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江蘇精良高分子材料有限公司主要從事塑料多功能改性母料和塑料(樹脂)改性材料的研發、生產、銷售。

 

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環境友好型塑料包裝方案探索第一季暨BOPE開發應用大推動 ---第二篇開發應用篇-高達利

發布時間:2018-10-13 11:45:34 點擊量:458

演講人:高達利博士;整理人:精良虞道良高工



北京化工研究院成立于1958年,原隸屬化工部,1998年進入中國石油化工集團,業務主要包括乙烯技術、合成樹脂、合成橡膠、有機精細化工和化工環保,在合成樹脂方面,主要負責中石化合成樹脂新材料的開發以及為中石化廣大客戶提供優質的服務。

在制膜科研方面,北化院具有雄厚的基礎和悠久的歷史,包括大型薄膜雙向拉伸試驗機,多層擠出流延機,縱向MDO拉伸試驗機,各種性能薄膜檢測設備,這些設備對中石化對雙拉材料的開發很大的幫助,同時對廣大的中石化客戶敞開大門。
BOPE薄膜是以具有特殊分子結構的聚乙烯樹脂為原料,采用平膜法雙向拉伸工藝成型的一類高性能薄膜材料,BOPE薄膜經過拉伸成型后各項性能有了較大幅度的提高。中石化北化院通過原料分子結構設計和薄膜拉伸技術的研究,在國內首家在開發了兼具高拉伸倍率和拉伸速率的BOPE專用料。
專用料可以在現有的BOPP雙拉生產線上進行生產,完全滿足生產線對原料拉伸成膜性的要求,這也使得BOPE大規模工業生產和運用成為可能。
成膜機理
從機理上講,BOPE專用料的開發是以聚乙烯原料分子結構為先導,結合先進的雙拉加工技術從而生產出來的一類高性能薄膜,傳統的PE薄膜是通過擠出吹塑和擠出流延工藝加工成型的,吹塑和流延是一種熔體加工,所以成型過程處于非穩態,但是BOPE薄膜與BOPP一樣采用平膜法拉伸成型,也就是先擠出成型后鑄片,鑄片經過二次預熱再拉伸,在半固態下拉伸成膜,相對來說成型過程是一個穩態結構,因此薄膜取向度較高,特別是厚度均勻性比較好。但是現有聚乙烯原料不具備所需的分子結構不能進行雙向拉伸。
BOPE薄膜的優點 
   由于它具有很高的取向以及分子量取向和結晶取向,優異的抗沖擊和抗穿刺性能,穿刺強度大概提高2-5倍,特別是沖擊后形變很小。
   具有較高的拉伸強度 ,強度比現有吹膜提高2-8倍。兩個方向都可以達到100Mpa以上。
   BOPE先鑄片后拉伸,鑄片過程是快速冷卻的過程,結晶結構比較細,所以光學性能好,薄膜霧度降低30%-85%,因此具有非常優異的光學性能。
   平膜法拉伸具有很好的厚度均勻性,這就適合現在的高速印刷和高速復合,此外BOPE薄膜還具有一定的可撕開性。
   綜上所述,BOPE薄膜有這些優勢,在包裝運用中,由于它較好的抗針孔性能,耐低溫沖擊和穿刺,可以有效降低破包率,為廠家降低成本。

BOPE膜應用
目前BOPE薄膜已經在日化包裝、食品包裝、農用膜等領域進行了產品應用開發,并取得一定的結果。已開發的BOPE薄膜應用包括重包裝袋、食品包裝、復合袋、日化袋、白膜等等。
其中在BOPE復合袋這方面的應用目前比較成功,主要是以BOPE作為一層通過復合作為包材,所具備的包裝材料具有抗沖刺、抗沖擊、強度高、耐低溫等特點。由于BOPE的高強度就為包裝材料減薄提供了可能,對現有包裝進行減薄,同時提高包裝強度可以減少破包,減少包裝物的浪費,降低成本,我們認為減少塑料用量,減薄,也可以作為一種更實用的包裝綠色環保技術。

1、開發BOPE熱封膜:根據BOPE熱封膜在包裝材料領域應用中,對薄膜起封溫度、熱封強度等的要求,對薄膜熱封層進行了設計,對薄膜拉伸工藝進行了優化。開發出了具有單面熱封層和雙面熱封層結構的BOPE熱封膜。目前開發的熱封膜熱封強度比較高,最高達到20N以上。
2、在BOPE復合重包裝袋方面,我們以BOPE薄膜作為內層,復合尼龍或者PET或者BOPP,以BOPE作為內層代替現有比較厚的PE吹膜,已經成功實現以50um BOPE薄膜代替現有110um PE吹膜而做的復合重包裝袋。
通過比較BOPE復合重包裝性能我們可以看出,對于拉伸強度和穿刺強度這兩個包裝比較關鍵指標,以30um BOPE復合15um BOPA這樣結構復合包材,它的拉伸強度和穿刺強度已經達到甚至超多105um吹膜復合15um BOPA這樣的結構,所以對于包裝強度有較大的提高。
 
3、在食品包裝方面,BOPE薄膜依然保持了PE樹脂比較好的抗低溫性能,玻璃化轉變溫度可以達到零下幾十度,因此BOPE薄膜保持比較好的低溫沖擊、耐針孔性,因此可以有效減少低溫食品破包。通過比較BOPE薄膜和現有包裝的低溫沖擊性能,可以看到,30um的BOPE薄膜在零下30℃低溫沖擊強度,可以達到現有90um PE吹膜制備的食品包裝的強度,因此BOPE薄膜用于冷凍的肉類、海鮮有一定的優勢。

4、制袋:BOPE作為層內層,制備高強度的包裝袋,從而替代現有比較貴的BOPA薄膜,BOPE薄膜因其搞強度和高抗穿刺、抗沖擊性能,可替代現有包裝中的BOPA薄膜,達到保證袋體性能,大幅度降低包裝成本的目的。
對于這方面的應用,我們大概有兩種設計,一種是BOPE作為中間層,上下復合其它材料制成高強度、抗穿刺的包裝袋來代替有些包裝中間層用BOPA,另一個是不需要阻隔的應用下,用BOPET/BOPE結構替代BOPA/IPE(CPE)結構,不僅降低成本代替尼龍,同時達到一定的減薄效果,并具有現有IPE不具有的易撕開性。
 
5、BOPE用于液體自立袋/甚至更大的BIB包裝袋
現在液體的包裝的趨勢取用自立袋軟包裝來進行包裝,BOPE在這一方面是有一定的優勢的。飲料袋時代來臨,國際上袋類軟包裝已經開始涌入日化、飲料包裝市場,與傳統瓶裝相比除使用方便外,更有很好的印刷性和貨架展示性,以及輕量化可減少運輸成本和破損。
BIB(Bag-in-Box)包裝,即盒中袋是由多層薄膜制成的柔韌內袋和密封龍頭開關以及紙盒構成的。內袋:用制成,可裝2-10升液體。廣泛應用于果汁、葡萄酒、礦泉水、食用油、工業試劑、農藥等。
 
6、環保綠色應用:目前比較現實的就是以BOPE作為外層,以CPE或PE吹膜作為內層而復合的全PE包裝袋,BOPE提供抗穿刺和拉伸強度,從而制備的這種包裝袋環保、易回收,同一材料同時手感柔軟不易劃傷等特點,可以用在洗衣粉包裝母嬰用品方面等,此外努力開發BOPE的鍍鋁膜、亞光膜、甚至BOPE的高收縮膜等。

BOPE膜各項性能
力學性能:上圖BOPE與PE吹膜拉伸曲線,現有PE吹膜在很低的強度下拉伸屈服,大概10-20Mpa發生屈服,斷裂強度30-50Mpa,但是因為BOPE的加工特點,加工成型過程中拉伸取向因而BOPE幾乎沒有屈服,斷裂強度可以達到100Mpa以上,而且伸長率和BOPA、BOPET具有良好的匹配,復合成包材后具有好的協同效應。
吹膜和BOPE薄膜的沖擊性能比較:普通的PE吹膜沖擊強度比較低,或者沖擊形變比較大,但是BOPE薄膜沖擊形變比較小,在不破的情況下,完全不影響包裝材料的二次使用。
 
BOPE光學性能的演示:因為先進的加工技術,BOPE薄膜具有較低的霧度、較好的透光性,可以看到60um的BOPE薄膜透光性比較好。
 
目前北化院開發的BOPE專用料可以工業化生產,同時BOPE薄膜在中石化下游客戶和合作伙伴幫助下,已經可以工業化批量生產,已開發的BOPE工業化產品16-55um的光膜、25um-55um單面熱封膜、25um、35um雙面熱封膜、25-35um自粘膜等,更多的應用在開發中。

展示BOPE薄膜工業化產品的性能:比較可見BOPE主要幾個性能指標,拉伸強度、穿刺強度、霧度、沖擊強度都比現有吹膜PE都有較大幅度的提高,35um BOPE薄膜的強度可以達到105um PE吹膜的強度和高于現有茂金屬的強度,因此作為一種新的包裝基材應該具有很好的應用前景。
 
編后語
為了推動新材料、新工藝的開發及應用,江蘇精良高分子材料有限公司 總經理盛承林邀請了中石化化工研究院 高達利博士、佛塑科技東方包裝膜分公司 總經理張廣強先生、上海靈博塑料包裝有限公司 常務副總黃軍彪先生,等產業鏈中各環節的專業人士就BOPE制造和特性、應用在精良-龍樸微信群展開了專業討論。
本文是 精良+龍樸 組織的微信活動 高達利博士 的演講,是精良呼吁做環境友好塑料包裝方案第一期活動的組成部分,由江蘇精良虞道良高工根據高博士演講語音整理而成。(第一季第二篇BOPE開發應用篇完)。
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