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关于CPP薄膜表面润湿张力变化的分析
2006年7月18日 15:58  来源:塑料包装

    CPP薄膜作为软包装材料的复合材料,其主要作用是作为热封层,在后期的加工过程中需要进行复合和涂胶,而CPP薄膜的材料是聚烯烃,是非极性塑料,其表面不具有好的可粘性,即其表面润湿张力小,所以CPP薄膜在生产过程中必须经过电晕处理。而CPP薄膜在时效处理和存放过程中,其润湿张力会发生变化,而润湿张力的变化将严重影响到后期加工的复合和粘合强度的变化。本文将对CPP薄膜的张力的影响因数和变化规律进行分析,以期对CPP薄膜的生产经营有所帮助。

    1、表面处理的必要性

    由于聚烯烃薄膜材料(PE/PP/改性聚烯烃等)属于非极性的聚合物,其表面自由能相当低,仅2.9~3.0×10-6J/cm2(即29~30达因)。从理论上道,若某种物体的表面自由能低于3.3×10-6J/cm2,那么就无法附着目前已知的任何一种胶粘剂。故而,要使胶粘剂在聚烯烃表面获得一定的印刷牢度,就必须提高其表面自由能,根据目前的工艺要求,应达到3.8~4.0×10-6J/cm2才行。目前为止,国内外最普遍采用的塑料薄膜的有效表面处理方法就是电晕处理方法。

    2、电晕处理的原理

    2.1电晕处理的原理

    电晕处理是经高频高压电火花处理,使薄膜表面的链状分子断裂,链断裂时产生的自由基与空气电晕产物发生氧化、交联反应,在薄膜表面产生极性基团,部分极性基团注入薄膜内部使表面粗化,从而增大了薄膜的表面张力。薄膜在生产出来后,在应力恢复过程中,薄膜分子的进一步结晶会使其表面张力有所下降;而薄膜内具有迁移性添加剂向薄膜表面的迁移会使薄膜的表面张力下降;薄膜表面极性基团的移动过程也会使薄膜的表面张力下降。也就是我们常说的电晕值衰减。

    由于电晕处理一般在空气中进行,所以在高压、高频电火花的冲击条件下,一方面空气发生了电离,产生了各极性基团;另一方面聚烯烃分子结构中的双链特别是其支链上的双链更易打开。这样,就在处理的瞬间,各种极性基团与高聚物表面发生了接枝反应,从而使聚烯烃表面由非极性变成极性表面。可以这么说,经电晕放电处理后的聚烯烃表面,大约几个10-10m的厚度已变成了与原聚烯烃结构完全不同的极性物质,表面自由能由此大大提高,经测定可达3.8~4.0×10-6J/cm2。同时,高压高频电火花将薄膜材料表面通过冲击打毛(用高放大倍数的电子显微镜观察,可在处理表面看到小沟槽状凹凸不平),从而提高了胶粘剂和油墨的浸润性和接触面积。

    2.2检测方法

    检测电晕处理效果的简易方法,通常采用JISK-6763-71——聚乙烯与聚丙烯的浸润张力试验方法。用清洁棉球棒蘸取以上混合液之一,在试验薄膜上涂布约6cm2,此液膜保持2s以上,再用下一档表面张力高的混合液试验,当液在2s内破裂成小液滴时,则用比上一档表面张力低的混合液试验……,从而选定恰当的混合液表面张力作为薄膜润湿张力的试样,表1为混合液配制比例与润湿张力数据。薄膜的润湿张力大,说明薄膜与油墨及胶粘剂的亲和性良好。

    

    3、电晕值变化与原材料配方之间的关系

    CPP生产的配方有着很多的变化,CPP、MCP、RCP三种薄膜也有不同的配方,而且其生产原料来自不同的供应商,而供应商各自的生产工艺不同,有时差别还很大,由此带来的原料特性判别就很大,同样是均聚的PP,在做电晕层时,同样的电晕电流将获得不同的电晕值,同样的电晕值,其衰减也会不一样。同样的共聚PP,不同的生产商,会有不同的添加剂,也有不同的添加量(见第三条解释),在做中间层时,其向表面的迁移量就不会相同。因此不同的原材料配方,电晕衰减也不相同。

    4、电晕值与添加剂之间的关系

    因为原材料在生产过程中会加入一定量的添加剂,如钢铁爽浮雕剂、抗静电剂等,这些添加剂的分子在薄膜制成后,会迁移到薄膜的表面,破坏了薄膜的已成型的粗糙结构,使薄膜的表面张力下降。

    4.1同样的添加剂不同的配比(其他生产条件相同)

    添加剂品种相同而在原材料中的添加比例不同,对电晕值的衰减影响有很大的区别,若添加剂比例越高,其迁移至薄膜表面的量越大,那么电晕值的衰减也就越大。

    4.2相同的添加量,不同的添加剂(其他生产条件相同)

    在添加剂添加量相同时不同的添加剂也会使电晕值的衰减发生变化。如添加抗静电剂时,由于抗静电剂的组成成分不同,其具有氨类性质还是具有酯类性质,还是氨类性质酯类性质都具备,都是影响其往表面迁移的因素,所以相同的添加量不同的添加剂,制成膜的电晕衰减也不会相同。

    5、电晕值的变化与电晕强度的关系(其他生产条件相同)

    通常情况下,在电晕处理过程中,电晕强度越大,就会在电极处产生更高的电场,薄膜表面就会有更多、更短的自由基,薄膜表面的PP单体结构被破坏的程度将更大,对PP分子的进一步结晶是不利的。同时,由于大量的表面极性基团的存在而阻碍了迁移分子的移动,所以电晕处理强度大时而对应的其电晕值的衰减就慢。

    6、电晕值与生产线速度的关系(其他生产条件相同)

    在同样的电晕电流强度下,假设电晕处理一分钟的总能量为E,那么,在生产线速度为150m/min时,每米薄膜吸收的能量为E/150(不考虑能量损失)。在生产线速度为200m/min时,每米薄膜吸收的能量为E/200(不考虑能量损失)。明显的,生产线速度高,电晕处理的强度就低,反之则高。根据第5条的分析,电晕处理强度大时而对应的其电晕值的衰减就慢,因此,生产线速度低其薄膜的电晕值衰减就慢。

    7、电晕值与环境温度和湿度之间的关系

    环境温度越高,则环境传给薄膜分子的能量越高,热能转化为分子的动能和势能,导致膜表面极性基团及迁移性分子的加速度运动(如爽滑剂的分子由中间层向表面快速移动),其结果会导致薄膜的表面的电晕值的衰减加速。

    另外,空气湿度的变化,将在很大程度上影响到电晕的变化。因为空气中的水蒸汽将随着薄膜的变冷,会很快的吸附到薄膜的表面,一则是因为薄膜的表面相对来讲是比较光滑的,近乎于镜面,水蒸汽很容易在其表面形成凝结;同时,由于薄膜表面具有很强的静电,也会吸附水蒸汽。水蒸汽在薄膜表面凝结后,会降低薄膜表面的粗糙度,即逐渐降低了薄膜表面的电晕值。

    因此空气湿度小,则衰减就慢,反之,则衰减就快。

    8、结论

    综上所述,CPP薄膜的电晕衰减不仅仅取决于某一因素,影响其衰减的因素很多,而且其衰减的程度也会因为各种因素的变化而不同,如原料配方、添加剂的不同和添加量、生产线速度、电晕处理强度、环境温度和湿度等,因此说CPP薄膜的电晕衰减是综合因素共同影响的结果。

    在生产CPP时,如果只注重了薄膜的某一个性能,势必将牺牲薄膜的其他性能,只有进行综合的评价,才能够生产出用户适合和满意的产品。

    

 
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