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电晕处理和原理

作者:pokerking官网 发布时间:2020-07-18 11:45 点击数:

  电晕处理于 BOPP 薄膜加工上的应用 下面是电晕原理 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,% 0 2.5 10.5 19.0 26.5 乙二醇乙 醚,% 100 97 89.5 81.0 73.5 30 31 32 33 34 达因值 (dym/cm) 甲酰 胺 乙二醇乙 醚,% 41 42 43 44 45 达因值 (dym/cm) 67.5 32.5 71.5 28.5 74.7 25.3 78.0 22.0 80.3 19.7 35.0 42.5 48.5 54.0 59.0 63.5 65.0 57.5 51.5 46.0 41.0 36.5 35 36 37 38 39 40 83.0 17.0 87.0 13.0 90.7 9.7 93.7 6.3 96.5 3.5 99.0 1.0 46 48 50 52 54 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: 能产生更高处理值, 1》 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(℃) 达因值(dym/cm) 25 41 30 42 35 43 40 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) 线速度(m/min) 电极电压(kv) 44 155 7.0 44 165 7.6 44 175 8.0 44 185 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 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。 处理面 静摩擦系数 0.47 0.42 0.40 0.36 0.36 0.35 动摩擦系数 0.32 0.28 0.25 0.24 0.24 0.24 非处理面 静摩擦系数 0.48 0.45 0.43 0.40 0.39 0.39 动摩擦系数 0.33 0.30 0.28 0.27 0.27 0.26 测试时间 即测 3天 7天 14 天 21 天 30 天 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。 电晕处理原理 1.电冲击或击穿 在高压电场作用下,电子流对塑料薄膜进行强有力的冲击可以使薄膜表面起毛,变得粗糙, 增加表面积。当胶黏剂与其表面接触时,就可产生良好的浸润,胶黏剂会渗透到被拉毛了的 凹沟中,靠抛锚作用,使薄膜牢度黏结,这是一种物理作用。在高倍放大镜下观察,处理 后的薄膜相对于未处理的薄膜,其表面明显凹凸不平,而且很粗糙。 电冲击强度可以随着电压和电流的升高而增强。 2.增加薄膜的极性 在高压电场作用下,空气中的氧气变成臭氧,臭氧又分解成氧气和新生态氧原子。而新生态 氧原子是一种强氧化剂,可对聚乙烯或聚丙烯分子中的 α-碳原子进行氧化,形成羰基或羟 基。有了这种结构后,薄膜分子极性增大,表面张力提高,对胶黏剂的亲和力增加,复合膜 之间的黏结牢度提高。另外,由于产生了羰基,又会使分子链中产生新的 α-碳原子,出现 活泼氢。这种活泼氢能和聚氨酯胶黏剂中的活泼性基团异氰酸根(-NCO)发生化学反应,使 被黏材料和胶黏剂之间生成牢固的化学键,更增加了黏结牢度。从红外光谱检测中发现,经 过处理的聚烯烃薄膜表面在谱线上有羰基或羟基吸收峰存在,证明上述化学作用是存在的。 电晕处理 电晕处理 电晕处理 From KeyinWiki 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性-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。 电晕处理对塑料表面所产生的物理及化学影响是复杂的,其效果主要通过三方面 来控制:①特定的电极系统,②导辊上的物介质,③特定的电极功率。 由于不同的化学结构有不同的原子键,所以对塑料电晕处理的效果也视塑料的化 学结构而异。不同的塑料需要进行不同强度的电晕处理。实践证明: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。 经过电晕处理后,塑料表面层的交联结构比其内层的交联结构减少,因此其表面 层的功能团有较高的移动性。所以,在储存中,不少塑料出现电晕处理效果的衰退, 添加剂由内部向表面迁移,也是使表面能下降,影响附着力的因素,这种负面影响无 法完全抑制。 实际上相对湿度也会影响电晕处理的效果,湿度是去极化剂,但一般来说由于影 响并不严重,往往在测试误差范围之内,被忽略不计。如果采用连机电晕处理,则更 可不必考虑。 电晕处理的日的是为了改变许多承印物的表面能量,使之易于同印刷油墨、涂布 材料及胶粘剂相粘结。所有承印物在制造过程中进行一些处理之后便具有较好的粘着 特性。电晕处理属于后期处理,需要指出的是电晕处理并不是在生产承印物时所能运 用的改变承印物表面能的唯一处理法。其它处理方法包括火焰处理及涂布处理法。具 体采用哪种处理法主要取决于承印物的结构。 许多人认为, 电晕处理使承印物表面变得粗糙, 从而易于吸附印刷油墨及胶粘剂, 但是这种看法却被利用扫描电子显微镜得出的观察结果所否定。目前流行的理论认为, 电晕处理使承印物表面分子结构重新排列,产生更多的极性部位,有利于附着外物。 表面能的测量单位为达因(dyne)。所有的液体以及大多数承印物(多孔型除外)都可以 测十其达因值。为了使印刷油墨能够很好地附着在承印物表面上,承印物的达因值应 该比所有油墨的达因值高出 10 个达因。 水性油墨的表面能高于溶剂型油墨的表面能, 所以其承印物也必须具有较高的表面达因值。自然界中的一切都有回归初始状态的特 性。纸制品加工商想要达到的达因值越高,处理能量衰减得就越快。所以用水性油墨 在薄膜、金属箔及一些纸张上印刷时,应该在开机印刷前进行二次处理。在印刷机上 使用电晕处理装置(匹配得当)时,可使薄膜的处理能级加长到原来的能级(或者略高)。 前面谈到, 处理能级随着时间的推移而衰减。 二次处理可以除去薄膜表面的污物, 不仅有助于提高印刷油墨的粘着程度,而且还能改进视觉效果。有鉴于此,专家们建 议在使用溶剂型油墨、 水性油墨或 UV 油墨承印薄膜、 金属箔或一些纸张印刷活件时, 应该对承印物表面进行二次电晕处理。 [编辑本段 编辑本段] 编辑本段 表面张力的测试 在工业性实践中,塑料表面能量(表面张力)的测定是通过测试油墨按照 DIN ISO 8296 或 ASTM D 2578-99a 宋进行的。 按 DINISO 8296 法, 是以已知不同表面能量的油墨在拟测试的薄膜上刷上约 10 0mm 上的墨条, 并观察其 90%1~2 上的墨条边在 2 秒钟内是否发生收缩并形成墨滴, 如有, 则换低一级表面能的墨再刷墨条, 进行同样的观察, 直至不收缩和不出现墨滴, 此测试墨的表面能即相对应为该薄膜的表面能。这种方法能准确测出基材的表面张力、 表面湿力并判定工作前基材表面因素是否符合要求以便将油墨、涂层、粘度调整到工 作所需。 按 ASTM D 2578-99a 方法是以棉絮垫蘸测试墨涂出约 25mmx25mm 的方块, 参照上述相同的方法进行观察,测得的是薄膜的最低表面能数值。此种测试方法由于 墨层厚薄均匀度难以掌握,其准确性不及 DIN ISO 8296 法,DIN ISO8296 的误差 大约在 1 mN/m 范围内,而 ASTM D 2578-99a 的误差大约在 2mN/m。所以在工 业实践中,多采用 DINISO8296 法,且更简易、快速,而且使用英国舒曼牌的居多。 但不论采用哪种方法,均可用同一种 Sofial 测试墨,有 30-72mN/m 21 种表面 能级的测试墨(每种相差 2mN/m)。达因试笔(38 mN/m)可以用作电晕处理后表面 能的一种快速测试工具,但不适合作为已印好或涂布好表面的系统测试。当测试笔在 电晕处理过的表面划出一条线,如果是连续成线的,说明该材料表面能不低于 38mN /m,如断断续续不连成线,说明该材料表面能不到 38mN/m,处理不足或甚至未 处理,不符合印刷加工要求。 表面张力、表面湿力对于准确测定印刷油墨和其他材料在表面的粘结状况是非常 明确的标准,但影响粘度的还有其他因素,如静电及诸多的添加剂。然而这些因素在 测试时却不常显示出,甚至是测试结果很好但实际却不合要求。这就需要和原料供应 商讨论这些技术问题。一般而言,以上情况对他们来说是不会发生的,且表面值在 3 8-41mN/m 即能达到粘度要求。而表面张力在 37mN/m 以下时会造成许多白页(无 印刷内容),在 35mN/m 以下时粘度就不好了。 如果塑料薄膜内含大量添加剂或覆有涂膜,用以上测试墨或测试液测试时,往往 会发生化学反应,影响准确性。在这种情况下,宜以蒸馏水作接触角测试。 总之,包装材料及其结构是随着各种密封方法、复合丁艺、印刷及油墨技术规范 的提高而不断发展,有关的承印物也得到改进,而且技术难度更大。在这种背景下, 电晕处理会发挥出更大的作用,电晕处理及测试技术亦将不断提高。


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