BOPA薄膜是我們軟包裝運(yùn)用得比較多的薄膜，其表面物理特性包括薄膜的表面潤濕張力、粗糙度和摩擦系數(shù)等,這三項(xiàng)特性功能的參數(shù)穩(wěn)定，對(duì)提高塑料軟包裝的產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)健的作用, 萬萬不可輕視。
一、BOPA薄膜的表面潤濕張力
雖然B0PA薄膜屬于極性高聚合物，其表面自由能大，未處理時(shí)表面潤濕張力可達(dá)38~40達(dá)因，但對(duì)于高速印刷的油墨附著力和膠粘劑粘接力來說，還需要對(duì)BOPA薄膜進(jìn)行表面處理，以進(jìn)一步提高其表面潤濕張力。一般采用電暈法處理膜表面張力，可通過調(diào)節(jié)施加于電極上的功率、電極與電暈處理輥之間的距離等參數(shù)來控制塑料薄膜的表面張力。
BOPA薄膜經(jīng)過表面處理后張力可達(dá)52~56達(dá)因。若用于中間層的B0PA膜一定要使用雙面電暈處理，才能達(dá)到理想的復(fù)合牢固度，否則很容易引起復(fù)合脫層現(xiàn)象。尤其是用于高溫蒸煮袋中間層的尼龍薄膜，一定用雙面電暈處理，并且處理度應(yīng)偏大些較理想。處理時(shí)要防止電暈面擊穿，以免引起印刷脫墨或墨層粘拉等現(xiàn)象。
1、電暈處理法的基本原理
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，于是使空氣電離并形成大量臭氧。同時(shí)，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BOPA薄膜的表面潤濕張力達(dá)到52~56達(dá)因左右。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，電極與電暈處理輥之間的距離在通電一段時(shí)間后，電極與電暈輥間距中間段會(huì)有輕微下垂，要特別注意調(diào)整，同時(shí)保持電極表面的清潔度，定時(shí)清除附于電極表面的灰塵雜物，預(yù)防薄膜的反面也被電暈處理，或產(chǎn)生電暈擊穿現(xiàn)象，或電暈處理不足等現(xiàn)象，此將產(chǎn)生出許多質(zhì)量問題。
2、反面電暈產(chǎn)生的不良后果
有可能產(chǎn)生印刷油墨的反粘現(xiàn)象;真空鍍鋁時(shí)會(huì)發(fā)生鍍鋁層轉(zhuǎn)移;在涂膠復(fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生涂膠層轉(zhuǎn)移。
一般防止薄膜反面電暈的主要措施是：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(dòng)靜平衡試驗(yàn)，徑向跳動(dòng)要求小于0.05mm，目的是保證塑料薄膜平整地進(jìn)入電暈輥、防止夾帶空氣，從而避免發(fā)生反面也電暈的現(xiàn)象。因此在BOPA膜單面電暈處理過程中，要盡量避免反面也被電暈的現(xiàn)象，否則將適得其返。
3、電暈處理過大產(chǎn)生電暈擊穿的后果(單面電暈處理膜)
有人認(rèn)為強(qiáng)度過量的電暈處理可以增加薄膜附著性和干燥性，其實(shí)這完全是錯(cuò)誤的。電暈處理應(yīng)當(dāng)適度，并非電暈處理強(qiáng)度越高越好。電暈過度處理會(huì)產(chǎn)生損害薄膜的密封性能、降低阻隔性、保鮮性變差，膜層粘連、印膜粘拉脫落、熱封強(qiáng)度差等不良后果，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生電暈擊穿的微孔現(xiàn)象。
1)薄膜發(fā)生粘連，油墨產(chǎn)生反粘;
2)薄膜張力不足，油墨附著力下降;
3)熱封不良;電暈被擊穿后，熱封面與復(fù)合面形成帶有極性基團(tuán)的物質(zhì)，這種物質(zhì)不具有熱封性。不但熱封溫度加大，同時(shí)熱封強(qiáng)度下降。
4)嚴(yán)重時(shí)電暈擊穿產(chǎn)生微小孔，復(fù)合時(shí)膠滲透過電暈擊穿的小孔，與膜層間產(chǎn)生粘連。特別是無溶劑復(fù)合更加明顯。
BOPA膜電暈擊穿發(fā)生概率很少,產(chǎn)生擊穿出孔更少見，但一旦出現(xiàn)會(huì)非常隱蔽，難以發(fā)現(xiàn)，使企業(yè)難以找到真正的原因：
四川有家客戶反饋：他們?cè)谧瞿称放?a href="http://www.b2sx.com/othermsg/gongying/88.html" style="color:blue" target="_blank">包裝袋時(shí)，材料組合為BOPA//PE(1560um)。在印刷和無溶劑復(fù)合過程均未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，而在制袋過程中發(fā)現(xiàn)膜層粘連，但粘連面積僅是個(gè)別幾點(diǎn)，用醋酸乙酯溶劑可將附于表面物質(zhì)擦除。那么，這物質(zhì)從何而來?首先想到的是復(fù)合時(shí)膠液從膠輥兩邊甩膠噴射產(chǎn)生。經(jīng)仔細(xì)檢查，印膜粘連點(diǎn)在膜中間段，并且粘連范圍僅有個(gè)別幾個(gè)小點(diǎn)，而復(fù)合膜兩邊及復(fù)合壓輥、導(dǎo)輥無任何粘膠痕跡，也未發(fā)現(xiàn)粘邊現(xiàn)象。從而排除膠液甩膠噴射在尼龍膜面產(chǎn)生粘連。
另一方面，剛復(fù)合時(shí)并未發(fā)現(xiàn)粘連，經(jīng)熟化后在制袋過程中才出現(xiàn)。把同批號(hào)同規(guī)格尼龍膜印刷，而復(fù)合改用溶劑型膠粘劑復(fù)合也未發(fā)現(xiàn)膜間粘連現(xiàn)象，其間還進(jìn)行多種不同方式試驗(yàn)和查找，如用顏色液體包裹加壓查滲透、放大鏡檢查等。在用聚氨酯試劑檢測時(shí)，除有少量小白點(diǎn)、小黑點(diǎn)外其余都能顯現(xiàn)紅色，可見這些白點(diǎn)并非尼龍晶點(diǎn)。
再用光學(xué)顯微鏡對(duì)薄膜表面及截面進(jìn)行觀察分析，如查膜表面添加劑的分散情況(粒子的大小，分布是否均勻，與其他膜表面差異等)、截面觀察(各層厚薄均勻度、雜質(zhì)、晶點(diǎn)、黑點(diǎn)等)。通過表面把小白點(diǎn)放大，末見穿孔現(xiàn)象(已被膠液堵塞)(圖1、2)。進(jìn)一步將該復(fù)合袋表面經(jīng)紅外波檢測，小白點(diǎn)呈現(xiàn)為含有酯基的峰(圖3) 。再將小黑點(diǎn)截面進(jìn)行放大分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中有一個(gè)黑點(diǎn)有穿孔現(xiàn)象，且穿孔破裂開口在PE膜內(nèi)層處(圖4)，其余黑點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，因此可以理解為個(gè)別現(xiàn)象。小白點(diǎn)因面積太小做不了截面檢查。此外在熱封制袋時(shí)發(fā)現(xiàn)熱封溫度比以前提高近10~15℃，但熱封強(qiáng)度并沒多大變化。由此可以判斷阻隔熱封的物質(zhì)僅在表面層而不在熱封層，若在熱封層則是雙面都有阻隔熱封的物質(zhì)，熱封溫度必須提高很多，且熱封牢度又偏低容易撕開，表面層還會(huì)被燙壞。
于是我們分析可能是因?yàn)楸∧る姇灡粨舸┰斐傻恼尺B。該批薄膜在材料進(jìn)倉驗(yàn)收時(shí)，檢測BOPA膜表面電暈值達(dá)54dyn，基本符合要求。發(fā)生粘連后，對(duì)膜表面電暈值檢測，發(fā)現(xiàn)處理面電暈值高達(dá)62dyn左右。而PE膜無論表面電暈值或摩擦系數(shù)都在正常范圍內(nèi)。多種跡象表明，此膜在電暈時(shí)因電暈值過大而產(chǎn)生擊穿。膜層粘連是因?yàn)槟る姇灀舸┊a(chǎn)生的，用肉眼和放大鏡很難發(fā)現(xiàn)的微小孔，復(fù)合時(shí)膠液從中滲透形成了膜層粘連。用溶劑型膠粘劑復(fù)合, 由于復(fù)合工藝是干式復(fù)合，復(fù)合后膠液基本干燥，不存在膠的滲透和漏氣問題( 膠將小孔堵死了) 。但對(duì)于用無溶劑復(fù)合，效果就不一樣, 無溶劑復(fù)合膠的干燥是在熟化之后，由于無溶劑黏合劑分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于干式復(fù)合黏合劑，所以復(fù)合產(chǎn)品的固化反應(yīng)需要相對(duì)更長的時(shí)間。一般來講，復(fù)合膜收卷后，并且在熟化過程中粘合劑依然會(huì)流動(dòng)， 膠的二次流動(dòng)和膜層擠壓使膠透過微小孔慢慢滲透到膜層表面, 干燥后形成膜層粘拉現(xiàn)象。后將這批產(chǎn)生粘連的膜送日本有關(guān)機(jī)構(gòu)檢測，確認(rèn)為膜受電暈擊穿有微孔。
從復(fù)合袋表面紅外檢測波峰的結(jié)果看，白色斑點(diǎn)含有酯基峰，該處污染可能是膠水或者其他助劑噴濺到薄膜表面引起。(圖 3)
圖 3白點(diǎn) 紅外波譜圖
圖 4黑點(diǎn)截面放大圖
從上述案例我們可以發(fā)現(xiàn)，薄膜的電暈處理直接影響后加工的質(zhì)量，必須嚴(yán)格加以控制。同時(shí)我們要了解，電暈處理并不是越高越好,若處理程度不夠，薄膜的表面潤濕性沒有明顯改善，會(huì)出現(xiàn)油墨的附著力差等問題。反之，若處理程度過頭，會(huì)使薄膜表層老化，表面氧化過度而發(fā)脆,造成機(jī)械強(qiáng)度下降,膜背面會(huì)有點(diǎn)狀或條狀擊穿,產(chǎn)生熱封邊漏氣或破裂，光澤變差、表面分子交聯(lián)過多、熱封性變差、薄膜易粘連(特別是在夏季高溫天)，出現(xiàn)分切困難，使用時(shí)難以分開等毛病。
若用于中間層的尼龍膜,一定要使用雙面都經(jīng)電暈處理的為最佳選擇，一般用于雙電暈的尼龍膜應(yīng)達(dá)非處理面/處理面為48/54達(dá)因即可(或按客戶要求生產(chǎn))。因此，建議PE、PP薄膜一般電暈處理值不超過44 mN/m，BOPA膜一般電暈處理值不超過58mN/m。
總之，在滿足后加工要求前提下，應(yīng)防止處理過度。實(shí)際操作上常用臨界表面張力測試法來進(jìn)行檢測。
表一是各種塑料薄膜未經(jīng)電暈處理及電暈處理后表面張力(達(dá)因值、電暈值)及最佳表面張力指數(shù)表供參考。
表1
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電暈處理有時(shí)效的問題，特別是在高溫高濕的夏季，塑料薄膜電暈處理后的表面潤濕張力衰減比較嚴(yán)重。因此，塑料薄膜在電暈處理后最好能及時(shí)進(jìn)行印刷或鍍鋁。如果塑料薄膜在電暈處理后放置時(shí)間過長，表面潤濕張力將會(huì)逐漸下降，甚至?xí)霈F(xiàn)印刷面與非印刷面的表面潤濕張力趨于一致的現(xiàn)象，這時(shí)，印刷的薄膜面卷取后很容易發(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(shí)要油墨徹底干燥;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潤濕張力之差愈大愈好。
反之，如果薄膜表面電暈處理值太低也不好。BOPP等膜電暈處理面低于38dyn,PET低于48達(dá)因、OPA等膜電暈處理面低于52dyn, 或薄膜添加劑量超過500PPm時(shí), 爽滑性大, 爽滑劑表面游離析出物多, 會(huì)堵塞印版網(wǎng)點(diǎn)，產(chǎn)生印刷油墨附著不良,流平性差,而出現(xiàn)油墨印跡有針眼現(xiàn)象。
塑料薄膜電暈處理面不全面, 存在斷斷續(xù)續(xù)或局部無電火花處理也會(huì)產(chǎn)生印墨局部不規(guī)則針孔現(xiàn)象。另外，為了使印刷油墨能夠很好地附著在承印物表面上，承印物的達(dá)因值應(yīng)該比所用油墨的達(dá)因值高出大約8~10個(gè)達(dá)因，而凹版油墨一般表面能在36達(dá)因左右。水性油墨的表面能高于溶劑型油墨的表面能，所以其承印物也必須具有較高的表面達(dá)因值。因此用水性油墨在薄膜、金屬箔印刷時(shí)，應(yīng)該在開機(jī)印刷前對(duì)薄膜進(jìn)行二次處理。
二、BOPA表面粗糙度
表面光潔度一般控制為Ra=0.08~0.16。
BOPA薄膜的表面一般非常光滑，但光滑的表面在薄膜收卷時(shí)會(huì)產(chǎn)生粘連，無法正常收卷，也不容易放卷。同時(shí)，光滑的薄膜表面對(duì)油墨印刷和真空鍍鋁也很不利。因?yàn)楣饣谋砻鏁?huì)大大降低油墨或鍍鋁層與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，一般在高壓電場作用下，電子流對(duì)塑料薄膜進(jìn)行強(qiáng)有力的沖擊可使薄膜表面起毛，變得粗糙，增加表面積。當(dāng)膠粘劑與其表面接觸時(shí)，就可產(chǎn)生良好的浸潤，另外在樹脂中添加某種抗粘連劑，使其在成膜過程中的薄膜表面形成一定的粗糙度。此時(shí)，在高倍放大鏡下觀察處理后的薄膜，其表面明顯凹凸不平而且很粗糙，如圖6。塑料膜的表面粗糙度是薄膜的一個(gè)隱性指標(biāo)，是指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(píng)價(jià)。適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扔欣谟湍∷⒑驼婵斟冧X，特別是對(duì)淺網(wǎng)印刷尤為重要，如果粗糙度過大則可能會(huì)造成油墨分子或鋁分子不能填滿薄膜表面的凹穴，而產(chǎn)生印刷小網(wǎng)點(diǎn)丟失、鍍鋁膜有白點(diǎn)現(xiàn)象等而影響兩者之間的結(jié)合力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致分層，印刷產(chǎn)生空白點(diǎn)或復(fù)合不牢現(xiàn)象。包裝薄膜的表面粗糙度一般可以控制在Ra=0.08~0.16之間即可。膜的表面粗糙度與添加劑(抗粘連劑)的種類、添加量、粒徑與形狀、分散性、表面處理等因素有關(guān)。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，薄膜的摩擦系數(shù)μs下降，表面粗糙度增大。
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圖6薄膜表面放大圖
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圖7油墨、膠粘劑膜表面峰谷圖
三、BOPA薄膜的摩擦系數(shù)
一般B0PA膜處理面摩擦系數(shù)μs在0. 4~0. 7之間。
BOPA薄膜的摩擦系數(shù)分為動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)。靜摩擦系數(shù)是指兩接觸表面在相對(duì)移動(dòng)開始時(shí)的最大阻力與垂直施加于兩個(gè)接觸表面的法向力之比。動(dòng)摩擦系數(shù)是指兩接觸表面以一定速度相對(duì)移動(dòng)時(shí)的阻力與垂直施加于兩個(gè)接觸表面的法向力之比。
BOPA薄膜在生產(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(píng)定指標(biāo)，另一方面又可作為自動(dòng)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。摩擦系數(shù)的大小可以通過添加劑的選擇和用量來控制，若為自動(dòng)包裝產(chǎn)品，薄膜與設(shè)備接觸的那一面其摩擦系數(shù)在0. 25~0. 30之間為好。一般BOPA膜做印刷面時(shí)，由于后加工快速打碼的需求，膜未處理面摩擦系數(shù)應(yīng)在0.25以下，若摩擦系數(shù)太大，薄膜使用起來阻力較大，容易產(chǎn)生斷膜、破裂現(xiàn)象。隨著薄膜中添加劑含量的增加，薄膜的摩擦系數(shù)會(huì)變小，霧度會(huì)加大。
在印刷、鍍鋁的過程中，同樣對(duì)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(duì)印刷、鍍鋁有利，有利于增加它們與塑料薄膜之間的結(jié)合面，有利于提高它們之間的粘合力。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)。因此，膜在出廠前必須做好膜面與金屬(不銹鋼)面的摩擦系數(shù)檢測，若遇高濕高溫天氣或?qū)Ω咚俅虼a的產(chǎn)品，BOPA膜面不但要求吸濕性小并且表面摩擦系數(shù)也要小，BOPA膜超高爽滑膜表面摩擦系數(shù)一般可控制在0.15~0.25之間。
薄膜的摩擦系數(shù)不斷下降的原因是爽滑劑不斷地“外遷”到薄膜的表面并覆蓋了薄膜表面上越來越多的面積。如果已經(jīng)“外遷”到PE薄膜表面的爽滑劑由于某種原因“消失”或“減少”了，其結(jié)果就將是PE薄膜的表面摩擦系數(shù)“異常上升”。
以BOPA/PE結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜為例，對(duì)于卷繞狀態(tài)的復(fù)合薄膜，BOPA膜的內(nèi)表面是通過粘合劑的作用與PE膜的復(fù)合面粘接在一起的，BOPA膜的外表面則是在收卷張力的作用下與PE膜的熱封面緊緊地“靠”在一起的，油酸酰胺和芥酸酰胺既可以用于PE薄膜，也可以用于PP薄膜。假定1000 ppm的爽滑劑是加在PE膜的熱封層中的，即PE膜的芯層和復(fù)合層是不含爽滑劑的，那么，熱封層中的爽滑劑就會(huì)慢慢地向熱封層的表面和復(fù)合層及其表面發(fā)生遷移。而加工BOPA薄膜時(shí)是不使用酰胺類爽滑劑的，因此，遷移到熱封層表面的爽滑劑就可能向BOPA薄膜表面及其內(nèi)部發(fā)生遷移。遷移到PE膜復(fù)合面的爽滑劑一方面會(huì)導(dǎo)致剝離強(qiáng)度的下降，另一方面會(huì)導(dǎo)致PE膜熱封面有效爽滑劑數(shù)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致熱封面摩擦系數(shù)上升;遷移到PA薄膜表面及其內(nèi)部的爽滑劑一方面會(huì)導(dǎo)致PE膜熱封面上有效的爽滑劑數(shù)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致PE膜熱封面的摩擦系數(shù)上升，另一方面會(huì)使得PA薄膜外表面的摩擦系數(shù)下降。
一般印刷環(huán)境溫度對(duì)摩擦系數(shù)影響很大，因?yàn)楦邷貤l件下高分子材料大分子熱運(yùn)動(dòng)能力加強(qiáng)，活動(dòng)速度加快，分子間隙變大，表面性能發(fā)生變化會(huì)使薄膜摩擦系數(shù)隨之變化。另外，薄膜的爽滑性主要是通過添加爽滑劑來實(shí)現(xiàn)的，在薄膜成型后，特別是PP、PE膜的爽滑劑從薄膜內(nèi)遷移到表面，聚積成均勻的薄層，能夠顯著地降低薄膜的摩擦系數(shù)，使薄膜具有良好的爽滑效果。而這些助劑大多都是無機(jī)高分子材料(如胺類或酯類)，與樹脂相溶性不好，通常從30℃開始，常用的潤滑劑已接近其熔點(diǎn)而變得粘結(jié)，薄膜的摩擦系數(shù)便急劇上升，測試時(shí)施加的力會(huì)波動(dòng)很大，呈現(xiàn)一種間歇性滑動(dòng)或粘結(jié)效果。如果爽滑劑含量過高的話，還會(huì)影響到薄膜的印刷適性，這對(duì)印刷是極為不利的。因此，薄膜表面應(yīng)具有合適的爽滑性，以確保其能夠順利進(jìn)行高速印刷，常溫下一般要求普通BOPA薄膜表面未處理面的動(dòng)摩擦系數(shù)在0.2~0.4之間(不包括快速打碼用膜要求)。BOPA薄膜電暈處理面動(dòng)摩擦系數(shù)一般不高于0.7，使用起來出現(xiàn)故障概率少些。
