COC增强聚烯烃在食品、医疗器械、包装等领域大显身手


COC增强聚烯烃在食品、医疗器械、包装等领域大显身手

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1 COC可使聚烯烃共混物的刚性增加,从而增强了站立式食品袋的“直挺”性能,使得它们更容易装填和处理

 

环烯烃共聚物(COC)是一种无定形的热塑性塑料,在医疗、消费和工业市场的聚烯烃包装薄膜应用中,它可作为一种有效的共混组分大大提高包装薄膜的性能。

作为一种无定形的热塑性塑料,环烯烃共聚物(COC)在用于医疗、消费和工业市场的聚烯烃包装薄膜中,正作为一种可增强薄膜性能的共混组分,得到越来越多的使用。在医疗器械、食品和医药包装、光学以及电子等应用中,纯的COC可提供高透明性、优异的防潮性、高刚度和高强度以及优良的生物相容性。

在聚烯烃共混物中,环烯烃共聚物(COC)为包装袋和热成型制品(如托盘等)提供更高的模量、更好的耐热性和增加的阻隔性。这些共混物在传统的流延和吹塑薄膜生产线中采用标准聚烯烃的工艺参数即可加工。

Topas COC是一种以乙烯和降冰片烯为单体并采用茂金属催化剂进行聚合的共聚物。根据共聚单体的比例,这种材料可以有一个从33℃至180℃不等的玻璃化转变温度(Tg)。作为一种无定形聚合物,COC不具有晶体的熔点,它在Tg以上开始软化,随着温度的增加逐渐变成流体。这种无色且透明似水晶的材料,与传统的聚乙烯(PE)具有很强的相容性。其相容性与高度线性聚乙烯最大,如线性低密度聚乙烯(LLDPE),但也可以和低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)相容。Topas先进聚合物公司最常用于烯烃共混物的COC品级是Topas 9903D-10Tg 33℃)、Topas 9506F-04Tg68℃)和Topas8007F-04Tg78℃)。较高的Tg品级有时候是用于特殊产品或者提高薄膜的耐热性。

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2 COC可为热成型薄膜包装用的聚烯烃共混物提供更高的模量和清晰度。最左边的纯聚乙烯(PE)托盘看上去刚性和清晰度低于COC/PE共混物(从左到右COC的用量逐步增加,依次为10%、15%、20%和30%)

刚性允许减薄

COC是最常用的一种共混物组分,用以提高模量并允许单层薄膜的厚度减少。在2068MPa的模量范围内,将10%的COC添加到线性低密度聚乙烯(LLDPE)中就可使其模量增加2倍或3倍,同时保持较低的雾度。在一个简单的单层薄膜中或作为共挤出结构的一部分,LLDPE/COC共混物往往使更薄的薄膜能提供与减薄前一样的性能,并由此降低了每平方米薄膜的成本,从而可提供重要的可持续性优势。

采用更高TgCOC,可使共混物即使在高温下(接近于COCTg)也能具有较高的模量,从而提高了薄膜的热填充性能和耐高温能力。要记住的重要一点是,COC添加到线性低密度聚乙烯(LLDPE)中会大大降低薄膜的Elmendorf撕裂强度,特别是在机器的方向上,尽管它提高了薄膜的耐穿刺性能。COC在商业上是作为一种可以控制薄膜线性撕裂强度的添加剂来使用的。此外,许多聚烯烃/COC薄膜被商业化用于热成型应用,COC的无定形特性可提高热成型加工的一致性,且能改进产品在深拉部分和角上的厚度控制。

LLDPE/COC共混物也很适合于密封层薄膜。该薄膜的热合性能通常用密封强度、热粘强度和密封起始温度来表示。COC共混物的模量升高,通常可带来10~20%的密封强度增加。当其冷却时,环烯烃共聚物(COC)迅速从一种Tg以上的橡胶态材料转变为一种Tg以下的高模量材料。这种急剧的变化通常会使热粘性能(冷却0.1s后的密封强度)提高达100%。热粘强度对垂直形式/填充/密封过程较为重要。在该过程中,当封口仍然是热的时候,所包装的产品就会掉落在袋子中。环烯烃共聚物(COC)不仅使整体的模量增加,也增强了直立袋的“直立”性能。这使得袋子更容易填充和处理。

环烯烃共聚物(COC)也正越来越多地被用在聚烯烃共混物中以生产包装用的阻隔膜。COC是所有聚合物中具有最好的阻隔潮气性能的聚合物之一。它的这一性能优于低密度聚乙烯(LDPE)4~5倍。在共混物中,如COC的含量超过70%,则共混物的阻隔性能一般可达到纯COC阻隔性能的90%,并保持较低的雾度。COC还对其他许多极性溶剂,比如洗手液和防腐海绵中的乙醇,具有优异的阻隔性能。与线性低密度聚乙烯(LLDPE)相比,它的乙醇阻隔性能可高出35倍。通常,这些COC含量高的共混物被用在外层为线性低密度聚乙烯(LLDPE)的夹层共挤出薄膜中,这种薄膜无需一层粘接层。

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添加COC可提高各种聚烯烃薄膜树脂的刚性

环烯烃共聚物(COC)的防香味和香气渗透性能通常也比线性低密度聚乙烯(LLDPE)高出5~10倍。虽然认为COC不具有较高的防气体渗透性能,但它仍然明显比聚乙烯(PE)好,并且可用于订制共混物,以满足新鲜产品包装所要求的特定的防O2CO2渗透性能。

最小的工艺调整

COC在共混物中以0%~100%任意比率可以和全部类型的聚乙烯相容。然而,最佳的相容性是与更线性的聚烯烃共混,如线性低密度聚乙烯(LLDPE)。COC与这些材料形成共混物在雾度上很少或根本没有增加。加工商在选择PE品级时,应根据加工黏度和最终所需的使用性能来选择。190℃下的熔融指数为1.0~6.0g/10min的聚乙烯(PE),已被证明与COC具有良好的共混效果。COC不需要干燥,其储存温度应在Tg以下,以免树脂颗粒结块。

针对薄膜生产,COCPE颗粒应均匀混合,以产生一种类似“盐和辣椒”的颗粒混合物。加工COC/聚烯烃共混物时,熔融温度通常取决于COCTg,挤出温度一般为130~150℃,在COCTg之上

要在生产中获得高质量的熔融料以保证最终薄膜的高质量,关键是在挤出过程中进行良好的混合。推荐的挤出机螺杆转速至少为50r/min。如果为了适应生产量的要求必须使用较低的速度,则可以使用一个更致密的过滤网来产生更高的挤出机出料压力(>10MPa),以强化混合。推荐挤出机的长径比(L/D)至少为24:1,并且采用低压缩螺杆设计。屏障型混合螺杆在运用中最佳,其Maddock混合区域已被证明十分有效,但并不是必需的。在模头方面,可以使用典型的衣架式流延膜模头和螺旋式吹塑膜模头。

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在聚烯烃薄膜树脂中添加COC可增加刚性,从而改善热填充袋的耐热性。图中显示了两种添加了不同品级TopasCOCLLDPE在不同温度下的模量

流延和吹塑薄膜的其他工艺参数与传统的PE薄膜生产相一致。在吹塑薄膜生产中,COC较高的用量所导致的刚性增加可能会对实现无皱折的膜泡破裂和平折产生挑战。一般情况下,在薄膜破裂的部分保持一定的温度会有所帮助。专门生产高密度聚乙烯(HDPE)和尼龙刚性薄膜的设备在用于生产COC含量高的刚性薄膜时,一般会产生更好的效果

Topas COC是一种热稳定树脂,能阻止凝胶的形成。当然,在转换产品或关闭设备时最好能将COC清除干净。通常,一种典型的清机料可以由50%的1-MI线性低密度聚乙烯(LLDPE)和50%的标准PE清除化合物组成。

符合食品及医疗要求

Topas COC品级符合当今所有主要的监管食品接触的要求。在美国,它们符合FDA21条法规CFR 177.1520“烯烃聚合物”(3.9)。根据美国FDA FCN#75#405,该材料可用于与食品直接接触的薄膜、片材以及其他制品中。这适用于所有类型的食品和使用的全部条件。一些产品品级由于受到其Tg的限制,可能不适于在某些较高温度的食品应用中使用。

在欧洲,Topas COC也可用于与食品接触,其生产所使用的单体被列在欧盟塑料指令2002/72/EC1/2200286日)的许可名单中。使用Topas COC的制造商应检查有关成品的任何限制和渗移限制。

Topas COC还被批准可用于医疗和制药领域。大多数TopasCOC品级都已建立了美国FDA药物主文件(DMF#12132)和设备主文件(MAF#1043)。大多数品级也符合美国药典VI级。