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茂金屬聚乙烯薄膜在高性能包裝中的應(yīng)用
????????茂金屬聚乙烯薄膜的特點
????????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度高，縱橫向強度均勻性好。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)相當重要的地位。
?????????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)備的正常運行和嚴格控制好工藝條件，以達到穩(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。當原料計量進入擠出機加料段時，樹脂處于熔融階段，粘度陡然增大，通過螺桿傳遞扭矩，驅(qū)動電動機電流上升。如果控制不好會造成停機或者其他現(xiàn)象出現(xiàn)，機內(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，薄膜的力學性能下降，膜質(zhì)較硬，且粗糙。與其他薄膜復合時出現(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)當保持低溫，以確保送料及時和強大的推力;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樹脂在進入擠出機后物料從受擠壓到熔融，物料進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，擠出機的驅(qū)動部分承受很大載荷，使主機電流升高，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)改善主機承受的載荷，確保生產(chǎn)正常進行。
????????擠出機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。
