PVC热收缩____刘兵

PVC热收缩标签膜温度-收缩率

曲线分析研究

刘兵，于世发，钱鑫，杨涛

（宜兴市光辉包装材料有限公司， 江苏 宜兴 214262）

摘要：本文针对硬质P V C 热收缩标签膜进行了热收缩曲线的测定，研究热收缩率随温度的变化趋势。结果发现：不同工艺生产的P V C 热收缩膜，其收缩的起始温度以及整个过程的变化趋势基本是一致的，大体可以分为：缓慢变化、快速变化、趋于稳定三个阶段。只是拉伸膜在稳定后的收缩率要明显的高于吹塑工艺生产的膜。

关键词：PVC 热收缩印刷膜；收缩率；玻璃化转变温度；温度

中图分类号：TQ325.3 文章编号：1009-797X(2011)01-0001-04文献标识码：B DOI：10.3969/J.ISSN.1009-797X.2011.01.001

作者简介：刘兵（1984-），男，毕业于南京工业大学，从事高分子复合材料与工程相关专业工作。

收稿日期：2010-07-12

聚氯乙烯（P V C ）热收缩标签膜，也叫P V C 热收缩印刷膜，是一种采用专用油墨印刷在塑料膜或塑料管上的薄膜标签，是通过对P V C 树脂进行化学改性采用吹塑或压延拉伸工艺生产的薄膜，以横向收缩为主，达到50%以上，纵向收缩要求不大，一般拉伸膜在7%左右，吹膜可达到2%左右。P V C 热收缩标签膜因具有透明性好、收缩率高、成本低、抗拉伸强度大、温度收缩范围大及对热源要求不高等特点，同时可根据不同要求，分为软硬两类不同的产品。目前在瓶类产品的标签方面应用相当普遍，无论是饮料、食用油、调味品、药品、还是日化产品只要是瓶类都毫无例外地可以应用P V C 热收缩标签。另外在陶瓷制品、茶具、机械零部件、建筑材料和运输材料等领域已获得广泛应用。

热收缩标签膜的收缩机理是：聚氯乙烯属于高分子化合物，其分子链较长，当聚氯乙烯处于高弹态时，具有“记忆”的功能，也就是处于高弹态时的分子链，在外力作用下取向呈平行排列，然后经快速冷却，使之在很短时间内降至玻璃化温以下，分子间应力被“冻结”。当温度再次升至玻璃化温度以上时，聚氯乙烯由

玻璃态再次转变高弹态，此时被“冻结”的应力“解冻”，分子链在应力作用下迅速回复到原来的状态。薄膜在很短时间内大量收缩[1]。

1 实验原料、设备及方法

1.1 实验原料

宜兴市光辉包装材料有限公司吹膜法生产的P V C 热收缩标签膜，根据配方的不同标号为1、2、3，及某公司拉伸法生产的PVC 热收缩标签膜，标号为4。所用薄膜均为硬质品。

1.2 实验设备

R S Y -R 2热缩实验仪，济南兰光机电技术有限公司；秒表；取样框架；直尺；小刀；其他。

1.3 实验方法

按照国标GB/T 19787—2005，进行如下操作：

裁取100 mm × 100 mm ( ±0.1 mm ) 的试样，在试样纵、横向上各画一条标线，并标明纵、横向。将试样平放入薄膜网架上，迅速浸

入一定温度的恒温蒸馏水中，60 s后取出，然后测量纵、横向标线尺寸，精确到0.5m m，计算其收缩率，并记录结果。

实验从室温（25℃）开始测量，每次升温1℃，75℃之后每次升温5℃。每次放入每种样品4张，即每次共放入16张样品。

2实验结果与讨论

2.1实验结果

在以上实验条件和严谨的操作规则下，对数据处理时，由于50℃之前4种薄膜的收缩率都没有变化，故在作图时从50℃开始，略去了50℃之前的部分。测得P V C热收缩标签膜以及对比样的热收缩性能随温度变化的规律如下：（1）吹膜法生产的热收缩标签膜的横向收缩率随温度的变化趋势

1、2和3号膜的横向收缩率对比：1、2和3号膜生产工艺流程基本一致，它们之间的横向收缩率随温度变化的趋势如图1所示。缩率的变化加快，直到80℃左右稳定在57%左右。

（3）吹膜法生产的热收缩标签膜的热收缩标签膜的纵向收缩率随温度的变化趋势

由图3所示，温度低于60℃时，纵向收缩率不发生任何变化。在60℃时开始有变化，并且随温度的升高，变化趋势加快，在65℃至70℃之间存在一个较大的波动峰，最大值3.5%。80℃之后收缩率变化趋于稳定，最终纵向收缩率保持在3%

左右。

图11、2和3号膜的横向收缩率对比

由图1可知，三类薄膜的收缩率随温度的变

化趋势一致，温度低于53℃时，薄膜的收缩率

不会发生变化。当温度为53℃时，横向收缩率

开始发生变化。随后随温度的升高，横向收缩

率的变化加快，到80℃以后开始趋于稳定，收

缩率在50%左右，并且在整个随温度变化的趋

势中，相同温度下的收缩率也极其接近。

（2）拉伸法生产的热收缩标签膜的横向收

缩率随温度的变化趋势

如图2所示，4号样的横向收缩率变化与前3

个样品的变化趋势一致，在53℃之前未发生变

化，在53℃时开始变化，随后随温度的升高收

图2 4

号膜的横向收缩率变化

（4）拉伸法生产的热收缩标签膜的纵向收

缩率随温度的变化趋势

如图4所示，4号样的纵向收缩率变化与前

3个样品的变化趋势一致，在60℃之前没有变

化，在60℃左右开始收缩，在65~70℃之间存

在一个较大的波动峰，最大值7.8%。80℃之后

收缩率变化趋于稳定。通过图3、图4的对比可

知，压延拉伸法生产的热收缩标签膜的纵向收

缩率明显高于吹膜法生产的，最终纵向收缩率

可以保持7%左右。

图31、2和3号膜的纵向收缩率对比

2.2分析讨论

P V C热收缩标签膜温度—热收缩曲线，所表示的其实是不同温度下热收缩膜在纵、横向方面的解取向程度。

P V C为非等规聚合物，即非晶态，在外力作用下，它的分子取向有链段取向和分子链取向。无论二次吹胀的吹膜工艺，还是压延拉伸的拉伸工艺，其获取收缩性的加工温度区间都在P V C材料的高弹态，高弹态下整条分子链运动速度很慢，一般不发生分子链取向，主要是链段取向。同时，由于横向方面需要极高的收缩性能，因此二次成型过程中会对材料在横向方面施以较强拉力，不仅使分子链段形成统一有序化的排列取向，也使具有较小运动单元如侧基，改性剂链段等在横向方面产生取向。

P V C热收缩膜中被“冻结”的已取向的链段及分子链，处于热力学非平衡状态，依照热力学第一和第二定律，其熵值△S＜0，有熵值增加的自发趋势，要使其分子链恢复到以前的卷曲无序状态，必须吸收一定能量，即只有在升高温度的条件下才能实现。因此，在升高温度的环境中，解取向是自发进行的。

P V C热收缩标签膜一般出厂前都会经过一定温度和时间的定型处理，使薄膜产生一定的预收缩。因此，从实验曲线来看，温度低于53℃时，薄膜在纵、横向方面均未出现收缩现象。此时，薄膜处于玻璃态，P V C分子链和链段都处于完全“冻结”状态。

当温度大于53℃后，薄膜在横向方面开始产生收缩，但幅度很小，而纵向方面没有产生收缩。此时，处于玻璃态的P V C分子链和链段仍被“冻结”中，所以纵向方面没有发生收缩，横向方面所发生的小幅收缩现象，并不是P V C 链段解取向引起的收缩，而是在取向过程中高强压力下被定向的侧基改性剂链节等小运动单元发生解取向而造成的。

当温度大于60℃时，横向收缩率曲线斜率开始增大，纵向方面开始发生收缩。此时材料仍处于玻璃态，但温度已接近材料的玻璃化温度（T

g

），纯P V C材料的玻璃化温度在80℃左右，由于P V C热收缩标签膜中加有5%左右的增塑剂和加工助剂、改性剂等组分，使材料的玻璃化温度下降，应在65℃左右。60℃时，由于温度已接近玻璃化温度，虽分子链段仍被“冻结”，但一些内部作用力稍差的薄弱环节上的链段或被增塑剂分子分隔开的一些大分子链段，将会有足够活化能克服分子内阻力，发生解取向。

当温度在65~70℃时，纵向收缩率达到最大值，横向收缩率增幅最大，曲线斜率也最大。此时温度已达到玻璃化温度，分子链段能自由运动。因此，大量链段会同时进行自发解取向。由于纵向方向取向较弱，恢复所需能量低，所以很快达到收缩最大值。而横向方面，因为分子链绝大多数链段都被进行了取向，且程度有一定差异，达到玻璃化温度时，链段可以自由运动，每个链段都会进行解取向。但此温度下，外界所提供的热量还无法满足所有链段解取向所需能量，因此，只有一些易解取向的链段进行解取向，横向方面达到一定收缩率。此温度下的P V C膜已由玻璃态转为高弹态。

温度在70~80℃时，横向收缩率缓慢增加到最大值，而纵向收缩率却小幅回落。随着温度增加，外界所提供的热能使分子链有足够能量使所有链段进行解取向，全部解取向的链节使横向收缩率达到最大值。同时，由于分子链上横向取向的链段都解取向，回缩成卷曲状态，横向收缩后，链段将向纵向“增长”，宏观体现

纵向收缩率小幅回落。图4 4号膜的纵向收缩率变化