节能环保无底涂剂BOPP预涂膜研究

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[摘要]为对无底涂剂BOPP预涂膜配方及生产关键技术进行研究，选择MLLDPE作为BOPP薄膜表层功能材料，研发出一种无底涂剂BOPP预涂基膜，无需进行涂布底涂剂可直接涂覆EVA热熔胶，制成环保节能无底涂剂BOPP预涂膜。和传统的有底涂剂BOPP预涂膜相比，无底涂剂BOPP预涂膜省去了底涂剂调配、底涂剂涂布、烘干和EVA氧化处理工序，是一种绿色产品，具有良好的节能减排效果。

[关键词]预涂膜BOPP　底涂剂　节能

覆膜是印后加工的主要工序之一，通过专业覆膜设备将纸质印刷品和薄膜复合在一起，形成纸塑合一的产品。自覆膜技术诞生以来，覆膜技术经历了溶剂型即涂技术、水性即涂技术、预涂技术三个重要的发展阶段。1989年美国GBC公司率先发明了有底涂预涂膜技术[1]，在塑料薄膜表面涂布一层底涂剂后，涂覆EVA热熔胶制成预涂膜，预涂膜在温度和压力下与纸制品复合。有底涂预涂技术虽然较大程度上解决了即涂技术溶剂挥发污染等问题，但仍存在臭氧排放、能耗偏大难题。由于BOPP基膜与EVA的相容性较差，在生产预涂膜时，普通BOPP基膜需涂布一层底涂剂来改善基膜和EVA的相容性，提高挤出涂覆后胶层的剥离强度。无底涂技术原理是BOPP薄膜表层选用一种与PP及EVA均具有良好相容性的功能材料作为功能层，在EVA熔融挤出涂覆时利用EVA熔体温度使功能层材料熔化，薄膜和EVA在界面处共熔粘结，提高了EVA热熔胶和BOPP基膜的粘结牢度，达到基膜无需进行底涂处理，可直接与EVA复合的目的。无底涂技术的核心技术是无底涂剂BOPP预涂基膜的开发和生产。虽然我国是世界上最大的BOPP薄膜生产国，但无底涂剂BOPP预涂基膜生产技术一直被少数韩国企业垄断，国内预涂膜生产厂家只有从韩国进口无底涂剂BOPP预涂基膜。

1无底涂工艺开发和应用研究

传统的预涂膜工艺是将普通BOPP薄膜表面涂布一层聚乙烯亚胺水溶液，经烘干后，在薄膜上挤出涂覆一层EVA热熔胶。无底涂工艺是采取表面改性的BOPP薄膜直接涂覆EVA热熔胶。传统的有底涂剂预涂膜生产流程是BOPP薄膜放卷后，经过底涂剂涂布、烘干、臭氧处理、EVA挤出涂布、冷却展平后收卷，制成产品。有底涂剂预涂膜生产工艺示意图如图1所示。有底涂剂预涂膜生产是在传统的有底涂剂预涂膜生产流程中省去底涂剂涂布、烘干、臭氧处理等流程，其生产工艺示意图如图2所示。无底涂工艺省去了涂布网纹辊、涂布上料装置、底涂剂烘干设备和EVA氧化装置。这种工艺一方面简化了生产线配置，降低了设备投资；另一方面使得生产线速度大幅提升，降低能耗，节约成本。由于烘干工序是预涂膜生产过程中能耗最大的工序，同时烘干需要一定的时间，生产速度受到烘干速度的限制，免去烘干工序后，不仅降低了能耗，同时可以大幅度提高生产速度，减低了产品单位能耗。与传统有底涂预涂膜相比，该工艺综合能耗下降15%，每吨产品节约电120kwh、燃气2.1Nm3，具有良好的节能减排效果。传统的有底涂工艺和无底涂工艺比较见表1。

2无底涂剂BOPP预涂基膜配方研究

2.1无底涂功能层材料的研究

要实现无底涂功能，功能层材料需和EVA具有较好的相容性，同时功能层材料的熔点低于110℃。在EVA涂覆热熔胶时，EVA熔体温度（220℃~230℃）能使功能层熔化，在界面处共熔粘结。采用HDPE、LDPE、LLDPE、MLLDPE等聚乙烯材料作为无底涂功能材料与PP料进行共挤出经双向拉伸制成薄膜，不同无底涂材料性能对比如表2所示。对LDPE、LLDPE、MLLDPE三种材料试制样品进行对比测试，最终选择使用MLLDPE作为功能层材料。MLLDPE熔体流动速率约为3g/10min，与PP材料共挤拉伸后成膜，成膜性好，薄膜厚度均匀性良好。

2.2无底涂功能层厚度对覆膜剥离强度的影响研究

无底涂剂预涂基膜涂覆EVA后，笔者对胶-膜的剥离强度和薄膜无底涂功能层厚度的关系进行了试验研究。基膜纵向涂覆5μmEVA热熔胶，沿涂覆方向取长200mm×宽15mm样条，试样长度方向将薄膜和胶层预先剥开50mm。利用拉力仪进行剥离力测试，夹具间距50mm，试验速度为（300±50）mm/min，测试剥离强度。研究发现，胶-膜的剥离强度和薄膜无底涂功能层厚度有较强的线性关系，但当功能层厚度达到1.2μm时，剥离强度达到0.4N/15mm，继续增加功能层厚度，剥离强度趋于平稳。

3无底涂剂BOPP预涂基膜生产关键技术研究

3.1挤出机温度的设定

分别依据各层材料的熔点、熔融指数，设置主、辅挤出机的加工温度，使铸片段各层熔体的流动速率基本一致，各层熔体分布均匀，挤出机温度设置见表3。

3.2纵向拉伸工艺控制

普通BOPP薄膜纵向拉伸通常采用单压辊2步拉伸法，由于无底涂剂BOPP基膜表层MLLDPE较为柔软，单压辊在2步拉伸下功能层易出现表层皲裂，影响薄膜的成膜性和薄膜质量,因此采用双压辊3步拉伸法。纵拉导辊与薄膜厚片之间包角较小，有利于较少薄膜表面外观缺陷。另外，MLLDPE的拉伸倍率较小，大拉伸倍率下易导致表层MLLDPE功能材料破裂，增大了薄膜生产时破膜概率。无底涂剂预涂BOPP基膜纵向拉伸倍率由普通BOPP薄膜的1.7倍设置为1.4倍，回缩比控制在5%，提高薄膜成膜性，降低破膜频次。

3.3横拉段风压与温度的控制

横拉工序采用热空气加热，但由于横向拉伸幅宽较大，如上下烘箱产生的气流不均衡会使薄膜在拉伸区产生抖动，厚度均匀性差[2]。横拉段采用条形、狭缝式风孔热风箱，并控制下风箱风压比上风箱大5%左右，使薄膜受热更均匀[3]。MLLDPE软化点比PP低，高温预热后易拉伸不均，影响薄膜厚度均匀性。为降低该因素的不利影响，同时不影响PP层的拉伸，公司在横拉温度方面进行了如下优化，见表4。

4无底涂剂BOPP预涂膜生产关键技术研究

4.1热熔胶挤出涂覆工艺研究

无底涂剂BOPP预涂基膜是利用EVA熔体温度使薄膜功能层熔化，在界面处共熔粘结，从而实现基膜和EVA复合。因此在界面结合处EVA熔体的温度是无底涂剂BOPP预涂膜生产的关键控制点，根据薄膜功能层材料的软化点温度界面结合处EVA熔体温度控制在220℃~230℃。界面结合处EVA熔体的温度主要与EVA熔体挤出温度及EVA挤出机模头模唇与界面结合处距离即气隙间距有关，见图4所示。无底涂剂预涂膜生产速度大幅提升，气隙间距应尽量减小，经生产实际探索，气隙间距控制在35~40mm为宜。

4.2收卷参数优化

无底涂剂预涂膜与传统有底涂剂预涂膜相比，由于工艺的改变，薄膜牵引路径改变较大，薄膜辊筒接触大大减少，存在薄膜起拱和展不平难题，需要对收卷参数进行优化。收卷切入深度控制是指收卷过程中，功能层粘性较大，收卷时易产生粘连问题，将接触辊与成品卷切入深度控制在10mm，控制整体空气混入率，提高薄膜展平度，解决收卷粘连问题。收卷张力控制：薄膜收卷时，随着母卷直径增大，如果收卷辊的转速不变，则收卷线速度增大，导致收卷张力递增，这样会导致膜卷的内松外紧，外层薄膜把内层薄膜挤压产生褶皱等问题，对张力控制系统改进，采取张力随收卷直径变化非线性变化的控制方式，逐渐减少收卷张力，成品卷收卷内紧外松，减少收卷褶皱。

5结论

与传统有底涂BOPP预涂膜相比，无底涂BOPP预涂膜由于在生产过程中省去了底涂剂调配、涂布和烘干，臭氧处理等工序，不仅简化了设备配置，降低了设备投入，更具有良好的环保效益和节能效果。

5.1具有良好的环保效益

无底涂剂bopp预涂膜由于省去了传统工艺中底涂剂涂布及热熔胶臭氧处理工序，无需大量水清洗，减少了臭氧排放和污水排放问题，具有良好的环保效益，是一种绿色产品。

5.2无底涂剂预涂膜具有良好节能降耗效益

无底涂剂BOPP预涂膜由于省去了传统工艺中底涂剂涂布工序，无需进行底涂剂调配、涂布和烘干。由于烘干工序是预涂膜生产过程中能耗最大的工序，同时烘干需要一定的时间，生产速度收到烘干速度的限制，免去烘干工序后，不仅降低了能耗，同时可以大幅度提高生产速度，减低了产品单位能耗。与传统有底涂预涂膜相比，每吨产品节约电120kwh、燃气2.1Nm3，综合能耗下降15%，具有良好的节能减排效果。

[参考文献]

[1]高利平.乙烯-醋酸乙烯共聚物共聚树脂在预涂膜领域的应用研究进展[J].精细与专用化学品，2012（10）：5-6.

[2]洪伟,李青山.双向拉伸聚丙烯薄膜的生产工艺研究[J].工程塑料应用,2006（6）:32-35.

[3]孙善卫，周李超，彭超.应用于双向拉伸薄膜生产线的横拉风箱：中国：CNCN201510113909[P].2015-06-10

作者：汪中祥 李永荃 王恒煜 单位：安徽国风塑业股份有限公司