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(lái)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(jiàn)表1),導(dǎo)致了對(duì)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(duì)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(duì)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(chǎng)的作用下高速?zèng)_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(jiàn)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(duì)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(rùn)濕性及它們之間的作用力。常見(jiàn)塑料包裝材料經(jīng)電暈放電處理后其表面張力變化見(jiàn)表3。

表3 常見(jiàn)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^(guò)程中塑料表面有羰基等極性基團(tuán)生成(各種粒子高速?zèng)_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))。現(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(duì)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(duì)位置

電極與被處理塑料包裝材料的相對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)處理的效果影響很大,當(dāng)輸出電流過(guò)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(duì)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(zhǎng),處理效果愈好,但處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致處理過(guò)度,塑料會(huì)產(chǎn)生異味,對(duì)于薄膜制品則還會(huì)發(fā)生粘連,若塑料中含有某些助劑,有時(shí)由于過(guò)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(guò)長(zhǎng),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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)塑料包裝材料進(jìn)行電暈處理后,隨著存放時(shí)間的增長(zhǎng),處理的效果會(huì)下降,原因可能是因?yàn)殡S著存放時(shí)間的增長(zhǎng)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(jiǎn)單,國(guó)內(nèi)尚無(wú)定型的專用設(shè)備(國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)位置等。

混合氣的比例

用于對(duì)塑料包裝材料進(jìn)行火焰處理的主要燃?xì)庥忻簹狻⑻烊細(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(duì)于天燃?xì)?天燃?xì)狻每諝鉃?∶1時(shí),燃燒產(chǎn)生的火焰對(duì)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(zhǎng)則表面改性效果好,但處理時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng),否則塑料受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng),塑料會(huì)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(duì)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(duì)位置

火焰與被處理塑料的距離過(guò)遠(yuǎn)或過(guò)近,處理的效果均不理想,因?yàn)樗芰想x火焰過(guò)遠(yuǎn)或過(guò)近都不是以最高火焰溫度對(duì)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(duì)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(lái)說(shuō),現(xiàn)仍是以電暈放電處理及火焰處理為主要方法。它們?cè)诠I(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(jiǎn)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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