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爽滑劑對(duì)表面(miàn)擦系數的影響
發(fā)布時間:2020-10-07    浏覽人次:4560次
一、影響摩擦系數穩定性的三個因素:
1、在較高的熟化溫度(例如50℃)和較長(cháng)的熟化時間(例如48h)作用下,熱封層的表面(miàn)摩擦系數會(huì)有明顯的上升,達到0.3或0.4的水平。而使用較低的熟化溫度(例如40℃)及較短的熟化時間(例如24h),則摩擦系數變化不大(可維持在0.1~0.2間)。
2、使用某些具有"抗助劑"性能(néng)的粘合劑進(jìn)行複合加工後(hòu),在獲得較高的剝離強度的同時,熱封層的摩擦系數也會(huì)明顯地上升。減少塗膠幹量及使用較低的熟化溫度和較短的熟化時間雖能(néng)減少摩擦系數的變化幅度,也會(huì)犧牲部分剝離強度。
3、分切後(hòu)的膜卷在墨層較厚的區域或在收卷比較緊的膜卷上,相應的熱封層的摩擦系數數值會(huì)比較大,在墨層較薄或沒(méi)有油墨的區域或在收卷比較松的膜卷上,相應的熱封層的摩擦系數數值就(jiù)會(huì)維持比較小的狀态。
二、爽滑劑對(duì)摩擦系數的影響及其應用:
複合包裝用薄膜加工行業常用的爽滑劑有油酸酰胺和芥酸酰胺兩(liǎng)種(zhǒng)(當然不僅限于此兩(liǎng)種(zhǒng))。
油酸酰胺常用于CPE(流延PE薄膜)和IPE(吹塑PE薄膜)中。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。芥酸酰胺常用于BOPP、CPP(流延PP薄膜)和IPP(吹塑PP薄膜)中。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。在BOPET和BOPA薄膜的加工過(guò)程中并不需要使用酰胺類的爽滑劑。
三、爽滑劑的作用機理:
在塑料加工中,爽滑劑又被(bèi)稱作潤滑劑。潤滑劑分爲内潤滑和外潤滑兩(liǎng)類,油酸酰胺和芥酸酰胺屬于外潤滑劑。目前市場上所銷售的BOPP、CPP(IPP)、CPE(IPE)均爲多層共擠薄膜。在加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時,爽滑劑通常會(huì)被(bèi)加在熱封層當中,在加工BOPP薄膜時,爽滑劑通常會(huì)被(bèi)加在芯層當中。外潤滑劑(油酸酰胺、芥酸酰胺)是與聚丙(乙)烯基團相容性差的極性有機化學(xué)品,在聚丙(乙)烯鏈的布朗氏運動作用下,這(zhè)些外潤滑劑的分子遷移至薄膜的表面(miàn)("外遷")形成(chéng)一層油性表面(miàn),而起(qǐ)到改善薄膜表面(miàn)性能(néng)的潤滑作用,降低摩擦系數。
爽滑劑的"内遷"、"外遷"與"遷移":
1、熟化後(hòu)摩擦系數下降:
一部分軟包裝企業反映:原本要求熱封層薄膜的非處理面(miàn)的摩擦系數應在0.1~0.2間,但進(jìn)廠的薄膜的摩擦系數的實測結果可能(néng)會(huì)大于0.4。將(jiāng)該種(zhǒng)薄膜放入熟化室中一段時間後(hòu),摩擦系數就(jiù)能(néng)降到0.1~0.2間。(已加入薄膜中的爽滑劑需要一定的溫度與時間才能(néng)完成(chéng)"外遷"。)
2、PA//PE結構剝離強度差:
一部分軟包裝企業反映:所加工的包裝材料,例如:PA//PE結構的剝離強度較差,將(jiāng)其剝開(kāi)後(hòu),在PE膜上可看到一層白色的"霜"樣(yàng)的物質,且可用手將(jiāng)其擦除。將(jiāng)該複合薄膜重新放入熟化室或80℃的電熱箱中一段時間,取出後(hòu)馬上進(jìn)行剝離強度的檢查,則剝離強度值會(huì)有明顯的提高,而且PE膜上也看不到原有的白色的"霜"樣(yàng)的物質;但將(jiāng)該複合薄膜在室溫條件下放置n天後(hòu),其剝離強度又會(huì)随著(zhe)時間的延長(cháng)而逐漸降低。
上述說明:已加入薄膜中的爽滑劑在較高的溫度條件下會(huì)從薄膜的表面(miàn)向(xiàng)薄膜的内部遷移(内遷),而在較低的溫度環境下會(huì)再次向(xiàng)薄膜的表面(miàn)遷移(外遷)。也就(jiù)是說:烯烴類材料在較高的溫度條件下對(duì)油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑有相對(duì)較好(hǎo)的相容性,較低的溫度條件下油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑的相容性相對(duì)地較差。
3、VMCPP表面(miàn)潤濕張力值小:
一部分軟包裝企業反映:所購買的VMCPP薄膜的鍍鋁面(miàn)的表面(miàn)潤濕張力值有時是42mN/m,有時是38mN/m或30mN/m。鍍鋁層是由金屬鋁轉化而來的,金屬鋁本身的表面(miàn)潤濕張力應大于70mN/m,即便是參照鋁箔,其表面(miàn)潤濕張力也應不小于72mN/m。其表面(miàn)潤濕張力值的大幅度降低,顯然是由于受到了從PP鍍鋁基材薄膜中外遷出的物質的影響。
上述事(shì)實說明:基材薄膜中的添加劑(包括爽滑劑)不僅會(huì)"外遷"和"内遷",還(hái)會(huì)在卷繞、存放的過(guò)程中向(xiàng)與其相鄰的界面(miàn)發(fā)生"遷移"。
聚乙烯對(duì)酰胺類爽滑劑的相容性較差,表現在膜的摩擦系數會(huì)在3.5h内迅速地下降到0.2以下;
油酸酰胺的"外遷"速度快于芥酸酰胺;聚丙烯對(duì)酰胺類爽滑劑的相容性較好(hǎo),表現在薄膜的摩擦系數在200h後(hòu)才會(huì)下降到0.4左右(随著(zhe)時間的延長(cháng)還(hái)會(huì)繼續下降);使用芥酸酰胺能(néng)得到更低的摩擦系數;油酸酰胺和芥酸酰胺既可以用于PE薄膜,也可用于PP薄膜。
薄膜的摩擦系數不斷下降的原因是爽滑劑不斷地"外遷"到薄膜的表面(miàn)并覆蓋了薄膜表面(miàn)上越來越多的面(miàn)積。
如果已經(jīng)"外遷"到PE薄膜表面(miàn)的爽滑劑由于某種(zhǒng)原因"消失"或"減少"了,其結果就(jiù)將(jiāng)是PE薄膜的表面(miàn)摩擦系數的"異常上升"。


4、爽滑劑随膜遷移:

以PA/PE結構的複合薄膜爲例,對(duì)于卷繞狀态的複合薄膜,PA膜的内表面(miàn)是通過(guò)粘合劑的作用與PE膜的複合面(miàn)粘接在一起(qǐ)的,PA膜的外表面(miàn)則是在收卷張力的作用下與PE膜的熱封面(miàn)緊緊地"靠"在一起(qǐ)的。
假定1000ppm的爽滑劑是加在PE膜的熱封層中的,即PE膜的芯層和複合層是不含爽滑劑的,那麼(me),熱封層中的爽滑劑就(jiù)慢慢地會(huì)向(xiàng)熱封層的表面(miàn)和複合層及其表面(miàn)發(fā)生遷移。而加工PA薄膜時是不使用酰胺類爽滑劑的,因此,遷移到熱封層表面(miàn)的爽滑劑就(jiù)可能(néng)向(xiàng)PA薄膜表面(miàn)及其内部發(fā)生遷移。遷移到PE膜複合面(miàn)的爽滑劑一方面(miàn)會(huì)導緻剝離強度的下降,另一方面(miàn)會(huì)導緻PE膜熱封面(miàn)有效爽滑劑數量減少,進(jìn)而導緻熱封面(miàn)摩擦系數上升;遷移到PA薄膜表面(miàn)及其内部的爽滑劑一方面(miàn)會(huì)導緻PE膜熱封面(miàn)上有效的爽滑劑數量減少,進(jìn)而導緻PE膜熱封面(miàn)的摩擦系數上升,另一方面(miàn)會(huì)使得PA薄膜外表面(miàn)的摩擦系數下降。
四、影響爽滑劑"遷移"的因素:
影響爽滑劑從PE膜的熱封面(miàn)"遷移"到PA膜的外表面(miàn)的因素有兩(liǎng)個,一是環境溫度,二是PE膜的熱封面(miàn)與PA膜的外表面(miàn)間的距離。
1、溫度的影響:
溫度會(huì)影響爽滑劑的遷移速度和PE、PA薄膜對(duì)爽滑劑的相容性。
溫度的上升會(huì)提高PE薄膜對(duì)爽滑劑的相容性,促使爽滑劑向(xiàng)PE膜"内遷",從而減少PE薄膜中的爽滑劑向(xiàng)PA薄膜中"遷移"的速度;溫度的上升同樣(yàng)會(huì)提高PA薄膜對(duì)爽滑劑的相容性,同時,由于PA薄膜中原本沒(méi)有爽滑劑,在PE膜的表面(miàn)和PA膜之間的爽滑劑的濃度梯度顯然大于PE膜的表面(miàn)到PE膜内部間的濃度梯度,因此,"外遷"到PE膜表面(miàn)的爽滑劑會(huì)相對(duì)更快地向(xiàng)PA内"遷移"。
2、距離的影響:
"PE膜的熱封面(miàn)與PA膜的外表面(miàn)間的距離"受下列條件制約:一是薄膜中無機類開(kāi)口劑的種(zhǒng)類與數量,二是收卷的壓力。
在加工BOPA、BOPET、BOPP薄膜時,開(kāi)口劑(無機類)是必須添加的助劑。開(kāi)口劑的粒徑可能(néng)在0.5~5um之間,并部分地"埋在"薄膜的表層内。
而加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜的企業中,據了解有一部分是不使用無機類開(kāi)口劑的。
如果加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時使用了無機類的開(kāi)口劑,那麼(me),當PA/PE結構的複合薄膜被(bèi)卷繞起(qǐ)來時,PA層的外表面(miàn)與PE層的熱封面(miàn)之間就(jiù)會(huì)被(bèi)兩(liǎng)個表面(miàn)上的開(kāi)口劑所隔開(kāi)(可能(néng)有數微米的距離),從PE膜中"外遷"的爽滑劑隻有"填滿"了兩(liǎng)個表面(miàn)間的空隙後(hòu)才有可能(néng)"遷移"到PA薄膜中去。在這(zhè)種(zhǒng)情況下,PE膜的熱封面(miàn)通常會(huì)保有足夠數量的爽滑劑,并維持摩擦系數在所需的範圍内。如果加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時沒(méi)有使用無機類的開(kāi)口劑,那麼(me),當PA/PE結構的複合薄膜被(bèi)卷繞起(qǐ)來時,PA層的外表面(miàn)與PE層的熱封面(miàn)之間的距離就(jiù)會(huì)被(bèi)明顯地縮小。那麼(me),從PE膜中隻需"外遷"出較少數量的爽滑劑後(hòu),就(jiù)會(huì)有一部分爽滑劑開(kāi)始"遷移"到PA薄膜中去。
複合薄膜收卷時的張力會(huì)極大地影響收卷後(hòu)複合薄膜層間的壓力及距離。在薄膜的表面(miàn)有許多大小不等的"凹坑",這(zhè)些"凹坑"是在收卷壓力的作用下,另一層薄膜表面(miàn)"凸起(qǐ)"的開(kāi)口劑在該薄膜上留下的壓痕。在該壓痕周圍平坦的區域可以理解爲兩(liǎng)層薄膜的表面(miàn),例如PA膜的外表面(miàn)和PE膜的熱封面(miàn),可以"緊密接觸"的區域。在此區域,從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑就(jiù)可以直接"遷移"到PA薄膜中去了。
在這(zhè)種(zhǒng)情況下,PE膜的熱封面(miàn)上的爽滑劑數量就(jiù)會(huì)顯示出某種(zhǒng)程度上的缺少,其摩擦系數就(jiù)會(huì)顯示出某種(zhǒng)程度的"上升"。
收卷後(hòu)的複合薄膜層間的壓力及距離還(hái)與構成(chéng)複合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設計、墨層的厚度均有著(zhe)密切的關系。墨層越厚,則收卷後(hòu)該部位的硬度就(jiù)越大,則意味著(zhe)該處的複合薄膜層間的壓力越大、層間的距離越小,從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑"遷移"到PA薄膜中去的機率就(jiù)會(huì)更大、數量就(jiù)會(huì)越多。其結果就(jiù)是上述墨層厚的區域所對(duì)應的熱封層表面(miàn)的摩擦系數明顯大于墨層薄或無油墨的區域所對(duì)應的熱封層表面(miàn)的摩擦系數。
3、可能(néng)出現的不同結果:
如果複合薄膜中的兩(liǎng)層基材薄膜均使用了同種(zhǒng)爽滑劑,熟化後(hòu)的複合薄膜的熱封層的熱封面(miàn)摩擦系數可能(néng)隻有小于0.1的變化。此類材料可能(néng)有BOPP/CPP(假定兩(liǎng)個基材中均有芥酸酰胺)或表層爲BOPP、而熱封層爲CPP的三層或多層複合薄膜。換句話說,收卷時的張力及熟化條件對(duì)此類材料的摩擦系數影響不大。
A、如果複合薄膜中的兩(liǎng)層基材薄膜使用了不同種(zhǒng)類的爽滑劑,那麼(me),熟化後(hòu)的複合薄膜的熱封層的熱封面(miàn)的摩擦系數可能(néng)會(huì)有小于0.15的變化。
此類材料可能(néng)有BOPP/CPE(假定BOPP中有芥酸酰胺,CPE中有油酸酰胺)或表層爲BOPP、而熱封層爲CPE的三層或多層複合薄膜。
B、如果複合薄膜中的兩(liǎng)層基材薄膜中的表層薄膜沒(méi)有爽滑劑、熱封層中有爽滑劑,那麼(me),熟化後(hòu)的複合薄膜的熱封層的熱封面(miàn)的摩擦系數可能(néng)會(huì)有明顯的變化(例如大于0.2的變化幅度)。
此類材料可能(néng)有BOPA/CPE、BOPET/CPE、BOPA/CPP、BOPET/CPP或表層爲BOPA或BOPET、而熱封層爲CPP、CPE的三層或多層複合薄膜。換句話說,收卷時的張力及熟化條件對(duì)此類材料摩擦系數的影響會(huì)比較明顯。
4、應對(duì)的策略:
要求加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時使用盡可能(néng)多的無機類開(kāi)口劑;要求加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時盡量使用"遷移性"較差的芥酸酰胺作爲爽滑劑;在不出現"竄卷"問題的前提下,用盡可能(néng)小的收卷張力;采用熱收縮率盡可能(néng)小(例如≦1.5%)的基材薄膜進(jìn)行複合加工。