爽滑劑對表麵(miàn)擦係數的影(yǐng)響
發布時間:2020-10-07
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一、影響摩擦係數穩定性的三個因素:
1、在較高(gāo)的熟化溫度(例如50℃)和較長的熟化時(shí)間(例如48h)作用下,熱封層的表麵摩擦係數會有明顯的上升,達到0.3或0.4的水平(píng)。而使用較低的熟化溫(wēn)度(例如40℃)及(jí)較短的熟化時間(例如24h),則摩擦係數變化不(bú)大(可維持在0.1~0.2間)。
2、使用某些具有"抗(kàng)助劑"性能的粘(zhān)合劑進行複合(hé)加(jiā)工後,在獲得較高的剝離強度的同時,熱封層的摩(mó)擦係數也會明顯地上升。減少(shǎo)塗膠幹量及使用(yòng)較(jiào)低的熟化溫度和較短的熟化時間雖能減少摩擦係數的變化幅度,也會犧牲部分剝離強度。
3、分(fèn)切後的膜(mó)卷在墨層較(jiào)厚的區域或在收卷比較緊的膜卷(juàn)上,相(xiàng)應(yīng)的熱(rè)封層的摩擦係數數(shù)值會比較大,在墨層較薄或沒有油墨的區域或在收卷比較鬆的膜卷上,相應的熱封(fēng)層的摩擦係數數值就會(huì)維持比較小(xiǎo)的(de)狀態。
二(èr)、爽滑劑對摩擦係數的影響及(jí)其應用:
複合包裝用薄(báo)膜加工行業常用的爽滑劑有油酸酰胺(àn)和芥酸酰胺兩種(當然不僅限於(yú)此兩種)。
油(yóu)酸(suān)酰胺常用於CPE(流延PE薄膜)和IPE(吹塑PE薄膜)中。添加量視(shì)薄膜的厚(hòu)度(dù)及客戶所要求(qiú)的(de)摩擦係(xì)數值而定。芥酸酰胺常用於BOPP、CPP(流延PP薄膜)和IPP(吹塑PP薄膜)中。添加量視薄膜的厚(hòu)度及客戶所要求的摩擦係數值而(ér)定。在BOPET和BOPA薄膜的加工過程中並不需(xū)要使用酰胺類的爽滑劑。
三、爽滑(huá)劑的作用機理:
在塑料加工中(zhōng),爽滑劑(jì)又(yòu)被稱作潤滑劑。潤滑(huá)劑分為內潤滑和(hé)外潤滑兩類,油酸酰(xiān)胺和芥(jiè)酸酰胺屬於外潤滑劑。目前市場上(shàng)所(suǒ)銷售的BOPP、CPP(IPP)、CPE(IPE)均為多層共擠薄(báo)膜。在加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時,爽滑劑通常會被(bèi)加在熱封層當中,在加工BOPP薄膜時,爽滑劑通常(cháng)會被(bèi)加在芯層當中。外潤滑劑(油酸酰胺、芥酸(suān)酰胺)是(shì)與聚丙(乙)烯基團相容性(xìng)差的極性有機化學品,在聚丙(乙(yǐ))烯鏈的布朗氏運動作用下,這些外潤滑劑的分(fèn)子遷移至薄膜(mó)的表麵("外遷")形成一(yī)層(céng)油性表麵,而起到改善薄膜表麵性(xìng)能的潤滑作用,降低摩(mó)擦係數。
爽滑(huá)劑的"內遷"、"外遷"與"遷移":
1、熟化後摩(mó)擦係數下降:
一部分軟包裝企業反映:原本要求熱(rè)封層薄膜的非(fēi)處理麵的摩擦係(xì)數應(yīng)在0.1~0.2間,但進廠(chǎng)的薄膜的(de)摩擦係數的實測結果可(kě)能會大於0.4。將(jiāng)該種薄(báo)膜放入熟化室中一(yī)段時間後,摩擦係數就能降到0.1~0.2間(jiān)。(已加入薄膜(mó)中的爽滑劑需要(yào)一(yī)定的溫度與時間才能(néng)完成"外遷"。)
2、PA//PE結構剝離(lí)強度差:
一部分軟(ruǎn)包裝企業反映:所加工的(de)包裝材料,例如:PA//PE結(jié)構的剝(bāo)離強度(dù)較差,將其剝開後,在PE膜上可看(kàn)到一(yī)層(céng)白色的(de)"霜(shuāng)"樣的物質,且可用手將其擦除。將該複合薄膜(mó)重新放入熟化室或80℃的電(diàn)熱箱中一(yī)段時間,取出(chū)後馬上進行剝(bāo)離強度的檢查,則剝離強度值會有明顯的提高,而且PE膜上也看不到原有的白色的"霜"樣的物質;但將該複合薄膜在(zài)室溫條件下(xià)放置n天後,其剝離強度(dù)又會隨著時(shí)間(jiān)的延長而逐(zhú)漸(jiàn)降低。
上述說明:已加入薄膜中的爽滑劑在較高的溫度(dù)條件下會從薄(báo)膜(mó)的表麵向薄膜的內部遷移(內遷),而在較低(dī)的溫度環境下會(huì)再次向薄膜的表麵遷移(外遷(qiān))。也就是說:烯烴類材料在較高的溫度條件下對油酸酰胺、芥酸酰(xiān)胺類外潤滑劑有相對較好的相容性,較低的溫度條件下油酸(suān)酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑(jì)的相容性相(xiàng)對地較差。
3、VMCPP表麵潤濕張(zhāng)力值小:
一部分軟(ruǎn)包裝企業反映(yìng):所購買的VMCPP薄膜的鍍鋁麵的表麵潤濕張力值有時是42mN/m,有時是38mN/m或30mN/m。鍍鋁層是由金屬鋁轉化而來的,金屬鋁本身的表麵(miàn)潤濕張力(lì)應大於70mN/m,即便是參照鋁箔,其表麵潤濕張力也應不小於72mN/m。其表麵潤濕張力值(zhí)的大幅(fú)度(dù)降低,顯然是(shì)由於受到了從PP鍍鋁基材薄膜中(zhōng)外遷出的物質的(de)影響。
上(shàng)述事實說明:基材薄膜(mó)中(zhōng)的添加劑(包括爽(shuǎng)滑劑)不僅會"外遷"和"內遷",還會在卷繞、存放的過程中向與其相鄰的界麵發生"遷移(yí)"。
聚乙烯對酰胺類爽(shuǎng)滑劑的相容性較差,表現(xiàn)在(zài)膜的摩擦係數會在3.5h內迅速地下降到0.2以下;
油酸酰胺的"外遷"速度快(kuài)於芥酸酰胺;聚(jù)丙烯對酰胺類爽滑劑的(de)相容性較好,表現在薄膜的(de)摩擦係數在200h後(hòu)才會下降(jiàng)到(dào)0.4左右(隨(suí)著時間的延長還會繼續(xù)下降);使用芥(jiè)酸酰胺能得(dé)到更低的摩擦係(xì)數;油酸(suān)酰胺和芥酸(suān)酰胺既可以用於PE薄膜,也可用於PP薄膜。
薄膜的摩擦(cā)係數不斷下降的(de)原因是爽滑(huá)劑不斷地"外(wài)遷"到薄膜的(de)表麵並覆蓋了薄膜表麵上越來(lái)越(yuè)多的麵(miàn)積。
如果已(yǐ)經"外遷(qiān)"到PE薄膜表麵的爽滑劑由於某種原因"消失"或"減少"了,其結果就將是PE薄膜的表麵摩擦係數的"異常上升(shēng)"。

4、爽滑劑隨膜遷移:
以PA/PE結構的複合薄膜為例,對於卷繞(rào)狀態的複合薄膜,PA膜的內表麵是(shì)通過粘合劑的作用與PE膜的複合麵粘接在一起的(de),PA膜的外表麵則是在(zài)收卷張力的(de)作用下與PE膜(mó)的熱封麵緊緊地"靠"在一起的。
假定1000ppm的爽滑(huá)劑是(shì)加在PE膜的熱封層中的,即PE膜的芯層和複合(hé)層是不含爽滑劑的,那麽(me),熱封層中的(de)爽滑劑就慢慢地會向熱封層的(de)表麵(miàn)和複合層及其表麵發生遷移。而加工PA薄膜時是不(bú)使用酰(xiān)胺類爽滑劑的,因此,遷移到熱封層表麵的爽滑劑就(jiù)可能向PA薄膜表(biǎo)麵及其內部發生遷移。遷移到PE膜(mó)複合麵的爽滑劑一方麵會導致剝離強度的下降,另一方麵(miàn)會導致PE膜熱封麵有效爽(shuǎng)滑劑數(shù)量減少,進而導致熱封麵摩擦係(xì)數上升;遷移(yí)到PA薄膜表麵及其內部的爽滑劑一方(fāng)麵會導致PE膜(mó)熱封麵上有效的(de)爽滑劑數量減少,進而導致PE膜熱封麵的摩擦係數上(shàng)升,另一(yī)方麵會使得PA薄膜(mó)外(wài)表麵的摩擦係數下降(jiàng)。
四、影響爽滑劑"遷移"的因素:
影響爽滑劑從PE膜的熱封麵(miàn)"遷移"到PA膜的外表麵的因素有兩個,一是環境溫度,二是PE膜的熱封麵與PA膜的外表麵(miàn)間(jiān)的距離。
1、溫度的影響:
溫度會影響爽滑劑的遷移速度和PE、PA薄膜對爽滑劑的相容性。
溫度的上升會(huì)提高PE薄膜對爽(shuǎng)滑劑的相容(róng)性,促使爽滑劑向PE膜"內遷",從而減少PE薄(báo)膜中的爽滑劑向PA薄膜中"遷移"的速(sù)度;溫度的上升同樣會提高PA薄膜對(duì)爽滑劑的相容性,同時,由於PA薄膜中原本沒有爽滑劑,在PE膜的表麵和PA膜之間的爽滑劑的濃度梯度顯然大於PE膜的表麵到PE膜內部間的濃度梯度,因此,"外遷"到PE膜表麵的爽滑劑會相對更快地向PA內"遷移"。
2、距離的影響:
"PE膜的熱封麵與PA膜的外表麵(miàn)間(jiān)的(de)距(jù)離"受下列條件(jiàn)製約:一(yī)是薄膜中無機類開口劑的種類與(yǔ)數量,二是收卷的壓力。
在加(jiā)工(gōng)BOPA、BOPET、BOPP薄膜時,開(kāi)口劑(無機類)是(shì)必須添加(jiā)的助劑。開口劑的粒徑可能在0.5~5um之間,並部分地"埋在"薄(báo)膜的表層內。
而加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜的企業中,據了解(jiě)有一部分(fèn)是不使(shǐ)用無機類開口劑的。
如果加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時使用了無(wú)機類的開口劑(jì),那麽,當PA/PE結構的複合薄膜被卷繞起來時,PA層的(de)外表麵(miàn)與PE層的熱封麵之間就會被兩個表麵上的開口劑所隔(gé)開(可能有數(shù)微米的距離),從PE膜中"外遷"的爽滑劑隻有"填滿"了(le)兩個表麵(miàn)間(jiān)的空隙後才有可能"遷移"到(dào)PA薄膜中去。在這種情況下,PE膜的熱封麵通常會保有足(zú)夠數量的爽滑劑,並維(wéi)持摩擦係數在所需的範圍內(nèi)。如果加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時沒有使用無機類的開口劑,那麽,當PA/PE結構的複合薄膜被卷繞起來時,PA層的外表麵與PE層的熱(rè)封(fēng)麵之間(jiān)的距離就(jiù)會被明顯地縮小。那麽,從PE膜中隻需"外遷"出較少數量的爽滑劑後,就會有一(yī)部分爽滑(huá)劑開始"遷移"到PA薄膜中去。
複合薄膜收卷時(shí)的張(zhāng)力會極大地影響收卷後複合薄膜層間的壓力及距離。在薄膜(mó)的表麵有(yǒu)許多大小不等的"凹坑",這些"凹坑"是在收卷壓力的作用下,另一層薄膜表麵"凸起"的開口劑在該薄膜上留下的壓(yā)痕。在該壓痕周圍平(píng)坦的區域可以理解為兩層薄膜的表麵,例(lì)如PA膜的外表(biǎo)麵和PE膜的熱封麵,可以(yǐ)"緊密接觸"的區域。在此區域,從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑就可以直接"遷移"到PA薄膜中去了。
在這種情況下,PE膜的熱封麵上的爽滑劑數量就會顯示出某種程度上的缺少,其摩擦係數就會顯示出某種程度的"上升"。
收卷後的複合薄膜層間的壓力及(jí)距離還與構成複合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設計、墨層的厚度均有著密切的關係。墨層越厚,則收卷後該部位的(de)硬度就(jiù)越大,則意味著該處的複合薄膜層間的壓力越(yuè)大、層間的距離越(yuè)小,從PE膜中"外遷"出來(lái)的爽滑(huá)劑"遷移"到PA薄膜中去的機(jī)率就會更(gèng)大、數量就會越多。其結果(guǒ)就是上述墨層厚的區域所對應的熱封層表麵的摩擦係數明(míng)顯(xiǎn)大於墨層薄或無油墨的區域所對應的熱封層表麵的摩擦(cā)係數。
3、可能出(chū)現的不同結果:
如果複合薄膜中的兩層基材薄膜均使用了同種爽滑劑,熟化(huà)後的複合薄膜的熱封層的熱封麵摩擦係數可(kě)能隻有小於0.1的變化。此類材料可能有(yǒu)BOPP/CPP(假定兩個基材中均有芥酸酰胺)或表層為BOPP、而(ér)熱封層為CPP的(de)三層或多層複合薄(báo)膜。換句話說,收卷時的張力及熟化條件對此類材料的摩擦係數影響不大。
A、如果複合(hé)薄膜(mó)中的兩層基材(cái)薄膜使用了不同(tóng)種類的爽滑劑,那(nà)麽(me),熟化後的複合薄膜的熱封(fēng)層的(de)熱封麵的摩擦係數可能會有小於0.15的變化。
此(cǐ)類材料可能有BOPP/CPE(假(jiǎ)定(dìng)BOPP中有芥酸酰胺,CPE中有油酸酰胺)或表層為BOPP、而熱(rè)封層為CPE的三層(céng)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有(yǒu)爽滑劑、熱(rè)封層中有爽滑劑,那麽,熟化後的複合薄膜的熱封層的熱封麵的摩擦係數可能會有明顯的變化(例(lì)如大於0.2的變化幅度(dù))。
此類材料可能有BOPA/CPE、BOPET/CPE、BOPA/CPP、BOPET/CPP或表層(céng)為BOPA或BOPET、而熱封(fēng)層(céng)為(wéi)CPP、CPE的三層或(huò)多層複合薄膜。換句話說,收卷時的張力及熟化條件對此類材料摩擦(cā)係數的影響會比較明顯。
4、應(yīng)對的(de)策(cè)略:
要求加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜時使用盡可能多的無機類開口劑(jì);要求加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜(mó)時盡量(liàng)使用"遷移性"較差的芥(jiè)酸(suān)酰胺作為爽滑劑;在不出現"竄(cuàn)卷"問題的(de)前提下(xià),用盡可能小的收卷張力;采用熱收縮率盡可能小(例如≦1.5%)的基材薄膜進行複合加工。