梁艷艷 黃漢雄

（1.華南理工大學，機械與汽車工程學院；2.江門市輝隆塑料機械有限公司）

1. 引言

擠出復合是指采用樹脂熔體作為粘結(jié)層的一種多層膜復合方法[1-3]。其中擠出的樹脂不僅起到層間粘結(jié)作用，還可作為功能層，如熱封層。

相應地，與采用膠粘劑粘接的干式復合相比，擠出復合制備的多層復合膜的層間剝離強度較低[4,5]。為了滿足復合膜對層間剝離強度的要求，工業(yè)上通常采用少量的膠粘劑輔助聚合物熔體對基材進行粘結(jié)，并將這些膠粘劑稱為底涂劑[6,7]。

擠出復合常用的底涂劑主要有：有機鈦類、聚乙烯亞胺類、聚丁二烯類、聚氨酯類。

有機鈦類底涂劑主要為烷基鈦酸酯，遇水易分解，采用含水量很低或不含水的溶劑稀釋。

聚氨酯類底涂劑采用醋酸乙酯為溶劑，溶劑揮發(fā)性高。

聚丁二烯類底涂劑的性能較好，但品種較少。

聚乙烯亞胺為水溶性大分子，可采用少量低分子醇（甲醇或乙醇）與水混合作為溶劑稀釋，且復合過程中幾乎不發(fā)生化學變化，性質(zhì)穩(wěn)定。

因此，基于聚乙烯亞胺類底涂劑的擠出復合生產(chǎn)線生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，所制得的復合膜衛(wèi)生性好。然而，前人研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯亞胺類底涂劑的耐水耐油性差，剝離強度較低（BOPP20μ m/AC/LDPE20μ m 的剝離強度為1 N/15 mm），限制了亞胺類底涂劑的應用。

本文主要針對水性聚乙烯亞胺類底涂劑在擠出復合生產(chǎn)線上的應用進行研究，以期通過設(shè)備、工藝、材料三者的結(jié)合，獲得具備剝離強度高、衛(wèi)生性好的復合膜制品。

2. 實驗部分

2.1 實驗材料

雙向拉伸聚對苯二甲酸乙二醇酯（BOPET）薄膜、雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜、雙向拉伸聚酰胺（BOPA）薄膜、鍍鋁聚對苯二甲酸乙二醇酯（VMPET）薄膜、吹塑成型聚乙烯（IPE）薄膜，市售；擠出用聚乙烯（exPE），新加坡聚烯烴公司，熔體流動速率3.5 g/10 min（190℃/2.16 kg）；聚乙烯亞胺類底涂劑（AC 劑），A182，江門市頓歐技術(shù)有限公司；乙醇，工業(yè)級；去離子水，自制。

2.2 樣品制備

樣品結(jié)構(gòu)：基材/AC/exPE30μ、基材/exPE30μ、BOPET/AC/exPE15μ/VMPET/AC/exPE15μ/IPE。擠出復合生產(chǎn)線采用單頭共擠（一個模頭兩臺擠出機）的標準配置，工藝流程為：放卷-極化處理-涂布聚乙烯亞胺底涂劑-擠出（接入夾層二放+電暈處理）-切邊-（測厚+污點檢測）-收卷。

2.3 儀器與表征

1）拉力機——廣東越聯(lián)儀器有限公司，將樣品裁成15 mm 寬樣條，以300 mm/min 的速率進行剝離強度測試。

2）擠出復合生產(chǎn)線——江門市輝隆塑料機械有限公司，無粘合劑食品藥品包裝用單聯(lián)共擠擠出復合生產(chǎn)線。

表1 擠出機各段溫度以及模頭部位的溫度設(shè)置 單位：℃Table 1 The temperature of extruder and T-die during extrusion （℃）

3. 結(jié)果與討論

3.1 基材對擠出復合強度的影響

一般地，基材種類對多層復合膜的層間粘合強度影響較大[8]。本文選擇軟包裝常用基材進行研究，包括非極性的BOPP 基材和極性的BOPET、BOPA 基材，結(jié)果見表2。

從表2 中可以看出，無AC 劑時，BOPP/exPE復合膜的剝離強度為 0.45 N/15 mm，BOPET/exPE、BOPA/exPE 復合膜的剝離強度分別為1.30 N/15 mm 和1.77 N/15 mm。

其原因在于，復合膜的粘結(jié)強度與擠出PE和基材表面形成的界面結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般地，兩種物質(zhì)粘合的重要條件是浸潤，潤濕的程度越高，粘合物在被粘物表面上鋪展的越寬廣，粘合的強度越高。

圖1 無粘合劑食品藥品包裝用單聯(lián)共擠擠出復合生產(chǎn)線Fig. 1 Picture of extrusion laminating production line for food and medicine

表2 不同基材以及有無AC 劑時基材/（AC 或無）/exPE 的剝離強度Table 2 Peeling strength of base films/（AC or no）/exPE films based on different kinds of base film

表3 多層復合膜的剝離強度Table 3 Peel strength of lamination films

因此，BOPET 和BOPA 的表面張力較大，利于exPE 的鋪展，因此BOPET/ exPE 和BOPA/exPE的剝離強度較BOPP/exPE 高。當基材表面涂覆了AC 劑后，BOPP/AC/exPE 的剝離強度為2.01N/15 mm，是BOPP/exPE 復合膜剝離強度的4.5 倍，表明AC 劑大大提高了復合膜的剝離強度。類似地，BOPET/AC/exPE 和BOPA/AC/exPE 復合膜樣品均未能剝開，同樣表明涂覆于 BOPET 和BOPA 基材膜上的AC 劑能夠顯著提高復合膜的剝離強度。也即，AC 劑對BOPP、BOPET、BOPA基材均表現(xiàn)出了促進粘結(jié)的作用。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能在于，聚乙烯亞胺類AC 劑在基材表面的涂覆，一方面提高了exPE熔體膜在基材上的浸潤能力，另一方面起到了類似于鉚釘?shù)淖饔肹9,10]。

3.2 AC 劑對多層復合膜剝離強度的影響

為了進一步研究聚乙烯亞胺類AC 劑對多層復合膜剝離強度的影響，以BOPET 膜為表層，吹膜PE（IPE）為內(nèi)層制備多層復合膜，結(jié)果見表3。以exPE 為粘接材料制備BOPET/exPE/IPE三層復合膜，BOPET/exPE 的剝離強度為 1.40 N/15 mm。以AC 劑和exPE 為粘接材料，BOPET/AC/exPE/IPE 復合膜中BOPET/AC/exPE 的剝離強度為2.80 N/15 mm。也即，涂布AC 劑后，復合膜的剝離強度提高了1 倍。此結(jié)果表明，制備含有兩種基材的“三明治”結(jié)構(gòu)時，AC 劑的涂布仍能夠提高復合膜的剝離強度，但提高幅度較單層基材低。其原因在于，不同種類材料的耐熱性和剛性不同，因而復合后產(chǎn)生的收縮應力不同，從而降低復合膜的層間剝離強度。

BOPET/VMPET/IPE 為軟包裝中常見的高阻隔結(jié)構(gòu)，其阻隔性好、價格低獲得廣泛關(guān)注[11-14]。然而，BOPET/VMPET 與IPE 的復合通常需借助干式復合實現(xiàn)，擠出復合難以滿足內(nèi)層剝離強度大于2.5 N/15 mm 的強度要求。采用最新研發(fā)生產(chǎn)的無粘合劑食品藥品擠出復合生產(chǎn)線[15]，借助導能裝置，BOPET/AC/exPE/VMPET/ exPE/IPE復合膜中exPE/IPE 的剝離強度為1.80 N/15 mm，已接近《藥品包裝用復合膜（通則）》關(guān)于內(nèi)層剝離強度的要求。當BOPET/AC/exPE/ VMPET 表面涂覆AC 劑后，BOPET/AC/exPE/VMPET/AC/exPE/IPE 復合膜中exPE/IPE 的剝離強度可達到3.20 N/15 mm，完全滿足食品藥品高阻隔薄膜的內(nèi)層剝離強度要求。產(chǎn)生這種效果的原因與上述單層基材的類似，AC 劑能夠提高擠出熔體膜的鋪展能力以及起到類似于鉚釘?shù)淖饔谩?/p>

4. 結(jié)語

聚乙烯亞胺類 AC 劑可以促進 BOPP、BOPET、BOPA 與擠出PE 熔體膜之間的粘結(jié)，且促進作用較強。BOPP 基材在涂布AC 劑后，BOPP/AC/exPE 的剝離強度為BOPP/exPE 的4.5倍。含有兩種基材（表層BOPET 和熱封層IPE）的復合膜，AC 劑的涂布同樣可以提高復合膜的層間粘合強度。BOPET/AC/exPE/IPE 復合膜，AC劑的涂布可使BOPET/exPE 的剝離強度提高1倍，提高幅度較單層基材小。借助于AC 劑，高阻隔結(jié)構(gòu)BOPET/AC/exPE/VMPET/AC/exPE/IPE僅依靠擠出復合，內(nèi)層剝離強度可達到3.20 N/15 mm，完全滿足食品藥品包裝的常規(guī)應用。