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                        電暈處理于BOPP薄膜加工上的應用
                         
                        陳岳
                        (湛江包裝材料企業有限公司,524022)
                         
                        摘要:本文主要對電暈處理在BOPP加工上的測試、控制以及對薄膜性能的影響等幾方面進探討。重點討論了影響電暈處理效果的因素,包括有電極類型、薄膜溫度、生產線速度、電極排風量、表面材料和表面材料等幾方面。另外就薄膜的摩擦系數、收縮率和熱封強度等方面的物理性能與電暈處理的關系進行了探討。
                         
                        關鍵詞:BOPP薄膜;電暈處理;測試;控制; 薄膜性能
                         
                        ....BOPP在應用于食品、掛歷、畫冊、膠粘帶等時,往往需要進行印刷、涂層、粘合等操作,由于聚丙烯材料本身的表面張力值相對偏低,僅為31達因,而在應用于上述幾方面時,一般要求薄膜單面表面張力強度在38達因以上,因此,在生產BOPP時往往需要對薄膜進行表面處理,提高其表面張力,改善聚合物的粘接性和潤濕性,以滿足使用的要求。
                         
                        ....常用的表面處理方式有兩種:一為電暈處理;另一為火焰處理。電暈處理的原理是薄膜經過有高壓存在的兩電極間,高壓使電極間的空氣發生電離,使電極間產生電子流,在薄膜表面形成氧化極化基,使薄膜表面產生極性,便于印刷油墨吸附;火焰處理是用特指的噴燈,燃燒一定組成和配比的煤氣和空氣,形成溫度高達2100~2800℃的氧化火焰,來達到在瞬間改變薄膜表面性能的目的,在實際處理過程中,火焰的溫度、火焰與薄膜之間的距離和處理時間是影響處理效果的重要因素。在實際應用上,由于電暈處理簡便易行,處理效果好,因此在BOPP的設備生產廠家基本上都采用這一方式。以下是對電暈處理在BOPP加工上的測試、控制以及對薄膜性能的影響等幾方面進探討。
                         
                        1.1 BOPP薄膜電暈處理強度的測定
                         
                        ....通常用于BOPP薄膜的表面張力的測試辦法是涂液法,其原理是利用甲酰胺和乙二醇乙酯兩種液體按不同比例進行混合,得到一系列不同達因值的測試液(見表一),操作時,將測試液涂拭在薄膜表面上,于2秒鐘液面破裂的測試液所對應的達因值即表示薄膜電暈處理強度。
                         
                        ....作為三層共擠的煙膜,其表層主要成份是具有自粘合的聚丙烯共聚物,目前國內外常用的BOPP熱封材料主要有聚丙烯無規二元共聚物(乙烯/丙烯共聚物)如SOWAY KS413、Montel PLZ697、CHISSO XF7511等,無規三元共聚物(丙烯/乙烯/丁烯共聚物)如Solvay KS309、Sumitomo SP89 E-1、Montel EP3C39F以及混合物(三元共聚物與丁烯的混合物)如Schulman IS2739 ,這三種熱封材料各具特點,它們對煙膜的熱封性能具有不同的影響。
                         
                        甲酰胺,%
                        乙二醇乙醚,%
                        達因值(dym/cm)
                        甲酰胺
                        乙二醇乙醚,%
                        達因值(dym/cm)
                        0 100 30 67.5 32.5 41
                        2.5 97 31 71.5 28.5 42
                        10.5 89.5 32 74.7 25.3 43
                        19.0 81.0 33 78.0 22.0 44
                        26.5 73.5 34 80.3 19.7 45
                        35.0 65.0 35 83.0 17.0 46
                        42.5 57.5 36 87.0 13.0 48
                        48.5 51.5 37 90.7 9.7 50
                        54.0 46.0 38 93.7 6.3 52
                        59.0 41.0 39 96.5 3.5 54
                        63.5 36.5 40 99.0 1.0 56
                         
                        表1 表面張力的測試液的配制
                         
                        2.BOPP薄膜電暈處理強度的影響因素
                         
                        ....電暈處理器由電極、高電位器及硅橡膠輥組成,當電壓通過1~2MM的空氣間隙時,就會產生連續放電,另外為了排除所產生的臭氧及降溫,用抽風風機把電暈處理器附近的空氣往外排走以及在硅橡膠輥內部利用工藝水冷散熱。影響電暈處理效果的因素主要有以下幾種:
                         
                        2.1電極類型
                         
                        ....電暈處理的效果與電極的設計有較大關系。設備上采用單電極或雙電極方式在處理效果上有一定的差別,雙電極比較于單電極有幾方面優點:1》能產生更高處理值,耗能更低; 2》能減少儲存時,表面張力的下降;3》減少薄膜在電暈處理過程中的受熱;4》減少表面感應的靜電。
                         
                        2.2薄膜溫度
                         
                        ....BOPP是擠出厚片經激冷后,再經縱、橫二個方向拉伸后所制得的薄膜,在進入牽引單元后,通過冷卻、切邊、測厚、預熱等工序,然后再進行電暈處理。這時薄膜的溫度對電暈處理的效果有直接的影響,而薄膜溫度則主要由預熱輥的設定溫度進行控制,下表為采用單電極生產20微米印刷膜,在其它工藝條件不變的情況下,預熱輥的設定溫度與電暈處理的達因值的對應關系。
                         
                        設定溫度(℃)
                        25
                        30
                        35
                        40
                        達因值(dym/cm)
                        41
                        42
                        43
                        45
                         
                        表2 單電極生產20微米印刷膜時預熱輥的設定溫度與電暈處理強度的關系
                         
                        ....由以上表格可以看出,隨著薄膜的溫度的升高,薄膜的表面處理達因值也同時升高。通過預熱輥的設定溫度來調整薄膜的表面處理達因值,是在工藝控制中經常采用的有效方法之一。
                         
                        2.3生產線速度
                         
                        ....生產線速度是影響電暈處理效果另一重要因素。BOPP薄膜是在極短的時間內通過高壓電極間隙,而使表面達因值得以提高,于高壓電極間隙內停留時間的長短,會影響薄膜的電暈處理效果。以28微米粘膠帶基膜的生產為例,隨著線速度的不同,要達到相同的處理效果,電極電壓的調整見表三。
                         
                        ....由圖2可以看出,在一定的熱封范圍內,薄膜的熱封強度隨著熱封層厚度的增加而增加。在實際生產中應根據使用需要來控制熱封層厚度,一般情況下22u標準煙膜的熱封層厚度為0.8 ~ 1.2u ,對包裝速度較慢的條包煙膜,由于使用時熱封時間稍長,可適當調薄熱封層厚度。
                         
                        達因值(dym/cm) 44 44 44 44
                        線速度(m/min) 155 165 175 185
                        電極電壓(kv) 7.0 7.6 8.0 8.2
                         
                        表3 生產線速度與電極電壓(雙極)對應關系
                         
                        ....由此可見,電暈處理的電極電壓要隨著生產線速度的變化要作出相應的調整,隨著生產線速度的增大而增大。
                         
                        2.4電極排風量
                         
                        ....在電暈處理過程中,隨著空氣離子化,會產生等離子體,其中包含有電子、氧離子、臭氧等,等離子體會滲透薄膜,破壞其它化學鍵,激發自由游離基,與氧氣離子起作用成氧化極化基,這些基團會對薄膜的表面潤濕特性產生影響。從另一方面來說,等離子體在薄膜表面的濃度會直接影響電暈處理的效果。一般而言,電極排風閥門的開啟度越大,薄膜的表面處理達因值會越小;反之,電極排風閥門的開啟度越小,薄膜的表面處理達因值會越大。
                         
                        2.5 表面材料
                         
                        ....BOPP的生產會涉及到不同的材料及添加母料。從用途上區分,BOPP可分作熱封型和非熱封型兩大類,在表層的基本材料中分別是到共聚物及均聚物,由于兩者材料本身的差異,在經受同樣的電暈處理后,兩者表面張力有一定的差異,一般來說,對于共聚物,如目前國內外常用的SOLVAY KS413、MONTEL PLZ679、BASEAL EP5C37等,離子體滲透進薄膜的表面效能比均聚物更大,所以熱封型薄膜會更加容易達到更高的處理強度。
                         
                        ....此外,在熱封型薄膜的配方設計上,通常為了適應包裝機器的要求,需要使用爽滑劑來改善薄膜的摩擦性能,在選擇爽滑劑時要盡可能避免使用硅酮類爽滑劑,這是由于硅酮的表面張力比較低,在常溫下約為12達因,與PP的31達因有較大的差距,使用硅酮類爽滑劑會大幅降低BOPP的表面張力值。
                         
                        ....抗靜電劑對BOPP薄膜電暈處理效果也會有一定的影響。在BOPP薄膜的生產中,抗靜電劑大多數添加在芯層,由于抗靜電劑的具有遷移性,滲透出表面的抗靜電劑會影響薄膜的表面電暈處理特性,處理強度值會有一定程度的降低。
                         
                        2.6表面材料
                         
                        ....BOPP薄膜在生產后還會發生結構狀態的變化,在幾天內,聚合物由無定形變化成晶體形,從而影響電暈處理的效果。處理強度會隨著時間的推移先是逐步下降,最后漸漸保持穩定。電暈處理的消減幅度與貯存溫度有關,溫度越高,消減幅度越快。
                         
                        3.電暈處理對薄膜物理特性的影響
                         
                        ....電暈處理除了可以改變薄膜的表面達因值外,還會對薄膜的其他物理性能產生影響,主要包括以下幾方面:
                         
                        3.1摩擦系數
                         
                        ....由于電暈處理的原理是薄膜經過有兩高壓電極產生電子流,使薄膜表面產生極性,而薄膜處理面與非薄膜處理面相比,位于薄膜芯層的添加劑(包括抗靜電劑及爽滑劑)更加容易通過薄膜處理面滲出。以ABA類型薄膜即內、外兩面配方結構相同的薄膜為例,未經電暈處理的薄膜內、外兩面的摩擦系數是一致的,但是在經過電暈處理后,薄膜處理面的摩擦系數值比非處理面的摩擦系數值低。表四是經單面電暈處理的22微米ABA類型普通小包煙膜在生產后,處理面與非處理面的靜、動摩擦系數的跟蹤測試比較。
                         
                        測試時間
                        處理面
                        非處理面
                        靜摩擦系數
                        動摩擦系數
                        靜摩擦系數
                        動摩擦系數
                        即測 0.47 0.32 0.48 0.33
                        3天 0.42 0.28 0.45 0.30
                        7天 0.40 0.25 0.43 0.28
                        14天 0.36 0.24 0.40 0.27
                        21天 0.36 0.24 0.39 0.27
                        30天 0.35 0.24 0.39 0.26
                         
                        表4 單面電暈處理的22微米ABA類型普通小包煙膜的兩面摩擦系數跟蹤測試比較
                         
                        ....表四的數據可看出,從生產到14天,薄膜芯層的添加劑處于高速的遷移期,處理面與非處理面的靜、動摩擦系數都呈快速下降趨勢,14天后數值趨于穩定。由整體上比較,處理面的摩擦系數較非處理面的摩擦系數低。
                         
                        3.2收縮率
                         
                        ....由于電暈處理的過程中會產生一定的熱量,因此薄膜的收縮率會有一定程度的下降。
                         
                        3.3熱封強度
                         
                        ....在生產BOPP熱封型薄膜時,表層使用的材料為乙烯-丙烯共聚物。如在前面所提及到的,在實際生產上如需達到同樣的處理強度,共聚物僅需要比較低的處理電壓值。但需要注意的是,過高的電暈處理值會引發共聚物間的交聯作用,導致熱封型薄膜失去熱封效能。因此在實際生產熱封型薄膜中,尤其是調節較高電暈處理值時,熱封強度是一項必備的檢測措施。
                         
                        4 結論
                         
                        (1) 電暈處理應用于BOPP薄膜生產時,測試時基本采用涂液法。
                         
                        (2) 影響電暈處理效果的主要包括有電極類型、薄膜溫度、生產線速度、電極排風量、表面材料和表面材料等幾方面因素。
                         
                        (3) 電暈處理會影響薄膜的摩擦系數、收縮率和熱封強度等方面的物理性能。
                         
                        參考文獻
                         
                        [1]M.建臣,舒爾曼塑料公司BOPP交流會,1993。
                         
                        [2]尹燕平,雙向拉伸塑料薄膜[M],北京;化學工業出版社,1999。
                         
                             
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