流延聚丙烯薄膜生产工艺及国内现状

聚丙烯薄膜按制法、性能和不同用途可分为流延聚丙烯（CPP）薄膜、吹胀聚丙烯（IPP）薄膜和双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜三种。聚丙烯薄膜占世界PP总消费量的20％，是仅次于注塑、纤维（包括扁丝）的第三大应用产品，我国PP薄膜占PP消费结构份额相对低，仅为10％左右。
    CPP薄膜具有透明性好、光泽度高、挺度好、阻湿性好、耐热性优良、易于热封合等特点，而且其抗括性和包装机械适用性优于聚乙烯薄膜，所以在包装薄膜领域占有一定的地位，CPP薄膜经过印刷、制袋，用于食品、文具、杂货和纺织品等物的包装，也可与其他薄膜复合后使用，一般作为复合薄膜的内外层材料。应用于各种食品，包括需要加热杀菌的食品、调味品、汤料和日用百货等的包装。
 

    一、CPP薄膜生产工艺
    如上所述CPP工艺一般采用T型模头法，这种制法特点为：（1）平膜法省去管膜法的吹膜阶段，容易开车，废料少；（2）平膜法生产时，PP分子排列有序，故有利于提高薄膜的透明性、光泽及厚薄均匀度，适合于高级包装；（3）平膜内设有特殊滞留槽，能与模隙成为一体，调整方便。
吹塑法与流延法生产薄膜的比较见表1。
    挤出机先将原料树脂熔化，熔融树脂经机头流延到表面光洁的冷却辊上迅速冷却成薄膜。经厚度测量、牵引、电晕处理、展平后，切去边缘较厚的边料，再次展开并收卷为薄膜卷。

    二、 CPP膜生产工艺要点
    T型机头是生产关键设备之一，机头设计应使物料沿整个机唇宽度均匀地流出，机头内部流道内无滞留死角，并且使物料具有均匀的温度，需考虑包括物料流变行为在内的多方面因素。要采用精密加工机头，常用的是渐减歧管衣架式机头。冷却辊的表面应经过精加工，表面粗糙度不大于0.15mm，转速应稳定，以免产生纵向的厚度波动。采用β射线或红外测厚仪对薄膜厚度进行监测，以达到满意的厚薄公差。要生产合格的CPP薄膜，不仅要有好的原料，而且要掌握好加工工艺条件。对薄膜性能影响最大的温度。树脂温度升高，膜的纵向（MD）拉伸强度增大，透明度增高，雾度逐渐下降，但膜的横向（TD）拉伸强度下降。比较适宜的温度为230～250℃。冷却辊上风刀使薄膜与冷却辊表面形成一层薄薄的空气层，使薄膜均匀冷却，从而保持高速生产。风刀的调节必须适当，风量过大或角度不当都可能使膜的厚度不稳定或不贴辊，造成折皱或出现花纹影响外观质量。冷却辊温度升高，膜的挺度增加，雾度增大。冷却辊筒表面若有原料内部添加物析出，必须停机清理，以免影响薄膜外观质量。CPP薄膜比较柔软，收卷时必须根据膜的厚度、生产速度等因素调整好压力和张力。否则会产生波纹影响平整性。张力选择要根据产品的拉伸强度大小而定，通常收卷张力越大，卷取后的产品不易出现卷筒松驰和跑偏现象，但在开始卷取时易出现波纹，影响卷平整。反之，卷取张力小，开始效果好，但越卷越易出现膜松驰、跑偏现象。因此，张力大小应适中，并控制张力恒定。
    三、 多层复合CPP膜
    为了提高薄膜性能，降低成本，满足用户多种用途和高性能要求，多层复合膜发展很快，尤其在生活水平相对高、重视环境保护、要求延长食品保质期和质量的发达国家，薄膜生产厂和树脂生产厂共同开发多层复合膜，并取得很大进展，多层共挤出流延膜也是其中的一种多层膜，改变了CPP薄膜产品性能单一、不能满足市场多方面要求的问题和弊端。多层共挤流延膜可根据不同用途，设计不同的如用于自动包装机上的面包包装、衣料（特别是内衣、裤）包装、水果包装等，或用于与印刷后BOPP膜复合成BOPP/CPP二层膜，用于衣料、干燥食品（如快餐面袋、碗盖等）包装，这一类称为通用型，结构是共聚PP/均聚PP/共聚PP。用于金属镀的CPP，要求产品表面对蒸煮金属（如铝）具有极强的附着强度，蒸镀后仍能保持较好的尺寸稳定性和刚性，另一表面具有较低的热封温度和较高的热封强度，这种多层膜称为金属化型（镀金属）CPP膜，其结构亦为共聚PP/均聚PP/共聚PP。用于蒸煮的二层共挤CPP，能承受120℃和15MPa压力的蒸煮杀菌。既保持了内部食品的形状、风味，且薄膜不会开裂、剥离或粘结，并具有优良的尺寸稳定性，常与尼龙薄膜或聚酯薄膜复合，包装含汤汁类食品以及肉丸、饺子等食品或食前加工冷冻食品，蒸煮型三层PP膜结构为共聚PP/共聚PP/共聚PP。包装烧鸡、烧排骨和果酱、饮料需121～135℃高温杀菌的三层共挤CPP膜，其中共聚PP要求比一般蒸煮型用共聚PP性能更好。除三层膜外，还有共挤流延阻隔性五层包装，其结构为：PP/粘合剂/PA/粘合剂/共聚PE；PP/粘合剂/PA/粘合剂/EA；PP/粘合剂/EVOH/粘合剂/共聚PE；PP/粘合剂/EVOH/粘合剂/EVA；PP/粘合剂/EVOH/粘合剂/PP。一些典型的三层共挤流延膜性能列于表2。
    四、 CPP膜原料
    CPP膜生产要选用专有牌号的树脂，一般要求熔体流动速率（MFR）为6～12g/10min的树脂，有一定熔体流动性，如上已述，流延生产树脂有PP均聚物和PP共聚物，PP共聚物特点是低温下仍具有优良的冲击强度，热封性好。表3为几个有代表性的CPP牌号性能。其他常用CPP牌号有： Shell公司的PLZ615A，新加坡TPC公司的FL7015、FL7012、FL6314、FL6416，日本窒素公司的CF3017、XF7523，韩国三星综合化学公司（SGC）的HF400、HF420、RF420T、RT401T、TF420、TF400F2，韩国湖南石化公司（Ho－nan）的SFC－150N、SFC－750，韩国现代石化公司的H3400、R3400、R3410，意大利Montedison公司的YX37F，北欧化工公司（Borealis）的KD701H等。
从有关的资料查到的CPP牌号还有：日本住友化学公司的FL80113、FL8111L、FL6315、FL6315G、FL6631，日本石油化学公司的F150J、F450J，美国Finathene公司的3878（均聚物，MFR高达3710g/10min），韩国三星综合化学公司的HF400（MFR为810g/10min），HF510（MFR为1110g/10min）等。另外日本用于BOPP复合的CPP牌号有：昭和电工公司的LS711、FD530，住友化学公司的FCC6411A。
对三层共挤CPP的各层原料要求如下：
   （1） 电晕处理层（电冲击层）
    MFR为6－12g/10min
    用作复合基材的三层共挤CP膜，为了提高其对油墨的粘着牢度以及与其他材料的复合强度，必须对它进行电晕处理。利用高频发生器（H1F1G）产生的大量等离子气体及臭氧与聚烯烃表面分子直接或间接作用，使其表面分子链上产生羰基和含氨基团等极性基团，并粗化其表面，同时还能除去油污、干燥水气和尘垢。为满足印刷和复合的需要，表面润湿张力达到318×1024N/cm就可以了，但是薄膜成型后总是要搁置一段时间才投入下道工序，在这段时间内表面润湿张力将会有所衰减，特别是头十天内，衰减速度较快。为了抵销上述衰减，要求初始的表面润湿张力值必须达到414×1024～418×10－4N/cm。当然表面润湿张力值不能处理得过高，否则薄膜表面因氧化过度而发脆，造成机械强度下降。表面润湿张力的下降幅度与树脂中低分子添加剂的含量有直接关系。低分子物越多，表面润湿张力的下降幅度越大。据报道，当润湿剂含量大于2000μg/g时，表面润湿张力在一周内衰退得很快。润湿剂含量控制在800～1200μg/g以内时，情况就大为好转。综上所述，对电晕处理层原料的要求是：既要有一定的抗粘连性，又要严格控制低分子物的含量。
  （2）中间层（芯层）
   MFR最佳为6～10g/10min。
   芯层首先要有出色的刚性，所以芯层大多使用均聚物制成。三层共挤CPP膜的芯层，其重量占全部膜重的60％～70％。刚性是否达到要求，直接关系到后道工序能否顺利进行。其次三层共挤CPP膜的良好光学性能（低雾度、高光泽度）也主要取决于芯层。总之，CPP薄膜的优越性能基本上靠芯层来体现，芯层的加工条件是最为苛刻的。
   （3）热封层（非处理层）
    MFR为6～12g/10min。
    除了滑爽性、抗粘连性、析出量少、挥发成分少等特性外，热封层首先要具备良好的热封性能。如前所述，多层共挤CPP薄膜可分为蒸煮型和非蒸煮性两种。蒸煮型又分为两种：一种是用于100～120℃蒸煮，原料用无规共聚物；另一种用于120℃以上蒸煮杀菌，原料必须用三元共聚物。由此可见，一般的无规共聚物并不能满足CPP热封层的全部要求，而开发三元共聚物才具有较强的竞争力。
    五、 CPP膜应用和发展趋势
    CPP薄膜品种繁多，有一般单层膜、复合膜、低温热封膜、超低温热封膜、耐低温冲击膜、抗静电膜、高温蒸煮膜、一般蒸煮膜、金属蒸镀膜、面包包装膜、蔬菜包装膜、纤维包装膜、容器复合用膜、纵向易撕开膜等。
    CPP膜以复合用膜和蒸煮包装袋为主要市场，日本CPP复合用膜占总用量的50％。由于CPP膜耐热性好，蒸煮包装是发挥其特长的领域，这两个领域的应用也是增长较快的市场。复合膜主要用于食品包装，需求增长也快，而非食品包装增长相对较慢。由于包装发展向分包化、小袋化、个人用包装、方便性和保鲜方向发展，有利于CPP膜的应用发展。而金属蒸镀膜的阻氧、防湿、紫外线隔断性好，随阻隔包装增长而增长，与金属蒸镀PET膜比，综合性能差，但价格便宜，适用于小型包装。金属蒸煮膜在农作物、小产物、蓄产物加工食品包装应用呈稳定和适度增长，而面包、纤维包装和规格袋应用呈负增长。CPP膜应用由单层膜向复合膜方向发展，与LLDPE一起成为热封膜主要材料，CPP在耐热性、挺度、阻湿性方面优于LLDPE，但高熔点带来的低温密封性差和耐冲击性能差等缺点，需要开发优质改性CPP树脂和共挤出技术来解决。
    CPP膜发展面临其他材料的挑战和竞争，前景不能说十分乐观，如耐热LLDPE牌号的开发成功和茂金属催化剂（单活性中心）生产的LLDPE牌号多、性能各异，亦能很好地满足用户的要求。
    六、 我国CPP膜现状
    我国1996年PP树脂产量达1499.9kt，表观消费量为2623.8kt，进口树脂占消费量的4218％，按总消费的10％计，PP膜产量为260kt左右，其中BOPP膜约200kt，估计CPP膜产量为50kt左右。我国薄膜级PP树脂生产情况下如。
    1997年第3季度和第4季度，CPP膜牌号产量分别为699t和3278t，若按年产量7000～8000t计，那么进口CPP料占我国市场的75％以上，高于我国PP总的进口依赖率，缺口相当大。据统计，以日本进口料为主。
   我国PP工业已取得了长足的进展，生产能力已达1769kt/a，占主力地位的是从意大利、日本、美国等引进的先进装置，引进时一般包括CPP膜牌号，由于我国合成树脂自给率低，长期以来靠进口来维持PP供求平衡，加上PP消费结构也不合理，扁丝消费份额远高于世界平均水平，故国产PP树脂产品中相当长时间以扁丝牌号占绝对主导地位，这就是人们常说的“档次低，大路货多”。扁丝以外牌号生产很少，国内的合成树脂厂家也能过得去，CPP牌号主要靠进口，许多引进的CPP牌号从未生产过就已被淘汰，如扬子石化公司的F605、F705和F635等。由于我国的对外开发和国际接轨的政策，大批国外厂家及其生产牌号涌入我国市场，国内PP装置也增多，产品和市场竞争国际化、激烈化，国内企业也开始生产扁丝以外的PP牌号，注意适应市场和用户需求，增加品种，提高档次，并取得了实际成效，如国内BOPP专用料牌号和产量的逐步增加，这是企业生存发展和提高竞争力的必由之路。
    我国目前市场上CPP牌号主要有上海石化的F800E（即EP1X35F）、茂名石化的EP1X35F和扬子石化F680，都是共聚级产品。引进装置可生产的CPP牌号有：抚顺石化、中原石化、上海石化、天津石化的X37F（MFR为9g/10min，均聚物，可生产管膜和流延膜），洛阳石化的EP1X35F，扬子石化、盘锦石化、大连石化的F605、F705。早期曾生产过的牌号有：燕山石化的2705（MFR为1115g./10min，均聚物）、2635（MFR为815g/10min，共聚物）、2651（MFR为815g/10min，共聚物）、辽阳化纤的1178（MFR为918g/10min，均聚物）、1278（MFR为718g/10min，均聚物）、8178（MFR为9.0g/10min，共聚物）。自己开发的牌号有：辽阳化纤的31308，MFR为8g/10min，拉伸屈服强度为31MPa；扬子石化开发的F680是乙丙共聚物，性能为：MFR为618g/10min，密度为01904g/cm3，等规指数为9617％，断裂伸长率为670％，拉伸屈服强度为3214MPa，挠曲模量1175MPa，Izod冲击强度(23℃)为27J/m，洛氏硬度（R刻度）为9916，热变形温度为7217℃。总之，以均聚物为主，共聚物少。
    七、 我国CPP生产装置
    我国从80年代中期开始引进国外的流延膜生产装置，大多是单层结构，属初级阶段。进入90年代后，我国从德国、日本、意大利、奥地利等国引进了多层共挤流延膜生产线，是我国CPP工业的主力军，许多企业是我国塑料包装业的知名单位，如浙江包装材料厂、杭州新光塑料厂、无锡环亚公司、常州光明塑料厂、苏州塑料四厂、无锡彩印厂、佛山东方包装有限公司、福建连成彩印厂、贵阳润丰公司、大连塑料九厂、湖北仙桃塑料厂、浙江大东南塑胶集团公司等，迄至1997年年底，我国累计引进流延薄膜装置约60套，最小能力为500t/a，最大能力为上海紫滕塑料厂从日本三菱重工公司引进的三层共挤装置，能力达6500t/a，我国总能力约150kt/a。引进的主要设备厂家为德国Reifenhauser、Barmag、Battenfeld公司，奥地利Lenzing公司，日本三菱重工公司、日本制钢所、日本摩登机械设备公司、意大利Colines、Dolci公司等。
     八、 总结
    CPP膜以其独特的性能在包装领域内占有一席之地，应用面广，是其他薄膜无法取代的。多层共挤流延膜性能优于单层膜，符合省料、高性能和专门化要求，种类多、应用广。CPP膜牌号有共聚物和均聚物两种。我国CPP牌号种类少、产量低，远不能满足加工厂和市场需求，PP大厂应走出家门，与薄膜生产厂、用户共同开发和生产系列化、高性能、有自己特色的牌号，组织增加CPP牌号生产，提高质量和档次，增加共聚物牌号是PP生产企业求发展、提高市场适应力和竞争力的有效方法，也是提高我国PP工业整体水平不可缺少的部分。