BOPP薄膜的凝聚态结构研究进展

BOPP薄膜的凝聚态结构研究进展

黄旭生

3304211971****591X 浙江嘉兴 314000

摘要：双向拉伸型聚丙烯（BOPP）薄膜， 由于其重量轻，无毒，无味，防水，机械、尺寸、印刷稳定性好的缘故，备受科学家关注。但是由于BOPP生产工艺的特殊性、生产环境的恶劣以及树脂含量高的工艺原材料等问题，使得生产中出现了很多问题[1]。因此，许多业界人士都在致力于将 BOPP聚合物化技术应用于生产工程质量管理中，以期借由对其工艺的深入研究，以改善其各项特性。本文通过对BOPP薄膜的凝聚态的性质和现象的阐述来展开论述，以期推动BOPP薄膜凝聚态结构研究进展。

关键词：BOPP薄膜；凝聚态结构；研究进展

BOPP涂布通常采用两种生产方法：一种是泡管技术，另一种是拉延技术（即同步拉伸和分级拉伸）。两种方法均可应用于单、多层共挤薄膜，但其应用范围及技术特性也不尽相同。在拉伸成型工艺中，先将细颗粒 BOPP原料经口模挤压成型，在冷辊上急冷，再次升温至某一特定温度，并进行横向和纵向定向。同时BOPP薄膜凝聚态的结构特征与生产工艺中所产生的结晶性、晶型、分子定向等因素有关，且其结构因素与生产环境有关。主要内容有：骤冷温度，加热频率，加热温度，纵向拉伸比例，生产线效率，横向拉伸比例等。

一、结晶行为

1.1结晶行为的影响因素

由于BOPP薄膜凝聚态结晶度仅为50%左右，熔体在加工过程中结晶速度慢，易形成球晶。它的球晶可由α,β,λ,ζ和拟六方等5种不同形式组成，其中α晶体是最普遍的一种晶体。由于α晶体直径大，可使成型后磨片均匀稳定度下降，不利于改善其光学性能，而利于增强材料强度。BOPP生产中，铸件的冷却和包膜的纵向拉伸都与结晶过程有关，因此，物料的结晶温度和结晶度是 BOPP生产的重要参数。

BOPP形成阶段中晶态组成演化通常很复杂，影响因子和干扰成分并不缺乏，且现有相关结论大多为可推断式，或者针对某些特定情况。但是加工时面对条件体系又复杂多样，各因素之间相互影响，相互作用，进而对BOPP加工产品特性产生或大或小影响。在此情况下加工时结构的改变对于加工及最终性能控制的重要性无疑会更大。

1.2结晶行为的发展

Fujiyama等人研究了树脂熔体流动指数（MFI）与β晶形成的关系，以及对BOPP薄膜粗化程度的影响。实验显示，随着MFI的增长，β晶浓度开始上升，在MFI=8g/10min后到达最高，随后迅速下降。当以MFI=8g/10min为宜时，由于β晶浓度最高时，其所造的粗化膜上的凹陷也就最清晰，同时其粗化的速度也随着纵向拉伸频率的提升而增加。当温度高于150°C时，片层产生裂纹的概率会相应提高，与最佳辊速与片层热传递速度，以及β晶熔融－再结晶速度有着密切关系，横拉温度以150°C-155°C为宜[2]。

M.Shibayama,Katoh教授在中研究了高透明度BOPP薄膜的内部组成情况后，认为影响BOPP透明度的内部组成的原因主要是由于球晶厚度的变化，而经过冷辊表面的高温退火过程，所形成的网状结晶结构对球晶极化特性的各向异性起了关键性的影响，在高温退火的过程中，BOPP的内部结构也趋向均一化，因此增加了抹子的整体透明度。

二、取向行为

2.1取向机理

聚合物的取向的机理：在温度以下，玻璃化温度以上的一定温度区域中对塑料的热机械处理，如拉伸加工等，在这种行为中所引起的变化，主要包括了如下三个方面：在应力松弛状态下，可恢复的瞬间弹性变形；因聚合物定向而引起的热变形（在冷却时被冻在产品中），被加热后的局部恢复。聚合物定向引起的总热应变与粘度变化的比率依赖于拉伸后的温度的改变，随着温度的逐渐升高，随着温度的逐渐升高，聚合物定向引起的热应变在总的温度变化中所占的比重会显著降低。

2.2取向过程

聚合物的取向过程即指在温度以内，或玻璃化温度以外的一定温度范围内对材料的热力学反应，如拉伸等。对于未结晶的聚合物，这个结构反应过程中产生的变化，大致包括了如下三个方面：链段强度变化、高分子的取向变化，以及粘性形变。如果想要得到优良的BOPP，加热后所产生的晶区取向变形便是一种需要进行深度研究的关键因子，因此适当的设计工艺参数也就变得非常关键了。

2.3取向行为的发展

DeVries 对单向拉伸和双向拉伸BOPP薄膜的性能与结晶度、晶相、非晶相等结构参数之间的关系进行了对比。研究发现， BOPP在一定程度上可以改善材料的最终性能，尤其是韧性、冲击强度等非线性力学性能，同时在一些特定的靶材中， BOPP膜的硬度（弹性模量）也得到了改善。他还相信，许多性质取决于无定形区域的分子定向平衡；在膜平面上，非晶区的方向与双晶区相同，但总有一些地方更小，也更不均一；在不同的方向上，不同的非晶区取向也是一种不同的性质。他还指出，双向拉伸膜中非晶区的运动可能要比单向拉伸膜更小，这也许更有利于观察到的物理现象[3]

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Strobel对 BOPP薄膜二次拉伸后的分子定向进行了研究。他们还相信， BIPP薄膜的破碎特性（压敏磁带的一个重要特性）与晶相和非晶相的定向因素有很大关系，而二次拉伸 BOPP的制造过程中，大分子的定向程度也是影响BOPP物理和化学的主要因素，因此晶相和无定形的方向对BOPP的特性，特别是碎裂性具有很大的影响。

Savolainen 对双向拉伸聚丙烯吹塑薄膜在纵向方向上的形貌结构展开了研究。他发现，BOPP薄膜凝聚态在成形时，存在着大量的形态学上的混乱；随着热处理的进行，这种无序状态也逐渐趋向于有序增加，如单斜晶型增加，次晶型和亚稳态晶型逐渐消失。同时，在泡管成型条件下，随着不断地拉伸， BOPP的形态也会发生明显的改变。

三、BOPP薄膜的晶区取向与非晶区取向的差异

晶区和非晶区的定向是由纵向和横向两种拉伸工艺决定的，但是两者在两个方向上的依赖性不同。因为晶区限制了分子的移动能力，使其定向不易被解定向，所以在膜上晶区的最后定向状态同样取决于两个拉伸工艺。非晶区的方向主要是由大分子的有序排列得到的，在侧向的加热下，容易解向的方向，在横拉过程中很容易被破坏，因此，非晶区的方向状态主要取决于侧向拉伸工艺的张紧条件。

四、总结

综上所述，目前国内外学者研究重点有两个：（1）对拉伸过程拉伸机制进行了研究，并对BOPP微运动状态进行了深入研究；（2）根据产品实际生产需求，讨论如何改善最终性能，研究成果可用于实际产品中。资料表明，目前国内外学者亦多以加工中所碰到的某些疑难问题为研究对象，但是这些探讨还没有深入下去，没有涉及加工中聚合物的形态变化及其对于整个生产及产品结构所产生的作用，这对于进一步研究有机理性并不有利。

参考文献：

[1]杨伟,李忠明,冯建民等.BOPP薄膜的凝聚态结构研究进展[J].高分子材料科学与工程,2002(03):10-14.DOI:10.16865/j.cnki.1000-7555.2002.03.003.

[2]舒帮建,张丽英,张浩等.聚乙烯醇拉伸薄膜的凝聚态结构研究[J].现代塑料加工应用,2017,29(01):1-5.

[3]赵燕,周先进.BOPP薄膜的凝聚态结构[J].中国塑料,2004(05):70-72.DOI:10.19491/j.issn.1001-9278.2004.05.015.