塑料薄膜的表面性能及其常规处理

分类：技术教程日期：2009-02-04 00:00:00 来源：互联网

　　塑料薄膜在包装领域的应用最为广泛。塑料薄膜可用于食品包装、电器产品包装、日用品包装、服装包装等等。它们有一个共同点，就是对塑料薄膜都要进行彩色印刷，而作为食品包装还要进行多层复合或真空镀铝等工艺操作。因此，要求塑料薄膜表面自由能要高、湿张力要大，以有利於印刷油墨、粘合剂或镀铝层与塑料薄膜的牢固粘合；在塑料薄膜生产卷取和高速包装过程中，则要求薄膜表面有一定的摩擦性能防止薄膜粘连或打滑；在用於电器、电子产品等包装时，则要求薄膜具有一定的防静电性能等等。
　　塑料薄膜的表面张力
　　塑料薄膜的表面张力取决於塑料薄膜表面自由能大小，而薄膜表面能又取决於薄膜材料本身的分子结构。多数塑料薄膜如聚烯烃薄膜(LDPE、HDPE、LLDPE、PP)属非极性聚合物，其表面自由能小，表面湿张力较低，一般为30达因/厘米左右。理论上讲，若物体的表面张力低於33达因/厘米，普通的油墨或粘合剂就无法附着牢固，因此必须对其表面处理。聚酯类(PET、PBT、PEN、PETG)是属於极性高分子，其表面自由能较高，表面湿张力在40达因/厘米以上。但是对於高速彩色印刷或为增加真空镀铝层与BOPET薄膜表面之间的结合力，也还需要对BOPET薄膜进行表面处理，以进一步提高其表面湿张力。
　　塑料薄膜表面处理的方法有：电晕处理法、化学处理法、机械打毛法、涂层法等，其中最常采用的是电晕处理法。
　　电晕处理法的基本原理是：通过在金属电极与电晕处理辊(一般为耐高温、耐臭氧、高绝缘的硅橡胶辊)之间施加高频、高压电源，使之产生放电，於是使空气电离并形成大量臭氧。同时，高能量电火花冲击薄膜表面。在它们的共同作用下，使塑料薄膜表面产生活化、表面能增加。通过电晕处理可使聚烯烃薄膜的湿张力提高到38达因/厘米；可使聚酯薄膜的表面湿张力达到52-56达因/厘米以上。电晕处理塑料薄膜表面湿张力的大小与施加於电极上的电压高低、电极与电晕处理辊之间的距离等因素有关。当然，电晕处理应当适度，并非电晕处理强度越高越好。这里值得注意的是塑料薄膜与电晕处理辊之间应避免夹入空气，否则有可能使薄膜的反面也被电晕处理了。反面电晕造成的後果是：1有可能产生油墨印刷的反粘现象；2在镀铝时会发生镀铝层转移，在涂胶时会发生涂胶层转移。防止薄膜反面电晕的主要措施是要调节好电晕处理辊前的橡胶压紧辊的压力，压紧辊两端压力既要一致且压力大小又要合适。另外，电晕辊和压紧辊必须进行严格的动静平衡试验，径向跳动要求小於0.05毫米，目的是保证塑料薄膜平整地进入电晕辊、防止夹入空气，从而避免发生反面电晕的现象。
　　电晕处理有时效的问题，特别是在高温高湿的夏季，塑料薄膜电晕处理後的表面湿张力衰减比较严重。因此，塑料薄膜在电晕处理後最好能及时进行印刷或镀铝。如果塑料薄膜在电晕处理後放置时间过长，表面湿张力将会逐渐下降，甚至由於印刷面与非印刷面的表面湿张力趋於一样，印刷的薄膜面卷取後很容易发生油墨被反粘到非印刷面上，即所谓的“反粘”现象。为了防止“反粘”，一方面在薄膜印刷时要彻底乾燥油墨；另一方面要保证印刷面有足够的表面湿张力，使印刷面与非印刷面的表面湿张力之差愈大愈好。
　　涂层法也是提高塑料薄膜表面性能的一种有效途径。所谓涂层法，是在薄膜表面涂布一层某种高分子溶液，例如聚丙烯酸酯类、改性聚酯类等高分子溶液的涂层。对BOPET薄膜来说，涂布的工艺是：在纵拉机(MDO)与横拉机(TDO)之间，配有一台在线涂布机，经过纵向拉伸的PET薄膜立即通过在线涂布机进行高分子溶液涂布，随後进入TDO进行横向拉伸，在横拉机中高分子溶液的溶剂被乾燥挥发後便在PET薄膜表面留下一层所涂布的高分子聚合物。实验表明，在BOPET薄膜表面涂上改性聚酯涂层後，可使薄膜表面湿张力增加到56MN/m以上。而且，涂布法一大优点是薄膜表面湿张力不会因为高温、高湿的气候条件而衰减，而且耐水、耐溶剂性优良。
　　塑料薄膜的表面粗糙度
　　塑料薄膜的表面一般非常光滑，但光滑的表面在薄膜收卷时会产生粘连，无法正常收卷，也不容易放卷。同时，光滑的薄膜表面对油墨印刷和真空镀铝也很不利。因为光滑的表面会大大降低油墨或镀铝层与塑料薄膜之间的附着力，包括胶粘剂与铝箔和塑料薄膜之间的附着力。为了使塑料薄膜表面具有一定的粗糙度，以增加薄膜与其它物质的黏结力，通常采用在树脂中添加某种抗粘连剂的方法，使其在成膜过程中的薄膜表面形成一定的粗糙度。薄膜表面粗糙度的大小与添加剂(抗粘连剂)的种类、添加剂的添加量、添加剂的粒径与形状、添加剂的分散性、添加剂的表面处理等因素有关。常用的添加剂有：SiO2、TiO2、CaCO3、Al2O3、MgO、BaSO4、高岭土等，需要根据薄膜用途的不同而选用不同的添加剂。随着薄膜中添加剂含量的增加，薄膜的磨擦系数μs下降，表面粗糙度增大。
　　恰当的表面粗糙度和摩擦系数，有利于印刷、镀铝表面粗糙度是指薄膜表面所具有的在较小间距上的微小峰谷不平度的微观几何尺寸特征的综合评价。表面粗糙度(以前称为表面光洁度)用Ra、Rz、Rt来表徵。Ra(轮廓平均算术偏差)：在测定长度内，被测轮廓线上各点至轮廓中线距离的和的平均值；Rz(不平度平均高度)：在测定长度内，轮廓线上5个最高峰与5个最低峰之间的平均值；Rt(从峰到谷的高度)：在测定长度内，轮廓线上最大的峰谷值(从峰到谷的高度)。
　　适当的表面粗糙度有利於油墨印刷和真空镀铝。但是，粗糙度过大可能会造成油墨或铝分子不能填满薄膜表面凹陷，形成空隙而影响两者之间的附着力，严重时会导致油墨或镀铝层与薄膜脱离分层。一般控制为Ra=0.08~0.16。
　　塑料薄膜表面的摩擦系数
　　在塑料薄膜和塑料包装袋的生产过程中，塑料薄膜的摩擦系数是一项重要的技术指标。一方面它和薄膜抗粘连性能一起成为塑料薄膜开口性的量化评定指标，另一方面又可作为自动包装机运行速度、张力调节、薄膜运行中磨损的参考数据之一。
　　在印刷、镀铝的过程中，同样对塑料薄膜的摩擦系数有一定的要求。薄膜表面摩擦系数与其表面的粗糙度成线性关系。在一定范围内，表面粗糙度越大，磨擦系数越小。也就是说，降低薄膜表面的摩擦系数对印刷、镀铝有利，有利於增加它们与塑料薄膜之间的结合面，有利於提高它们之间的粘合力。一般要求摩擦系数在0.4左右。摩擦系数的大小同样也是通过使用添加剂来进行调节的。

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