等離子體預(yù)處理對(duì)BOPET 鍍鋁膜鍍鋁層附著性能的影響研究

文/汪中祥 李永荃（安徽國風(fēng)塑業(yè)股份有限公司）

隨著市場對(duì)食品保質(zhì)期和香味保持等要求的逐漸提高，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)鍍鋁膜的鍍鋁強(qiáng)度要求也越來越高，尤其鍍鋁膜用于蒸煮食品包裝時(shí)，為避免蒸煮導(dǎo)致鍍鋁層龜裂脫落，對(duì)蒸煮后鍍鋁強(qiáng)度要求更高。

提高鍍鋁膜的鋁層附著力通常采用化學(xué)處理法（薄膜表面涂布丙烯酸酯涂層）、薄膜表層改性法及薄膜表面電暈等離子增強(qiáng)處理法等[1]。在包裝領(lǐng)域，等離子體處理通常用于聚合物基膜的下一步加工預(yù)處理，如鍍鋁、復(fù)合等。在薄膜鍍鋁工序中，通過等離子體中自由電子、離子和活性基團(tuán)的共同作用，對(duì)材料表面進(jìn)行刻蝕，薄膜表面分子產(chǎn)生鏈斷裂和鏈交聯(lián)，在薄膜表面產(chǎn)生極性功能團(tuán)，同時(shí)降低聚合物薄膜表面吸附的濕氣、有機(jī)污染物和低分子量物質(zhì)，提高鍍鋁復(fù)合牢度。

介質(zhì)阻擋放電（DBD）是產(chǎn)生低溫等離子體的技術(shù)之一，其主要優(yōu)點(diǎn)在于可在常壓氣體中產(chǎn)生非平衡態(tài)等離子，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，利用DBD 等離子體對(duì)進(jìn)行表面改性的應(yīng)用越來越廣泛[2]。

本文對(duì)雙向拉伸聚酯（BOPET）薄膜行DBD 等離子預(yù)處理后進(jìn)行真空鍍鋁，并對(duì)鍍鋁膜鋁層附著力性能進(jìn)行研究。

一、樣品生產(chǎn)與制備

1.BOPET 薄膜制備

薄膜配方采用儀征化纖FG620 大有光聚酯切片和FG610 母料，陶氏化學(xué)馬來酸酐接枝POE 和杜邦的共聚Co-PET，具體配方見表1。

表1 BOPET 鍍鋁基膜配方

利用布魯克納公司的幅寬8 m、速度350 m/min 的聚酯雙向拉伸生產(chǎn)線制備BOPET 薄膜并對(duì)功能面進(jìn)行電暈處理，制成12 μm 的BOPET 鍍鋁基膜。

2.薄膜DBD 等離子預(yù)處理

采用自制的開放平板式DBD 等離子處理系統(tǒng)，對(duì)制得的BOPET 鍍鋁基膜進(jìn)行等離子預(yù)處理，放電氛圍氣體是N2。圖1 是DBD 等離子處理系統(tǒng)示意圖。

圖1 DBD 等離子處理系統(tǒng)示意圖

DBD 等離子放電系統(tǒng)無需真空，電源簡單，非常適合聚合物接枝和改性，其具體工作參數(shù)見表2。

表2 DBD 等離子處理系統(tǒng)工作參數(shù)

3.鍍鋁膜制備

采用德國萊寶真空鍍鋁機(jī)常規(guī)工藝進(jìn)行真空鍍鋁，分別對(duì)預(yù)處理后的BOPET 薄膜和未經(jīng)預(yù)處理的BOPET 薄膜進(jìn)行真空鍍鋁，制成鍍鋁膜。

二、測試部分

1.樣品老化處理

將制得的2 種BOPET 鍍鋁膜樣品置于可程式恒溫恒濕老化試驗(yàn)箱進(jìn)行老化試驗(yàn)，在溫度為40 ℃、相對(duì)濕度為80%的條件下處理48h，老化處理結(jié)束后將樣品置于23 ℃、相對(duì)濕度50%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)狀態(tài)調(diào)節(jié)。

2.鍍鋁層附著力檢測

分別在老化處理后的兩種鍍鋁膜鍍鋁面沿縱向涂覆20μm EAA 熱熔膠層，然后將鍍鋁膜復(fù)合到厚度為1 mm的鋁箔上，沿涂覆方向制成長200 mm、寬15 mm 的樣條，在拉力機(jī)上測試鍍鋁層附著力。按GB/T 8808—1988 的規(guī)定進(jìn)行測試，夾具間距50 mm，試驗(yàn)速度為300 mm/min±50 mm/min，記錄剝離力大小及鍍鋁層剝離面積。附著力測試樣條結(jié)構(gòu)如圖2 所示，剝離力測試結(jié)果見表3。

表3 BOPET 鍍鋁膜鍍鋁層剝離強(qiáng)度

圖2 附著力測試樣條結(jié)構(gòu)示意圖

3.XPS 測試分析

儀器設(shè)備：X 射線光電子能譜儀，廠家為德州儀器，型號(hào)為XPS82480MOP。

對(duì)等離子體預(yù)處理過的BOPET 鍍鋁膜進(jìn)行XPS 測試，結(jié)果如圖3 所示。對(duì)照XPS 標(biāo)準(zhǔn)譜圖手冊(cè)和數(shù)據(jù)庫分析，Al-C 特征峰比較明顯，表明BOPET 薄膜表面存在PET-Al 的鰲合物。

圖3 XPS 能譜圖

三、試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）經(jīng)等離子體處理的BOPET 鍍鋁膜，鍍鋁層與基膜之間的結(jié)合更加牢固，鍍鋁層的附著力大大提高。

（2）BOPET 薄膜經(jīng)等離子體處理后，通過等離子體中自由電子、離子和活性基團(tuán)的共同作用，對(duì)薄膜表面進(jìn)行刻蝕、薄膜表面分子產(chǎn)生鏈斷裂和鏈交聯(lián)，在薄膜表面產(chǎn)生極性功能團(tuán)，增加了薄膜與Al 反應(yīng)的位點(diǎn)，形成了Al-C 共價(jià)鍵，在BOPET 薄膜界面形成了PET-Al 的鰲合物，增強(qiáng)了蒸鍍鋁的附著力。