茂金属聚乙烯薄膜在高性能包装中的应用

 

茂金属聚乙烯薄膜的特点

 

茂金属聚乙烯是指用茂金属催化剂反应制得的聚乙烯材料，简称茂金属(mPE)。与普通的齐格勒-纳塔催化剂制得的LLDPE相比，mPE具有相对较窄的分子量分布以及较均匀的组成分布，因此所制得的薄膜强度高，纵横向强度均匀性好。由于分子量分布窄，低分子物含量极少，因此抗化学萃取和抗污染性能好，薄膜粘性低;同时不含有超高分子物，所以晶点较少。mPE薄膜具有优良的物理机械性能，比如：抗穿刺，耐冲击，拉力高，撕裂好等特点。mPE薄膜热封性能很好，起封温度低，热封温度范围宽，熔点峰值低，缩短了热封时间，密封性能好，渗漏断裂现象大大减少。此外，mPE薄膜还具有食品包装需要的防潮、隔气、抗氧化、耐油、耐冻、耐蒸煮、耐化学腐蚀，无毒、无味、不影响食品营养成分，保持食品香味、印刷性能好、容易开口等特性，因此成为高性能包装薄膜常用的树脂材料。一般性的LLDPE薄膜在油脂存在情况下易产生迁移、氧化，在碱、酸或者强力表面活性剂的作用下，热封焊缝往往会破裂，造成污染。而mPE薄膜具有传统的LDPE、LLDPE、PP、EVA等材质薄膜所不及的诸多优点，目前正在逐步取代一部分传统包装材料，它将以优异的性能在包装行业占据相当重要的地位。

 

茂金属聚乙烯薄膜在高性能包装中的应用

 

选材与配方设计

 

由于mPE树脂在吹膜过程中对工艺、设备均有一定的要求，mPE薄膜生产成本受到制约。在生产过程中，采用mPE/LLDPE共混挤出吹塑方法获得了性能优异的包装材料，降低了薄膜的综合成本，并使熔体粘度下降，传递给螺杆的扭矩减少，从而减轻驱动载荷，使大规模生产薄膜得以实现。高性能包装膜的生产配比一般mPE为60%，LLDPE或者LDPE为40%时，其成本、生产工艺和性能达到较理想的状态。

 

高性能包装用mPE薄膜的生产工艺控制

 

茂金属聚乙烯树脂由于其特殊的分子量分布以及组成分布，决定了该聚合物的加工工艺甚至加工设备与传统材料有所不同。在茂金属薄膜的生产过程中，必须保证设备的正常运行和严格控制好工艺条件，以达到稳定产品质量的目的。

 

1.生产工艺流程：mPE薄膜的生产工艺与普通聚乙烯薄膜工艺基本相同，但工艺条件控制有所区别。工艺流程大致如下：配料-搅拌-挤出-吹胀-冷却-电晕-牵引-收卷-检验-包装。

 

2.吹塑工艺控制：由于目前茂金属聚乙烯树脂价格高于普通聚乙烯树脂，为降低成本，采用mPE与通用级LLDPE或者LDPE树脂混合使用。当原料计量进入挤出机加料段时，树脂处于熔融阶段，粘度陡然增大，通过螺杆传递扭矩，驱动电动机电流上升。如果控制不好会造成停机或者其他现象出现，机内物料的温度也随之上升，熔体出口模时造成牵引不平稳，出现破膜、断膜、膜泡不稳定，进而影响薄膜的幅宽和厚薄均匀性。如果降温，则薄膜塑化不好、晶点多、透明度差，薄膜的力学性能下降，膜质较硬，且粗糙。与其他薄膜复合时出现局部收缩、脱层、热封效果差等一系列问题。因而mPE吹塑工艺最好遵循：低-高-中-中温区挤出工艺的规律，从而使熔体塑化均匀，出料平稳，牵引，收卷正常。这样，在加料段应当保持低温，以确保送料及时和强大的推力;在压缩段应迅速升温，使树脂提前熔融，减少熔体因粘度增大而产生的超扭矩反应;熔体进入均化段应采用降温的办法，便于转移更多的热量积累，使物料处于平稳的粘流状态，保证熔体均衡通过滤网，形成稳定的管膜，杜绝熔体破裂现象，为后面的牵引、冷却打好基础。

 

冷却也是mPE薄膜加工中很重要的一环，由于mPE树脂熔体挤出温度比传统LLDPE高而结晶温度又比LLDPE低，及时转移熔体热量尤其重要。应采用双层风环及时散热以满足工艺要求。适宜的吹胀比有助于膜泡冷却，提高薄膜的均衡取向，也保证薄膜厚薄的均一性。在mPE薄膜的生产过程中吹胀比保持在1.8-3.5之间为佳，霜线高度应控制在2D(D为机头口模直径)左右，薄膜的综合质量得以保证。

 

3.设备的要求：mPE树脂在进入挤出机后物料从受挤压到熔融，物料进入熔融中期时熔体粘度陡增，物料的摩擦力增大，造成螺杆扭矩增大，产生压力传递，挤出机的驱动部分承受很大载荷，使主机电流升高，因而在设备选型时，必须选择驱动功率能足够承受生产中出现的扭矩及载荷的设备。在生产过程中，控制合理的工艺条件也可在一定范围内改善主机承受的载荷，确保生产正常进行。

 

挤出机螺杆长径比选择也是mPE薄膜生产设备的一个关键，选择螺杆的长径比合理可生产优质的mPE薄膜，同时也能保证生产能力的实现，从而减少浪费获得一定的收益。目前对mPE薄膜加工要采用的螺杆技术参数看法并不一致，但挤出机螺杆应有足够的挤出压力，使螺杆在压缩段具有足够的剪切作用;进入均化段后又须减少剪切，使熔体松弛，并迅速转移热量，快速出模以稳定生产能力。一般螺杆长径比选择在25：1–32：1之间才能保证mPE薄膜的产量及产品质量。

 

结语

 

茂金属聚乙烯材料由于其优异的性能已经被普遍应用到食品包装和工业包装领域。各大茂金属的供应商也在积极升级技术，开发新一代茂金属材料，力求做到性能、挺度、加工、热封等各方面的平衡。不同的茂金属催化剂得到的茂金属性能也不相同，用户可根据自己产品的需求选择合适的茂金属材料。