应用于高档包装的聚烯烃消光材料研究

李力，王斌，钱梦莎，陶俊浩，陈平绪

(金发科技股份有限公司塑料改性与加工国家工程实验室，广东广州510663)[摘要]对不同PP/PE体系材料的消光性能进行研究，PPB/HDPE1体系消光效果最佳，其薄膜(50μm)雾度可达91.6%。良好消光效果由诸多因素的差异相互影响所致，并与其表面形成的连续均匀的织态结构有关。通过研究树脂间粘度及结晶性能的差异发现：差异越大，材料消光效果越好，该结论同样适用于可商业化的PPR/HDPE体系，对PPR/HDPE体系的深入研究发现：PPR比例为30%~40%时可形成良好消光效果，雾度可达90%以上。[关键词]流延消光膜；粘度差异；结晶差异；消光效果；织态结构[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)14-02-03StudyonPolyolefinMattMaterialsinHigh-gradePackagingApplication

LiLi,WangBin,QianMengsha,TaoJunhao,ChenPingxu(NationalEngineeringLaboratoryforPlasticModificationandProcessing,KingfaScienceandTechnologyCo.Ltd.,Guangzhou510663,China)Abstract:TheinfluencesofdifferentPP/PEblendsonthemattpropertieswereinvestigated.ItwasfoundthatthebestmatteffectwasobtainedbyPPB/HDPE1blend,havingahazevalueof91.6%whenthethicknessoffilmwas50um.ThedifferenceofviscosityandcrystallinitybetweenvariousPPandPEwerestudied,ofwhichtheresultsindicatedthatthelargerthedifference,thebetterthematteffectwasformedandthematteffectwascausedbythedifferenceofmanyfactorsthatmutuallyaffectedeachother，whichisalsorelatedtothecontinuousanduniformtexturesformedonsurface.TheresultswerealsosuitableforthecommercialPPR/HDPEsystem.ThefurtherstudyonPPR/HDPEblendsrevealedthat:theblendsinwhichPPRwasaccountedfor30%~40%hadgoodmatteffectaswellashazevalueof90%.Keywords:CastingMattFilms；SurfaceTextures；ViscosityDifference；CrystallizationDifference；MattEffect消光膜是一种表面雾度高光泽低、有漫反射效果的包装材料，其手感舒适、视觉柔和、复合后的材料色彩非常逼真，目前主要用于高档的食品、礼品及糖果包装和一些大型外广告印刷纸[1-3]。消光性能优异的消光膜要求薄膜具有较高的雾度[4-6]，其往常的实现手段例如添加吸光填料或机械滚花等均有一定局限性，如吸光材料会影响制品的力学性能或外观，后加工的方式会大幅增加成本[7-9]。随着技术的发展，人们开发出利用树脂间的不相容原理及不同的折射率来提高材料雾度，从而增加其消光效果[10-12]。本文从开发高雾度消光流延材料出发，研究了不同的PP和PE组合对消光膜消光效果影响，通过研究不同树脂种类的筛选和配比对雾度的影响，致力于找到适合实际生产的材料配方，为该产品的工业化应用提供一定的指导作用。1.1实验原料PPH1：PPHP500N，中石油；PPB1：PPEP300M，中石油；PPR1：PPMT12，中石油；HDPE1：HDPETR480M，中石油；HDPE2：HDPEDMDA8008，中石油；抗氧剂及其他加工助剂均为市售。1.2仪器与设备双螺杆挤出机：SHJ-30，南京瑞亚；小型流延挤出机：MESI-30/28，广州普同；雾度仪：FT–F1型，Labthink兰光机电；光泽度仪：AG-4446型，精佳科贸；扫描电镜:S-4800型，日立；粘度测试仪：RG20，德国GOTTFERT；差示扫描量热仪：DSC214耐驰。1.3消光材料制备及相关样品制备将PP、PE、抗氧剂及其他加工助剂按照一定比例加入预混机进行预混，然后将预混物投入双螺杆挤出机挤出造粒，挤出造粒制备出消光材料粒子，将相关粒子经过流延膜试验机制得薄膜1.4性能测试雾度测试：采用雾度仪测试薄膜样品(50μm)的雾度。光泽度测试：采用光泽度仪测试薄膜样品表面光泽度，取入射角60°的数据。形貌表征：将流延薄膜表面进行喷金处理，在放大倍数为500倍下观察形貌。粘度测试：对材料在相同温度240℃下不同剪切速率下进行粘度测试，具体参照文献条件并优化[13]，测试速率从50s-1到500s-1.DSC测试：氮气气氛下，升降温速率为20℃/min，记录材料的升降温过程的DSC曲线。2结果与讨论

1实验部分

2.1不同PP及HDPE对消光材料的影响及其机理研究选取三种熔指相近但类型不同的PP，分别为PPH1、PPB1及PPR1；为了使PE相与PP相的流动性差异大，增加两者的不相容性，选择了熔指较低的HDPE，设计配方中不同PP与PE的质量比为50/50。对几组材料进行雾度及表面光泽度测试(见表1)，从结果来看，同一HDPE情况下的消光效果：PPB1体系>PPH1体系>PPR1体系。相关文献表明[5,14]，薄膜的雾度大多来自于表面雾度，与材料表面粗糙度有关。如图1所示，不同PP种类制得薄膜表面形貌不同，两相树脂会在表面形成织态结构，并由表面崎岖形貌呈现，是控制薄膜消光性能的关键因素[12]。相较而言，PPH1/HDPE1混合体系的表面粗糙，但凹凸不均匀，部分有小凸起，部分会呈板块状，反而影响了雾度；PPB1/HDPE1混合体系表面形貌致密性最好，除少部分的大凸起外，其他均为许多小凸起，其雾度最好；PPR1/HDPE1体系在电镜下主要以小凸起为主，峰形比PPB1/HDPE1和PPH1/HDPE1小，其致密性也比PPH1和PPB1体系稍差。表1不同PP/PE体系薄膜(50μm)的雾度和光泽度Tab.1HazeandGlossofdifferentPP/PEfilms(50μm)序号123体系PPH1/HDPE1PPB1/HDPE1PPR1/HDPE1雾度/%90.91.687.4光泽度/%6.35.38.3[收稿日期][作者简介]2019-06-25李力(1986-)，男，佛山人，博士，主要研究方向为聚烯烃材料改性。2019年第14期第46卷总第400期广东化工www.gdchem.com·255·图1电镜下PP/PE薄膜表观形貌Fig.1TheSurfaceMorphologyofPP/PEFilmsunderSEM据相关研究[15]，PP/HDPE共混体系的成型过程是一个相分离过程，表面织态结构与两树脂的结晶差异、流动性差异等有直接关系。图2研究了PP和PE的结晶曲线，可见PPB1和PPR1的降温曲线与HDPE1的降温曲线仅有部分重叠，而PPH1则与HDPE1有较大的重叠，这与前面电镜下的PPH1/HDPE1薄膜表面具有的板状结构相互对应，这些板状结构应该为两者的共同结晶形成，小凸起区域应该为两者各自结晶导致。从图3对于材料的加工粘度测试结果来看，PPB1的粘度最小，PPH1稍大，PPR1粘度最大，HDPE1的粘度远比几个PP大，造成粘度差最大的是PPB1/HDPE1体系，流动差异性最大，其结果也与表1的结果相互对应，流动差异大的材料可获得更好的消光效果。图2PPB1、PPH1、PPR1及HDPE1的降温结晶DSC曲线Fig.2DSCcrystallizationcurvesofPPB1、PPH1、PPR1&HDPE1图3PPB1、PPH1、PPR1及HDPE1的剪切粘度曲线(240℃)Fig.3ShearViscosityCurves(240of℃PPB1)、PPH1、PPR1&HDPE12.2不同熔指的HDPE对于PPR体系消光效果的影响从实际应用出发，具有消光效果的包装材料既要求高雾度，也要求热封性能，相较而言，PPR1体系更为适合。为了研究了不同熔指HDPE对PPR/HDPE体系消光效果的影响，选用了两种熔指不同的HDPE1和HDPE2，HDPE与PPR的比例仍为50/50，加工成型如上文所述，薄膜的消光性能见表2。表2不同HDPE体系薄膜(50um)的雾度和光泽度的影响Tab.2HazeandGlossoffilmswithdifferentkindsofHDPE序号雾度/%光泽度/(%，60o)1PPR1/HDPE187.48.32PPR1/HDPE228.937.9从结果可见，较高熔指的HDPE2体系雾度大幅度下降，表面光泽度大幅度上升，从薄膜的表面形貌可见，其表面显得非常光滑，这与PPR1与HDPE2的流动性差异较小而导致其无法形成有效织态结构有关，这种行为使材料消光效果大大降低。图4电镜下PPR1/HDPE薄膜表观形貌Fig.4TheSurfaceMorphologyofPPR1/HDPEFilmsunderSEM图5PPR1、HDPE1及HDPE2的剪切粘度曲线(240℃)Fig.5ShearViscosityCurvesofPPR1、HDPE1&HDPE2(240℃)2.3不同比例的PPR1/HDPE1对于材料消光效果的影响为优化材料消光效果，研究了PPR1/HDPE1不同比例对消光效果影响(图7)。PP相含量在20-80%时，随PPR1含量升高，薄膜雾度有所提升，40%时，雾度最高，含量继续升高，雾度下降，呈现先升后降的趋势，表面光泽度趋势与雾度相反。对样品表面进行形貌观察，发现PPR1为20%时，PPR1和HDPE1存在一定海岛结构，30%~40%的比例时，形成了连续的均匀的织态结构，50%以上时，这种均匀粗糙的结构开始变得平整，相区变小，直到PPR1为80%时，出现了新的海岛结构。因PPR的结晶度较低，推测织态结构主要是由HDPE结晶造成。·256·广东化工www.gdchem.com2019年第14期第46卷总第400期图7PPR1/HDPE1体系雾度及表面光泽度随PPR1含量改变曲线Fig.7HazeandGlossofPPR1/HDPE1films(50μm)withdifferentcontentofPPR1图8电镜下不同比例PPR1/HDPE1薄膜表观形貌Fig.8TheSurfaceMorphologyofDifferentPPR1/HDPE1FilmsunderSEM3结论

(1)在PP与HDPE材料体系中，对于粘度及结晶性能不同的PP，实验发现PPB/HDPE体系拥有更好的消光效果，这是PP与PE之间的流动性差异及结晶差异所致，差异越大，越有利于薄膜表面形成织态结构。(2)考虑薄膜热封要求，在开发适合实际应用的PPR/HDPE体系中，结晶性能相似但熔指较高的HDPE2替换原HDPE1会使材料雾度降低，消光效果变差，这是由于流动性差异变小导致，这也说明了材料的消光效果受多个因素影响，较为复杂。(3)进一步优化了材料中PPR与HDPE的不同比例，最优的PPR含量为30%~40%，此时PPR/HDPE薄膜在表面会形成连续均匀的织态结构，大大提高材料的消光效果。参考文献

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