塑料热收缩膜的发展

塑料热收缩膜的发展

柳峰,徐冬梅

(徐州工业职业技术学院,徐州221140)

摘要:主要从热收缩膜用树脂、热收缩膜工艺、热收缩膜设备3个方面进行了阐述。介绍了热收缩的工艺原理及性能要求,重点论述了热收缩膜用的新树脂品种、新成型工艺及新成型设备。并预言热收缩膜将是塑料工业未来发展的热点之一。

关键词:热收缩膜;树脂;设备;工艺

中图分类号:TQ325.1+2　文献标识码:B　文章编号:1001-3563(2008)03-0213-03

OnDevelopmentofPlasticThermalShrinkageFilm

LIUFeng,XUDong2mei

(XuzhouCollegeofIndustrialTechnology,Xuzhou221140,China)

Abstract:Thedevelopmentofthermalshrinkagefilmwasintroducedfromtheaspectsofresins,

processes,andequipments.Themechanismofthermalshrinkageandpropertiesofthermalshrinkagefilmsrequiredwereintroduced,andnewresins,newprocesses,andnewequipmentswerediscussedwithempha2sis.Itwasforecastedthatthermalshrinkagefilmswillbecomethehotspotofplasticindustry.Keywords:thermalshrinkagefilm;resins;equipment;process

　　热收缩薄膜(简称收缩膜)采用急骤冷却定型的工艺法吹塑成型,这种骤冷的生产工艺是根据高聚物定向原理设计的,当树脂被完全塑化挤出成胚膜后,聚合物在玻璃化温度和黏流温度之间沿纵横两方向进行强制拉伸,使聚合物的分子链沿拉伸方向取向,这时将薄膜急骤冷却,将拉伸取向所产生的应变“冻结”。当薄膜重新加热到“解冻”温度时,就会产生应力松弛,也就是已定向的分子链发生解取向,此时,被迫处于紧张状态的拉伸链,则恢复到取向前松弛状态的折叠链,因此赋予收缩膜良好的收缩性能[1-6]。尤其在包装行业,收缩膜以其质优价廉的特点,正在取代其它包装材料。2006年中国热收缩膜有2亿元市场规模,增长率约20%。

在存储环境以上。也可以将收缩膜存储于寒冷环境下,但要求树脂耐寒性好,如三层供挤POF可以在-50℃以下保持柔软,不发生脆裂,适合于寒冷环境下运输和存储[2]。(3)良好的力学性能。收缩膜作为包装材料使用时,要求具有较好的韧性,较大的抗撕裂强度。(4)良好的卫生性能。在世界各国都倡导环保的大环境下,是否环保已经成为制约收缩膜发展的一个重要因素,在欧洲由于政府限制使用PVC收缩膜,OPS已经迅速占领了PVC的领地。(5)良好的商品展示性。据研究表明人们走进商场超市购买食品时,货架上陈列的各种图案逼真的吹塑包装制品,可引起消费者的购买欲望。

1.1　PVC

PVC膜是目前应用最广泛的一种薄膜材料。它价格低

1　收缩膜用树脂

作为收缩膜的树脂材料,有如下要求:(1)合适的收缩率。不同的制品要求不同的收缩率,这就要求收缩膜树脂在成型后有合适的收缩率。作为收缩膜套使用时要求减少纵向(MD)收缩率,增加横向(TD)收缩率。因为纵向(MD)收缩过渡时,薄膜就会产生形似“微笑”或“皱眉”褶皱[7]。(2)易于存储。收缩膜在存储时均会遇到存储收缩的问题,这样在使用时收缩膜就会达不到理想的收缩率,而造成收缩膜功能失效。因此在开发收缩膜用树脂时,应考虑存储环境,将树脂收缩温度设计

收稿日期:2007211227

廉,温度收缩范围大,对热源的要求不高,主要加工热源是热空气、红外线或二者的结合。但PVC难回收,燃烧时产生毒气,不利于环保,在欧洲、日本已禁止使用。

1.2　PE

PE收缩膜因具有较高的冲击强度和撕裂强度,而且热稳

定性好,易于热封、使用方便、卫生环保等特点,使之产量的增长速度在各种收缩膜中居首位[8],相关的树脂品种也层出不穷。

中石油燕山分公司于2006年l1月成功开发收缩膜专用料LD163,该专用料具有相对分子质量高、相对分子质量分布

作者简介:柳峰(1982-),男,江苏人,徐州工业职业技术学院助理讲师,主要从事塑料专业教学与塑料改性的研究。

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包装工程　PACKAGINGENGINEERINGVol.29No.32008.03

适中、支化度控制合理的特点,因而其力学性能好,熔体张力高,薄膜挺度好,耐热性能好。在薄膜生产过程中可采用较高的牵伸速率,加工性能良好,生产效率较高,同时具有优良的薄膜外观,是LDPE热收缩膜的最佳原料[9]。

艾克森美孚公司推出的Nexxstar拉伸套管和收缩膜两类减少用料的解决办案,均以Exceed茂金属聚乙烯为原料的解决方案。中国区新商务发展经理余德风先生介绍说,Exceed是指单活性位茂金属催化剂所生产的线低密度聚乙烯(LL2

DPE)材料,它具有一致、均匀且狭窄的分子量分布,消除了分

TM

开发的新一代产品。它能减小或是消除纵向收缩。普通的树脂在纵向都有5%的收缩率,而这种树脂只有1%左右,大大降低了皱褶的产生。

1.6　其它新型树脂

尽管PEN与PET结构类似,但收缩行为完全不同,这是因为在PEN收缩中起主导因素的结构为萘环。在拉伸过程中

PEN中诱导产生了2种刚性无定形相态,一种在151℃时发生

一般情况的收缩,另一种相态在200～310℃发生收缩。在定向后PEN具有类似液晶高分子性能,这种现象的发现必会带来收缩膜新的发展[11-12]。

GilbrethPackagingSystems公司的生产经理TheresaSykes认

子结构中高、低分子的不良条件与相关特点。Nexxstar热收缩膜应用于啤洒瓶的外包装,材料包装透明度好,相比常规低密度聚乙烯其耐力提高了300%～1000%,而比常规包装材料用量减少10%～25%。

1.3　PP

PP热收缩膜一般采用二元或三元共聚聚丙烯,通过双向

TM

为:PLA树脂在2年前还基本不存在商业价值。但随着机械加工性能的提高,其印刷性增强,热收缩操作变得更简便。同时区别于石油基树脂,PLA树脂的最大优点是废弃物易降解———在堆肥过程中就它会自动生物降解。

由上海市知识产权服务中心与有关科研单位开发的多层共挤热收缩膜无毒无害,使食品保质期达到70天以上,比传统保鲜膜延长约40天,有效提高了包装食品的新鲜度。这种多层共挤热收缩膜,是一种以尼龙为主要成分的高阻隔聚合物。该专利成果还有较强的抗紫外线照射性能,使包装的食品不易变色,无毒无味,是绿色环保包装材料。

拉伸工艺生产出BOPP薄膜。目前低收缩率的BOPP薄膜大有市场,WitnessCoke公司的PowerAde包装就采用了低收缩率的BOPP包装。BOPP可以轻松融入企业现有的回收系统,这是吸引软饮料企业的一大卖点。大多数烟草公司都采用BOPP收缩膜包装,BOPP烟用收缩膜早期源于lCI公司及HERCU2

LES公司。世界许多著名的香烟品牌都使用BOPP收缩膜进行包装,从而带动了B0PP收缩膜的发展。例如,世界著名香烟品牌“555”及硬盒“万宝路”均采用BOPP收缩膜进行包装。国内许多香烟品牌(主要是硬盒香烟)也已改为使用BOPP收缩膜包装(如上海卷烟厂、昆明卷烟厂、长沙烟厂、常德烟厂等)。可见,国内外烟草行业对收缩膜的应用已形成共识———它是香烟包装发展的必然趋势。

1.4　PS

BOPS薄膜无味无毒,回收工艺简单,属于绿色环保产品,

2　收缩膜工艺

随着收缩膜的广泛应用,收缩膜工艺也在不断地推陈出新。

2.1　一步法成型PVC收缩膜工艺

PVC收缩工艺主要由原来的两步法成型改为实行一步法

成型,即粉料与助剂加入挤出机直接吹塑拉伸定向成型,少了一次造粒过程,见图1。

是取代国内目前广泛使用的PVC收缩膜的首选材料。BOPS在环保方面有两大优势:一是对使用过的制品可以回收循环使用;二是在回收或处理焚化过程中不产生任何对人体健康有害的物质。BOPS收缩率大,但它不稳定需要低温存储[10]。

BOPS收缩膜采用薄膜级高抗冲聚苯乙烯透明颗粒,要求MFR在1.2～2.5g/10min之间,维卡软化点在105℃左右。目

前主要国外生产厂家有美国DOW公司、德国BASF公司、日本三菱公司和PSJAPAN公司。国内的生产厂家有北京燕山石化公司、南京扬子石化公司、汕头海洋集团公司等。

1.5PET

Klocknerpentaplast公司最新开发出2种PETG树脂薄膜--PentaplastE749/22和PentaprintE749/55PETG薄膜,它们的

图1　加工工艺流程图

Fig.1Technologicalflowofprocesses

一步法成型生产PVC热收缩膜,因为少一道加工工序,成本下降3%～5%,节能降耗,增强了PVC产品的市场竞争力[3-4]。

2.2　POF收缩膜工艺

特点在于低收缩力(对内部容器的压力)和低纵向收缩率。前者具有75%的横向收缩率,并且在纵向没有收缩,适合于极不规则的异型容器;后者用作整体收缩膜套,它的收缩率也达

70%。

EmbraceLA是Eastman公司在EmbracePETG树脂基础上

热收缩聚烯烃薄膜(POF),是一种新型热收缩包装材料。与单层PP或PE收缩膜不同,POF采用PP/PE/PP三层供挤双泡管膜法制备技术,见图2,可同时具有高透明、耐低温、高强度、耐揉搓的综合性能。改变组成、调节工艺,可有效控制薄膜

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柳峰等　塑料热收缩膜的发展

1)原材料及助剂、添加剂的计量、混合和输送。2)挤出、铸片

物料在模头中通过模唇的定型面挤出而成为厚度均匀的熔料片坯,再经过高度光洁的冷却辊急冷膜片以达到规定的温度,使之冷却定型。膜片厚度可由模头调节确定。本工序要控制好挤出时的温度及冷却辊的温度,保证膜片厚度的均匀性并节约能源。

图2　加工工艺流程图

3)拉伸成膜

Fig.2Technologicalflowofprocesses

前述步骤得到的膜片经预热辊使之加热到工艺要求的一定温度,由纵向拉伸机进行纵向拉伸,横向拉伸机作横向拉伸,直至达到所需的膜宽和拉伸到一定的倍率,然后进行冷却定型。

4)后处理

的收缩率、收缩速率,制备出中高、中、低收缩率的系列收缩膜[6,13-15]。

现在已有企业推出五层、七层等更多层供挤工艺。

2.3　多层供挤PE交联膜工艺

经过拉伸和厚度检测合格的薄膜,先用切边机将其两边剪齐,然后用电晕机进行处理,以增加印刷油墨的附着力和摩擦力。经电晕处理后的薄膜在收卷机上收卷成捆,然后放置一段时间,进行时效处理,使产品的性能趋向稳定。

多层共挤PE交联收缩膜是近年来在POF收缩膜的基础上开发的一种新型高收缩率双向拉伸收缩膜,它是将多层共挤

PE收缩膜通过高压电子束辐射,见图3,使PE的分子之间发

3　热收缩膜设备随着工艺的发展,热收缩膜设备也在不断更新换代。过去我国收缩膜设备多依赖进口,经过一段时间的发展,国内厂家

图3　加工工艺流程图已经开发出具有独立产权、技术先进的热收缩膜用设备,极大地促进了我国热收缩行业的发展。

广东汕头金明塑胶设备有限公司根据市场需求,从2001年3月开始研制MS3R-1200Q三层共挤热收缩膜(POF)吹塑机组,已经完成试制工作并于2003年6月27日通过了省级成果鉴定[18]。

2004年大连华太塑料机械有限公司通过与科研部门联合

Fig.3Technologicalflowofprocesses生交联,由线形链状结构转化为网状结构,从而使产品的物理机械性能发生改变。交联膜生产中通过不同的配方设计和交联度控制可以制得不同性能要求的产品,适应于不同的包装设备和产品包装[18]。S.Chattopadhyay,T.K.Chaki等研究了PE与EVA共混物交联收缩膜性能,发现随着辐射强度的增加,热收缩率降低;共混体系中随着EVA含量的增加,热收缩率提高

[17]

攻关研制成功国内首创的大型机组———收缩膜吹塑机组。该机组具有运行可靠性高,制品的纵、横向收缩率稳定和调整准确度高等诸多优点。

哈尔滨市罡昊塑料研究所成功开发出新型多层供挤热收缩膜机组,该机组由塑化挤出系统、多层共挤出模头系统、一次冷却牵引系统、二次预热加热双向拉伸系统、旋转卷取牵引系统、自动控制系统组成,设计合理,结构紧凑,挤出机螺杆设计、模头设计和旋转牵引拉伸有特色,性能达到或接近国际先进水平,而造价仅为进口同类产品的三分之一。目前有3～7层共挤热收缩膜机组和3～5层共挤热收缩膜机组可供选择。

。

多层共挤PE交联收缩膜适合于目前所有POF收缩膜应用领域,更适于高速包装,由于其性能更优于POF收缩膜,在现有POF膜应用领域使用效果更好,如脱层、开封、收缩不充分、表面损伤等POF膜易出现的质量问题出现的几率大大降低,且对包装设备要求降低,尤其适合包装设备技术水平相对较低的亚洲国家。但由于交联过后,PE分子链间形成网状结构,导致交联后收缩膜很难再有回收价值。

2.4　BOPS热收缩膜工艺

BOPS热收缩膜生产技术多年以来一直被国外少数几家

4　结语

随着包装工业的发展,热收缩膜将是未来塑料行业的热点之一,生产商也开始大动脑筋,希望在市场中分上一杯羹,竞争也将日趋激烈,这也会促进塑料热收缩膜的快速发展。

(下转第218页)

公司垄断,国内目前只有广东华业包装材料有限公司开发成功[10]。由于配方难以掌握、生产工艺难调整、原材料供应紧张等原因,国内对PS收缩膜生产和应用的研究目前还处于初步阶段,没有掌握整条大规模生产线的制造技术与能力。详细的生产工艺流程可以分为以下几个方面:

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包装工程　PACKAGINGENGINEERINGVol.29No.32008.03

瓦楞纸板胶印技术的运用。在微细瓦楞纸板上直接进行胶印具有以下优势:包装材料运用灵活;印刷色彩鲜艳,印刷质量高;减少二次包装的使用量;缩短了产品上市的时间;减少印刷成本等[2]。

专为高性能印刷设计的Roland500型印刷机适合于直接胶印微细瓦楞纸板。其印刷机承印基材的最小厚度可达到0.

04～1mm,而且不需要对设备进行较大的改动就能印刷G型微

瓦楞纸板以其独有的优势必然在未来包装市场占有重要的位置。

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微细瓦楞纸板直接胶印技术改变了过去只能在柔性版印刷机上直接印刷和在胶印机上先印刷后裱贴的生产工艺,简化了生产工序,缩短了生产周期,提高了生产效率。

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6　结语

微细瓦楞纸板或替代了传统瓦楞楞型纸板成为小件商品的外包装,或应用于大件商品充当其缓冲内衬,抑或用于制作广告展示架及海报牌材料,总之,其市场正在逐步扩大。微细(10):4.[7]　童忠良,崔春芳,李斐隆.凹版印刷预印新技术工艺[J].广东包

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(上接第215页)

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