郭 风，刘容宏，吴艳凤

(1.山东省产品质量检验研究院，济南 250102； 2.山东省体育用品质量监督检验中心，济南 250102)

0 前言

随着全社会经济水平的提高，互联网+的迅猛发展，电商平台的成熟，物流产业的遍及，商品的外包装和内包装的防护功能越来越受到各行各业的重视，塑料薄膜作为软包装占到了塑料制品总产量的五分之一，成为包装材料中需求量最多的产品之一。科研技术水平的快速发展，几乎可以加工所有的合成塑料树脂。若在塑料树脂[聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、乙烯/乙酸乙烯(EVA)、聚酰胺(PA)]中添加适宜的各种助剂(如增塑剂、稳定剂、着色剂等)，就可以制备出行业所需的各种功能性薄膜[1-2]。而且随着各种新材料、新设备、新工艺和新方法的不断涌现，我国的塑料薄膜软包装将朝着品种多样化、专用化以及多功能化的方向发展。

本文采用8种软包装薄膜，分别为双向拉伸聚丙烯(BOPP)涂布膜(非热封)、双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)涂布膜(非热封)、双向拉伸聚酰胺(BOPA)涂布膜(非热封)、BOPET镀铝膜、BOPP镀铝膜、CPP镀铝膜、BOPA膜、BOPET膜，选取的薄膜应无明显裂纹、松弛、褶皱、瑕疵、杂质及任何影响适用性的缺陷。根据我国南北方气候的差异，模拟3种试验环境，考察在不同的温、湿度使用环境下，8种不同材质的软包装膜对其物理力学性能的影响，为用户合理的选择包装材料提供参考意见。

1 实验部分

1.1 主要原料

BOPP涂布膜(非热封)，公称厚度12 μm，市售；

BOPET涂布膜(非热封)，公称厚度17 μm，市售；

BOPA涂布膜(非热封)，公称厚度20 μm，市售；

BOPET镀铝膜，公称厚度14 μm，市售；

BOPP镀铝膜，公称厚度21 μm，市售；

CPP镀铝膜，公称厚度25 μm，市售；

BOPA膜，公称厚度15 μm，市售；

BOPET膜,公称厚度22 μm，市售；

乙二醇乙醚，分析纯,国药集团化学试剂有限公司；

甲酰胺，分析纯,国药集团化学试剂有限公司；

甲醇，分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要设备及仪器

摩擦因数/剥离试验仪， 3500，济南市兰光机电有限公司；

测厚仪，i-THINKNESS 4100，济南市兰光机电有限公司；

光泽度仪，KGZ-1A，天津科器高新技术公司；

透光率/雾度测定仪，WGT-S，上海仪电物理光学仪器有限公司；

电子拉力试验机，Z020，德国ZWICK公司；

电热鼓风干燥箱，GFL-125，天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司；

水蒸气透过率测试仪，W3/060，济南兰光机电技术有限公司。

1.3 样品制备

取样时，在成品膜卷表面去掉几层，取未被外界污染的大约10层进行各项力学性能的研究。根据我国南方、北方气候的差异性[3]以及GB/T 2918—1998的试验环境规定，选择了3组温、湿度条件，分别为A(南方夏季，时间较长)：温度30 ℃、相对湿度70 %；B：(北方秋冬春季折合，时间较长)：温度5 ℃、相对湿度20 %；C(标准规定条件)：温度23 ℃、相对湿度50 %的环境中进行状态调节，根据国家发布的方法标准，调节时间分别为4 h(拉伸、断裂、热收缩、润湿张力、透湿量)、16 h(摩擦因数)、40 h(雾度)，并在与状态调节相同的环境下进行试验。

1.4 性能测试与结构表征

拉伸性能按照GB/T 1040.3—2006[4]进行测试，试样采用长条形，尺寸为150 mm×15 mm，夹具间距为100 mm，试验速度为200 mm/min，分别测试纵向、横向试样各5条，再各取其平均值；

热收缩率测定：调节电热鼓风干燥箱温度，BOPP材质要求是恒温至(120±1) ℃，迅速放入试样并开始计时，保持加热2 min，PET材质及双向拉伸聚酯膜要求是恒温至(150±1) ℃，保持30 min后取出， BOPA材质及双向拉伸聚酰胺膜要求是恒温至(160±1) ℃，加热5 min，分别冷却至试验环境温度后，沿标线分别测量纵横向长度，计算试样的热收缩率，纵横向试样各5片，取算术平均值为测量结果，精确到小数点后一位；

摩擦因数按照GB/T 10006—1988[5]进行测试，每组薄膜测量3对试样，取算术平均值；

水蒸气透过量按照GB/T 1037—1988[6]进行，每组薄膜测量3个试样，取算术平均值；

雾度按照GB/T 2410—2008[7]进行测试，采用雾度计法，每组薄膜测量3个试样，取算术平均值；

润湿张力按照GB/T 14216—2008[8]进行测试，每组薄膜测量3个试样，取算术平均值。

2 结果与讨论

2.1 拉伸强度

拉伸强度测试结果如表1所示，低温环境下的拉伸强度要优于高温和标准环境下的数值，高温环境下，塑料树脂软化是造成材料力学性能下降的原因。BOPA涂布膜与CPP镀铝膜的纵向强度大于横向强度，另6组试样的纵向拉伸强度均小于横向拉伸强度，拉伸强度最大的是双向拉伸聚酰胺膜，因其具有氢键结合的分子结构，具有更高的拉伸强度，低温下纵向拉伸强度的数值为336.3 MPa，横向拉伸强度的数值为386.5 MPa。

表1 8组薄膜的拉伸强度Tab.1 Tensile strength of the eight films

2.2 断裂伸长率

断裂伸长率实验数据如表2所示，CPP镀铝膜的纵向断裂伸长率小于横向，另7组试样的纵向断裂伸长率均大于横向，在高温环境下，断裂伸长率要优于低温、标准环境下的测试结果，与拉伸强度试验结果正好相反。说明环境温度影响塑料树脂的塑性变形。断裂伸长率最大的是CPP镀铝膜， PP是继PA之后发现的性能优良的树脂，是一种高密度、无侧链、高结晶的线形聚合物，机械强度大，耐溶剂，无毒，硬度高，可在110～120 ℃下长期使用。高温下纵向断裂伸长率的数值高达为501.4 %，横向数值高达为654.8 %。

表2 8组薄膜的断裂伸长率Tab.2 Comparison of extention of the eight films

2.3 热收缩率

热收缩率是塑料薄膜因其固有的热膨胀率而产生的表面变化。实验数据如表3所示，每组样品的纵向均大于横向，符合杨智能等[9]对塑料薄膜热收缩率的测试规律。热收缩率最小的是CPP镀铝膜，在不同的温、湿度试验环境下，试验数据无变化，纵向为0.2 %，横向为0.1 %，流延CPP因其特殊的生产工艺，在任何环境下几乎无收缩。热收缩率最大的是低温下BOPP镀铝膜，纵向为3.2 %，横向为2.4 %，BOPP镀铝膜既具有塑料薄膜的特性，又具有金属的特性，具有优良的阻气性、阻湿性、遮光性、保香性和收缩性能。

表3 8组薄膜的热收缩率Tab.3 Hot-shrinkage rate of the eight films

2.4 摩擦因数

摩擦因数是指薄膜接触面之间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力的比值，其与薄膜表面的粗糙度有关，可分为动摩擦因数和静摩擦因数，静摩擦力是两接触表面在相对位移开始时的最大阻力，动摩擦力是两接触表面以一定速度滑动时的阻力。实验结果如表4所示，每组的静摩擦因数均大于动摩擦因数，符合工作原理，高温高湿环境下的BOPET涂布膜静、动摩擦因数最大，静摩擦因数为0.633，动摩擦因数为0.393。低温低湿环境下的BOPET镀铝膜静、动摩擦因数最小，静摩擦因数为0.136，动摩擦因数为0.117，摩擦因数与PET的分子结构有关，PET俗名涤纶，主要作为合成纤维的原料， 根据需要选择镀层，可以改善PET的结构特性。

表4 8组薄膜的摩擦因数Tab.4 Friction coefficient of the eight films

2.5 透湿量

1—BOPP涂布膜 2—BOPET涂布膜 3—BOPA涂布膜 4—BOPET镀铝膜 5—BOPP镀铝膜 6—CPP镀铝膜 7—BOPA膜 8—BOPET膜 组别：—A —B —C图1 8组薄膜透湿量的比较Fig.1 Comparison of water vapor transmission of the eight films

透湿量是在标准规定的温度(38 ℃)、相对湿度(90 %)下，一定的水蒸气压差和一定厚度的条件下，1 m2试样在24 h内透过的水蒸气量。刘钊等[10]测定了不同材质食品包装用塑料袋的透湿、透氧量，得出了不同材质之间阻透性的差异。试验中采用试样为圆形，直径为75 mm。试验结果显示，因生产工艺不同，3组涂布膜和3组镀铝膜的透湿量非常小，低温低湿环境下的CPP镀铝膜的测试值最小，为0.6 g/(m2·24 h)。双向拉伸聚酰胺膜的透湿量非常大，测试数据与陈景华[11]的研究结果相符，最大值为高温环境下测试结果为98.3 g/(m2·24 h)，说明防潮效果比较差，对于有防潮要求的包装材料，建议选择涂覆薄膜。

2.6 雾度

雾度是透过薄膜而偏离入射光方向的散射光与透射光通量的比值，雾度越大表示塑料薄膜的透明度特别是成像度越低，是塑料薄膜光学透明性的重要参数，董静等[12]分析了影响丁苯透明抗冲树脂雾度的一些因素，张莉琼等[13]研究影响聚乙烯醇-魔芋葡甘聚糖包装膜透光率和雾度的因素,吴富等[14]设计研制了相应的透光率和雾度测量装置。镀铝膜由于其生产工艺的特殊性，对雾度不做要求。另5组薄膜的试验方案如图2所示，相对偏差均在5 %以内。结果显示，高温高湿环境下双向拉伸聚酯膜的雾度最大，为5.8 %，低温低湿环境下BOPP涂布膜的雾度值最小，为1.5 %。

组别：◆—A ■—B ▲—C 1—BOPP涂布膜 2—BOPET涂布膜 3—BOPA涂布膜 4—BOPET镀铝膜 5—BOPP镀铝膜 6—CPP镀铝膜 7—BOPA膜 8—BOPET膜图2 8组薄膜雾度的比较Fig.2 Comparison of haze of the eight films

2.7 润湿张力

薄膜表面的润湿性是制约印刷质量的最大因素，薄膜表面的润湿性必须比油墨的润湿性好，印刷图案才能牢固，不易脱落。赵波[15]利用量角法代替涂布法对电晕处理薄膜样品润湿张力进行了测试，有一定的优越性。8组样品润湿张力的测试结果如图7所示，低温低湿试验环境下与标准试验环境下的数据基本一致，变化不大，基材为PET、PA的润湿性普遍较差，PP基材的润湿性好的些，与分子结构的亲水自由基有关。高温高湿环境下BOPA涂布膜与BOPET镀铝膜的润湿张力最大，数值均为73 m·N/m，表明这两类薄膜的润湿性能较差，不易印刷。低温低湿环境下CPP镀铝膜的润湿张力值最小，为36 m·N/m，润湿性能最好。

组别：◆—A ■—B ▲—C 1—BOPP涂布膜 2—BOPET涂布膜 3—BOPA涂布膜 4—BOPET镀铝膜 5— BOPP镀铝膜 6— CPP镀铝膜 7—BOPA膜 8—BOPET膜图3 8组薄膜润湿张力的比较Fig.3 Comparison of wetting tension of the eight films

3 结论

(1)聚酰胺(PA)膜的拉伸强度为最大，断裂伸长率最大的是CPP镀铝膜；

(2)热收缩率最大的是低温下BOPP镀铝膜，高温高湿环境下的BOPET涂布膜静、动摩擦因数最大；

(3)BOPET涂布膜、BOPA涂布膜的水蒸气透过量较大，高温高湿环境下聚酯膜PET的雾度最大，高温高湿环境下BOPA涂布膜与BOPET镀铝膜的润湿张力最大。