茂金屬聚乙烯是指用茂金屬催化劑反應(yīng)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(qiáng)度高,縱橫向強(qiáng)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(xué)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(yōu)良的物理機(jī)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(xiàn)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(xué)腐蝕,無毒、無味、不影響食品營養(yǎng)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(chǎn)生遷移、氧化,在堿、酸或者強(qiáng)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(tǒng)的LDPE、LLDPE、PP、EVA等材質(zhì)薄膜所不及的諸多優(yōu)點,目前正在逐步取代一部分傳統(tǒng)包裝材料,它將以優(yōu)異的性能在包裝行業(yè)占據(jù)相當(dāng)重要的地位。
茂金屬聚乙烯薄膜在高性能包裝中的應(yīng)用
選材與配方設(shè)計
由于mPE樹脂在吹膜過程中對工藝、設(shè)備均有一定的要求,mPE薄膜生產(chǎn)成本受到制約。在生產(chǎn)過程中,采用mPE/LLDPE共混擠出吹塑方法獲得了性能優(yōu)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(qū)動載荷,使大規(guī)模生產(chǎn)薄膜得以實現(xiàn)。高性能包裝膜的生產(chǎn)配比一般mPE為60%,LLDPE或者LDPE為40%時,其成本、生產(chǎn)工藝和性能達(dá)到較理想的狀態(tài)。
高性能包裝用mPE薄膜的生產(chǎn)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(shè)備與傳統(tǒng)材料有所不同。在茂金屬薄膜的生產(chǎn)過程中,必須保證設(shè)備的正常運(yùn)行和嚴(yán)格控制好工藝條件,以達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
1.生產(chǎn)工藝流程:mPE薄膜的生產(chǎn)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(qū)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(dāng)原料計量進(jìn)入擠出機(jī)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(qū)動電動機(jī)電流上升。如果控制不好會造成停機(jī)或者其他現(xiàn)象出現(xiàn),機(jī)內(nèi)物料的溫度也隨之上升,熔體出口模時造成牽引不平穩(wěn),出現(xiàn)破膜、斷膜、膜泡不穩(wěn)定,進(jìn)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(xué)性能下降,膜質(zhì)較硬,且粗糙。與其他薄膜復(fù)合時出現(xiàn)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(qū)擠出工藝的規(guī)律,從而使熔體塑化均勻,出料平穩(wěn),牽引,收卷正常。這樣,在加料段應(yīng)當(dāng)保持低溫,以確保送料及時和強(qiáng)大的推力;在壓縮段應(yīng)迅速升溫,使樹脂提前熔融,減少熔體因粘度增大而產(chǎn)生的超扭矩反應(yīng);熔體進(jìn)入均化段應(yīng)采用降溫的辦法,便于轉(zhuǎn)移更多的熱量積累,使物料處于平穩(wěn)的粘流狀態(tài),保證熔體均衡通過濾網(wǎng),形成穩(wěn)定的管膜,杜絕熔體破裂現(xiàn)象,為后面的牽引、冷卻打好基礎(chǔ)。
冷卻也是mPE薄膜加工中很重要的一環(huán),由于mPE樹脂熔體擠出溫度比傳統(tǒng)LLDPE高而結(jié)晶溫度又比LLDPE低,及時轉(zhuǎn)移熔體熱量尤其重要。應(yīng)采用雙層風(fēng)環(huán)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(chǎn)過程中吹脹比保持在1.8-3.5之間為佳,霜線高度應(yīng)控制在2D(D為機(jī)頭口模直徑)左右,薄膜的綜合質(zhì)量得以保證。
3.設(shè)備的要求:mPE樹脂在進(jìn)入擠出機(jī)后物料從受擠壓到熔融,物料進(jìn)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(chǎn)生壓力傳遞,擠出機(jī)的驅(qū)動部分承受很大載荷,使主機(jī)電流升高,因而在設(shè)備選型時,必須選擇驅(qū)動功率能足夠承受生產(chǎn)中出現(xiàn)的扭矩及載荷的設(shè)備。在生產(chǎn)過程中,控制合理的工藝條件也可在一定范圍內(nèi)改善主機(jī)承受的載荷,確保生產(chǎn)正常進(jìn)行。
擠出機(jī)螺桿長徑比選擇也是mPE薄膜生產(chǎn)設(shè)備的一個關(guān)鍵,選擇螺桿的長徑比合理可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的mPE薄膜,同時也能保證生產(chǎn)能力的實現(xiàn),從而減少浪費(fèi)獲得一定的收益。目前對mPE薄膜加工要采用的螺桿技術(shù)參數(shù)看法并不一致,但擠出機(jī)螺桿應(yīng)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(jìn)入均化段后又須減少剪切,使熔體松弛,并迅速轉(zhuǎn)移熱量,快速出模以穩(wěn)定生產(chǎn)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(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量。
結(jié)語
茂金屬聚乙烯材料由于其優(yōu)異的性能已經(jīng)被普遍應(yīng)用到食品包裝和工業(yè)包裝領(lǐng)域。各大茂金屬的供應(yīng)商也在積極升級技術(shù),開發(fā)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(jù)自己產(chǎn)品的需求選擇合適的茂金屬材料。
資料來源:中塑在線
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