在包装领域得到广泛应用的热收缩塑料薄膜

在包装领域得到广泛应用的热收缩塑料薄膜

热收缩塑料薄膜除了用作收缩标签外，近年来也开始用于日用商品的外包装。因为它既可使包装物品避免受到冲击，防雨、防潮、防锈，又能使产品以印刷精美的外包装赢得用户，同时它能很好地展示生产厂家的良好形象。目前，越来越多的包装厂家采用印花收缩薄膜来代替传统的透明薄膜。因为印花收缩薄膜可以提高产品的外观档次，有利于产品的广告宣传，可使商标品牌在消费者心中产生深刻的印象。
       热收缩塑料薄膜一般多以无定形塑料加工制得，例如聚苯乙烯、聚氯乙烯、PVDC等。聚苯乙烯(PS)收缩膜强度低、不耐冲击，故很少被使用；而聚氯乙烯(PVC)不利于回收处理，不符合环保要求。在国外，特别是在欧洲，聚氯乙烯(PVC)塑料薄膜已被禁止在包装领域尤其是食品包装方面的使用。
      聚酯(PET)热收缩薄膜则是一种新型热收缩包装材料。由于它具有易于回收、无毒、无味、机械性能好，特别是符合环境保护等特点，在发达国家聚酯(PET)已成为取代聚氯乙烯(PVC)热收缩薄膜的理想替代品。
热收缩聚酯(PET)薄膜的共聚改性
聚酯(PET)薄膜是一种结晶型材料，普通聚酯薄膜经过特殊工艺处理只能得到30%以下的热收缩率。若要获得热收缩率较高的聚酯薄膜，则必须对其进行改性。也就是说，为了制备高热收缩率的聚酯薄膜，需要对普通聚酯即聚对苯二甲酸乙二醇酯进行共聚改性。共聚改性后的PET薄膜其最高热收缩率可高达70%以上。
       普通聚酯一般是由对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)经过酯化、缩聚反应而制得，属于结晶型聚合物(严格讲是结晶区和非晶区共存的聚合物)。所谓共聚改性就是除了对苯二甲酸(PTA)与乙二醇(EG)两种主要组分之外，再引入第三甚至第四组分参与共聚，目的是使之生成不对称的分子结构而形成无定形的PET共聚物。
       引入的第三甚至第四单体可以是二元酸或二元醇。其中，二元羧酸有间苯二甲酸、丙二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸等；二元醇有新戊二醇、丙烯二醇、二甘醇、1，4环己烷二甲醇等。如以二元羧酸(Acidic)进行共聚改性时，所制得的PET共聚物，称之为APET；若以二元醇(Glycolic)进行共聚改性时，所制得的PET共聚物，则称之为PETG。
        上述引入的第三单体中，最常采用的二元羧酸是间苯二甲酸(IPA)IPA的加入可改变聚酯对称的紧密结构，破坏大分子链的规整性，从而降低大分子间的作用力，使聚酯分子结构变得比较柔顺。同时，由于IPA的引入，使聚酯难于成核结晶，并且随着IPA引入量的增加，APET共聚物由部分结晶向非结晶聚合物过渡，由于这种改性聚酯APET的结晶能力下降，无定形区变大，故可用于制造高收缩薄膜。推荐IPA的加入量在20%左右为宜。
      引入的第三单体也可以是二元醇。最常用的二元醇是1，4环己烷二甲醇(CHDM)。在聚酯共聚过程中，加入CHDM对改变聚酯的Tg、Tm和结晶速率均会产生很大的影响。随着CHDM含量的增加，共聚酯PETG的熔点下降、玻璃化温度上升、共聚物变为非晶态结构。不过，1.4环己烷二甲醇(CHDM)的加入量须控制在适当的范围内，通常推荐CHDM加入量为30～40%。这种用二元醇改性的PETG不仅可用于制备高收缩薄膜，也可用来生产热封膜、高透明膜片等，用途十分广泛。
热收缩薄膜的收缩机理
     以BOPET薄膜的生产工艺为例，其生产流程是先将PET共聚树脂进行干燥处理，然后加入挤出机中熔融挤出、通过模头/冷鼓铸片，随后将铸片加热到玻璃化温度以上、熔融温度以下的某一适当温度范围内，并在外力作用下，进行单向或双向一定倍数的拉伸，通常要求进行横向3.5～4.0倍的拉伸。通过拉伸使PET大分子链沿外力方向取向，接着使之冷却定型，使已取向的PET分子结构“冻结”定型。这种外力作用下的高弹形变具有热收缩的“记忆效应”，当把这种具有“记忆效应”的薄膜再加热到拉伸温度以上时，被冻结了的大分子取向结构开始松弛，在宏观上表现为PET薄膜发生收缩。值得一提的是这种PET薄膜热收缩主要是由取向的无定形部分所贡献。这也是为什么共聚改性的无定形PET薄膜(APET或PETG)要比普通结晶型PET薄膜热收缩率大得多的缘故。因此，通过增加薄膜中取向的无定形区便可以达到大大提高薄膜热收缩率的目的。如前所述，普通聚酯薄膜的热收缩率仅在30%以下，而共聚改性的聚酯的热收缩率可高达70%以上。
      热收缩聚酯薄膜的生产工艺
      热收缩聚酯薄膜的生产工艺流程为：无定形聚酯切片(APET或PETG)——真空干燥——熔融挤出或排气式双螺杆挤出——急冷铸片——单向拉伸——冷却定型——收卷、分切——检验包装。
热收缩聚酯薄膜的生产工艺条件及其影响简单介绍如下：
1、干燥处理：由于聚酯大分子链中含有酯基，有吸湿性倾向，在受热的情况下，即使有微量的水分存在，也极易发生水解。其结果是，在成型加工的过程中，会产生大量的气泡，影响正常生产；同时，因水解降解，使分子量下降，PET品质变劣。所以在熔融挤出加工之前，必须进行干燥处理。推荐采用真空转鼓干燥，干燥温度70～75℃，干燥时间>6h。
       2、熔融挤出：经过干燥处理的共聚PET树脂便可加入单螺杆挤出机进行熔融挤出，各段温度设定为：180℃-240℃-260℃-270℃-275℃，熔体温度约270℃。
如果采用排气式双螺杆挤出机进行熔融挤出，则可省去真空转鼓干燥系统。因为排气式双螺杆挤出机一般设置有两个排气口，它们分别与两个抽真空系统相连。通过真空泵抽真空可将PET树脂中所含水分及熔融挤出过程中产生的低分子物抽走，达到同样的效果，而且可以大大节省投资和运行成本。
       3、流延铸片：熔融挤出的熔体通过熔体计量泵、过滤器、熔体管道进入衣架式模头后从模唇口流延至冷却转鼓上而形成铸片。冷却转鼓的冷却水温度控制在30℃左右。
      4、单向拉伸：高热收缩聚酯薄膜常要求单向收缩，特别要求是横向热收缩。横向拉伸的预热温度为90～100℃，拉伸温度为105～110℃，拉伸倍数3～3.5倍。链夹须加强风冷，控制夹子温度在110℃以下，以防止共聚树脂粘夹。拉伸后的PET薄膜立即进行冷却而无须进行热定型处理。
5、收卷、分切：经过单向拉伸的PET薄膜通过在线测厚、牵引收卷，最后根据用户要求的规格进行分切、检验、包装，即为热收缩薄膜成品。
       随着中国塑料包装工业的不断发展和人民生活水平的不断提高，果汁、汽水等饮料大多采用综合性能优良、有较好阻隔性能、无毒无味的PET塑料瓶进行包装，其用量十分可观。据统计，目前全国PET饮料瓶用量至少达25万吨以上，与之配套的PET热收缩标签薄膜用量则可达2～3万吨。另外，自中国加入WTO以后，对外贸易不断扩大，为了提高出口商品的形象和价值，也必须使用聚酯热收缩薄膜等较高档的包装材料。总之，热收缩PET薄膜的应用前景十分看好！