膜类产品电晕处理容易出现的问题以及注意事项

2019-11-16 23:05栏目:包装材料
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前言:

电晕处理是一种电击处理,它使承印物的表面具有更高的附着性。其原理是利用高频率高电压在被处理的塑料表面电晕放电(高频交流电压高达5000-15000V/m2),而产生低温等离子体,使塑料表面产生游离基反应而使聚合物发生交联。表面变粗糙并增加其对极性溶剂的润湿,这些离子体由电击和渗透进入被印体的表面破坏其分子结构,进而将被处理的表面分子氧化和极化,离子电击侵蚀表面,以致增加承印物表面的附着能力。

对在没有吸收性的塑料薄膜上进行印刷,相对于纸张印刷就需要解决许多印刷适性问题,其中最大的是塑料薄膜对印刷油墨附着性、亲和能力的问题:目前应用的塑料薄膜基本材料主要为聚丙烯、聚已烯、聚氯乙烯、聚酯等,其表面特性因分子结构基材的极性基团,结晶程度和塑料的化学稳定性等不同而且很大的差异,这些因素对印刷油墨层的粘附牢度影响很大,例如聚乙烯材料,它的分子结构为∈CH2-CH2∈n,因不含极性基团,化学稳定性高,能耐三酸二碱,甚至氢氟酸的腐蚀,在常温下溶于一般的有机和无机溶剂,但对烃类、油类的稳定性较差,可能引起溶胀或变色,在70℃以上能少量溶于氯化烃,四氢化萘等溶剂,另外从乙烯聚合成聚乙烯,在制造聚乙烯粒料过程中,按不同要求掺入了一定数量的助剂,附加剂,下开口剂,当吸膜定型后,这些助剂就浮在膜面,形成肉眼看不见油层,能使薄膜抗老化,透明度提高,光泽度增加,柔软性增加,但这些对印刷是完全不利的,使膜面不易粘合。其他物质因此在印刷之前,应视不同的塑料表面特性而确定是否需经过表面处理,以提高其印刷油墨粘附牢度。对属于极性结构的PS、PVC,印刷前不需要做表面预处理,但对于其表面结构是非极性的PP、PE、PET等,其化学稳定性极高,不易被大多数油墨溶剂所渗透和溶解,与油墨印刷的结合牢度很低,所以在印刷之前必须经过表面处理,表面处理的目的在于使塑料表层活化生成新的化学键使表面粗化,从而提高油墨与塑料表面的结合粘附牢度。在通常情况下,塑料表面处理的常用方法有以下几种:1、化学法:是强氧化的一种方法,由于膜面受到侵蚀形成羰基键。化学氧化处理是先将薄膜经过四氧化碳脱脂,然后浸入H2SO4 88.5%,K2Cr207 4.4%或H2CrO4 7.1%溶液中处理数分中,经水清洗和风干后,尽快地送去印刷。2、溶剂处理:利用某些有机溶剂或氯烃等洗擦处理表面,使聚烯烃的非结晶部分产生不同程度的熔解,形成粗糙不表的表面,然后以热空气进行干燥,通常用以下几种溶剂进行表面处理:二甲苯50%与乙醇50%相混,含有一定浓度的过氧化二苯甲酰等。3、电晕处理:①电晕处理原理与方法:电晕处理经常用在薄膜吹塑含温线上,因为塑料薄膜中常加入抗氧剂和爽滑剂等助剂,这些助剂有时效性,电晕处理后,即刻印刷,效果最好。电晕处理装置中包括一个高压交流电机,输出变压器和两个电极;其中一个电级是联接在高压金属极和高频发生器;另一个电极是接地钢轮或刃刀,它和高压电极保持1.5---3mm距离,金属极板的宽度比被处理薄膜的宽度略窄5---10mm,以避免直接放电短路,将处理的薄膜连续的送进两个电极之间,由于高压电使空气中的氧高度电离而产生臭氧,使薄膜表面受到氧化处理,臭氧是一种强氧化剂,可以使膜面氧化,在活性点生成极生基团,从而易于接受油墨,经过处理的表面发生极化,产生静电吸附,并在膜面产生细微的糙化作用,从而改变了薄膜表面与印刷油墨的化学性结合和机械性结合。电晕处理效果,主要取决于振荡器的输出功率、电极与薄膜表面之间的距离,薄膜的材质及其薄膜通过电极的速度,调节电晕放电的强度,以形成云雾状的紫暗色火花为最佳状态。②电晕处理对薄膜表面的作用与效果。A、表面氧化:氧在电晕机处理高压电的作用下产生电离形成臭氧。臭氧是一种强氧化剂,它可以立即氧化聚乙烯分子,可以在聚乙烯上生产羰基,不饱和键等。空气中的氮化也同样可以被电离成离子体与聚乙烯分子产生作用,在聚乙烯分子链上生成胺型基团,并可继续被氧化,生成一系列含氧化物。表面氧化之结果,使聚乙烯薄膜转化极性,由低表面能转化为高表面能,使其对印刷油墨的润湿性,粘附性增加,从而提高印刷品之印迹牢度。B、表面极化:非导性塑料薄膜在高压频电场作用下,分子内的电荷产生位移,而在表面形成感应电荷,这种感觉电荷的存在就可以在极性的油墨分子产生库仓吸收。C、表面观察粗造:电晕处理后薄膜表面粗化,用扫描显微照相观察表明:塑料薄膜膜面摩擦系数增大,能改变原来膜面光滑的形状,有利于薄膜印刷的干燥和粘附牢度。③、电晕表面效果鉴定方法:A、湿性试验法:因经过氧化后表面粗化,这时若将水或油墨滴在处理过的表面上,就会很快从表面扩展开来。B、热合粘性化:处理过的薄膜感到特别沾粘,绝热纸其粘性与牢度成正比。C、斯考茨粘胶袋试验法:将压敏胶带牢固地加压到薄膜印刷表面,然后快速拉开并记下油墨的转移量,一般油墨的迁移量不超过1%,被认为合格,也可以采用橡皮膏或粘胶带对印刷墨面作粘拉试验来检查处理效果。D、折皱试验:即将印刷表面搓揉或折皱,油墨不应出现脆裂或成小碎片剥落,否则表明油墨与膜面的结合牢度是不满意的。E、薄膜电晕处理效果的润湿力试验法。印刷工艺规定产品质量要达到快干和墨迹厚实,层次清晰,但有时也有会产生印膜脱色和墨层在印刷之中被粘结掉的情况,可采用润湿力试验法检验薄膜电晕效果,其方法是聚乙烯或聚丙烯塑料薄膜表面用棉球棒蘸取甲酰胺和乙二醇乙醚混合液,在要试验的薄膜上涂布一粗道,此液膜保持两秒钟以上时,再用以下表面张力高的混合液试验,液膜在两秒钟内破裂成小液滴时,再用以下表面张力低的混合液试验,从而选定恰当的混合液表面张力作为润湿张力的试样。薄膜的润湿张力大,说明与油墨的粘合性能好,凡印小面积图纹时塑料薄膜的润湿张力在360un/cm为佳,印大色块,实地薄膜的润湿张力在380un/cm前为佳。 聚烯烃润湿张力测定液配比表:甲酰胺 乙二醇乙醚 润湿张力 备 注19 81 330 在相对湿度50%-5%,温度23℃+2℃条件 26.5 73.5 340 35 65 350 42.5 57.5 360 48.5 51.5 370 为了使油墨在聚乙烯等薄膜表面润湿,并提高其印迹牢度,必须通过电晕处理,使它从原来310un/cm的表面张力提高到380un/cm,从而使油墨保持不脱色、坚牢;也就是说,如果聚乙烯薄膜表面张力达不到油墨的表面张力数值,则印墨就会掉色,对印墨转移性能低的塑料薄膜进行电晕处理,从而使表面生成的活性游离基氧化,产生亲油层,进一步提高油墨的转移性,由于放电引起的表面极性化和粗糙化,因而可以改善印墨的转移性能。

薄膜经电晕处理,才能使其表面张力满足其使用的需要,但薄膜经电晕处理后,在其时效处理及存放过程中,表面张力会发生变化,而且它的变化程度会影响使用。
所以我们针对影响电晕衰减的许多因素做了大量跟踪实验及结果分析,确保电晕处理的效果,满足用户需求。

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极性塑料具有较强的可粘性和可印刷性,但聚烯烃该性能较差,为了提高BOPP薄膜表面的粘附性能,可采取电晕处理的方法使薄膜表面层发生变化,即增大薄膜的表面张力,实现它在印刷及粘合领域的广泛应用。

膜面温度和空气相对湿度对电晕处理的影响

因为薄膜表面张力的大小直接影响粘合和彩印效果,所以薄膜生产出来后表面张力的变化将是非常重要的问题。

在电晕处理的过程中,膜面温度和空气相对湿度是影响它的两个显著的变量。随着空气相对湿度和膜面温度的增大所需电晕处理的时间就越长,也即薄膜越不容易被电晕处理。这是因为当空气中相对湿度增大时,空气中水分子的含量增大,而电晕过程中产生的臭氧可溶于水,在常温常压下,臭氧在水中的溶解度比氧约高13倍,比空气高25倍。

1.电晕处理的设备及原理

由于臭氧浓度的下降,使含氧官能团在膜面生成及驻极的机会大大减小,从而降低电晕处理的效果。随着膜面温度的增高,使驻极分子的稳定性变差,表面分子迁移的比例增大,不利于膜面的高表面能区域的形成,部分抵消了通过电晕增加薄膜表面张力的作用。但另一方面,根据实际生产中的经验,膜面的温度也并非越低越好。在生产中,电晕处理过程会产生大量的热。为防止膜面温度过高,通常我们采用循环水辊内进行闭式循环,并增加一套加热装置使冷却水保持一定的温度。

布鲁克纳电晕处理设备包括六台高频发生器、六个电极、三个电晕辊、三个臭氧排出系统,待处理膜在电晕辊与电极间进行处理,薄膜与电晕辊有一定包角,电晕辊与电极间有2mm左右间隙,在电晕辊的运转方向上实现连续处理和输送。

膜类产品电晕处理容易出现的问题以及注意事项,印刷塑料的表面处理分析。过低的温度会使膜面的分子在极化和发生化学变化时基本能量不足,也会造成膜面表面张力不足的问题,所以,把电晕处理辊处的膜面温度控制在适当的温度范围内是电晕处理的一个关键问题,这也是我们在长期生产中摸索发现的。

电晕处理是经高频高压电处理,使膜表面的链状分子断裂,链断裂时产生的自由基与空气电晕产物发生氧化、交联反应,在薄膜表面产生极性基团,部分极性基团注入薄膜内部使表面粗化,增大了薄膜的表面张力。

电晕处理中电晕强度和处理时间的控制

薄膜在生产出来后,在应力恢复过程中,薄膜分子的进一步结果会使其表面张力有所下降;而薄膜内具有迁移性添加剂的迁移会使膜表面张力下降;薄膜表面极性基团的移动的过程也会使膜表面张力下降。
这就是我们说的电晕衷减,下面我们将对表面张力是如何衰减,影响表面张力变化的原因都有哪些做一些探讨。

在生产中,为了使薄膜表面张力的处理达到某一等级,通常采用的方法是增加电晕处理的强度,在一定界限内,这种方法是行之有效的,当超过这一界限后,即使再增加电晕,也不会使薄膜表面能等级得到提高,这是因为当膜在瞬时进行电晕处理过程中,电极与电晕辊之间的空气量处于一种相对稳定状态,而这相对稳定空气量中的氧气分子含量是一定的,即使提高电极的电压和电流值,也不能激活更多的氧分子,使更多的含氧官能团驻极到薄膜表面,达到提高薄膜表面能的目的。

2.电晕处理效果如何确定

一般说来,电晕处理的时间越长,表面能也会越高。但是,一方面在固有设备的条件下,延长电晕处理时间,必然会降低生产效率;另一方面,过长的电晕处理时间,会使薄膜表面张力太大,出现脆化现象乃至降解,不利于膜的一次收卷和二次复卷,我们在某单位的设备上就此进行过成功的试验。

2.1所用仪器:数字式张力液配制仪、静电测试仪

电晕处理辊和电极平行

2.2电晕处理效果的确定:电晕处理的效果可以通过测量表面张力进行评定,表面张力可以用已知表面张力的张力液来涂覆膜膜电晕表面,观察张力液收缩或破裂的快慢程度,执行《企业标准》来测定,来经处理的薄膜表面张力为28达因,经电晕处理后因BOPP薄膜用途不同,而所达表面张力大小不同,一般控制在42-46达因。

辊面和电极面的不平行会导致电晕处理不均,原因是电晕强度有差异,间隙大小不一,直接导致单位面积上的放电功率不均,由于各处电晕的差异,最终影响浸润张力的一致性。

3.以17.5u或18.5u光膜为例探讨电晕衰减的一般规律

膜运行的平稳性

3.1电晕衰减与电晕处理的强度有关(在速度、厚度、原料配方及环境等相同的条件下比较),做图1、2:

如果膜在运行中,辊筒施加于膜上的张力的不一致,这种差异会发生局部皱折,使该部位在电晕处理时电容量发生变化,最终也会导致浸润张力的不均匀。

电晕处理强度为83.5KW 数据表1

除上述辊筒同步有差异外,还有电晕处理辊上的夹辊和电晕处理辊到后扩展辊对膜的扩展,以及辊与辊之间平行度、辊面水平度等,均有可能导致薄膜运行姿态的不够平稳。

电晕处理强度为89KW 数据表2

薄膜发脆走偏问题

一般情况下,在电晕处理过程中,电晕强度越大,就会在电极处产生更高的电场,膜表面就会有更多、更短的自由基产生,薄膜表面PP单体结构被破坏的程度大,对PP分子的进一步结晶是不利的;同时,由于大量表面极性基团的存在而阻碍迁移性分子的移动;而极性基团本身的移动与其分子链段长短有关。
这都是电晕处理强度大而对应膜电晕衰减慢的原因。

电晕处理中,要有一个度的问题,如果注入功率过大,则会出现水温提得过高,影响到薄膜分子间的次价键力而出现发脆,即影响薄膜的使用,又使卷制电容器时边缘无法卷齐,只得以降低速度来完成卷制任务,从而给电容器的制作工艺造成不利。

3.2电晕衰减与生产速度有关(电晕处理强度、厚度、原料配方、环境等相同的条件下比较),做图3、4:

废液污染问题

生产速度为280m/min 数据表3

电晕处理过程中,由于两极间施加高压,产生的电子对两极间空气中的分子进行碰撞和激活,产生臭氧及一氧化氮等物质,在一定的温度下,由于它们的亲水性,会与空气中的水分子相结合,产生含有亚硝酸盐、硝酸盐成份的废液,并且随着空气湿度的增加而增加。如果对产生的废液不能及时进行很好的清理,在排出管道或电极罩壳中存留下来,就可能流滴到辊面,并随着辊的转动而造成膜面污染,造成薄膜局部浸润张力降低、附着不牢等,形成产品质量问题。

生产速度为270m/min 数据表4

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假如同样的能量E,分别由280m和270m的薄膜吸收,则针对于前者每米吸收了E/280的能量,后者每米吸收了E/270的能量。
我们静态的分析结果是速度较高者所受的电晕处理强度较小,结合第一种情况,得出的结论是生产速度较快的薄膜电晕衰减较快。

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:

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。

从生产到14天后,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。

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。

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。

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