一、高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜性能與標準
高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜目前在國內外使用的廠家較多，但能夠批量生產的較少，僅有埃克森美孚、澳大利亞Shorko等少數幾家公司。以埃克森美孚公司為例，其生產的牌號有Metallyte MM348和Metallyte MM483，性能指標如表1所示。
表1 埃克森美孚公司鍍鋁型BOPP薄膜性能指標
| 性能 | 測試條件 | 單位 | MM348 | MM483 | |
| 厚度 | ? | μm | 18 | 18 | |
| 摩擦系數 密封面/密封面 | ASTM D1894-e | ? | 0.8 | ? | |
| 尺寸穩定性 | 縱向 | Mobil | % | -4 | -4 |
| 橫向 | 135℃，7 minutes | -4 | -4 | ||
| 彈性模量 | 縱向 | ASTM D882 | N/mm2 | 2000 | 2000 |
| 橫向 | 3700 | 3700 | |||
| 斷裂伸長率 | 縱向 | ASTM D882 | % | 205 | 205 |
| 橫向 | 55 | 55 | |||
| 密封強度 | 140℃-1.5bar/0.5sec Crimp seal |
g/25mm | 450 | 450 | |
| 拉伸強度 | 縱向 | ASTM D882 | N/mm2 | 140 | 140 |
| 橫向 | 290 | 290 | |||
| 熱封溫度范圍 | OTTO BRUGGER | ℃ | 55 | 55 | |
| 水蒸氣透過率 | ASTM F1249? 38℃ 90%RH | g/m2/24h | 0.5 | 0.2 | |
| 氧氣透過率 | ASTM D3985? 23℃ 0%RH | cm3/m2/24h | 60 | 26 | |
| 光密度 | Mac Beth Type TD932 | ? | 2.3 | 2.5 | |
二、高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜產品的一般要求
我們所研制的優質高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜產品的一般要求包括：
（1）產品應當具有優異的阻隔性能、良好的鋁層附著牢度。為此，生產該產品使用的所有原料均應使用鍍鋁級原料，鍍鋁表層原料應該具有較強極性或經過表面處理后極性較強，與鋁層產生較強結合力；鍍鋁的工藝條件要保證鋁層均勻致密。最終產品要求在38℃、90%相對濕度情況下，水蒸氣透過率≤0.2g/m2/24h。
（2）產品應當具有低起封溫度、高熱封強度，要求熱封強度達到3N/15mm，起封溫度低于118℃。
（3）產品的尺寸穩定性要好，非鍍鋁面的摩擦系數應較小，以保證制成包裝袋后的外觀和開口性。
（4）通過鍍鋁和后加工工藝的優化，產品應在鍍層厚度、均勻性、牢度、收卷質量等方面保持高質量和穩定性。
（5）開發出的產品應通過原材料的選擇、配方及加工工藝的優化，能夠滿足客戶對淺網印刷適應性和復合工藝的特殊要求，印刷、復合后阻隔性基本不衰減。
三、高阻隔鍍鋁型BOPP基材原材料的選擇
高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜的性能主要取決于其PP基材的選擇，我們所研制的高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜為三層結構，依次為鍍鋁表層、芯層、熱封表層，各層的作用不同，必須分別選擇適宜的原料。
1. 鍍鋁表層共聚聚丙烯原料的選擇
高阻隔鍍鋁型BOPP薄膜的鍍鋁附著力的高低及阻隔性的好壞關鍵在于表層原料的選擇。首先為使蒸鍍上的鋁層具有較高的附著力，必須使用鍍鋁級PP，這種PP應該含有盡可能少的低分子析出物，不含爽滑劑、抗靜電劑和硬脂酸鈣，以防止這些物質析出到薄膜表面，在鋁層和基膜之間產生薄弱界面層，從而降低鋁層的附著力。其次，該PP還必須具備較強的極性或經電暈處理后具有較高的潤濕張力，從而與金屬鋁原子產生較強的結合力。根據電暈處理的經驗，共聚PP比均聚PP在相同處理功率時可以達到更高的潤濕張力，因此鍍鋁表層原料的選擇范圍限定在共聚聚丙烯中。第三，為保證鍍鋁后薄膜的高阻隔性，這種PP形成的表面要盡量平整，以利于真空蒸鍍時形成平整致密的鋁層。因此這種原料中如果含有抗粘連劑，分散一定要均勻；不能含有大粒徑無機硅石類抗粘連劑，其尖銳的棱角會刺穿鋁層，降低薄膜的阻隔性。另外，平整的表面也對高阻隔鍍鋁薄膜的后續印刷加工有利，對淺網版的印刷適性增強。第四，這種材料還要具有良好的雙向拉伸制膜加工性。
2．熱封表層共聚聚丙烯原料的選擇
表層熱封料選擇是否合適直接決定了高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜的熱封性能。我們認為選擇范圍可確定為熱封溫度較低的共聚PP。原料中仍然不能含有大粒徑無機硅石類抗粘連劑，因為其尖銳的棱角在真空鍍鋁后收卷時會刺穿鋁層，降低薄膜的阻隔性；光學性能優良，基材薄膜的光澤度要大，霧度要較小，以保證鍍鋁后薄膜的光亮度；制膜加工性要好，使熱封層在整個幅寬上分布均勻；摩擦系數適中，以適應下游客戶的使用。我們以此要求為基礎，選擇多種原料進行對比試驗，從中選擇了熱封強度較高、綜合性能優良的共聚PP表層熱封料。
3.芯層均聚聚丙烯原料的選擇
雙向拉伸聚丙烯薄膜是在高溫、高熱的環境中，于較高剪切應力下高速度、長時間拉伸加工成薄膜的，對聚丙烯要求較高，須采用雙向拉伸級聚丙烯。因共聚聚丙烯價格較高，強度低，故主體材料需采用均聚聚丙烯。芯層均聚聚丙烯是決定我們所研制的三層鍍鋁膜物理機械性能的主要因素，其等規度、結晶度、添加劑、分子量及分子量分布等因素對薄膜的加工性、產品的阻隔性及鍍鋁附著力都具有一定影響。高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯基材薄膜芯層所使用的均聚聚丙烯也必須為鍍鋁級原料，這種原料應該含有盡可能少的低分子析出物，不含爽滑劑、抗靜電劑和硬脂酸鈣，以防止這些物質析出到薄膜表面，降低鋁層的附著力；機械強度高，拉伸變形小，盡量減少薄膜在真空鍍鋁和后期復卷中的張力變形，以免蒸鍍鋁層因薄膜拉伸而降低附著牢度；透明度高，光學性能好，以使鍍完鋁的薄膜具有光亮的外觀；制膜加工性良好，橫拉破膜次數少，成品率高。
另外，三層結構的原料中，應分別加入所需要的助劑，如增挺劑抗粘連劑等。
四、高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯薄膜生產流程及要求
高阻隔鍍鋁型雙向拉伸聚丙烯基材薄膜的生產流程如下：
原料處理及加料→熔融塑化→擠出→冷卻鑄片→縱向拉伸→橫向拉伸→電暈處理→牽引收卷→時效處理→分切→鍍鋁基膜
（1）原料處理及加料：
BOPP薄膜生產對原料純度的要求是非常嚴格的。原料處理系統對聚丙烯粒料、切邊回收料進行除塵、干燥處理，這是非常必要的，因為任何雜質的混入都會造成冷卻鑄片時形成結晶缺陷，在橫向拉伸時會沿此缺陷發生撕裂破膜。同時加料系統還按產品配方把各種原料按比例混合，輸送到擠出機。
（2）熔融塑化
塑料在整個擠出過程中發生的變化是相當復雜和重要的，并直接影響產品的產量和質量。聚丙烯樹脂在擠出機內雖然只停留幾分鐘，但卻經歷了高分子三態（玻璃態、高彈態、粘流態）的物態轉換過程，還產生了壓力、能量的傳遞與轉換等過程。聚丙烯由于其熔點高（160~170℃），導熱率低（0.24W/m·K），所以開始熔融較晚。在加料段中，聚丙烯顆粒平均要經過3倍螺桿直徑的長度才開始熔化，完全熔融要5倍于螺桿直徑的長度，因此要求擠出機的長徑比要比較大，一般在25倍以上。為了提高生產線的產量和塑化效果，大型生產線主擠出機基本采用串聯擠出機或雙螺桿擠出機；有的生產線為了控制熔體的穩定流動，還配置了熔體泵。這一過程的主要目的是為模頭提供塑化均勻、流動平穩的熔融流體。
（3）擠出
BOPP薄膜的生產通常采用T型模頭，T型模頭是厚片成型中關鍵裝置。它最后精密地橫向分配樹脂熔體并最終調節熔體的溫度、粘度、壓力分配，然后從唇口流到輥筒上冷卻成型。模頭還可以與測厚裝置聯動，通過熱控螺栓調節模唇開口，補償薄膜橫向厚度的不均勻。有的模頭還具有在線調節多層共擠薄膜各層厚度的功能。
（4）冷卻鑄片
在整個BOPP薄膜生產過程中，90％的產品質量問題是由厚片的質量問題引起的。因此，制造優質的厚片是生產的關鍵，而冷卻裝置在此起著極其重要的作用。我們在研究中所使用的設備對厚片內表面采用輥筒冷卻，外表面采用噴水及水浴冷卻，然后再進入冷卻水槽冷卻，這樣可以得到結晶均勻而微細的厚片。
（5）縱向拉伸
縱向拉伸裝置主要由預熱輥、拉伸輥、熱定型輥、導向輥以及分別用于高、低速拉伸的直流馬達、加熱和冷卻系統組成。要將厚片拉伸，首先要將厚片加熱到規定的拉伸溫度，但亦不能過急地調節溫度，因為聚丙烯樹脂的導熱率低（0.24W/m·K），厚片需要一定時間才能使斷面上溫度分布均勻。另外若過高地調節溫度，使厚片高度軟化，由于拉伸需要與輥面摩擦，可能會產生變形或粘連，甚至軟化熔融，則后果是不堪設想的。預熱輥作用就是在不發生形變和粘連的情況下進行預熱，漸熱至拉伸溫度。所需要的溫度是根據樹脂牌號、厚片溫度、車速變化等來決定的。一對拉伸輥分別是由兩個不同轉速的馬達帶動，厚片一旦進入到拉伸輥的縫隙間，由于兩輥轉速有一定比率，因而厚片就在此點被拉伸數倍，成為薄片。在正常的生產溫度下，取向程度隨拉伸比的增大而增加，剛拉伸完的薄片內部分子間存在很大的應力，熱定型輥的作用即是部分消除這些應力。
（6）橫向拉伸
橫向拉伸機亦稱為拉幅機，有軌道和裝有彈簧夾子的循環驅動鏈條。從縱拉機出來的薄片通過邊緣自動跟蹤裝置以同樣寬度進入預熱段入口處的夾子中，通過鏈條的循環運動進入到拉幅機里進行預熱，使其加熱到拉伸溫度，此時，薄膜按我們預先所設定的比率開始進行逐漸的橫向拉伸，在拉幅過程中是八字型地進行，此過程中薄膜的物理性能發生了很大變化。拉伸結束后進行熱處理和冷卻，其目的是為了保證薄膜經拉伸后的性能相對穩定。
一般情況下,縱向拉伸比小于橫向拉伸比。拉伸溫度的確定也十分重要。PP是結晶性聚合物,其最大結晶速率的溫度約為Tm的0.80~0.85倍,溫度越高(如在Tm附近)或越低(如在Tg附近),越難結晶。如果在拉伸過程中要防止預熱、拉伸時PP結晶度的急劇增加，選擇拉伸溫度時，最好不要在其最大結晶速率的溫度區域,而選在結晶開始熔融、分子鏈能夠運動的溫度范圍內進行拉伸。
（7）電暈處理
為了提高BOPP薄膜的印刷著色性及復合時的黏附性能等，必須對其表面進行處理，而對鍍鋁膜來講，這一過程更是必不可少。電暈處理就是通過高頻發生器產生電弧沖擊薄膜表面，其作用有三方面：一是通過高頻電弧沖擊，使原來光滑的薄膜表面變得稍有粗糙，從而使著色劑或粘合劑不易脫落；二是由于形成了一個電場，使薄膜內的分子電子云移動形成極性，又因為油墨分子或粘合劑通常都是極性分子，因而，與薄膜分子容易產生耦合；三是由于電弧在擊穿空氣時產生臭氧，而臭氧是一種極強的氧化劑，使薄膜表面受輕微的氧化，產生極性。
（8）牽引收卷
收卷在收卷機上進行，本項目使用的BOPP薄膜生產線具備兩種收卷方式：①間隙式收卷；②接觸式收卷?？舍槍Σ煌穸犬a品采用不同的收卷方式，得到最佳質量的膜卷。
（9）時效處理
我們知道，高分子在熱變形后，隨著溫度降低會發生彈性回復現象。BOPP薄膜在較高的溫度下進行了縱拉、橫拉兩次熱變形并很快收卷，如果直接進入分切工序，則由于聚丙烯分子未得到充分回復、定型，分切得到的成品膜在放置過程中會發生收縮變形而使其質量降低。因此收卷后的BOPP薄膜需進行時效處理，一般在25℃～35℃溫度下放置48～72小時。在此期間，薄膜中的遷移性添加劑會析出到薄膜表面，改變其表面抗靜電和摩擦系數等性能，電暈處理后的表面張力也會逐漸降低并趨于穩定。
（10）分切
分切是BOPP基膜生產線的最后一道工序，也是很關鍵的一道工序，其目的是最大限度地消除上道工序生產的原始膜卷本身的缺陷，并保證合格的原始膜卷不出次品，生產出滿足不同用戶要求的產品。如果原始膜卷厚薄不均，制出的成品用戶使用效果不好，這與分切工藝控制有很大關系。應注意以下兩個問題，一是接觸壓力（指成品膜卷與表面驅動輥的正向壓力），它的作用是為防止膜卷振動混入過多空氣而造成成品卷過松或竄邊，應控制接觸壓力平穩變化；二是驅動方式，兼有中心、表面驅動為一體的分切機，適用于大卷徑、寬幅塑料薄膜的分切。
五、結論
我們研制了低成本和高阻隔兩種BOPP鍍鋁基材薄膜配方，通過對基材薄膜制膜工藝參數、分切工藝參數、真空鍍鋁工藝參數及鍍鋁后二次分切工藝參數的優化，研制的低成本配方產品主要性能指標：水蒸氣透過量0.1054g/m2/24h，熱封面/熱封面摩擦系數0.64，熱封強度3.47N/15mm，縱橫向熱收縮率分別為3.4%/1.1%；高阻隔配方產品主要性能指標：水蒸氣透過量0.0697g/m2/24h，熱封面/熱封面摩擦系數0.67，熱封強度3.63N/15mm，縱橫向熱收縮率分別為2.5%/0.2%；兩種配方的鍍鋁層附著牢度均良好，達到了應有的性能要求。國外公司同類產品的水蒸氣透過量為0.1060g/m2/24h。我們研制產品的低成本配方產品與其非常接近，高阻隔薄膜配方產品則優于其性能。
