塑料薄膜的表面性能及其常規(guī)處理
塑料薄膜在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛。塑料薄膜可用于食品包裝、電器產(chǎn)品包裝、日用品包裝、服裝包裝等等。它們有一個共同點(diǎn)，就是對塑料薄膜都要進(jìn)行彩色印刷，而作為食品包裝還要進(jìn)行多層復(fù)合或真空鍍鋁等工藝操作。因此，要求塑料薄膜表面自由能要高、濕張力要大，以有利於印刷油墨、粘合劑或鍍鋁層與塑料薄膜的牢固粘合；在塑料薄膜生產(chǎn)卷取和高速包裝過程中，則要求薄膜表面有一定的摩擦性能防止薄膜粘連或打滑；在用於電器、電子產(chǎn)品等包裝時，則要求薄膜具有一定的防靜電性能等等。
塑料薄膜的表面張力
塑料薄膜的表面張力取決於塑料薄膜表面自由能大小，而薄膜表面能又取決於薄膜材料本身的分子結(jié)構(gòu)。多數(shù)塑料薄膜如聚烯烴薄膜(LDPE、HDPE、LLDPE、PP)屬非極性聚合物，其表面自由能小，表面濕張力較低，一般為30達(dá)因/厘米左右。理論上講，若物體的表面張力低於33達(dá)因/厘米，普通的油墨或粘合劑就無法附著牢固，因此必須對其表面處理。聚酯類(PET、PBT、PEN、PETG)是屬於極性高分子，其表面自由能較高，表面濕張力在40達(dá)因/厘米以上。但是對於高速彩色印刷或?yàn)樵黾诱婵斟冧X層與BOPET薄膜表面之間的結(jié)合力，也還需要對BOPET薄膜進(jìn)行表面處理，以進(jìn)一步提高其表面濕張力。
塑料薄膜表面處理的方法有：電暈處理法、化學(xué)處理法、機(jī)械打毛法、涂層法等，其中最常采用的是電暈處理法。
電暈處理法的基本原理是：通過在金屬電極與電暈處理輥(一般為耐高溫、耐臭氧、高絕緣的硅橡膠輥)之間施加高頻、高壓電源，使之產(chǎn)生放電，於是使空氣電離并形成大量臭氧。同時，高能量電火花沖擊薄膜表面。在它們的共同作用下，使塑料薄膜表面產(chǎn)生活化、表面能增加。通過電暈處理可使聚烯烴薄膜的濕張力提高到38達(dá)因/厘米；可使聚酯薄膜的表面濕張力達(dá)到52-56達(dá)因/厘米以上。電暈處理塑料薄膜表面濕張力的大小與施加於電極上的電壓高低、電極與電暈處理輥之間的距離等因素有關(guān)。當(dāng)然，電暈處理應(yīng)當(dāng)適度，并非電暈處理強(qiáng)度越高越好。這里值得注意的是塑料薄膜與電暈處理輥之間應(yīng)避免夾入空氣，否則有可能使薄膜的反面也被電暈處理了。反面電暈造成的後果是：1有可能產(chǎn)生油墨印刷的反粘現(xiàn)象；2在鍍鋁時會發(fā)生鍍鋁層轉(zhuǎn)移，在涂膠時會發(fā)生涂膠層轉(zhuǎn)移。防止薄膜反面電暈的主要措施是要調(diào)節(jié)好電暈處理輥前的橡膠壓緊輥的壓力，壓緊輥兩端壓力既要一致且壓力大小又要合適。另外，電暈輥和壓緊輥必須進(jìn)行嚴(yán)格的動靜平衡試驗(yàn)，徑向跳動要求小於0.05毫米，目的是保證塑料薄膜平整地進(jìn)入電暈輥、防止夾入空氣，從而避免發(fā)生反面電暈的現(xiàn)象。
電暈處理有時效的問題，特別是在高溫高濕的夏季，塑料薄膜電暈處理後的表面濕張力衰減比較嚴(yán)重。因此，塑料薄膜在電暈處理後最好能及時進(jìn)行印刷或鍍鋁。如果塑料薄膜在電暈處理後放置時間過長，表面濕張力將會逐漸下降，甚至由於印刷面與非印刷面的表面濕張力趨於一樣，印刷的薄膜面卷取後很容易發(fā)生油墨被反粘到非印刷面上，即所謂的“反粘”現(xiàn)象。為了防止“反粘”，一方面在薄膜印刷時要徹底乾燥油墨；另一方面要保證印刷面有足夠的表面濕張力，使印刷面與非印刷面的表面濕張力之差愈大愈好。
涂層法也是提高塑料薄膜表面性能的一種有效途徑。所謂涂層法，是在薄膜表面涂布一層某種高分子溶液，例如聚丙烯酸酯類、改性聚酯類等高分子溶液的涂層。對BOPET薄膜來說，涂布的工藝是：在縱拉機(jī)(MDO)與橫拉機(jī)(TDO)之間，配有一臺在線涂布機(jī)，經(jīng)過縱向拉伸的PET薄膜立即通過在線涂布機(jī)進(jìn)行高分子溶液涂布，隨後進(jìn)入TDO進(jìn)行橫向拉伸，在橫拉機(jī)中高分子溶液的溶劑被乾燥揮發(fā)後便在PET薄膜表面留下一層所涂布的高分子聚合物。實(shí)驗(yàn)表明，在BOPET薄膜表面涂上改性聚酯涂層後，可使薄膜表面濕張力增加到56MN/m以上。而且，涂布法一大優(yōu)點(diǎn)是薄膜表面濕張力不會因?yàn)楦邷亍⒏邼竦臍夂驐l件而衰減，而且耐水、耐溶劑性優(yōu)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時會產(chǎn)生粘連，無法正常收卷，也不容易放卷。同時，光滑的薄膜表面對油墨印刷和真空鍍鋁也很不利。因?yàn)楣饣谋砻鏁蟠蠼档陀湍蝈冧X層與塑料薄膜之間的附著力，包括膠粘劑與鋁箔和塑料薄膜之間的附著力。為了使塑料薄膜表面具有一定的粗糙度，以增加薄膜與其它物質(zhì)的黏結(jié)力，通常采用在樹脂中添加某種抗粘連劑的方法，使其在成膜過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與添加劑(抗粘連劑)的種類、添加劑的添加量、添加劑的粒徑與形狀、添加劑的分散性、添加劑的表面處理等因素有關(guān)。常用的添加劑有：SiO2、TiO2、CaCO3、Al2O3、MgO、BaSO4、高嶺土等，需要根據(jù)薄膜用途的不同而選用不同的添加劑。隨著薄膜中添加劑含量的增加，薄膜的磨擦系數(shù)μs下降，表面粗糙度增大。
恰當(dāng)?shù)谋砻娲植诙群湍Σ料禂?shù)，有利于印刷、鍍鋁表面粗糙度是指薄膜表面所具有的在較小間距上的微小峰谷不平度的微觀幾何尺寸特征的綜合評價。表面粗糙度(以前稱為表面光潔度)用Ra、Rz、Rt來表徵。Ra(輪廓平均算術(shù)偏差)：在測定長度內(nèi)，被測輪廓線上各點(diǎn)至輪廓中線距離的和的平均值；Rz(不平度平均高度)：在測定長度內(nèi)，輪廓線上5個最高峰與5個最低峰之間的平均值；Rt(從峰到谷的高度)：在測定長度內(nèi)，輪廓線上最大的峰谷值(從峰到谷的高度)。
適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扔欣队湍∷⒑驼婵斟冧X。但是，粗糙度過大可能會造成油墨或鋁分子不能填滿薄膜表面凹陷，形成空隙而影響兩者之間的附著力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致油墨或鍍鋁層與薄膜脫離分層。一般控制為Ra=0.08~0.16。
塑料薄膜表面的摩擦系數(shù)
在塑料薄膜和塑料包裝袋的生產(chǎn)過程中，塑料薄膜的摩擦系數(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。一方面它和薄膜抗粘連性能一起成為塑料薄膜開口性的量化評定指標(biāo)，另一方面又可作為自動包裝機(jī)運(yùn)行速度、張力調(diào)節(jié)、薄膜運(yùn)行中磨損的參考數(shù)據(jù)之一。
在印刷、鍍鋁的過程中，同樣對塑料薄膜的摩擦系數(shù)有一定的要求。薄膜表面摩擦系數(shù)與其表面的粗糙度成線性關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，表面粗糙度越大，磨擦系數(shù)越小。也就是說，降低薄膜表面的摩擦系數(shù)對印刷、鍍鋁有利，有利於增加它們與塑料薄膜之間的結(jié)合面，有利於提高它們之間的粘合力。一般要求摩擦系數(shù)在0.4左右。摩擦系數(shù)的大小同樣也是通過使用添加劑來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
塑料薄膜的表面張力
塑料薄膜的表面張力取決於塑料薄膜表面自由能大小，而薄膜表面能又取決於薄膜材料本身的分子結(jié)構(gòu)。多數(shù)塑料薄膜如聚烯烴薄膜(LDPE、HDPE、LLDPE、PP)屬非極性聚合物，其表面自由能小，表面濕張力較低，一般為30達(dá)因/厘米左右。理論上講，若物體的表面張力低於33達(dá)因/厘米，普通的油墨或粘合劑就無法附著牢固，因此必須對其表面處理。聚酯類(PET、PBT、PEN、PETG)是屬於極性高分子，其表面自由能較高，表面濕張力在40達(dá)因/厘米以上。但是對於高速彩色印刷或?yàn)樵黾诱婵斟冧X層與BOPET薄膜表面之間的結(jié)合力，也還需要對BOPET薄膜進(jìn)行表面處理，以進(jìn)一步提高其表面濕張力。
塑料薄膜表面處理的方法有：電暈處理法、化學(xué)處理法、機(jī)械打毛法、涂層法等，其中最常采用的是電暈處理法。
電暈處理法的基本原理是：通過在金屬電極與電暈處理輥(一般為耐高溫、耐臭氧、高絕緣的硅橡膠輥)之間施加高頻、高壓電源，使之產(chǎn)生放電，於是使空氣電離并形成大量臭氧。同時，高能量電火花沖擊薄膜表面。在它們的共同作用下，使塑料薄膜表面產(chǎn)生活化、表面能增加。通過電暈處理可使聚烯烴薄膜的濕張力提高到38達(dá)因/厘米；可使聚酯薄膜的表面濕張力達(dá)到52-56達(dá)因/厘米以上。電暈處理塑料薄膜表面濕張力的大小與施加於電極上的電壓高低、電極與電暈處理輥之間的距離等因素有關(guān)。當(dāng)然，電暈處理應(yīng)當(dāng)適度，并非電暈處理強(qiáng)度越高越好。這里值得注意的是塑料薄膜與電暈處理輥之間應(yīng)避免夾入空氣，否則有可能使薄膜的反面也被電暈處理了。反面電暈造成的後果是：1有可能產(chǎn)生油墨印刷的反粘現(xiàn)象；2在鍍鋁時會發(fā)生鍍鋁層轉(zhuǎn)移，在涂膠時會發(fā)生涂膠層轉(zhuǎn)移。防止薄膜反面電暈的主要措施是要調(diào)節(jié)好電暈處理輥前的橡膠壓緊輥的壓力，壓緊輥兩端壓力既要一致且壓力大小又要合適。另外，電暈輥和壓緊輥必須進(jìn)行嚴(yán)格的動靜平衡試驗(yàn)，徑向跳動要求小於0.05毫米，目的是保證塑料薄膜平整地進(jìn)入電暈輥、防止夾入空氣，從而避免發(fā)生反面電暈的現(xiàn)象。
電暈處理有時效的問題，特別是在高溫高濕的夏季，塑料薄膜電暈處理後的表面濕張力衰減比較嚴(yán)重。因此，塑料薄膜在電暈處理後最好能及時進(jìn)行印刷或鍍鋁。如果塑料薄膜在電暈處理後放置時間過長，表面濕張力將會逐漸下降，甚至由於印刷面與非印刷面的表面濕張力趨於一樣，印刷的薄膜面卷取後很容易發(fā)生油墨被反粘到非印刷面上，即所謂的“反粘”現(xiàn)象。為了防止“反粘”，一方面在薄膜印刷時要徹底乾燥油墨；另一方面要保證印刷面有足夠的表面濕張力，使印刷面與非印刷面的表面濕張力之差愈大愈好。
涂層法也是提高塑料薄膜表面性能的一種有效途徑。所謂涂層法，是在薄膜表面涂布一層某種高分子溶液，例如聚丙烯酸酯類、改性聚酯類等高分子溶液的涂層。對BOPET薄膜來說，涂布的工藝是：在縱拉機(jī)(MDO)與橫拉機(jī)(TDO)之間，配有一臺在線涂布機(jī)，經(jīng)過縱向拉伸的PET薄膜立即通過在線涂布機(jī)進(jìn)行高分子溶液涂布，隨後進(jìn)入TDO進(jìn)行橫向拉伸，在橫拉機(jī)中高分子溶液的溶劑被乾燥揮發(fā)後便在PET薄膜表面留下一層所涂布的高分子聚合物。實(shí)驗(yàn)表明，在BOPET薄膜表面涂上改性聚酯涂層後，可使薄膜表面濕張力增加到56MN/m以上。而且，涂布法一大優(yōu)點(diǎn)是薄膜表面濕張力不會因?yàn)楦邷亍⒏邼竦臍夂驐l件而衰減，而且耐水、耐溶劑性優(yōu)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時會產(chǎn)生粘連，無法正常收卷，也不容易放卷。同時，光滑的薄膜表面對油墨印刷和真空鍍鋁也很不利。因?yàn)楣饣谋砻鏁蟠蠼档陀湍蝈冧X層與塑料薄膜之間的附著力，包括膠粘劑與鋁箔和塑料薄膜之間的附著力。為了使塑料薄膜表面具有一定的粗糙度，以增加薄膜與其它物質(zhì)的黏結(jié)力，通常采用在樹脂中添加某種抗粘連劑的方法，使其在成膜過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與添加劑(抗粘連劑)的種類、添加劑的添加量、添加劑的粒徑與形狀、添加劑的分散性、添加劑的表面處理等因素有關(guān)。常用的添加劑有：SiO2、TiO2、CaCO3、Al2O3、MgO、BaSO4、高嶺土等，需要根據(jù)薄膜用途的不同而選用不同的添加劑。隨著薄膜中添加劑含量的增加，薄膜的磨擦系數(shù)μs下降，表面粗糙度增大。
恰當(dāng)?shù)谋砻娲植诙群湍Σ料禂?shù)，有利于印刷、鍍鋁表面粗糙度是指薄膜表面所具有的在較小間距上的微小峰谷不平度的微觀幾何尺寸特征的綜合評價。表面粗糙度(以前稱為表面光潔度)用Ra、Rz、Rt來表徵。Ra(輪廓平均算術(shù)偏差)：在測定長度內(nèi)，被測輪廓線上各點(diǎn)至輪廓中線距離的和的平均值；Rz(不平度平均高度)：在測定長度內(nèi)，輪廓線上5個最高峰與5個最低峰之間的平均值；Rt(從峰到谷的高度)：在測定長度內(nèi)，輪廓線上最大的峰谷值(從峰到谷的高度)。
適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扔欣队湍∷⒑驼婵斟冧X。但是，粗糙度過大可能會造成油墨或鋁分子不能填滿薄膜表面凹陷，形成空隙而影響兩者之間的附著力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致油墨或鍍鋁層與薄膜脫離分層。一般控制為Ra=0.08~0.16。
塑料薄膜表面的摩擦系數(shù)
在塑料薄膜和塑料包裝袋的生產(chǎn)過程中，塑料薄膜的摩擦系數(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。一方面它和薄膜抗粘連性能一起成為塑料薄膜開口性的量化評定指標(biāo)，另一方面又可作為自動包裝機(jī)運(yùn)行速度、張力調(diào)節(jié)、薄膜運(yùn)行中磨損的參考數(shù)據(jù)之一。
在印刷、鍍鋁的過程中，同樣對塑料薄膜的摩擦系數(shù)有一定的要求。薄膜表面摩擦系數(shù)與其表面的粗糙度成線性關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，表面粗糙度越大，磨擦系數(shù)越小。也就是說，降低薄膜表面的摩擦系數(shù)對印刷、鍍鋁有利，有利於增加它們與塑料薄膜之間的結(jié)合面，有利於提高它們之間的粘合力。一般要求摩擦系數(shù)在0.4左右。摩擦系數(shù)的大小同樣也是通過使用添加劑來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
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