免底涂劑雙向拉伸聚丙烯預(yù)涂基膜制備及性能研究

陳鑄紅，王紅兵

（安徽國(guó)風(fēng)塑業(yè)股份有限公司，安徽 合肥 230088）

覆膜技術(shù)即通過(guò)專業(yè)覆膜設(shè)備將印品和薄膜復(fù)合在一起，形成紙塑合一的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)覆膜的印刷品，其表面更加光亮、平滑，圖案更加光鮮靚麗，耐磨、耐折、抗拉、耐濕、耐化學(xué)腐蝕等性能也都得到加強(qiáng)。不僅制品的使用壽命延長(zhǎng)，產(chǎn)品的美觀性也大大提高。

覆膜根據(jù)工藝不同分為即涂和預(yù)涂?jī)煞N。即涂技術(shù)是利用即涂覆膜機(jī)隨涂膠立即貼膜進(jìn)行紙塑復(fù)合的工藝，它主要由即涂膜加工廠或加工車間根據(jù)需要將卷筒塑料薄膜涂敷黏合劑后經(jīng)干燥（輕微）復(fù)合、加壓后，將紙膜黏附在一起形成覆膜產(chǎn)品，存在覆膜效率低、質(zhì)量美觀度差、污染大、能耗高、揮發(fā)物對(duì)人體有害等缺陷。預(yù)涂技術(shù)是指以聚醋酸乙烯酯（EVA）熱熔膠為粘合劑，塑化熔融后，通過(guò)T型模頭擠出，與涂布有底涂劑的雙向拉伸聚丙烯（BOPP）預(yù)涂基膜復(fù)合，經(jīng)過(guò)冷卻定型后而成，可與紙張直接熱壓復(fù)合，廣泛應(yīng)用于紙塑復(fù)合領(lǐng)域。

圖1 底涂劑預(yù)涂膜生產(chǎn)工藝流程圖

圖2 免底涂劑預(yù)涂膜生產(chǎn)工藝流程圖

目前預(yù)涂膜技術(shù)已在歐美國(guó)家得到廣泛運(yùn)用，近幾年也成為我國(guó)覆膜技術(shù)的主流。然而該項(xiàng)工藝也存在一些缺陷：在預(yù)涂膜生產(chǎn)過(guò)程中，底涂劑的揮發(fā)性溶劑及電暈處理產(chǎn)生的臭氧對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成污染；底涂劑影響預(yù)涂膜的外觀，產(chǎn)品后期易發(fā)生黃變；涂覆底涂劑會(huì)增加預(yù)涂膜生產(chǎn)工序及能耗，需要配套電暈前處理裝置、臭氧排除裝置、涂布干燥裝置等，設(shè)備投入成本高，占地面積大；生產(chǎn)速度受底涂劑干燥速度影響較大，生產(chǎn)效率低。

免底涂劑預(yù)涂基膜的應(yīng)用能根除臭氧等污染源，改善勞動(dòng)環(huán)境，簡(jiǎn)化預(yù)涂技術(shù)生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)速度可由200 m/min 提升至300 m/min 以上，提高生產(chǎn)效率，減少了設(shè)備的投入及能源消耗，增加經(jīng)濟(jì)效益，符合國(guó)家節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的政策。

隨著環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，綠色環(huán)保理念日漸深入人心，新聞出版總署、教育部、環(huán)境保護(hù)部關(guān)于中小學(xué)教科書實(shí)施綠色印刷方案的出臺(tái)，免底涂預(yù)涂技術(shù)將逐漸成為覆膜主流技術(shù)。

1 無(wú)需底涂劑即可實(shí)現(xiàn)覆膜功能

在預(yù)涂膜生產(chǎn)中，由于BOPP薄膜與EVA為主要成分的熱熔膠分子結(jié)構(gòu)、極性存在較大差異，兩者無(wú)法直接復(fù)合，需涂布底涂劑解決，底涂劑的主要成分是聚乙烯亞胺（PEI），其作用是靠其中的極性基團(tuán)“氨基”與熱熔膠層和電暈處理后的BOPP 表面層的極性官能團(tuán)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)鍵能把BOPP與EVA結(jié)合起來(lái)。

圖3 底涂劑粘結(jié)原理

不用底涂劑，如何實(shí)現(xiàn)薄膜與EVA 熱熔膠直接復(fù)合是免底涂預(yù)涂技術(shù)的關(guān)鍵性難題。

EVA 是乙烯-醋酸乙烯嵌段共聚物，分子鏈中具有乙烯分子鏈段，PE 和EVA 相容性非常好；另一方面PE和PP均為聚烯烴，可共擠形成粘結(jié)力較強(qiáng)的薄膜。 PE與PP、EVA熱熔膠均具有良好的黏結(jié)性能，是非常好的粘結(jié)橋接材料。

PE 在與PP 共擠出過(guò)程中，兩者均為熔融狀態(tài)，粘結(jié)效果較好。制成薄膜后進(jìn)行EVA 淋膜時(shí)，基膜表層的PE 層依靠EVA 熔體溫度將PE 表層熔融，粘結(jié)在一起。

圖4 預(yù)涂膜復(fù)合工藝

2 PE功能層厚度對(duì)覆膜粘結(jié)強(qiáng)度的影響

PE功能層的厚度直接影響粘結(jié)強(qiáng)度。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，功能層的厚度從1.0 μm提高到3.0 μm，紙塑粘結(jié)強(qiáng)度由1.0 N/15 mm 逐漸提高至4.0 N/15 mm 以上，繼續(xù)增加厚度，粘結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)趨緩。

3 縱拉黏輥問(wèn)題分析及改善

縱拉是對(duì)片材進(jìn)行縱向拉伸的單元，對(duì)薄膜的物理性能和外觀有非常重要的作用。在對(duì)片材縱拉前，必須對(duì)其預(yù)熱到一定溫度，否則就會(huì)因片材無(wú)法拉伸或拉伸不均勻而導(dǎo)致破膜。

由于免底涂劑預(yù)涂基膜PE 功能層熔點(diǎn)較低，在薄膜經(jīng)過(guò)縱拉輥時(shí)，若輥面溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致該層在預(yù)熱時(shí)熔融，出現(xiàn)該層與輥筒粘連的粘輥現(xiàn)象，若輥面溫度過(guò)低則厚片不能充分預(yù)熱，無(wú)法拉伸取向。

需綜合考慮PE 材料的耐溫性，設(shè)定縱拉溫度。一般10 ～18 μm，可適當(dāng)提高非功能層溫度5℃～10℃，降低PE功能層溫度5℃～10℃，并使用鍍特氟龍輥筒。

4 薄膜厚度均勻性的控制

免底涂劑BOPP 預(yù)涂基膜多層共擠結(jié)構(gòu)中的各層材料的特性差異，各層熔體熔點(diǎn)、流動(dòng)速率都不相同，在熔融擠出時(shí)擠出機(jī)壓力波動(dòng)較大。需根據(jù)各層材料的特性及加工溫度，分別設(shè)置主、輔擠出機(jī)的溫度，使熔體的流動(dòng)速率基本一致，各層熔體分布均勻。

橫向拉伸幅寬較大，采用熱空氣加熱，上下烘箱產(chǎn)生的氣流不均衡會(huì)使薄膜在拉伸區(qū)產(chǎn)生抖動(dòng)，也會(huì)造成功能層均勻性差，甚至破膜。通過(guò)調(diào)整上、下風(fēng)箱實(shí)際風(fēng)壓，有利于功能層流平，同時(shí)滿足PP層的拉伸。

5 收卷折皺分析及粘連控制

收卷過(guò)程中，功能層粘性較大，收卷時(shí)易產(chǎn)生粘連問(wèn)題，導(dǎo)致失效后無(wú)法放卷。為解決上述問(wèn)題，通過(guò)將接觸輥與母卷切入深度，控制整體空氣混入率，解決收卷粘連問(wèn)題。通過(guò)研究，10 ～18 μm薄膜一般切入深度設(shè)置為-5.0～-9.0 mm，薄膜收卷平整，放卷狀態(tài)較好。

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)覆膜機(jī)理的研究，探討對(duì)BOPP 薄膜表面進(jìn)行改性，實(shí)現(xiàn)無(wú)需底涂劑可直接與EVA 熱熔膠復(fù)合的功能，并分析了加工工藝參數(shù)對(duì)薄膜成型的影響。研究結(jié)果表明：

（1）在BOPP薄膜成型過(guò)程中，表層共擠出PE材料功能層，可實(shí)現(xiàn)BOPP薄膜與EVA直接復(fù)合。

（2）在一定厚度范圍內(nèi)，增加PE功能層厚度，紙塑覆膜粘結(jié)強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，可滿足下游覆膜要求。

（3）共擠出PP/PE 材料，需對(duì)縱拉設(shè)備和成型工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，避免因PE 材料熔點(diǎn)低而導(dǎo)致的表面燙傷。

（4）擠出機(jī)溫度及橫拉溫度、風(fēng)量對(duì)薄膜厚度均勻性影響較大，需摸索適合的加工參數(shù)。

（5）收卷接觸輥切入深度直接影響收卷質(zhì)量。