BOPP薄膜摩擦系数的研究

       摘要：本文主要研究了润滑剂、薄膜表面结构、抗粘连剂和高温使用条件对BOPP薄膜摩擦系数的影响, 介绍了摩擦系数对BOPP薄膜包装的影响。   
  
        我国改革开放以来，人民水平大幅提高，商品包装的档次越来越高，包装工业得到迅速发展，而BOPP薄膜由于具有高透明度和光泽感，材料无毒、分子结构稳定，对气味及水分有一定的阻隔功能，因此是产品包装的理想材料，在食品、烟草、印刷覆合、胶粘带等行业被广泛应用，成为包装领域最大品种的塑料包装薄膜。 
  
        生产BOPP薄膜技术含量高，是一项很复杂的工作，而合理控制好摩擦系数及与之相关的物理、机械性能，是保证薄膜包装运行的关键。随着我国包装工业的迅速发展，包装机器运行速度和自动化程度越来越高，这对薄膜的摩擦系数提出了更高的要求。本文根据生产经验积累，重点讨论了润滑剂、薄膜表面结构、防粘结剂和高温使用条件对摩擦系数的影响。 
  
        1 润滑剂对摩擦系数的影响 
  
        在薄膜中加进润滑剂可明显地降低摩擦系数。润滑剂按功能分为内润滑剂和外润滑剂两类，内润滑剂能促进聚丙烯大分子链或链段相对运动，从 而改善物料流动性，外润滑剂则是与聚丙烯基团相容性差的极性有机化学 品，在聚丙烯链的布朗氏运动作用下，这些分子迁移至薄膜表面形成一层油性表面，而起到改善薄膜表面性能的润滑作用降低摩擦系数，通常所有 的润滑剂都兼具有两方面的功能。BOPP薄膜常用的润滑剂有：  
  
        （1）蜡类，包括低分子量聚乙烯和低分子量聚丙烯（软化点85~160℃） 和一般石蜡（软化点55~75℃）。聚乙烯蜡与聚丙烯相容性差，因此主要起外润滑作用。而低分子量聚丙烯与聚丙烯相容性好，加入后实际上起着加宽分子量分布的作用，改善其流动性。  
  
        （2）脂肪酸类，最常用的是硬脂酸，它常以二聚物的形式存在，在聚丙烯中可用作内和外润滑两方面的功能。 
  
        （3）酰胺类，单酰胺类最常用的是芥酸酰胺，它兼具爽滑剂与脱模剂功能。双酰胺类最常用的是亚基二硬脂酰胺（EBS），其熔点约为140℃，热稳定性好，用于聚丙烯中主要起外润滑功能。 
  
        2 薄膜表面结构对摩擦系数的影响 
  
        薄膜表面结构也会影响摩擦系数，表面太平滑会导致薄膜表面之间太贴服，相互滑动的有效表面增大，滑动就会特别困难。而如果薄膜表面有一定粗糙度，表面贴近后相互之间有一定空隙，相互滑动就会较容易，所以有一定粗糙感薄膜表面摩擦系数较低。 
  
        表层使用不同原料生产可以获得不同摩擦系数性能的薄膜。表层使用聚丙烯均聚物，由于均聚物结晶度高生产的薄膜刚性高而且薄膜表面硬度好，所以薄膜摩擦系数较低。有些薄膜为了要求可以热封合，必须在表层使用共聚物以获得热封性能，由于共聚物含有一定量的无规物结晶度低，生产的薄膜较软并且薄膜表面较粘，所以薄膜摩擦系数较高。 
  
        3 抗粘连剂对摩擦系数的影响 
  
        BOPP薄膜表面光滑，相互滑动比较困难。抗粘连剂一般是粒径2-4um的固体粉末，加进薄膜表层可以形成许多凸起，使薄膜层与层之间的实际接触面积减少，从而降低粘结力相互滑动就会较容易，有利于摩擦系数的降低。 
  
        抗粘连剂的种类对薄膜摩擦系数有较大影响，抗粘连剂的种类分无机物和有机物两大类，无机物的品种以二氧化硅为主，有机物的品种是随着双向拉伸聚丙烯薄膜的发展而发展起来的较新的品种，例如脂肪酸酰胺就是有机物的一种，其表面柔软薄膜表面摩擦系数比无机物的品种低。 
 

 
图1：不同类型抗粘连剂对摩擦系数的影响

  
        4 高温使用条件对摩擦系数的影响 
  
        薄膜在实际使用中温度条件可能不一样：例如在热带气候条件下，又或者是卷烟包装机热封杆的高温条件等。通常从30℃开始，薄膜的摩擦系数便急剧上升，这是因为常用的润滑剂已接近其熔点而变得粘结，测试时施加的力波动很大，呈现一种间歇性滑动或粘结效果。为了减轻这种间歇性滑动-粘结现象，需要使用另一种完全不同的耐高温润滑剂--硅酮，它由于是高分子量聚合物而具备独特的特性，即使在较高温度下摩擦系数仍然保持较低。 
 

 
图2：使用温度条件对摩擦系数的影响

  
        5 摩擦系数对BOPP薄膜包装的影响 
  
        摩擦系数是量度BOPP薄膜滑动特性的指标，薄膜表面爽滑并具有适当的摩擦系数对于BOPP薄膜包装工艺非常重要，生产不同用途的BOPP薄膜产品对摩擦系数有不同的要求。 
  
        例如在香烟包装用途时，通常要求薄膜具有差别滑动性，即薄膜内面和外面的摩擦系数不同控制要求。在香烟包装过程，薄膜外面在下膜通道、成型轮槽、折叠板、烙铁、导轨等金属部件上滑动运行，薄膜外面对金属的摩擦系数应该控制较低，而由于这些金属部件大都是在 50 ℃以上的高温条件下运转，随着温度条件的升高薄膜的摩擦系数会升高，特别是30 ℃之后摩擦系数上升更快，因此控制高温条件下的薄膜对金属的热摩擦系数更加重要，这样才能确保薄膜在热金属部件上滑动运行顺畅。薄膜内面在包装过程中与纸接触，其摩擦系数应该控制稍高，以利于烟包在成型轮内与薄膜的定位良好，提高薄膜折叠质量获得紧凑的包装效果，令烟包在热封鼓内与薄膜片的定位良好以利于包装紧凑。 
  
        在生产金属化镀铝膜时，如果薄膜摩擦系数较高会对镀铝产生阻隔作用，降低薄膜镀铝性能，因此需要控制薄膜摩擦系数较低，最好是低于0.35。而需要特别强调的是为了达到这个摩擦系数，绝对不能加入任何爽滑剂，一个原因是这些爽滑剂通常都是迁移性的，在迁移过程会降低薄膜的表面张力而降低了金属的附著，另一个原因是在真空镀铝过程这些爽滑剂有可能被真空吸出，造成镀铝设备产生隔层干扰了金属的附著。所以为了达到较低的摩擦系数，生产金属化镀铝膜需要选用有机物的抗粘连剂。 
 

 
表1 一些主要BOPP用途的摩擦系数 
 

        6 结论 
  
        （1）加进润滑剂可明显地降低摩擦系数。 
  
        （2）有一定粗糙感的薄膜表面摩擦系数较低，表层使用均聚物的薄膜摩擦系数较低。 
  
        （3）防粘结剂加进薄膜表层可以降低摩擦系数，有机物类的抗粘剂对降低摩擦系数较有效。 
  
        （4）高温使用条件应选择耐高温润滑剂--硅酮。 
  
        （5）生产不同用途的BOPP薄膜产品对摩擦系数有不同的要求。   

                                                                               文章作者：陈广忠 湛江包装材料企业有限公司