一、实验
1、主要结构
（1）双向拉伸聚乙烯薄膜，其结构见图1，涂胶后结构见图2。
图1BOPE基材膜（白胶前）结构图
图2BOPE基材膜（白胶后）结构图
（2）流延聚乙烯薄膜，其结构见图3。
图3CPE基材膜结构图
2、主要设施及设备（略）
3、性能检测与制备方式（略）
二、样品制备
1、主要原料
双向拉伸聚乙烯原料，BOPE-3，中国石油北京化工研究院
流延聚乙烯原料，4527C，中国石油镇海炼化公司
流延聚乙烯原料，4533H，中国石油镇海炼化公司
防粘开口母料，，上海若祎新材料技术有限公司
防粘开口母料，，上海若祎新材料技术有限公司
低温热封材料，，上海若祎新材料技术有限公司
2、复合膜复合工艺及涂料膜部分主要原辅料见表1：
表1复合膜复合工艺及涂料膜部分主要原辅料
三、结果与讨论
1、穿刺强度检测
塑料软包装与硬质包装（比如：纸包装、钢（铝）罐等）相比，更易被尖锐物刺穿。被刺穿的包装因外来气味从穿透孔渗入而妨碍了被包装物的味道，严重的之后会造成受潮（发臭、霉变、结块、变味等）。我们以“穿刺强度”来制备包装材料抵抗刺穿的能力。
在制造线型低强度聚乙烯（LLDPE）的过程中，通过选取适合的复合催化剂及助催化剂的使用，制备C6(1-己烯)和/或C8(1-辛烯)不饱和烷烃共聚单体与烯烃共聚的树脂，共聚单体的含碳数目越高，聚合物的综合性能越佳。共聚聚烯烃树脂经过挤出机固相塑化从模头挤出成厚片塑料包装材料的阻隔性，经激冷辊内筒通水冷却或水浴快速冷却可获得细小球晶和较薄的片晶，从而获取较高透明度。再预热到玻璃化频率以上、熔点以下的适度温度范围内（高弹态下），在机械力作用下，先后沿纵向和竖向进行一定倍数的拉伸，从而使分子链或结晶面在垂直于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列，C6(1-己烯)和/或C8(1-辛烯)丙基相互缠绕形成紧密空间网络构架。在拉紧状况下进行定型，使取向的大分子结构固定，冷却定型及后续处理便可制得薄膜，获得较高力学性能（拉伸强度、穿刺强度、弹性应力等）、良好的光学性能（较低雾度、较高透明度、光泽度），以及耐低温性有改善，阻隔性受到强化的特点。
不同长度的基体膜穿刺强度检测结果见表2。从数据可知BOPE基材膜的抗穿刺性远优于PE吹膜及CPE薄膜。
图4穿刺强度检测
表2基材膜穿刺强度检测比较
2、剥离强度检测
剥离强度是制备胶水粘合力的重要指标。剥离强度的大小与胶水种类、配比、上胶量及上胶均匀性，以及薄膜复合后进行固化时的固化室温度、固化时间等原因有关。
本试验引入相同上胶量及工艺条件进行同比。剥离强度测试结果见表3。
表3剥离强度检测比较
3、阻隔性测试
阻隔性是金属软包装材料的重要用途之一，良好的阻隔性可以适度延长被包装物品货架时间，保证其品质和安全的前提之一。将不同特征的材料复合，有促使充分发挥各层材料的阻隔性，获得综合性能良好的阻隔复合膜。
（1）气体阻隔性检测
聚合物分子链段非晶区、结晶缺陷部份存在间隙，为小分子气体的渗透提供了通道和空间。气体在聚合物薄膜中扩散渗透行为分为三个方法：
a渗透气体分子与膜接触，在膜的表层富集溶解，在膜的两侧形成密度梯度；
b渗透气体原子在温度梯度的推进下，在膜内进行扩散迁移；
c渗透气体原子到达膜的另一侧，从聚合物薄膜的高压侧从膜的表层以甲烷分子形式解吸。
此外，气体通过聚合物薄膜的渗入系数依赖于扩散系数、溶解度、渗透气体在聚合物中的含量梯度。影响气体渗透系数主要原因包含：密度、结晶度、分子量、交联、薄膜厚度、取向、增塑剂（添加剂、母料）、温度、湿度。
薄膜经过双向拉伸后，分子链取向，使分子链排列更紧密，自由重量增加，渗透系数低。因此，双向拉伸聚乙烯薄膜的氨气渗透系数低于流延聚烯烃薄膜、PE吹膜。
环境湿度降低，亲水聚合物的渗入系数增大。PVA（聚乙烯醇）与其它聚合物材料相比，具有良好的水溶性、耐溶剂性能和好的成膜性能，能产生光泽的表面、非常强健的耐撕裂膜。由于PVA分子链上带有大量的亲水性羟基（—OH），对环境的温度较脆弱，极易吸附空气中水分，气体在PVA中的渗入系数严重地受环境相对湿度的制约。因此我们将经过改性的PVA材料合成成高阻隔水性胶水，作为复合膜致密层的阻隔胶粘材料。同时，聚乙烯层为复合膜提供了良好的水汽阻隔性，为PVA粘合层提供保护塑料包装材料的阻隔性，使PVA的氧气阻隔性受到充分发挥。
本试验引入相同上胶量及工艺条件进行对比。气体阻隔性测试结果见表4。
表4氧气透过量检测比较
通常认为，氧气透过量大于或等于5ml/(m2•24hr•atm)的材料称为高阻隔材料；氧气透过量大于或等于1ml/(m2•24hr•atm)的材料称为超高阻隔材料。从上表数据可知，使用PVA复配胶水的气体透过量远高于常规的胶水。
（2）水蒸气阻隔性测试
因为各种被包装物的结构、成分及添加剂浓度不同,对包装材料的阻渗性规定亦有差别,故如何合理地设计产品结构十分关键。H2O是极性分子，PE为疏水性非极性分子，二者间互相作用很弱，因此聚乙烯膜本身具备良好的阻水性。
本试验引入相同上胶量及工艺条件进行同比。水蒸气阻隔性测试结果见表5。
表5水蒸气透过量检测比较
（3）薄膜表面瑕疵检测
多层复合材料表层或外部的微裂孔、针孔、划痕等瑕疵作为小分子扩散和渗入的通道，造成阻隔性增加。导致多层复合材料表层或外部缺陷的诱因非常多，表现方式也多样化。
图5防粘开口母料在薄膜表面分散均匀、无团聚
薄膜制造过程中，为推动诸多功能性添加了多种用途材料和母料。其中，为推动抗粘连性（）添加不同种类的抗粘连母料（）。抗粘连母料加入后在薄膜表面产生许多凸起，使薄膜表面带有一定的粗糙度，膜与膜之间有空气层，从而降低了膜与膜之间的接触面积；同时有促使迁移型母料迁移到薄膜表面，实现了防粘开口、降低薄膜表面摩擦系数目的。其在PE薄膜里的分散均匀性对开口性及光学性能、外观品质有较大制约。因此，应选用使用粒径均一、分散均匀不团聚的防粘开口母料。
防粘开口助剂分散性不好，容易在薄膜表面产生大的团聚点，导致薄膜雾度大，光泽度差，目测可见白点，甚至影响下游的印刷、复合效果。团聚点凸起，使包裹着团聚点的聚合物变薄，甚至产生空穴，成为小分子渗透的薄弱点。
图6抗粘母料团聚点凸起形成空穴
薄膜制造过程中，抗粘连母料团聚点易积聚在模头内部，划伤熔体表面，熔体经模头挤出冷却后损坏处产生了薄膜表面的凹痕。划痕处宽度相对周围更薄，如前所述，薄膜厚度影响气体渗入系数主要原因之一。厚度变薄，小分子渗透更大。
图7抗粘连团聚点造成划痕
（4）热封性能测试
热封性能通常指起热封温度和热封强度。关于热封理论，目前国际上普遍认可高分子在温度、压力、时间一同作用下互相扩散、融合的扩散理论。起热封温度一般指PE薄膜热封强度超过一定值时所需的加温温度，其功效是使热封层加热到一个非常理想的黏流态使热封层相互黏合而超过热封的目的。热封过程的微观表现为当两种相容的高聚物相互密切地接触时，由于分子的布朗运动和链段的摆动而形成了彼此的扩散。这种扩散是在高聚物与高聚物的界面层进行的。当提供足够的热量，分子布朗运动推动。相同条件下，结晶度越高，需要更高的频率克服运动单元以一定形式运动所必须的位垒。相当于热熔焓降低，熔点下降，薄膜起热封温度回升；结晶度越高，分子链柔顺性变差，相当于热熔熵增加，热封层界面分子的互相扩散能力下降，使薄膜热封强度减弱。双向拉伸会使分子形成一定程度的排列取向，结晶度提升。因此同样配方条件下BOPE薄膜的起热封温度略高、热封强度略高于CPE包装薄膜。实际应用中，根据不同的应用场景，通过薄膜配方、生产工艺，以及制袋工艺调整，使BOPE与CPE都能超过低起热封温度（80℃起封）、高热封强度。
四个样品复合固化、制袋后，CPE热封面对CPE热封面的热合强度测试结果见表6。
表6热合强度测试比较
四、结语
综上所述，BOPE薄膜/PVA阻隔水性胶水/CPE薄膜可获得出众的物理性能、阻隔性能、热封性能，在个别包装领域上代替“非聚烯烃材质/粘合剂/聚烯烃材质”包装结构，从而推动包装材料内外颜色一体化，可再塑化造粒、循环运用的环保目的。
（全文已刊于《包装前沿》2021年1月号）
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