酸鈣粉末與聚乙烯樹脂有很好的相容性。為重要的是,在擠出成型的過程中,樹脂中加入的硫酸鈣微粒會聚集在薄膜的表面附近,起到很好的潤滑作用。由于硫酸鈣的硬度低于SiO2,能減輕對薄膜表面的劃痕。同時,加入硫酸鈣以后,薄膜的體積電阻率降低,電絕緣常數為1,有很好的抗靜電功能。

            有機開口劑有酰胺類、硬脂酸鹽、有機硅氧聚合物及聚四氟乙烯。其特點是光學性好,對薄膜的透明性幾乎沒有影響;兼具增滑的功能,使薄膜有較低的摩擦系數;對膜面不會產生劃傷,薄膜光澤度較高。但是有機開口劑成本價格較高,一般只應用在較高價位的產品上。酰胺類抗粘連劑需要緩慢地遷移到薄膜表面后才能發揮其抗粘連和爽滑的作用。在有些柔軟的聚合物材料如EVA中,無機開口劑粒子不是很有效,但酰胺類的開口劑則有很好的效果。

            2.2使用爽滑劑

            爽滑劑的開口機理是在母料熔融加工時加入,當聚合物開始冷卻結晶時,遷移出母體到達薄膜表面,形成一層潤滑層,有效地隔離附近的薄膜層,并降低摩擦系數(COF),使薄膜易于層間滑動,提高其開口性。爽滑劑常與開口劑配合使用。包裝材料中常見的爽滑劑是有機硅化合物、酰胺類(如芥酸酰胺、油酸酰胺等)和皂類。國內使用較多的是后兩者,而有機硅化合物的使用相對較少。

            脂肪酰胺是常用的爽滑劑,由于與聚合物不相容,它們會逐漸遷移到薄膜表面并形成結晶結構,以此來減少膜間的摩擦。芥酸酰胺是應用廣泛的爽滑劑,其次是油酸酰胺。在選擇爽滑劑時,應該綜合考慮其遷移速率、爽滑效率以及熱穩定性。


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