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电晕处理于BOPP薄膜加工上的应用
 
陈岳
(湛江包装材料企业有限公司,524022)
 
摘要:本文主要对电晕处理在BOPP加工上的测试、控制以及对薄膜性能的影响等几方面进探讨。重点讨论了影响电晕处理效果的因素,包括有电极类型、薄膜温度、生产线速度、电极排风量、表面材料和表面材料等几方面。另外就薄膜的摩擦系数、收缩率和热封强度等方面的物理性能与电晕处理的关系进行了探讨。
 
关键词:BOPP薄膜;电晕处理;测试;控制; 薄膜性能
 
....BOPP在应用于食品、挂历、画册、胶粘带等时,往往需要进行印刷、涂层、粘合等操作,由于聚丙烯材料本身的表面张力值相对偏低,仅为31达因,而在应用于上述几方面时,一般要求薄膜单面表面张力强度在38达因以上,因此,在生产BOPP时往往需要对薄膜进行表面处理,提高其表面张力,改善聚合物的粘接性和润湿性,以满足使用的要求。
 
....常用的表面处理方式有两种:一为电晕处理;另一为火焰处理。电晕处理的原理是薄膜经过有高压存在的两电极间,高压使电极间的空气发生电离,使电极间产生电子流,在薄膜表面形成氧化极化基,使薄膜表面产生极性,便于印刷油墨吸附;火焰处理是用特指的喷灯,燃烧一定组成和配比的煤气和空气,形成温度高达2100~2800℃的氧化火焰,来达到在瞬间改变薄膜表面性能的目的,在实际处理过程中,火焰的温度、火焰与薄膜之间的距离和处理时间是影响处理效果的重要因素。在实际应用上,由于电晕处理简便易行,处理效果好,因此在BOPP的设备生产厂家基本上都采用这一方式。以下是对电晕处理在BOPP加工上的测试、控制以及对薄膜性能的影响等几方面进探讨。
 
1.1 BOPP薄膜电晕处理强度的测定
 
....通常用于BOPP薄膜的表面张力的测试办法是涂液法,其原理是利用甲酰胺和乙二醇乙酯两种液体按不同比例进行混合,得到一系列不同达因值的测试液(见表一),操作时,将测试液涂拭在薄膜表面上,于2秒钟液面破裂的测试液所对应的达因值即表示薄膜电晕处理强度。
 
....作为三层共挤的烟膜,其表层主要成份是具有自粘合的聚丙烯共聚物,目前国内外常用的BOPP热封材料主要有聚丙烯无规二元共聚物(乙烯/丙烯共聚物)如SOWAY KS413、Montel PLZ697、CHISSO XF7511等,无规三元共聚物(丙烯/乙烯/丁烯共聚物)如Solvay KS309、Sumitomo SP89 E-1、Montel EP3C39F以及混合物(三元共聚物与丁烯的混合物)如Schulman IS2739 ,这三种热封材料各具特点,它们对烟膜的热封性能具有不同的影响。
 
甲酰胺,%
乙二醇乙醚,%
达因值(dym/cm)
甲酰胺
乙二醇乙醚,%
达因值(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 表面张力的测试液的配制
 
2.BOPP薄膜电晕处理强度的影响因素
 
....电晕处理器由电极、高电位器及硅橡胶辊组成,当电压通过1~2MM的空气间隙时,就会产生连续放电,另外为了排除所产生的臭氧及降温,用抽风风机把电晕处理器附近的空气往外排走以及在硅橡胶辊内部利用工艺水冷散热。影响电晕处理效果的因素主要有以下几种:
 
2.1电极类型
 
....电晕处理的效果与电极的设计有较大关系。设备上采用单电极或双电极方式在处理效果上有一定的差别,双电极比较于单电极有几方面优点:1》能产生更高处理值,耗能更低; 2》能减少储存时,表面张力的下降;3》减少薄膜在电晕处理过程中的受热;4》减少表面感应的静电。
 
2.2薄膜温度
 
....BOPP是挤出厚片经激冷后,再经纵、横二个方向拉伸后所制得的薄膜,在进入牵引单元后,通过冷却、切边、测厚、预热等工序,然后再进行电晕处理。这时薄膜的温度对电晕处理的效果有直接的影响,而薄膜温度则主要由预热辊的设定温度进行控制,下表为采用单电极生产20微米印刷膜,在其它工艺条件不变的情况下,预热辊的设定温度与电晕处理的达因值的对应关系。
 
设定温度(℃)
25
30
35
40
达因值(dym/cm)
41
42
43
45
 
表2 单电极生产20微米印刷膜时预热辊的设定温度与电晕处理强度的关系
 
....由以上表格可以看出,随着薄膜的温度的升高,薄膜的表面处理达因值也同时升高。通过预热辊的设定温度来调整薄膜的表面处理达因值,是在工艺控制中经常采用的有效方法之一。
 
2.3生产线速度
 
....生产线速度是影响电晕处理效果另一重要因素。BOPP薄膜是在极短的时间内通过高压电极间隙,而使表面达因值得以提高,于高压电极间隙内停留时间的长短,会影响薄膜的电晕处理效果。以28微米粘胶带基膜的生产为例,随着线速度的不同,要达到相同的处理效果,电极电压的调整见表三。
 
....由图2可以看出,在一定的热封范围内,薄膜的热封强度随着热封层厚度的增加而增加。在实际生产中应根据使用需要来控制热封层厚度,一般情况下22u标准烟膜的热封层厚度为0.8 ~ 1.2u ,对包装速度较慢的条包烟膜,由于使用时热封时间稍长,可适当调薄热封层厚度。
 
达因值(dym/cm) 44 44 44 44
线速度(m/min) 155 165 175 185
电极电压(kv) 7.0 7.6 8.0 8.2
 
表3 生产线速度与电极电压(双极)对应关系
 
....由此可见,电晕处理的电极电压要随着生产线速度的变化要作出相应的调整,随着生产线速度的增大而增大。
 
2.4电极排风量
 
....在电晕处理过程中,随着空气离子化,会产生等离子体,其中包含有电子、氧离子、臭氧等,等离子体会渗透薄膜,破坏其它化学键,激发自由游离基,与氧气离子起作用成氧化极化基,这些基团会对薄膜的表面润湿特性产生影响。从另一方面来说,等离子体在薄膜表面的浓度会直接影响电晕处理的效果。一般而言,电极排风阀门的开启度越大,薄膜的表面处理达因值会越小;反之,电极排风阀门的开启度越小,薄膜的表面处理达因值会越大。
 
2.5 表面材料
 
....BOPP的生产会涉及到不同的材料及添加母料。从用途上区分,BOPP可分作热封型和非热封型两大类,在表层的基本材料中分别是到共聚物及均聚物,由于两者材料本身的差异,在经受同样的电晕处理后,两者表面张力有一定的差异,一般来说,对于共聚物,如目前国内外常用的SOLVAY KS413、MONTEL PLZ679、BASEAL EP5C37等,离子体渗透进薄膜的表面效能比均聚物更大,所以热封型薄膜会更加容易达到更高的处理强度。
 
....此外,在热封型薄膜的配方设计上,通常为了适应包装机器的要求,需要使用爽滑剂来改善薄膜的摩擦性能,在选择爽滑剂时要尽可能避免使用硅酮类爽滑剂,这是由于硅酮的表面张力比较低,在常温下约为12达因,与PP的31达因有较大的差距,使用硅酮类爽滑剂会大幅降低BOPP的表面张力值。
 
....抗静电剂对BOPP薄膜电晕处理效果也会有一定的影响。在BOPP薄膜的生产中,抗静电剂大多数添加在芯层,由于抗静电剂的具有迁移性,渗透出表面的抗静电剂会影响薄膜的表面电晕处理特性,处理强度值会有一定程度的降低。
 
2.6表面材料
 
....BOPP薄膜在生产后还会发生结构状态的变化,在几天内,聚合物由无定形变化成晶体形,从而影响电晕处理的效果。处理强度会随着时间的推移先是逐步下降,最后渐渐保持稳定。电晕处理的消减幅度与贮存温度有关,温度越高,消减幅度越快。
 
3.电晕处理对薄膜物理特性的影响
 
....电晕处理除了可以改变薄膜的表面达因值外,还会对薄膜的其他物理性能产生影响,主要包括以下几方面:
 
3.1摩擦系数
 
....由于电晕处理的原理是薄膜经过有两高压电极产生电子流,使薄膜表面产生极性,而薄膜处理面与非薄膜处理面相比,位于薄膜芯层的添加剂(包括抗静电剂及爽滑剂)更加容易通过薄膜处理面渗出。以ABA类型薄膜即内、外两面配方结构相同的薄膜为例,未经电晕处理的薄膜内、外两面的摩擦系数是一致的,但是在经过电晕处理后,薄膜处理面的摩擦系数值比非处理面的摩擦系数值低。表四是经单面电晕处理的22微米ABA类型普通小包烟膜在生产后,处理面与非处理面的静、动摩擦系数的跟踪测试比较。
 
测试时间
处理面
非处理面
静摩擦系数
动摩擦系数
静摩擦系数
动摩擦系数
即测 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 单面电晕处理的22微米ABA类型普通小包烟膜的两面摩擦系数跟踪测试比较
 
....表四的数据可看出,从生产到14天,薄膜芯层的添加剂处于高速的迁移期,处理面与非处理面的静、动摩擦系数都呈快速下降趋势,14天后数值趋于稳定。由整体上比较,处理面的摩擦系数较非处理面的摩擦系数低。
 
3.2收缩率
 
....由于电晕处理的过程中会产生一定的热量,因此薄膜的收缩率会有一定程度的下降。
 
3.3热封强度
 
....在生产BOPP热封型薄膜时,表层使用的材料为乙烯-丙烯共聚物。如在前面所提及到的,在实际生产上如需达到同样的处理强度,共聚物仅需要比较低的处理电压值。但需要注意的是,过高的电晕处理值会引发共聚物间的交联作用,导致热封型薄膜失去热封效能。因此在实际生产热封型薄膜中,尤其是调节较高电晕处理值时,热封强度是一项必备的检测措施。
 
4 结论
 
(1) 电晕处理应用于BOPP薄膜生产时,测试时基本采用涂液法。
 
(2) 影响电晕处理效果的主要包括有电极类型、薄膜温度、生产线速度、电极排风量、表面材料和表面材料等几方面因素。
 
(3) 电晕处理会影响薄膜的摩擦系数、收缩率和热封强度等方面的物理性能。
 
参考文献
 
[1]M.建臣,舒尔曼塑料公司BOPP交流会,1993。
 
[2]尹燕平,双向拉伸塑料薄膜[M],北京;化学工业出版社,1999。
 
     
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