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江苏精良高分子材料有限公司主要从事塑料多功能改性母料和塑料(树脂)改性材料的研发、生产、销售。

 

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环境友好型塑料包装方案探索第一季暨BOPE开发应用大推动 ---第二篇开发应用篇-高达利

发布时间:2018-10-13 11:45:34 点击量:461

演讲人:高达利博士;整理人:精良虞道良高工



北京化工研究院成立于1958年,原隶属化工部,1998年进入中国石油化工集团,业务主要包括乙烯技术、合成树脂、合成橡胶、有机精细化工和化工环保,在合成树脂方面,主要负责中石化合成树脂新材料的开发以及为中石化广大客户提供优质的服务。

在制膜科研方面,北化院具有雄厚的基础和悠久的历史,包括大型薄膜双向拉伸试验机,多层挤出流延机,纵向MDO拉伸试验机,各种性能薄膜检测设备,这些设备对中石化对双拉材料的开发很大的帮助,同时对广大的中石化客户敞开大门。
BOPE薄膜是以具有特殊分子结构的聚乙烯树脂为原料,采用平膜法双向拉伸工艺成型的一类高性能薄膜材料,BOPE薄膜经过拉伸成型后各项性能有了较大幅度的提高。中石化北化院通过原料分子结构设计和薄膜拉伸技术的研究,在国内首家在开发了兼具高拉伸倍率和拉伸速率的BOPE专用料。
专用料可以在现有的BOPP双拉生产线上进行生产,完全满足生产线对原料拉伸成膜性的要求,这也使得BOPE大规模工业生产和运用成为可能。
成膜机理
从机理上讲,BOPE专用料的开发是以聚乙烯原料分子结构为先导,结合先进的双拉加工技术从而生产出来的一类高性能薄膜,传统的PE薄膜是通过挤出吹塑和挤出流延工艺加工成型的,吹塑和流延是一种熔体加工,所以成型过程处于非稳态,但是BOPE薄膜与BOPP一样采用平膜法拉伸成型,也就是先挤出成型后铸片,铸片经过二次预热再拉伸,在半固态下拉伸成膜,相对来说成型过程是一个稳态结构,因此薄膜取向度较高,特别是厚度均匀性比较好。但是现有聚乙烯原料不具备所需的分子结构不能进行双向拉伸。
BOPE薄膜的优点 
   由于它具有很高的取向以及分子量取向和结晶取向,优异的抗冲击和抗穿刺性能,穿刺强度大概提高2-5倍,特别是冲击后形变很小。
   具有较高的拉伸强度 ,强度比现有吹膜提高2-8倍。两个方向都可以达到100Mpa以上。
   BOPE先铸片后拉伸,铸片过程是快速冷却的过程,结晶结构比较细,所以光学性能好,薄膜雾度降低30%-85%,因此具有非常优异的光学性能。
   平膜法拉伸具有很好的厚度均匀性,这就适合现在的高速印刷和高速复合,此外BOPE薄膜还具有一定的可撕开性。
   综上所述,BOPE薄膜有这些优势,在包装运用中,由于它较好的抗针孔性能,耐低温冲击和穿刺,可以有效降低破包率,为厂家降低成本。

BOPE膜应用
目前BOPE薄膜已经在日化包装、食品包装、农用膜等领域进行了产品应用开发,并取得一定的结果。已开发的BOPE薄膜应用包括重包装袋、食品包装、复合袋、日化袋、白膜等等。
其中在BOPE复合袋这方面的应用目前比较成功,主要是以BOPE作为一层通过复合作为包材,所具备的包装材料具有抗冲刺、抗冲击、强度高、耐低温等特点。由于BOPE的高强度就为包装材料减薄提供了可能,对现有包装进行减薄,同时提高包装强度可以减少破包,减少包装物的浪费,降低成本,我们认为减少塑料用量,减薄,也可以作为一种更实用的包装绿色环保技术。

1、开发BOPE热封膜:根据BOPE热封膜在包装材料领域应用中,对薄膜起封温度、热封强度等的要求,对薄膜热封层进行了设计,对薄膜拉伸工艺进行了优化。开发出了具有单面热封层和双面热封层结构的BOPE热封膜。目前开发的热封膜热封强度比较高,最高达到20N以上。
2、在BOPE复合重包装袋方面,我们以BOPE薄膜作为内层,复合尼龙或者PET或者BOPP,以BOPE作为内层代替现有比较厚的PE吹膜,已经成功实现以50um BOPE薄膜代替现有110um PE吹膜而做的复合重包装袋。
通过比较BOPE复合重包装性能我们可以看出,对于拉伸强度和穿刺强度这两个包装比较关键指标,以30um BOPE复合15um BOPA这样结构复合包材,它的拉伸强度和穿刺强度已经达到甚至超多105um吹膜复合15um BOPA这样的结构,所以对于包装强度有较大的提高。
 
3、在食品包装方面,BOPE薄膜依然保持了PE树脂比较好的抗低温性能,玻璃化转变温度可以达到零下几十度,因此BOPE薄膜保持比较好的低温冲击、耐针孔性,因此可以有效减少低温食品破包。通过比较BOPE薄膜和现有包装的低温冲击性能,可以看到,30um的BOPE薄膜在零下30℃低温冲击强度,可以达到现有90um PE吹膜制备的食品包装的强度,因此BOPE薄膜用于冷冻的肉类、海鲜有一定的优势。

4、制袋:BOPE作为层内层,制备高强度的包装袋,从而替代现有比较贵的BOPA薄膜,BOPE薄膜因其搞强度和高抗穿刺、抗冲击性能,可替代现有包装中的BOPA薄膜,达到保证袋体性能,大幅度降低包装成本的目的。
对于这方面的应用,我们大概有两种设计,一种是BOPE作为中间层,上下复合其它材料制成高强度、抗穿刺的包装袋来代替有些包装中间层用BOPA,另一个是不需要阻隔的应用下,用BOPET/BOPE结构替代BOPA/IPE(CPE)结构,不仅降低成本代替尼龙,同时达到一定的减薄效果,并具有现有IPE不具有的易撕开性。
 
5、BOPE用于液体自立袋/甚至更大的BIB包装袋
现在液体的包装的趋势取用自立袋软包装来进行包装,BOPE在这一方面是有一定的优势的。饮料袋时代来临,国际上袋类软包装已经开始涌入日化、饮料包装市场,与传统瓶装相比除使用方便外,更有很好的印刷性和货架展示性,以及轻量化可减少运输成本和破损。
BIB(Bag-in-Box)包装,即盒中袋是由多层薄膜制成的柔韧内袋和密封龙头开关以及纸盒构成的。内袋:用制成,可装2-10升液体。广泛应用于果汁、葡萄酒、矿泉水、食用油、工业试剂、农药等。
 
6、环保绿色应用:目前比较现实的就是以BOPE作为外层,以CPE或PE吹膜作为内层而复合的全PE包装袋,BOPE提供抗穿刺和拉伸强度,从而制备的这种包装袋环保、易回收,同一材料同时手感柔软不易划伤等特点,可以用在洗衣粉包装母婴用品方面等,此外努力开发BOPE的镀铝膜、亚光膜、甚至BOPE的高收缩膜等。

BOPE膜各项性能
力学性能:上图BOPE与PE吹膜拉伸曲线,现有PE吹膜在很低的强度下拉伸屈服,大概10-20Mpa发生屈服,断裂强度30-50Mpa,但是因为BOPE的加工特点,加工成型过程中拉伸取向因而BOPE几乎没有屈服,断裂强度可以达到100Mpa以上,而且伸长率和BOPA、BOPET具有良好的匹配,复合成包材后具有好的协同效应。
吹膜和BOPE薄膜的冲击性能比较:普通的PE吹膜冲击强度比较低,或者冲击形变比较大,但是BOPE薄膜冲击形变比较小,在不破的情况下,完全不影响包装材料的二次使用。
 
BOPE光学性能的演示:因为先进的加工技术,BOPE薄膜具有较低的雾度、较好的透光性,可以看到60um的BOPE薄膜透光性比较好。
 
目前北化院开发的BOPE专用料可以工业化生产,同时BOPE薄膜在中石化下游客户和合作伙伴帮助下,已经可以工业化批量生产,已开发的BOPE工业化产品16-55um的光膜、25um-55um单面热封膜、25um、35um双面热封膜、25-35um自粘膜等,更多的应用在开发中。

展示BOPE薄膜工业化产品的性能:比较可见BOPE主要几个性能指标,拉伸强度、穿刺强度、雾度、冲击强度都比现有吹膜PE都有较大幅度的提高,35um BOPE薄膜的强度可以达到105um PE吹膜的强度和高于现有茂金属的强度,因此作为一种新的包装基材应该具有很好的应用前景。
 
编后语
为了推动新材料、新工艺的开发及应用,江苏精良高分子材料有限公司 总经理盛承林邀请了中石化化工研究院 高达利博士、佛塑科技东方包装膜分公司 总经理张广强先生、上海灵博塑料包装有限公司 常务副总黄军彪先生,等产业链中各环节的专业人士就BOPE制造和特性、应用在精良-龙朴微信群展开了专业讨论。
本文是 精良+龙朴 组织的微信活动 高达利博士 的演讲,是精良呼吁做环境友好塑料包装方案第一期活动的组成部分,由江苏精良虞道良高工根据高博士演讲语音整理而成。(第一季第二篇BOPE开发应用篇完)。