塑料與傳統(tǒng)的包裝材料相比(如紙、玻璃、金屬)相比,具有質(zhì)輕、防潮、耐腐、價(jià)廉、易成型等優(yōu)點(diǎn),所以塑料在包裝領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈多。主要有塑料包裝袋、包裝容器,廣泛用于食品、飲料、化妝品、醫(yī)藥、化工原料等的包裝。常用作包裝材料的塑料種類主要是PE、PP、PVC、PET等,這些塑料表面張力都不大,特別是前兩種塑料的表面張力更小(見表1),導(dǎo)致了對其進(jìn)行印刷、粘接效果不好。為改善塑料包裝材料的印刷性與粘接性,對其表面進(jìn)行處理是一種有效方法。塑料包裝材料表面改性的方法很多,主要是電暈放電處理、火焰處理,以下對這兩種方法的實(shí)用技術(shù)予以介紹。

表1 常用塑料包裝材料表面張力大小mN/m

電暈放電處理

電暈放電處理的原理和裝置

電暈放電處理是將被處理的塑料置于高壓電極與地電極之間,在大氣壓下使兩極電壓控制為15kV左右,導(dǎo)致兩極之間的空氣發(fā)生電離,電離后的各種粒子在高頻交變電場的作用下高速沖擊兩極間的塑料表面,使塑料表面性能改變。

電暈放電處理裝置按振蕩方式不同主要有三種類型,即火花間隙式、電子管式和固態(tài)式,它們各有特點(diǎn),其中,固態(tài)式電暈放電裝置效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、能耗低,是電暈處理的首選裝置，三種電暈放電裝置的比較見表2。

表2 電暈放電處理裝置的比較

電暈放電處理的效果當(dāng)對塑料包裝材料進(jìn)行電暈放電處理后,其表面張力與表面極性均增大,提高了油墨、粘接劑在其表面的潤濕性及它們之間的作用力。常見塑料包裝材料經(jīng)電暈放電處理后其表面張力變化見表3。

表3 常見塑料包裝材料電暈放電處理后表面張力的變化mN/m

塑料包裝材料經(jīng)電暈處理后其表面極性增大,主要是因?yàn)殡姇炋幚淼倪^程中塑料表面有羰基等極性基團(tuán)生成(各種粒子高速沖擊塑料表面,空氣中的氧與材料表面分子發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng))?，F(xiàn)代科學(xué)分析證明,PE材料表面經(jīng)電暈處理后,其表面含氧量增加。

電暈放電處理的影響因素

電暈放電處理塑料包裝材料的處理效果影響因素很復(fù)雜,影響的主要因素有:電極與塑料的相對位置、輸出電流、處理時(shí)間、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、處理后存放材料時(shí)間等。

電極與塑料的相對位置

電極與被處理塑料包裝材料的相對位置決定了電暈與被處理材料的接觸程度大小。電暈放電產(chǎn)生電暈的類型有膜狀電暈、火花電暈、梳狀電暈等,對塑料材料進(jìn)行電暈處理的電暈一般以梳狀電暈較好。

當(dāng)電極與被處理塑料相距過大,電暈不能充分沖擊塑料,處理效果差,當(dāng)電極與被處理塑料相距過近,沖擊粒子未被充分加速,處理效果也不理想。故電極與被處理塑料包裝材料間有一最佳距離,且不同類型的電暈處理裝置最佳距離不同。對于梳狀電暈一般3～5mm為宜。

輸出電流的大小

電暈處理時(shí)輸出電流大小對處理的效果影響很大,當(dāng)輸出電流過低時(shí),電暈處理效果差,當(dāng)輸出電流達(dá)到某臨界值后,電暈處理的效果增加不多,即對某種塑料包裝材料進(jìn)行電暈處理時(shí)有一最佳輸出電流。

處理時(shí)間

塑料包裝材料電暈處理時(shí)間愈長,處理效果愈好,但處理時(shí)間過長會導(dǎo)致處理過度,塑料會產(chǎn)生異味,對于薄膜制品則還會發(fā)生粘連,若塑料中含有某些助劑,有時(shí)由于過度處理而導(dǎo)致助劑向表面遷移,影響透明度。故處理的時(shí)間不能過長,以不影響產(chǎn)品質(zhì)量為度。

環(huán)境條件

電暈處理包裝材料時(shí)的環(huán)境溫度、濕度對處理的效果有較大的影響,環(huán)境溫度高,處理的效果好,如處理熱膜比處理冷膜的效果好得多。原因是溫度高時(shí),發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)快,反應(yīng)的程度也大,但處理后產(chǎn)品存放的環(huán)境溫度高,電暈處理的效果消退也快,這在生產(chǎn)中要予以注意。環(huán)境的濕度大,電暈處理的效果會變差,這可能是空氣中的水分子捕捉了部分由電暈使空氣電離而產(chǎn)生的各種粒子,使對塑料包裝材料進(jìn)行處理的電暈粒子能量減少,從而影響了處理的效果。

處理后存放的時(shí)間

對塑料包裝材料進(jìn)行電暈處理后,隨著存放時(shí)間的增長,處理的效果會下降,原因可能是因?yàn)殡S著存放時(shí)間的增長電暈處理所產(chǎn)生的極性基團(tuán)向塑料內(nèi)部遷移的結(jié)果。所以,經(jīng)電暈處理后的塑料包裝材料必須盡快地進(jìn)行印刷或粘接,以保證后處理的效果。

火焰處理

火焰處理是用燃燒可燃?xì)怏w產(chǎn)生的火焰與被處理的塑料表面相接觸,從而使被處理塑料材料表面粗化(結(jié)晶型塑料產(chǎn)生晶體)并發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),使表面產(chǎn)生極性基團(tuán)(羰基)從而改變表面性能的方法。

火焰處理裝置及原理

火焰處理裝置比較簡單,國內(nèi)尚無定型的專用設(shè)備(國外已有專用設(shè)備),可根據(jù)處理產(chǎn)品的類型進(jìn)行自制,主要部分為供氣裝置與燃燒噴口,燃燒噴口要保證燃?xì)獬浞秩紵夷軌蛘{(diào)節(jié)火焰大小。對塑料包裝膜(片)進(jìn)行火焰處理時(shí),需將膜緊貼在冷卻的金屬輥筒上,以防止處理時(shí)塑料包裝材料發(fā)生軟化變形甚至熔化。當(dāng)處理塑料包裝容器時(shí),要求能對容器四周進(jìn)行均勻的火焰處理。火焰處理的原理是:在高溫下使塑料包裝材料表面的大分子發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生極性基團(tuán),另外還對表面分子聚集的結(jié)構(gòu)形態(tài)產(chǎn)生影響,如結(jié)晶性塑料表面球晶尺寸增大,從而增大了塑料包裝材料的表面粗糙度和表面極性,達(dá)到提高印刷質(zhì)量和粘接強(qiáng)度的目的。

影響火焰處理效果的主要因素

影響火焰處理效果的主要因素:混合氣體的比例、處理的時(shí)間、火焰與塑料的相對位置等。

混合氣的比例

用于對塑料包裝材料進(jìn)行火焰處理的主要燃?xì)庥忻簹?、天燃?xì)狻⒁夯推?這些燃?xì)馊紵欠裢耆c產(chǎn)生的火焰溫度高低與混合比例關(guān)系很大。如使用煤氣,煤氣與空氣比例為1∶1時(shí),則產(chǎn)生的溫度低于1000℃,處理效果不理想;若改為煤氣∶空氣∶氫氣為3∶5∶1時(shí),則火焰溫度可高于1000℃,火焰處理的效果要好些。對于天燃?xì)?天燃?xì)狻每諝鉃?∶1時(shí),燃燒產(chǎn)生的火焰對塑料包裝材料表面處理的效果較好。如用液化石油氣作為燃?xì)?則要求該燃?xì)獬浞秩紵?火焰呈青藍(lán)色時(shí)火焰溫度較高,處理效果較為理想。

處理時(shí)間

火焰處理時(shí)間長則表面改性效果好,但處理時(shí)間不能過長,否則塑料受熱時(shí)間過長,塑料會出現(xiàn)熔化、變形、分解等現(xiàn)象,特別是處理塑料薄膜類包裝材料時(shí),一般要求對著火焰的時(shí)間需控制在最短限度內(nèi),以保證材料不熔化、不燒焦。

火焰與塑料的相對位置

火焰與被處理塑料的距離過遠(yuǎn)或過近,處理的效果均不理想,因?yàn)樗芰想x火焰過遠(yuǎn)或過近都不是以最高火焰溫度對塑料進(jìn)行處理。一般要求讓塑料與火焰的最高溫度處進(jìn)行接觸以提高火焰處理的效果。故要將被處理的塑料與“氧化焰”的中部相接觸,以期得到最好的處理效果。

這是因?yàn)椤把趸妗辈坏珳囟茸罡?而且還具有一定的氧化性,能使塑料表面的大分子發(fā)生氧化反應(yīng)而產(chǎn)生極性基團(tuán),提高塑料表面活性以利于提高印刷、粘接質(zhì)量。

雖然對塑料包裝材料表面改性的方法很多,如表面接枝、臭氧處理、化學(xué)藥品處理、紫外線照射處理等,就塑料表面處理工業(yè)實(shí)用性來說,現(xiàn)仍是以電暈放電處理及火焰處理為主要方法。它們在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛。這兩種方法不但處理技術(shù)較為簡單,而且處理效果也較好,但影響處理效果的因素較為復(fù)雜,了解與掌握其原理及影響因素是保證處理效果的關(guān)鍵。

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