双向拉伸聚丙烯（Biaxially Oriented Polypropylene）薄膜，简称BOPP薄膜，是以聚丙烯为主要原料，经双向拉伸的薄膜。BOPP薄膜是目前双向拉伸薄膜行业内产量和销量最多的薄膜[1]，享有“包装皇后”的美称。国内生产BOPP薄膜的企业非常多，如金田、德冠、福融、国风、双良、康得新等等。BOPP薄膜分为管膜法和平膜法，本文特指平膜法生产的薄膜。BOPP薄膜具有强度高、平整度好，产量大、品种多等优点，同时BOPP薄膜也是塑料加工行业对设备要求最为复杂的薄膜。BOPP薄膜生产一般都有配料、挤出、铸片、双向拉伸、牵引、收卷、时效、分切等工艺流程。双向拉伸包括异步拉伸和同步拉伸，异步拉伸一般是先纵向后横向，特点是生产速度快、产量高:同步拉伸生产薄膜纵横向性能接近，但是产能小、生产难度大。目前市场上薄膜绝大多数采用异步拉伸，使用的设备多产自德国布鲁克纳，也有少量的法国依梭普和日本三菱等企业，薄膜的宽幅基本在8.2米以上，生产的速度最快可达500m/min[2]以上，常见的薄膜多为三层结构，也有少量四层或五层，目前还没有七层以上的报道。薄膜层数越多可以生产出的薄膜种类越多，但是对设备的维护和保养也提出了更高的要求。BOPP薄膜种类繁多，常见如盖光膜、消光膜、热封膜、防雾膜、珠光膜、烟膜等等，现在还在不断涌现新的发展方向，如彩色膜、高阻隔膜[3]，免底涂膜、镀铝膜等等，极大的丰富了客户的需求。
1BOPP薄膜生产工艺和产品特点
1.1 BOPP薄膜的生产流程[2][6]
BOPP薄膜的加工流程见图1。
配料：表1为常见3层共挤BOPP薄膜配方。
挤出：将混合好的原料在挤出机内进行塑化并挤出。薄膜的芯层都是以聚丙烯为主，挤出机的加工温度一般在250℃，表层的原料不同，挤出机温度略有不同。加工的温度高，原料流动性好，薄膜的均匀性好，但是超过原料的耐温点则会造成原料降解、碳化及模头挂料等问题。盖光膜的挤出机和模头温度一般都在250℃，消光膜和热封膜由于辅料的耐温性稍差，对应的挤出机温度在245℃左右，模头温度在240℃左右。
计量：统计单位时间内通过的原料重量。通过计量泵的转速来调节挤出机转速和模头出口的压力，保持模头原料流出稳定，同时也能进一步塑化原料。主挤出机必须配置，辅挤出机根据定制选择配置。计量后会流入过滤器，对原料进行过滤除杂。
铸片：将熔融的聚丙烯原料迅速冷却为规整厚片。一般先通过气刀和气嘴将原料紧紧贴附在激冷辊上，然后使用水槽和激冷辊的低温将原料迅速降温，激冷辊和水槽的温度一般在30～45℃。
纵向拉伸：对铸片进行纵向拉伸处理。纵向拉伸的辊筒现在都采用上下两层单独控温，减少因厚片的上下层材料不同造成的膜面外观损伤，纵向拉伸预热区的温度在110～140℃，比拉伸区要高5～15℃，比定型区的温度低5～10℃，拉伸比一般在4.5～5.5之间。
横向拉伸：对铸片进行横向的拉伸处理，采用粘铗和轨道宽度变化实现拉伸。风机将交换器的热空气送入烘箱循环加热，满足各位置不同风速要求。横向拉伸[18]分为预热、拉伸、定型、冷却。横向拉伸的预热温度在170℃左右，拉伸温度在155℃左右，定型温度在165℃左右，冷却基本采用车间内的空气冷却。横向的拉伸比一般在9～10，横向拉伸区域宽度变化非常大，预热区设备的宽度比入口厚片稍窄，使得厚片在受热热收缩性时有一定的余量，拉伸区域的持续时间在2～4秒，如果拉伸的速度太慢[9]，分子链会滑移造成破膜和拉伸不均，如果拉伸的速度太快，会造成分子链来不及取向而破膜。定型段和冷却段宽度逐步收缩，总的收缩一般在6%以内，保持拉伸后的薄膜具有较好的热稳定性，横向拉伸的宽度变化趋势见图2。
牵引：主要是负责薄膜的展平、切边、电晕、冷却、测厚、静电消除等功能。
收卷：主要负责薄膜的收卷。将薄膜收卷成均匀的大膜卷。通过控制接触辊和压力辊张压力大小，保持大膜卷的平整度和松紧度，同时也负责大膜卷的米数记录，密度显示，换卷等功能。
时效：薄膜的时效一般在24～48小时，这是因为等规聚丙烯的球晶最大生长速度在20μm/min[2]，时效后薄膜的性能会更稳。
分切包装：时效后的薄膜检验合格，根据客户的要求，分切为合适的尺寸。
图2TDO宽度变化
1.2 BOPP薄膜的参数说明和常见异常
BOPP薄膜生产各阶段要求工艺参数不同，需要对设备预先设定参数，以实现不同的区域设备协同合作，最终通过计算机控制系统实现自动化的生产。这既包括在正常生产时各区域工艺的参数，也包括在开机、停机、破膜、规格转换、急停等不同状态下的参数。调整的参数包括挤出机的转速、纵向拉伸比、各区域的风速、辊筒的速度等，需要相互匹配。
原料相同的情况下，拉伸倍率大小是影响薄膜拉伸强度最大的因素。如何在保证产品质量的前提下，合理分配两段的拉伸比，是所有生产和研发人员必须掌握的。前后两段的拉伸比越接近，薄膜的纵横向性能越接近，那是否可以通过提高温度来增大拉伸比，从而实现薄膜纵横的均匀性。事实上，如果在纵向拉伸区域对厚片进行过度预热，厚片接近粘流态，在经过辊筒时，非常容易被擦伤和形变，生产耐热性低的原料则影响更大，所以目前的纵向拉伸比一般都不会超过5.5。纵向拉伸比使用辊筒转速控制，调节方便；横向拉伸比是使用轨道宽度控制，既不方便调节，且可调节的范围小，所以现在一般都是固定横向拉伸比，合理调节纵向拉伸比和相应的温度参数，最大可能提高薄膜性能。一般有特殊功能（消光、热封），厚度越薄的薄膜，其纵向的拉伸比要降低，反之则升高。为了使薄膜具有较好的取向，可以在稍低的温度下进行拉伸，但是如果温度过低，强行拉伸会导致分子链断裂，既会降低薄膜的整体拉伸强度，还会造成破膜等异常。目前BOPP薄膜总的拉伸倍率在40～50，小于或大于总的拉伸倍率薄膜会出现厚度不均或者破膜等现象。
薄膜生产过程中，经常出现的异常包括破膜、油污、厚度差、擦伤、白点晶点多、褶皱、热收缩、摩擦系数大、润湿张力小、掉粉、膜面烫伤、模头挂料等现象，这些异常有时候是由多个因素共同造成的，有时候一个因素会导致多个异常，如原料杂质多和油污都会造成破膜，而原料杂质多也会造成膜面晶点多、挂料、破膜等问题，如何准确找到问题点，快速解决问题，是判断生产人员技能高低的重要指标。
1.3 BOPP薄膜的产品标准和趋势
薄膜的性能对下游客户正常使用至关重要，国家为了规范本行业的健康发展，已制定了2个国家标准。普通双向拉伸聚丙烯薄膜的国标是GB/T10003-2008，消光膜的国标是GB/T32021-2015。国标对两种类型薄膜的拉伸强度、断裂标称应变、热收缩率、雾度、光泽度都规定了明确指标和检测的方法。随着市场的变化，客户对新产品的性能和要求也在改变，企业要不断开发更丰富的产品类型。为了规范新产品的性能指标，越来越多的企业开始自发的开展行业标准的制定，规模较大的企业已经制定很多了特种产品的企业标准。
2BOPP薄膜主辅原料介绍
2.1 主原料聚丙烯的性能和要求[2][4]
聚丙烯按照空间立体构型分为等规、间规、无规三类，BOPP要求等规的聚丙烯在95～97%，相比普通吹塑和流延薄膜要求更高。文献[2]和实际生产都表明，等规度越高，拉伸后的薄膜强度越高，但是破膜率也会增加；反之，等规度下降，成膜率高，薄膜强度降低。根据这些特点，如果生产速度快，厚度薄的薄膜，选用等规度低的聚丙烯，而如果要生产厚度厚、强度高的薄膜，选用等规度高的聚丙烯。BOPP薄膜原料的影响因素还包括分子量、熔指、灰分、水分、色粒、雾度等项目。聚丙烯的数均分子量70000[29]左右，熔指2.5～3.5，灰分≤0.03%，分子量分布4.0～4.5。因此生产各种产品的类型，应根据客户要求，使用不同的原料种类。
2.2 辅料的性能和要求
BOPP薄膜的各种性能大部分是通过辅料实现的，辅料在不同薄膜的使用环境中扮演了重要角色。常见的辅料包括防黏剂、抗静电剂、爽滑料、热封料、消光料、防雾料、色母料、珠光料等等，其中防黏剂、抗静电剂、爽滑料、防雾料、珠光料、色母料都是以聚丙烯为载体，添加相应的功能材料，共混造粒所得的母料。防黏剂、热封料、消光料一般用在表层，其它辅料一般是添加在芯层或者次表层。防粘层和热封层的厚度一般在0.8～1.5微米，消光层的厚度一般在1.8～2.8微米。薄膜的厚度增加，表层厚度相应的增加[7]，如果各层厚度安排不合理，表层太薄起到不到应有效果，太厚影响生产的稳定性和产品质量，也增加了原料的浪费。
2.2.1 防黏剂[9][10]
防黏剂的主要作用是防止薄膜相互粘结。防黏剂是通过将有效粒子均匀的混合在聚丙烯原料内，这些粒子和聚丙烯原料不相容，并且熔点比聚丙烯要高很多，拉伸成膜以后，这些粒子在薄膜表面形成微球，在两层薄膜之间形成“架桥”现象，薄膜和薄膜的表面之间有空气层存在，起到防粘的作用。防黏剂可分为有机防黏剂和无机防黏剂，有机防黏剂有聚甲基丙烯酸甲酯、聚硅氧烷等，无机防黏剂有滑石粉、二氧化硅、磷酸钙等。
防粘剂添加过多，薄膜雾度增加，拉伸后还会掉落，影响下游使用，添加量少防粘达不到效果。防黏剂的粒子大小、外观形状、内部结构不同，应根据下游客户需求，添加不同防黏剂。目前市面上贝斯特公司和康斯坦普公司的产品比较成熟。
2.2.2 抗静电剂[11][12][13][14]
薄膜在快速生产过程中，摩擦会产生非常多的静电，物理的静电消除器会消除一部分静电，但是大膜卷内还会不断累积静电。抗静电剂是将薄膜表面的多余电荷导出去的一种添加剂。如果薄膜的表面静电累积太多，会影响生产的安全，静电也会吸附空气中的杂质，影响薄膜的品质。抗静电剂至少有一个亲水基团和一个亲油基团，亲水基团吸附空气中的水分子，形成导电的回路，亲油基团和聚丙烯结合和缠绕，保持抗静电分子不脱落。抗静电剂可分为离子型、非离子型、高分子导电型和复合型，现在的BOPP薄膜的抗静电剂多为非离子型，如单甘脂、乙氧基氨等。
抗静电剂基本在芯层和聚丙烯共混使用，加工过程中抗静电分子会从内部缓慢的迁移到表面。迁移时间受抗静电剂种类、添加量及电晕等影响。抗静电剂的抗静电效果还和车间的湿度有影响，夏天空气的湿度大，抗静电剂可适当减少；冬天湿度小，适当提高用量。抗静电剂添加过多，薄膜容易发粘和发红，添加量少，达不到抗静电效果。
2.2.3 爽滑料[15]
有些薄膜（烟膜）在下游加工时速度非常快，所以要求薄膜的摩擦系数低，因此需要在薄膜里面添加一定量的爽滑料。爽滑料一般添加在芯层，薄膜成型后，爽滑料从薄膜内迁移到表面，聚积成均匀的薄涂层，使得薄膜表面光滑，极大地降低了摩擦系数。
爽滑料一般是二酰胺类爽滑剂和无迁移型爽滑剂，爽滑母料用量要适宜，用量过多也会造成薄膜发粘。对摩擦系数要求低的产品，必须添加爽滑母料。
2.2.4 热封料[16]
为了使薄膜具有热封效果，必须在薄膜的表面添加一定量的热封料。BOPP的热封料一般是乙烯、丙烯二元共聚物或乙烯、丙烯、丁烯三元共聚物。薄膜经过加热时，热封料由于熔点低、链段短、支链多，会首先熔融和流动，再经过一定的压力后，薄膜的表面热封料分子链会相互纠缠，形成热封状态。只有一面使用热封料的为单面热封膜，两面都使用热封料的为双面热封膜。
热封膜的启封温度和热封强度与薄膜的表层厚度、防黏剂的用量、共聚物的配比、支链化程度、分子量、分子链长度、灰分含量等都有关系。热封膜启封温度并不是越低越好，需要根据客户的需求来定制，一般启封温度在85～110℃，但是客户都希望热封膜的热封强度越高越好，最少要达到2N/15mm。通过提高加工时的温度、压力、热封时间能在一定程度提高薄膜的热封强度，但是超过薄膜的耐用性，整个薄膜可能会变形而无法使用。
2.2.5 消光料[17]
为了提高薄膜的雾度，使薄膜外观更加细腻，需要在薄膜的表层添加一定量的消光料。现在的消光料是由聚丙烯和聚乙烯按照一定比例，同时添加少量的增塑剂和抗氧剂共混造粒制得。消光料的雾度与聚丙烯和聚乙烯的比例有关，两者的比例在1：1时，雾度一般能达到70%以上，聚乙烯的用量越少，薄膜的雾度越低。消光料使用的聚丙烯熔指一般在6～10g/10min，聚乙烯选用高密度聚乙烯，熔指在0.2～0.4g/10min。两者混合的越均匀，生产出的膜面就越细腻。消光料之所以有消光效果，是因为薄膜在双向拉伸时，由于聚乙烯结晶速度非常快，会率先形成较大的晶体颗粒，使得薄膜表面粗糙，对照射的光线起到了散射作用，形成消光效果。只有一面使用消光料的为单面消光膜，两面都使用消光料的为双面消光膜。
很早之前的科研人员[17]为了使薄膜的表面具有消光料效果，有的通过在原料内部添加大量的无机粒子，如二氧化硅和碳酸钙，有的对薄膜表面进行化学腐蚀，也有物理处理，这些方法虽然都能起到一定消光的效果，但是对薄膜的性能、生产的工艺以及薄膜的安全性都有非常大的影响。相比单纯消光膜雾度的指标，现在客户越来越受关注膜面分散效果，膜面越细腻、雾度越均匀，产品的价格也越高。要想实现较好的膜面分散效果，需要对消光料的原材料筛选和加工的工艺进行优化，很多的母料公司都在大力研发性能优异、生产周期长的消光料，也取得了一定的效果，市场上德冠和金田等企业生产的消光料效果较好，购买的企业较多。
2.2.6 防雾料[19]
普通薄膜在包装蔬菜、菌菇、冷冻食品时，水蒸气会慢慢凝结在薄膜表面，形成大水滴，影响观感，同时水滴也会滋生细菌，缩短食品的保质期。聚丙烯是非极性材料，属于憎水材料，水分子在表面容易形成大水滴，防雾母料减小了薄膜表面的接触角，使水分子均匀的贴附在薄膜表面，形成一层水膜，水分子无法在薄膜表面形成较大的水滴，达到防雾的效果。防雾料一般加在芯层，有效成分是甘油酯、中长链脂肪酸脂化合物等。防雾分为冷防雾和热防雾，防雾的等级越高防雾效果越好。
2.2.7 其他辅料
珠光料[20]：一般是以碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛为主要原料和聚丙烯共混制作而成。珠光料添加在薄膜的芯层，薄膜在经过拉伸后，碳酸钙、二氧化硅大小不会变化，粒子的周围产生很多空穴，光线穿过薄膜表层，在薄膜内部空穴相互反射，使得薄膜具有了珠光的效果。根据珠光料添加的比例、颗粒大小、材料的种类不同，生产的珠光膜在薄膜的密度、白度、物理性能方面都有差异。
色母料[21]：通过在聚丙烯添加不同色母制作的母料。色母原料分为有机和无机，有机的为酞箐红、酞箐蓝等；无机的为镉黄、钛白粉、炭黑。为增加色母料的分散，还会添加一定量的聚乙烯低分子蜡、硬脂酸酯等分散剂。色母料常单独在次表层使用，BOPP薄膜生产的彩色膜颜色稳定性好，不易氧化，同时减少了下游二次加工的工序，节约了资源。现在几乎所有的薄膜都要添加多种辅料，才能保证生产出性能稳定、客户满意的产品，包括普通的光膜至少也需要抗静电母料和防粘母料，同时多种多样的母料相互组合，也能生产出多种性能的功能性薄膜，比如将热封料和消光料结合，就可以生产出一面热封，一面消光料的薄膜；或者将防雾料和热封料结合，就可以生产防雾热封膜。当然并不是所有的母料都可以相互结合，比如消光料和防雾料就不能结合，因为防雾料的作用是防止包装物表面凝结水珠，使得产品有较好的透明度，而消光膜的雾度大，不能透过光线，这两者之间存在矛盾。
3结语
BOPP薄膜的研发、生产、销售涉及到的上下游行业非常广泛，中国薄膜行业现在的规模越来越大，生产的产品也越来越齐全，这既得益于国家的政策支持，也顺应了时代的发展，更离不开每一个参与薄膜开发的生产者、制造者。想要生产出性能稳定，符合客户要求的薄膜，需要企业各部门共同的努力和配合，包括原料的装卸、设备的稳定、人员的操作、产品的检测、销售的拓展、员工的激励等多方面，是一项非常复杂的工程，特别是在开发一些新产品时，需要付出的精力更多，但也正是这样的磨炼，实现了整个队伍的成长，减少了未来资源的浪费，促进了薄膜行业的繁荣。
然而，大部分的生产者也深刻的感受到国外的技术限制，目前中国绝大部分的BOPP生产设备都选用国外的布鲁克纳、三菱、依梭普等企业，高端的原料都需要采购三井、陶氏、美孚等企业产品，他们在技术、规模、成本、质量上都有绝对的优势，价格也远高于普通产品，交货的周期也非常长，严重影响了中国企业的生存和发展。近些年来，中石油、中石化等[9]企业在突破双向拉伸聚丙烯原料生产工艺后，也在积极开发性能优异的辅料并取得了一定的成绩，但是在设备加工上，国内的企业还只能模仿制造一些要求不高的配件，如辊筒、展平辊等，对精度要求高的激冷辊，挤出机以及电气设备等，都还需要依靠进口，未来急需突破。
塑料薄膜行业正在快速发展，除了传统的BOPS/BOPET/BOPA等薄膜，现在BOPE[23][24][25]/BOPLA[27]/BOPBAT[28]等薄膜正在中国如火如荼的发展，相信随着新技术、新材料的出现，一定会突破国外的技术封锁，创造出属于中国的薄膜产品。
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