茂金屬聚乙烯薄膜在高性能包裝中的應用

 

茂金屬聚乙烯薄膜的特點

 

茂金屬聚乙烯是指用茂金屬催化劑反應制得的聚乙烯材料，簡稱茂金屬(mPE)。與普通的齊格勒-納塔催化劑制得的LLDPE相比，mPE具有相對較窄的分子量分布以及較均勻的組成分布，因此所制得的薄膜強度高，縱橫向強度均勻性好。由于分子量分布窄，低分子物含量極少，因此抗化學萃取和抗污染性能好，薄膜粘性低;同時不含有超高分子物，所以晶點較少。mPE薄膜具有優良的物理機械性能，比如：抗穿刺，耐沖擊，拉力高，撕裂好等特點。mPE薄膜熱封性能很好，起封溫度低，熱封溫度范圍寬，熔點峰值低，縮短了熱封時間，密封性能好，滲漏斷裂現象大大減少。此外，mPE薄膜還具有食品包裝需要的防潮、隔氣、抗氧化、耐油、耐凍、耐蒸煮、耐化學腐蝕，無毒、無味、不影響食品營養成分，保持食品香味、印刷性能好、容易開口等特性，因此成為高性能包裝薄膜常用的樹脂材料。一般性的LLDPE薄膜在油脂存在情況下易產生遷移、氧化，在堿、酸或者強力表面活性劑的作用下，熱封焊縫往往會破裂，造成污染。而mPE薄膜具有傳統的LDPE、LLDPE、PP、EVA等材質薄膜所不及的諸多優點，目前正在逐步取代一部分傳統包裝材料，它將以優異的性能在包裝行業占據相當重要的地位。

 

茂金屬聚乙烯薄膜在高性能包裝中的應用

 

選材與配方設計

 

由于mPE樹脂在吹膜過程中對工藝、設備均有一定的要求，mPE薄膜生產成本受到制約。在生產過程中，采用mPE/LLDPE共混擠出吹塑方法獲得了性能優異的包裝材料，降低了薄膜的綜合成本，并使熔體粘度下降，傳遞給螺桿的扭矩減少，從而減輕驅動載荷，使大規模生產薄膜得以實現。高性能包裝膜的生產配比一般mPE為60%，LLDPE或者LDPE為40%時，其成本、生產工藝和性能達到較理想的狀態。

 

高性能包裝用mPE薄膜的生產工藝控制

 

茂金屬聚乙烯樹脂由于其特殊的分子量分布以及組成分布，決定了該聚合物的加工工藝甚至加工設備與傳統材料有所不同。在茂金屬薄膜的生產過程中，必須保證設備的正常運行和嚴格控制好工藝條件，以達到穩定產品質量的目的。

 

1.生產工藝流程：mPE薄膜的生產工藝與普通聚乙烯薄膜工藝基本相同，但工藝條件控制有所區別。工藝流程大致如下：配料-攪拌-擠出-吹脹-冷卻-電暈-牽引-收卷-檢驗-包裝。

 

2.吹塑工藝控制：由于目前茂金屬聚乙烯樹脂價格高于普通聚乙烯樹脂，為降低成本，采用mPE與通用級LLDPE或者LDPE樹脂混合使用。當原料計量進入擠出機加料段時，樹脂處于熔融階段，粘度陡然增大，通過螺桿傳遞扭矩，驅動電動機電流上升。如果控制不好會造成停機或者其他現象出現，機內物料的溫度也隨之上升，熔體出口模時造成牽引不平穩，出現破膜、斷膜、膜泡不穩定，進而影響薄膜的幅寬和厚薄均勻性。如果降溫，則薄膜塑化不好、晶點多、透明度差，薄膜的力學性能下降，膜質較硬，且粗糙。與其他薄膜復合時出現局部收縮、脫層、熱封效果差等一系列問題。因而mPE吹塑工藝最好遵循：低-高-中-中溫區擠出工藝的規律，從而使熔體塑化均勻，出料平穩，牽引，收卷正常。這樣，在加料段應當保持低溫，以確保送料及時和強大的推力;在壓縮段應迅速升溫，使樹脂提前熔融，減少熔體因粘度增大而產生的超扭矩反應;熔體進入均化段應采用降溫的辦法，便于轉移更多的熱量積累，使物料處于平穩的粘流狀態，保證熔體均衡通過濾網，形成穩定的管膜，杜絕熔體破裂現象，為后面的牽引、冷卻打好基礎。

 

冷卻也是mPE薄膜加工中很重要的一環，由于mPE樹脂熔體擠出溫度比傳統LLDPE高而結晶溫度又比LLDPE低，及時轉移熔體熱量尤其重要。應采用雙層風環及時散熱以滿足工藝要求。適宜的吹脹比有助于膜泡冷卻，提高薄膜的均衡取向，也保證薄膜厚薄的均一性。在mPE薄膜的生產過程中吹脹比保持在1.8-3.5之間為佳，霜線高度應控制在2D(D為機頭口模直徑)左右，薄膜的綜合質量得以保證。

 

3.設備的要求：mPE樹脂在進入擠出機后物料從受擠壓到熔融，物料進入熔融中期時熔體粘度陡增，物料的摩擦力增大，造成螺桿扭矩增大，產生壓力傳遞，擠出機的驅動部分承受很大載荷，使主機電流升高，因而在設備選型時，必須選擇驅動功率能足夠承受生產中出現的扭矩及載荷的設備。在生產過程中，控制合理的工藝條件也可在一定范圍內改善主機承受的載荷，確保生產正常進行。

 

擠出機螺桿長徑比選擇也是mPE薄膜生產設備的一個關鍵，選擇螺桿的長徑比合理可生產優質的mPE薄膜，同時也能保證生產能力的實現，從而減少浪費獲得一定的收益。目前對mPE薄膜加工要采用的螺桿技術參數看法并不一致，但擠出機螺桿應有足夠的擠出壓力，使螺桿在壓縮段具有足夠的剪切作用;進入均化段后又須減少剪切，使熔體松弛，并迅速轉移熱量，快速出模以穩定生產能力。一般螺桿長徑比選擇在25：1–32：1之間才能保證mPE薄膜的產量及產品質量。

 

結語

 

茂金屬聚乙烯材料由于其優異的性能已經被普遍應用到食品包裝和工業包裝領域。各大茂金屬的供應商也在積極升級技術，開發新一代茂金屬材料，力求做到性能、挺度、加工、熱封等各方面的平衡。不同的茂金屬催化劑得到的茂金屬性能也不相同，用戶可根據自己產品的需求選擇合適的茂金屬材料。