雙軸延伸聚丙烯膜加工應用與市場概況

刊登日期:2015/1/5
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BOPP 具有質輕、無毒、防潮、機械強度高、尺寸穩定性好、印刷性能良好、抗撕裂性佳、透明性好等優點,是一種重要的軟包裝材料。廣泛應用於食品包裝,如糖果、香菸、茶葉、果汁、牛奶等,電容膜是 PP 薄膜製品中消耗量最大的項目之一,因此 PP 在工業界延伸薄膜的原料比例中,佔有較大的比例(圖一)。目前 BOPP 最大生產消費國家為中國、日本、南韓、台灣等,國內生產BOPP大廠目前為南亞(年產 135千噸,中國 75千噸)、炎洲(兩岸 BOPP 產線共 7條,其中台灣 4條 BOPP 產線合計月產 98.4 千噸;中國 3條月產 6千噸)、寶燕等。國際上主要為 Jindal Poly Films、Tahgleef、Treofan 等。在 2011 年時延伸聚丙烯薄膜有超過一半的全球使用量,據 AMI Consulting 統計,BOPP薄膜在 2006 年持續成長,估計將以每年 6.6%成長率 8.3萬噸的產值(圖二)。


圖二、BOPP全球消費成長量

BOPP功能性薄膜技術及應用
2. BOPP薄膜技術原理
由於聚丙烯是一種半結晶性聚合物,在 BOPP 薄膜的加工過程中,力、熱、電場等的作用下,使薄膜經歷了複雜的取向和結晶的變化。 BOPP 薄膜光學性能、力學性能受到聚集態結構中的取向和結晶決定性影響,因此可以透過技術的調整,控制 BOPP 薄膜生產過程中的取向和結晶是改善產品品質、提高產品等級的關鍵。

生產 BOPP 薄膜時,高分子取向主要發生於縱向和橫向拉伸的過程中。經過縱向拉伸後,高分子鏈單軸呈現縱向取向,其縱向機械性能大幅提升;進一步橫向拉伸,高分子呈現雙軸取向特性。透過雙方向分子鏈的取向,可以使高分子對拉伸方向規則排列,產生均向晶核,可以提高晶片間連結鏈段,提升材料密度與強度(表一)。一般 BOPP 拉伸操作溫度在玻璃化轉變溫度(Tg)和熔融溫度(Tm)之間,表二為一般產線常設定之延伸溫度。產線上會先將聚丙烯樹脂融熔壓出,再延著機械方向(Machine Direction; MD)進行延伸,然後針對垂直機械方向( Transmachine Direction; TD )。圖三為BOPP非同步雙向拉伸基本流程,圖四為 BOPP薄膜非同步雙向拉生產線示意圖。

BOPP拉伸行為對結構之影響
工研院材化所利用實驗室級押出膜( Cast Film )針對批次式雙軸延伸機進行不同延伸程度下,聚丙烯薄膜微結構的影響和變化分析。首先經由流變分析作為押出參數的參考,獲得所需厚度前驅原膜後,於聚丙烯玻璃轉換溫度(Tg)至熔融溫度(Tm)之間設定定溫度下進行雙軸延伸。必須注意  PP最大結晶速率約在 0.85 Tm,拉伸中結晶度可能會劇烈增加,因此須避免選擇在最大結晶速率區間溫度進行拉伸。拉伸溫度最好設在結晶開始熔融、分子鏈能夠運動的溫度下進行拉伸,因此拉伸溫度大致設定在最大結晶速率溫度到熔點之間。


圖七、不同延伸條件下之BOPP SAXS散射值

薄膜中的PP結晶度和晶體尺寸對BOPP薄膜的機械強度及光學性能有重要影響。結晶度高則強度高、韌性低;而晶體尺寸小而均勻者,對於提高薄膜力學強度、耐磨性、耐熱性以及透明度和光澤度都有所幫助。圖六和圖七為經過不同比例拉伸之後,經由X光繞射儀進行小角度X光散射(Small-angle X-ray Scattering; SAXS)及廣角散射(Wide-angle X-ray Scattering; WAXS)分析,所獲得的不同延伸倍率之BOPP薄膜二維光譜圖……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:蔡旻霏、龔丹誠/工研院材化所
 ★完整內容請見下方檔案。


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