雙軸延伸尼龍薄膜技術

刊登日期:2016/6/5
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雙軸延伸尼龍薄膜(BOPA)因具有優異的機械性能、柔軟性、耐磨度、高透光度及氧氣阻隔性,所以在食品、民生化學品、藥品及電子材料包裝等領域應用甚廣,特別是食品包裝,如起司、臘腸、肉類及餅乾等。目前在全球雙軸延伸薄膜市場,BOPA 的供給量僅次於 BOPP及 BOPET,且仍持續成長中。

但尼龍的高吸水特性使它容易因吸濕造成尺寸變化及性能下降,又因結晶速度快,導致延伸製程不易,故生產門檻較高。在本研究中,將尼龍及芳香族尼龍混合押出成膜,研究指出,添加特定比例芳香族尼龍有助於降低前驅膜結晶速率,可提升薄膜雙軸延伸的倍率,本文並將介紹工研院材化所研發成果與一般尼龍薄膜商品之比較。
 
尼龍薄膜的製作與雙軸延伸
雙軸延伸薄膜(BOF)應用於包裝市場上常見的有 BOPP、BOPET 及 BOPA,前兩者國內都有生產供應鏈,唯獨 BOPA 除炎洲公司於 2004年建產線試產外,並未有其他公司試圖生產。現階段世界上BOPA薄膜的製造方法可分為兩類,即平膜法和雙膜泡法。平膜法於西元 1968 年由 Unitika 公司首創,而雙膜泡法由 KOHJIN Film & Chemicals 株式會社在西元 1970 年開發成功。其中平膜法製程由於產量大且厚薄均勻性較佳,為現今生產方式之主流。

延伸加工法依製程順序分為兩大類:同步延伸法和二步延伸法(圖三)。二步延伸法是先利用滾輪組速差進行機械方向(MDO)拉伸(圖四),再利用夾具於特定軌道往復運行進行垂直方向(TDO)拉伸(圖五),此與 BOPET 之生產過程非常類似。該製作法是目前 BOPA 膜生產的最大宗,也是產量最大與線速度最快的方法。



圖四、二步延伸法之MDO方向延伸示意圖

二步延伸法生產的 BOPA 擁有高延展性的特點,同級別的二步法生產的 BOPA 薄膜延伸率比同步法高 18% 左右。同時,二步法 BOPA 還具有很高的機械強度,在跌落實驗中,二步拉伸的 BOPA 破損率遠低於同步法。然而由於該法容易破膜及弓形效應大,若兩段延伸之結晶取向控制不夠精良,熱定型時兩方向收縮率不一,製袋時會發生兩頭翹角的情況,造成薄膜於高溫蒸煮時出現問題。故有些產線會使用同步延伸法製作 BOPA,以減低弓形效應。
 
高氧氣阻隔 BOPA 製備
高氧氣阻隔 BOPA 製備尼龍樹脂因為吸水性高,結晶速度極快,如何在製程上降低結晶速度、提高冷卻效率及減少濕氣影響,成為影響成敗重要的因素。
1. 配方導入與結晶影響
高黏度的尼龍才適合加工成膜,一般挑選相對黏度(R.V.)>3 之樹脂作為原料。由於一般尼龍的結晶速度較高,故在押出的過程中,容易在貼附滾輪時就已完成結晶,這樣在後續延伸的製程中容易撕裂。本研究導入特殊高阻隔尼龍配方(杜邦Selar ®及三菱MXD6),使其以特定比例與一般高黏度尼龍(R.V. = 3.3)混合押出(分別為 MCL-PA1 及 MCL-PA2)。其前驅膜之結晶速率明顯下降,MCL-PA1 薄膜結晶度自原先 34% 降低至 6%,MCL-PA2 降低至 8%。由於前驅膜結晶度的大量降低,後續雙軸延伸製程將較為容易,加工視窗也較大。此外……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。



圖八、 工研院材化所高分子組自主開發之MCL-BOPA延伸情形
 
作者:劉弘仁 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」354期,更多資料請見下方附檔。


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