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爽滑剂对表面擦系数的影响
发布时间:2020-10-07    浏览人次:83次
一、影响摩擦系数稳定性的三个因素:
1、在较高的熟化温度(例如50℃)和较长的熟化时间(例如48h)作用下,热封层的表面摩擦系数会有明显的上升,达到0.3或0.4的水平。而使用较低的熟化温度(例如40℃)及较短的熟化时间(例如24h),则摩擦系数变化不大(可维持在0.1~0.2间)。
2、使用某些具有"抗助剂"性能的粘合剂进行复合加工后,在获得较高的剥离强度的同时,热封层的摩擦系数也会明显地上升。减少涂胶干量及使用较低的熟化温度和较短的熟化时间虽能减少摩擦系数的变化幅度,也会牺牲部分剥离强度。
3、分切后的膜卷在墨层较厚的区域或在收卷比较紧的膜卷上,相应的热封层的摩擦系数数值会比较大,在墨层较薄或没有油墨的区域或在收卷比较松的膜卷上,相应的热封层的摩擦系数数值就会维持比较小的状态。
二、爽滑剂对摩擦系数的影响及其应用:
复合包装用薄膜加工行业常用的爽滑剂有油酸酰胺和芥酸酰胺两种(当然不仅限于此两种)。
油酸酰胺常用于CPE(流延PE薄膜)和IPE(吹塑PE薄膜)中。添加量视薄膜的厚度及客户所要求的摩擦系数值而定。芥酸酰胺常用于BOPP、CPP(流延PP薄膜)和IPP(吹塑PP薄膜)中。添加量视薄膜的厚度及客户所要求的摩擦系数值而定。在BOPET和BOPA薄膜的加工过程中并不需要使用酰胺类的爽滑剂。
三、爽滑剂的作用机理:
在塑料加工中,爽滑剂又被称作润滑剂。润滑剂分为内润滑和外润滑两类,油酸酰胺和芥酸酰胺属于外润滑剂。目前市场上所销售的BOPP、CPP(IPP)、CPE(IPE)均为多层共挤薄膜。在加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜时,爽滑剂通常会被加在热封层当中,在加工BOPP薄膜时,爽滑剂通常会被加在芯层当中。外润滑剂(油酸酰胺、芥酸酰胺)是与聚丙(乙)烯基团相容性差的极性有机化学品,在聚丙(乙)烯链的布朗氏运动作用下,这些外润滑剂的分子迁移至薄膜的表面("外迁")形成一层油性表面,而起到改善薄膜表面性能的润滑作用,降低摩擦系数。
爽滑剂的"内迁"、"外迁"与"迁移":
1、熟化后摩擦系数下降:
一部分软包装企业反映:原本要求热封层薄膜的非处理面的摩擦系数应在0.1~0.2间,但进厂的薄膜的摩擦系数的实测结果可能会大于0.4。将该种薄膜放入熟化室中一段时间后,摩擦系数就能降到0.1~0.2间。(已加入薄膜中的爽滑剂需要一定的温度与时间才能完成"外迁"。)
2、PA//PE结构剥离强度差:
一部分软包装企业反映:所加工的包装材料,例如:PA//PE结构的剥离强度较差,将其剥开后,在PE膜上可看到一层白色的"霜"样的物质,且可用手将其擦除。将该复合薄膜重新放入熟化室或80℃的电热箱中一段时间,取出后马上进行剥离强度的检查,则剥离强度值会有明显的提高,而且PE膜上也看不到原有的白色的"霜"样的物质;但将该复合薄膜在室温条件下放置n天后,其剥离强度又会随着时间的延长而逐渐降低。
上述说明:已加入薄膜中的爽滑剂在较高的温度条件下会从薄膜的表面向薄膜的内部迁移(内迁),而在较低的温度环境下会再次向薄膜的表面迁移(外迁)。也就是说:烯烃类材料在较高的温度条件下对油酸酰胺、芥酸酰胺类外润滑剂有相对较好的相容性,较低的温度条件下油酸酰胺、芥酸酰胺类外润滑剂的相容性相对地较差。
3、VMCPP表面润湿张力值小:
一部分软包装企业反映:所购买的VMCPP薄膜的镀铝面的表面润湿张力值有时是42mN/m,有时是38mN/m或30mN/m。镀铝层是由金属铝转化而来的,金属铝本身的表面润湿张力应大于70mN/m,即便是参照铝箔,其表面润湿张力也应不小于72mN/m。其表面润湿张力值的大幅度降低,显然是由于受到了从PP镀铝基材薄膜中外迁出的物质的影响。
上述事实说明:基材薄膜中的添加剂(包括爽滑剂)不仅会"外迁"和"内迁",还会在卷绕、存放的过程中向与其相邻的界面发生"迁移"。
聚乙烯对酰胺类爽滑剂的相容性较差,表现在膜的摩擦系数会在3.5h内迅速地下降到0.2以下;
油酸酰胺的"外迁"速度快于芥酸酰胺;聚丙烯对酰胺类爽滑剂的相容性较好,表现在薄膜的摩擦系数在200h后才会下降到0.4左右(随着时间的延长还会继续下降);使用芥酸酰胺能得到更低的摩擦系数;油酸酰胺和芥酸酰胺既可以用于PE薄膜,也可用于PP薄膜。
薄膜的摩擦系数不断下降的原因是爽滑剂不断地"外迁"到薄膜的表面并覆盖了薄膜表面上越来越多的面积。
如果已经"外迁"到PE薄膜表面的爽滑剂由于某种原因"消失"或"减少"了,其结果就将是PE薄膜的表面摩擦系数的"异常上升"。


4、爽滑剂随膜迁移:

以PA/PE结构的复合薄膜为例,对于卷绕状态的复合薄膜,PA膜的内表面是通过粘合剂的作用与PE膜的复合面粘接在一起的,PA膜的外表面则是在收卷张力的作用下与PE膜的热封面紧紧地"靠"在一起的。
假定1000ppm的爽滑剂是加在PE膜的热封层中的,即PE膜的芯层和复合层是不含爽滑剂的,那么,热封层中的爽滑剂就慢慢地会向热封层的表面和复合层及其表面发生迁移。而加工PA薄膜时是不使用酰胺类爽滑剂的,因此,迁移到热封层表面的爽滑剂就可能向PA薄膜表面及其内部发生迁移。迁移到PE膜复合面的爽滑剂一方面会导致剥离强度的下降,另一方面会导致PE膜热封面有效爽滑剂数量减少,进而导致热封面摩擦系数上升;迁移到PA薄膜表面及其内部的爽滑剂一方面会导致PE膜热封面上有效的爽滑剂数量减少,进而导致PE膜热封面的摩擦系数上升,另一方面会使得PA薄膜外表面的摩擦系数下降。
四、影响爽滑剂"迁移"的因素:
影响爽滑剂从PE膜的热封面"迁移"到PA膜的外表面的因素有两个,一是环境温度,二是PE膜的热封面与PA膜的外表面间的距离。
1、温度的影响:
温度会影响爽滑剂的迁移速度和PE、PA薄膜对爽滑剂的相容性。
温度的上升会提高PE薄膜对爽滑剂的相容性,促使爽滑剂向PE膜"内迁",从而减少PE薄膜中的爽滑剂向PA薄膜中"迁移"的速度;温度的上升同样会提高PA薄膜对爽滑剂的相容性,同时,由于PA薄膜中原本没有爽滑剂,在PE膜的表面和PA膜之间的爽滑剂的浓度梯度显然大于PE膜的表面到PE膜内部间的浓度梯度,因此,"外迁"到PE膜表面的爽滑剂会相对更快地向PA内"迁移"。
2、距离的影响:
"PE膜的热封面与PA膜的外表面间的距离"受下列条件制约:一是薄膜中无机类开口剂的种类与数量,二是收卷的压力。
在加工BOPA、BOPET、BOPP薄膜时,开口剂(无机类)是必须添加的助剂。开口剂的粒径可能在0.5~5um之间,并部分地"埋在"薄膜的表层内。
而加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜的企业中,据了解有一部分是不使用无机类开口剂的。
如果加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜时使用了无机类的开口剂,那么,当PA/PE结构的复合薄膜被卷绕起来时,PA层的外表面与PE层的热封面之间就会被两个表面上的开口剂所隔开(可能有数微米的距离),从PE膜中"外迁"的爽滑剂只有"填满"了两个表面间的空隙后才有可能"迁移"到PA薄膜中去。在这种情况下,PE膜的热封面通常会保有足够数量的爽滑剂,并维持摩擦系数在所需的范围内。如果加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜时没有使用无机类的开口剂,那么,当PA/PE结构的复合薄膜被卷绕起来时,PA层的外表面与PE层的热封面之间的距离就会被明显地缩小。那么,从PE膜中只需"外迁"出较少数量的爽滑剂后,就会有一部分爽滑剂开始"迁移"到PA薄膜中去。
复合薄膜收卷时的张力会极大地影响收卷后复合薄膜层间的压力及距离。在薄膜的表面有许多大小不等的"凹坑",这些"凹坑"是在收卷压力的作用下,另一层薄膜表面"凸起"的开口剂在该薄膜上留下的压痕。在该压痕周围平坦的区域可以理解为两层薄膜的表面,例如PA膜的外表面和PE膜的热封面,可以"紧密接触"的区域。在此区域,从PE膜中"外迁"出来的爽滑剂就可以直接"迁移"到PA薄膜中去了。
在这种情况下,PE膜的热封面上的爽滑剂数量就会显示出某种程度上的缺少,其摩擦系数就会显示出某种程度的"上升"。
收卷后的复合薄膜层间的压力及距离还与构成复合薄膜的各基材自身的厚薄均匀度及印刷图案的设计、墨层的厚度均有着密切的关系。墨层越厚,则收卷后该部位的硬度就越大,则意味着该处的复合薄膜层间的压力越大、层间的距离越小,从PE膜中"外迁"出来的爽滑剂"迁移"到PA薄膜中去的机率就会更大、数量就会越多。其结果就是上述墨层厚的区域所对应的热封层表面的摩擦系数明显大于墨层薄或无油墨的区域所对应的热封层表面的摩擦系数。
3、可能出现的不同结果:
如果复合薄膜中的两层基材薄膜均使用了同种爽滑剂,那么,熟化后的复合薄膜的热封层的热封面摩擦系数可能只有小于0.1的变化。此类材料可能有BOPP/CPP(假定两个基材中均有芥酸酰胺)或表层为BOPP、而热封层为CPP的三层或多层复合薄膜。换句话说,收卷时的张力及熟化条件对此类材料的摩擦系数影响不大。
A、如果复合薄膜中的两层基材薄膜使用了不同种类的爽滑剂,那么,熟化后的复合薄膜的热封层的热封面的摩擦系数可能会有小于0.15的变化。
此类材料可能有BOPP/CPE(假定BOPP中有芥酸酰胺,CPE中有油酸酰胺)或表层为BOPP、而热封层为CPE的三层或多层复合薄膜。
B、如果复合薄膜中的两层基材薄膜中的表层薄膜没有爽滑剂、热封层中有爽滑剂,那么,熟化后的复合薄膜的热封层的热封面的摩擦系数可能会有明显的变化(例如大于0.2的变化幅度)。
此类材料可能有BOPA/CPE、BOPET/CPE、BOPA/CPP、BOPET/CPP或表层为BOPA或BOPET、而热封层为CPP、CPE的三层或多层复合薄膜。换句话说,收卷时的张力及熟化条件对此类材料摩擦系数的影响会比较明显。
4、应对的策略:
要求加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜时使用尽可能多的无机类开口剂;要求加工CPP(IPP)、CPE(IPE)薄膜时尽量使用"迁移性"较差的芥酸酰胺作为爽滑剂;在不出现"窜卷"问题的前提下,用尽可能小的收卷张力;采用热收缩率尽可能小(例如≦1.5%)的基材薄膜进行复合加工。

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