可里印耐低溫流延聚丙烯包裝膜電暈處理研究

史鳳煙

（福州佳通第一塑料有限公司，福建福州350014）

可里印耐低溫流延聚丙烯包裝膜電暈處理研究

史鳳煙

（福州佳通第一塑料有限公司，福建福州350014）

采用3層流延共擠工藝，研究了不同抗靜電劑對流延聚丙烯（CPP）薄膜潤濕張力的影響，以及電暈處理功率、處理方式對薄膜潤濕張力的影響。結(jié)果表明，添加牌號為ASPA 2446OB DC的抗靜電劑，采用雙站電暈處理的方法制得的雙面爽滑的CPP薄膜30d后的潤濕張力可保持在38mN／m以上，該薄膜既可里印又可熱封，可不經(jīng)復(fù)合直接用于低溫包裝。

流延聚丙烯；電暈處理；潤濕張力；里?。荒偷蜏?；抗靜電劑

0 前言

塑料薄膜印刷按油墨疊印順序分為表印與里印2種。按圖文順序?qū)⒂湍D(zhuǎn)印到薄膜的正面稱為表印，表印印刷后，印刷的圖文在薄膜的表面上；與表印相反，按圖文相反順序?qū)⒂湍D(zhuǎn)印到透明薄膜的反面，稱為里印，里印印刷后，薄膜的正面表現(xiàn)出正像圖文。里印色彩鮮艷，不褪色，不掉色，防潮耐磨，所以在很多領(lǐng)域取代了表印。

表印先印大面積的油墨，再層層疊印，面積由大到小，通常先印白墨，再進行四色疊印，而里印則恰恰相反，即將表印印刷套色的順序顛倒過來，底色在最后印刷，疊印面積由小到大。PP薄膜對白墨的附著力最強，其他四色次之［1］，所以里印對基膜的潤濕張力要求更高。

PP是非極性聚合物，本身不含極性基團，所以薄膜表面能很低，潤濕張力僅為29mN／m［2］，不經(jīng)表面處理無法進行復(fù)合、印刷。CPP薄膜主要作為軟包裝材料的復(fù)合材料，其主要作用是作為熱封層。關(guān)于CPP薄膜的電暈處理研究很多，主要針對處理功率、爽滑劑、環(huán)境溫度、時效對潤濕張力的影響。對于高爽滑的CPP薄膜，通常潤濕張力達不到38mN／m，本文通過對電暈處理功率、抗靜電劑種類、電暈處理方式等的研究，特別是對不同組分抗靜電劑對潤濕張力的影響和在電暈處理方式上做了全新的嘗試，研制出了30d后潤濕張力可保持在38mN／m以上的雙面爽滑的CPP薄膜，該薄膜既可里印又可熱封，可不經(jīng)復(fù)合直接用于低溫包裝，縮短了材料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了包裝材料單一化，便于使用后回收再生利用。

1 實驗部分

1.1 主要原料

均聚PP，F(xiàn)C801，中國石化上海石油化工股份有限公司；

共聚PP，F(xiàn)L7632，新加坡TPC公司；聚烯烴彈性體（POE），DF740，日本三井化學(xué)公司；抗靜電劑1，AT 4020PP，德國康斯坦普聚烯烴添加劑有限公司；

抗靜電劑2，ASPA 2446OB DC，美國舒爾曼塑料公司；

抗靜電劑3，AT 4021PP，德國康斯坦普聚烯烴添加劑有限公司；

爽滑劑，KQPP106，成都科輝高分子技術(shù)工程有限公司；

開口劑，ABPP10，法國寶利得公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

3層共擠流延機，寬度2.2m，美國Battenfeld公司。

1.3 樣品制備

配方設(shè)計：（1）電暈處理層（20%）：該層要求既能達到里印要求，又能保證走膜順暢，滿足高速印刷，所以選用含有適量爽滑劑的均聚PP，本文選用中國石化上海石油化工股份有限公司生產(chǎn)的牌號為FC801的均聚PP，同時添加適量的開口劑；（2）芯層（60%）：以均聚PP為主料添加適量的POE，以滿足耐低溫要求，同時添加適量的爽滑劑、抗靜電劑，保證薄膜印刷過程不會因靜電而塞膜，同時減少儲存及使用過程吸附粉塵；芯層爽滑劑、抗靜電劑往表層遷移將增加表層的滑爽度；（3）熱封層（20%）：以三元共聚PP為主料，同時添加適量的開口劑，以適應(yīng)高速印刷。具體配方如表1、表2所示。

表1 CPP薄膜的基礎(chǔ)配方Tab.1 Formula for CPP film

表2 CPP薄膜芯層的配方Tab.2 Formula for core layer for CPP film

工藝設(shè)計：根據(jù)材料特性及流延生產(chǎn)特點，熔體溫度控制在255～265℃之間，流延輥的冷卻溫度控制在24℃以下，電極極板與電暈輥間隙為1.6mm，流延線速度為168m／min，收卷張力等其他生產(chǎn)參數(shù)根據(jù)生產(chǎn)實際進行調(diào)整；

不同層（電暈處理層、芯層、熱封層）樹脂與助劑通過計量料斗計量加料、混合，然后按以下工藝流程擠出成型：CPP樹脂、其他助劑等→計量擠出塑化→分流器→模頭→流延冷卻成型→測厚→擺動→電暈處理→修邊→收卷→成品經(jīng)48h常溫時效處理→分切→收卷→成品；分切后的膜卷放在（23±2）℃的恒溫室里，隨測隨取。

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

按GB／T 14216—2008測定樣品的潤濕張力。

2 結(jié)果與討論

2.1 電暈處理功率對薄膜潤濕張力的影響

電暈處理是經(jīng)高頻高壓電極板放電生成常壓等離子體，這些等離子體在氣相中和聚合物表面誘導(dǎo)發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，在聚合物表面產(chǎn)生極性基團，從而提高了聚合物的表面能［3－4］。在電暈處理輥、電暈處理輥與電極極板之間的間隙、流延線速度等不變的前提下，電暈處理功率的大小直接決定了等離子體中各種粒子的能量，因而對處理效果將產(chǎn)生直接影響［5］。

單站電暈處理時，不同電暈處理功率下薄膜的潤濕張力如圖1所示。圖1表明：（1）不同電暈處理功率下，薄膜下機1周內(nèi)潤濕張力下降較明顯，而隨著時間的推移，潤濕張力的變化逐漸減弱。這是因為薄膜經(jīng)過電暈處理后，由于聚合物分子鏈的自由旋轉(zhuǎn)，部分極性基團轉(zhuǎn)入聚合物內(nèi)部，導(dǎo)致表面極性基團的減少，同時薄膜內(nèi)部的低表面能物質(zhì)、降低表面能的添加劑的析出在薄膜表面形成弱邊界層，也導(dǎo)致薄膜表面能的降低。1周后這些運動趨于完成，所以潤濕張力也不再明顯變化。（2）電暈處理功率在13kW以下時，薄膜的潤濕張力隨著功率的增大而升高，但當(dāng)功率增大到15kW后，再增大功率，薄膜下機時的潤濕張力不再隨功率的加大而提高，相反，潤濕張力下降得更快。這是因為電暈處理功率在13kW以下時，隨著功率的增大，電暈放電時產(chǎn)生的粒子動能增大，薄膜表面聚合物被氧化的分子數(shù)量增多，形成的極性基團也相應(yīng)增多，薄膜的表面極性隨之增高；而當(dāng)電暈處理功率增大到15kW后，PP分子鏈上易被氧化的基團數(shù)目達到極限后極性基團不再增加，此時再增大處理功率，薄膜表面的極性不再增加，反而會使薄膜表面的聚合物結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，使內(nèi)部低表面能物質(zhì)的析出更加容易、快速，薄膜表面能下降得更快，所以薄膜的潤濕張力下降得更快。所以單站電暈處理的最佳處理功率為13～15kW。

圖1 電暈處理功率對薄膜潤濕張力的影響Fig.1 Influence of corona discharge power on wetting tension of CPP film

2.2 抗靜電劑對CPP薄膜潤濕張力的影響

薄膜生產(chǎn)過程中會加入一定量的遷移性添加劑，這些添加劑分子在薄膜制成后，會遷移到薄膜的表面，影響薄膜的潤濕張力。同樣功能不同類型的添加劑，相同的添加量，對薄膜潤濕張力的影響也不一樣，如抗靜電劑，有高分子的有中小分子的，有氨類性質(zhì)的還有酯類性質(zhì)的，還有氨類、酯類性質(zhì)都具備的［3］，它們對薄膜潤濕張力的影響很不一樣。CPP薄膜電暈處理1h內(nèi)，添加劑的分布如圖2（a）、（b）所示；電暈處理30d后，由于薄膜表面帶有電荷，中小分子添加劑析出后通常是極性端朝向膜面，非極性端向外，如圖3（a）所示排列，所以這類添加劑析出后，薄膜表面極性降低，潤濕張力降低；而對于高分子添加劑，由于添加劑分子與薄膜聚合物之間的分子間力大，所以析出后往往如圖3（b）所示排列，所以薄膜表面的極性反而提高，潤濕張力提高，且分子的極性越強越有利于潤濕張力的提高。

圖2 電暈處理1h內(nèi)抗靜電劑的分布Fig.2 Distribution of antistatic agent in an hour after corona discharge treatment

圖3 電暈處理30d后抗靜電劑的分布Fig.3 Distribution of antistatic agent after corona discharge treatment 30days

單站電暈處理，電暈處理功率為13～15kW時，測得的無抗靜電劑及不同組分抗靜電劑下薄膜的潤濕張力如圖4所示。圖4表明，不同的抗靜電劑對薄膜潤濕張力的影響不同，添加抗靜電劑1和抗靜電劑3時在30d后的潤濕張力比不添加抗靜電劑時低，而添加抗靜電劑2時比不添加抗靜電劑時高，這可能是抗靜電劑的相對分子質(zhì)量不同、組成成分不同?？轨o電劑2的相對分子質(zhì)量較高，非極性端與膜體聚合物結(jié)合良好，所以非極性端保留在膜體里面，只是極性基團遷移至薄膜表面，遷移至薄膜表面的抗靜電劑分子排列形式如圖3（b）所示，且分子的極性強，所以薄膜的表面極性提高，潤濕張力提高。所以芯層添加1份抗靜電劑2較好。

圖4 不同抗靜電劑對薄膜潤濕張力的影響Fig.4 Influence of different antistatic agent on wetting tension of CPP film

2.3 雙站電暈處理對薄膜潤濕張力的影響

電暈處理一般只與無定形區(qū)域發(fā)生作用，而對結(jié)晶區(qū)域的作用很?。?］。為了得到高透明的CPP薄膜，在流延定型上冷卻輥溫度設(shè)定得比較低（24℃以下），所以無定形區(qū)域加大，被氧化的基團數(shù)目增多，有利于電暈處理；但由于冷卻定型溫度低，經(jīng)定型后的薄膜溫度也低，而塑料薄膜溫度高時，電暈處理效果好，因為溫度高時，化學(xué)反應(yīng)的速度快，反應(yīng)的程度也大［2］，薄膜溫度低不利于電暈處理。為了提高電暈處理效果，采用雙站電暈處理，第一站對處理前的薄膜進行預(yù)熱、使膜體溫度略升，分子得到活化，第二站再進行高強度處理。

第一站的電暈處理功率為6kW，第二站采用不同電暈處理功率時測得的薄膜潤濕張力如圖5所示。圖5表明，經(jīng)過第一站處理后，第二站只需更低的處理功率（11～13kW）就可達到最佳的處理效果，且30d后的薄膜潤濕張力保持值更高（大于38mN／m）。這是因為在較低的功率下處理薄膜表面的聚合物結(jié)構(gòu)被破壞得少，低表面能物質(zhì)析出少，有利于薄膜最終潤濕張力的保持。

圖5 第二站處理功率對薄膜潤濕張力的影響Fig.5 Influence of corona discharge power of second station on wetting tension of CPP film

3 結(jié)論

（1）添加牌號為ASPA 2446OB DC的抗靜電劑有利于CPP薄膜潤濕張力的提高；

（2）采用雙站電暈處理，第一站的電暈處理功率為6kW，第二站的電暈處理功率為11～13kW時對CPP薄膜表面聚合物結(jié)構(gòu)的破壞性低，低表面能物質(zhì)析出少，有利于薄膜潤濕張力的保持。

［1］ 魏先福，黃蓓青，陸金橋.電暈處理對塑料表面性能及印刷適性影響的研究［J］.北京印刷學(xué)院學(xué)報，2007，15（4）：1－4.Wei Xianfu，Huang Beiqing，Lu Jinqiao.Study of Corona

Discharge Affecting Surface Properties and Print Abilities of Plastic［J］.Journal of Beijing Institute of Graphic Communication，2007，15（4）：1－4.

［2］ 楊福泉.CPP流延膜的電暈處理［J］.塑料包裝，2004，14（4）：20－22.

Yang Fuquan.Corona Discharge Treatment for CPP Film［J］.Plastics Packaging，2004，14（4）：20－22.

［3］ 石社正.關(guān)于CPP薄膜表面潤濕張力變化的分析［J］.塑料包裝，14（4）：23－25.

Shi Shezheng.Analyzes Change of Wetting Tension for CPP Film［J］.Plastics Packaging，14（4）：23－25.

［4］ 郭玉梅，施楣梧.電暈放電處理［J］.中國塑料，1999，13（9）：58－62.

Guo Yumei，Shi Meiwu.Corona－discharge Treatment［J］.China Plastics，1999，13（9）：58－62.

［5］ 李建華，張 開.電暈放電與塑料表面處理［J］.高分子材料科學(xué)與工程，1990，（2）：8－16.

Li Jianhua，Zhang Kai.Corona－discharge Modification of Plastics Surface［J］.Polymeric Materials Science and Engineering，1990，（2）：8－16.

Study on Corona Discharge Treatment of In Printing and Cold Resistant CPP Packaging Films

SHI Fengyan

（Fuzhou GT No.1Plastic Co，Ltd，F(xiàn)uzhou 350014，China）

The influences of different antistatic agent，corona discharge power，and treating technology on wetting tension of three－layer casting polypropylene（CPP）films were studied.When antistatic agent ASPA 2446OB DC was introduced，the CPP film treated with two station corona could preserve a wetting tension over 38mN／m after 30days.This film could be used in both in printing and heat sealing，and could directly be used in low temperature packaging field without laminating.

casting polypropylene；corona discharge treatment；wetting tension；in printing；cold resistant；antistatic agent

TQ325.1＋4

B

1001－9278（2012）05－0074－04

2012－01－12

福州市科技計劃項目（2008－Z－36）

聯(lián)系人，shifengyan468＠126.com

（本文編輯：劉 學(xué)）