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气调保鲜包装国外又称 MAP或CAP,国内称气调包装或置换气体包装、充气包装。目前我国法式面包、蛋黄派、膨化食品等都采用气调保鲜包装。包装密封材料是气调包装能否成功的关键,同时还会影响包装的效率,通常使用PE、CPP两大类薄膜作为气调包装热封膜。与PE热封膜相比,CPP热封膜具有透明度高、易热封及热封强度高的优点,缺点是始封温度比PE热封膜高、低温韧性差、低温下易破包、漏气。
用于生产CPP热封膜的PP主要为二元共聚PP和三元共聚PP,二元共聚PP的热封温度较高,约为135℃,如上海石油化工股份有限公司的F800E、韩国现代石油化学公司的R3400等;三元共聚PP的始封温度为108℃,116℃就可达到8N/15mm的热封强度,是目前热封温度最低的PP热封材料,如韩国湖南石化公司的750R、新加坡聚烯烃私营公司的FL7632;较成熟的国产的三元共聚PP只有上海石油化工股份有限公司的F800EPS,其热封温度比750R要高近5℃,稳定性也较差。因此,要得到热封温度更低的PP材料只能通过共混改性才能实现。近年来,DOW化学公司推出的聚烯烃塑性体和EXXSON、日本三井化学公司推出的聚烯烃弹性体具有很低的熔点和软化点,与PP共混可以降低其热封温度,增加韧性,同时不改变透明度。
本文通过筛选适当的低温热封材料与750R共混,同时添加适当的爽滑剂克服弹性体发黏、不爽滑的特性,采用三层共挤流延设备生产出韧性好、超低始封温度、热封强度高的气调包装用PP热封膜,解决了普通PP热封膜在快速充气包装时因热封强度低而产生漏气的缺点,满足了高速包装的市场需求。
采用低熔点材料如聚烯烃弹性体(POE)、聚烯烃塑性体(POP)、茂金属聚乙烯(mPE)与三元共聚聚丙烯(PP)共混作为热封层,并添加适量的爽滑剂克服薄膜发黏的问题,采用三层共挤流延法制备了高性能气调保鲜用流延聚丙烯(CPP)热封膜。结果表明,采用POE-868作为低温热封材料时,与三元共聚PP的相容性较好,增韧效果明显;添加12份POE-868和2份爽滑剂,熔体温度控制在245~255℃,冷却辊温度控制在22℃,制备的CPP薄膜的各项性能均符合指标要求,其始封温度低于102℃。
1 实验部分
1.1 主要原料
均聚PP,FC801,
共聚PP,750R,
爽滑剂,KQPP102A,
POE,DF740,
POE,868,
POP,AFFINITY 1850,
mPE,3518CB,
1.3 试样制备
采用三层共挤流延法成型,薄膜厚度控制在38μm,A层和B层为均聚PP,C层为三元共聚PP、低温热封材料及适量的爽滑剂,低温热封材料的添加量为12份(质量份数,下同),工艺流程为:低温热封材料、三元共聚PP、爽滑剂→计量→挤出塑化→分流器→模头→流延冷却成型→测厚→电晕处理→切边收卷→时效定型→分切→检验→得到CPP热封膜。
1.4 性能测试与结构表征
透光率和雾度按GB/T 2410—1980进行测试;
拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 1040.3—2006进行测试,拉伸速度为(500±50)mm/min,采用Ⅳ型试样,长度为160mm,宽度为15mm,标距为50mm;
落镖冲击性能按GB/T 9639.1—2008进行测试;
摩擦因数按GB/T 10006—1988进行测试;
始封温度和热封强度参照Q/FGTS 011—2011进行测试:裁剪纵向300mm、横向200mm的薄膜,纵向对折,离边折约2mm处热封,压力为1kg/cm2,热停留时间为1s,形成纵向25mm、横向200mm的热封区域,按横向宽度15mm依次纵向裁切,取中间的5条试样,分别夹持于拉力机上下夹具上,封口位于上下夹具的中位,标距50mm,试验速度为(300±20)mm/min,读取试样断裂时最大载荷。设定热封温度为116℃,5条试样最大载荷的平均值(F)就是薄膜的热封强度;如果5条试样在某一温度下的F均大于0.50N/15mm,判定此温度为始封温度。
2 结果与讨论
2.1 低温热封材料的筛选
从表1可以看出,在C层中添加12份的4种低温热封材料时,CPP薄膜的始封温度都可以降到102℃,热封强度都比纯三元共聚PP高,都能作为降低PP热封温度的改性材料。但POP、mPE会降低CPP薄膜的透明度,增加其雾度,POE-740和POE-868均能提高CPP薄膜的透明度。这是不同的低温热封材料与三元共聚PP的相容性不同造成的,POP、mPE与三元共聚PP的相容性差,所以透明度差,POE与三元共聚PP的相容性好,所以透明度高。为了生产高透明CPP薄膜,选择POE-740和POE-868作为与三元共聚PP共混的低温热封材料。
2.2 POE含量对CPP薄膜韧性的影响
从表2可以看出,POE在添加量较少时,落镖冲击质量较小,其增韧效果不明显;当POE的添加量达到12份时,CPP薄膜的落镖冲击质量显著增大,其增韧效果最佳。综合考虑,选择POE-868作为低温热封材料。
2.3 爽滑剂含量对CPP薄膜表面摩擦因数的影响
C层加入低温热封材料POE-868后,会引起薄膜发黏,表面摩擦因数增大,无法适应自动包装。从表3可以看出,采用添加爽滑剂的方法可以克服因加入POE引起的薄膜发黏问题,爽滑剂的添加量小于1份时作用不明显,添加量在1.5份以上可以满足摩擦因数小于0.3的要求。
2.4 熔体温度对CPP薄膜性能的影响
从表4可以看出,随着熔体温度的升高,CPP薄膜的透明度提高,雾度降低,冲击强度提高;当熔体温度上升到255℃后,温度继续增加,透明度和雾度不再变化,但薄膜的冲击强度下降很快。所以熔体温度以245~255℃为宜。
2.5 冷却辊温度对CPP薄膜性能的影响
从表5可以看出,随着冷却辊温度的升高,CPP薄膜的透明度降低,雾度增大,冲击强度缓慢下降;当冷却辊温度为34℃时,CPP薄膜的结晶度大幅提高,雾度增大,膜变脆,所以冷却辊温度应控制在28℃以下。
2.6 薄膜的综合性能
A、B层为均聚PP,C层为三元共聚PP750R、12份POE-868、2.0 份 爽 滑 剂,熔 体 温 度 控 制 在 245~255℃,冷却辊温度控制在22℃,制备的CPP薄膜的综合性能如表6所示。从表6可以看出,通过三层共挤生产的高性能气调保鲜包装CPP薄膜的各项性能均符合指标要求。
3 结论
(1)POE-740、POE-868、POP、mPE都可以降低三元共聚PP的热封温度,但POE-740、POE-868可以提高CPP薄膜的表面光泽度和透明度,而POP、mPE会影响薄膜的透明度;
(2)A、B层为均聚PP,C层为三元共聚PP750R、2.0份爽滑剂、12份POE-868,熔体温度控制在245~255℃,冷却辊温度控制在22℃,通过三层共挤生产的高性能气调保鲜包装用CPP热封膜满足各项性能指标的要求。
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