電暈處理容易出現(xiàn)的問題以及注意事項

電暈處理容易出現(xiàn)的問題以及注意事項

前言聚丙烯薄膜具有耐熱、耐化學腐蝕、質(zhì)輕、絕緣性能優(yōu)良和機械性能較好的特性，因而得到了廣泛的應(yīng)用，但PP高聚物不含極性基團、化學性質(zhì)較為穩(wěn)定，與其它親水性基團結(jié)合困難，一般在投入使用前需預(yù)先進行表面處理，以適應(yīng)工藝要求。用于BOPP薄膜表面處理主要是電暈處理法。這種方法效率高，可適用于生產(chǎn)，它主要使薄膜非極性的表面產(chǎn)生極性基團，使其浸潤張力等方面發(fā)生變化，有利于蒸鍍及印刷。實踐證明經(jīng)過電暈處理的BOPP膜在各項參數(shù)上均是較為優(yōu)秀的。電暈的使用已有百余年的歷史，但對其機理和化學變化過程只是近些年才被研究和確定下來，本文僅根據(jù)實際生產(chǎn)中電暈處理應(yīng)用方面的若干問題作一探討(對某些涉及商業(yè)秘密的數(shù)據(jù)本文不作具體介紹)。2原理本文所述的電暈處理是一種在高電壓下令電子加速離開電極，并撞擊聚合物表面的一種過程。由于兩極間的傳導(dǎo)被阻斷，使得處于電場中的氣體因受電子碰撞后離子化濃度急劇增加，其主要反應(yīng)過程如下：O2+高能量電子→2O+低能量電子2O+2O2→2O3+熱即：3O2+電能→2O3+熱前式也可寫成：3O2+M→2O3+M式中M為空氣中任何其它氣體分子，如氮。它們也可受高能電子沖擊離解為氮原子，并引發(fā)一系列反應(yīng)，此處略去。在臭氧生成過程中，伴有彌散藍紫色輝光的電暈現(xiàn)象，從而被稱之為電暈。換言之，薄膜的電暈處理就是把薄膜置于電場中成為阻斷傳導(dǎo)的介質(zhì)，在電場作用下，獲得高能量，并激活其它離子或分子，同時把這種能量分配到薄膜上，在薄膜表面駐極，形成極性的化學自由基團，使薄膜表面產(chǎn)生懸掛鍵。在這一過程中，高能電子碰撞空氣中的氧分子、氮分子、水分子等，伴之發(fā)生氧化—還原反應(yīng)，并產(chǎn)生臭氧和氮氧化物等。由于臭氧具有強烈的氧化性，當它接觸到聚丙烯薄膜表面時，會在其表面毫微米發(fā)生復(fù)雜的有機反應(yīng)，產(chǎn)生羥基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(>C=O)等。而這些含氧官能團的引入，是增加薄膜表面張力的關(guān)鍵所在。因此，通過氧化，不僅可以改良薄膜表面張力，還可以提高薄膜表面的可蒸鍍性和可印刷性。電暈處理設(shè)備一般包括了一個高頻高壓發(fā)生器和一個附帶金屬電極和支持卷軸的電暈處理站。它們互相平行，并以一個1.5mm的空氣間隙作為分隔。當電暈處理站輸入20～40kHz或數(shù)千伏高電壓時，電極間便會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，在薄膜表面形成均勻火花。3問題在BOPP膜的生產(chǎn)中，薄膜的處理是一項較為復(fù)雜的工藝，它涉及到化工工藝、機械設(shè)備和電控等多方面的知識，對它的調(diào)整和控制需相當精細，稍有不慎，就可能造成薄膜在后道工序中的脫落、處理不均、運行不平穩(wěn)、隱性條紋等多方面的質(zhì)量問題，根據(jù)我們在生產(chǎn)中使用的情況來看，下述比較常見的幾個問題，是應(yīng)當引起我們重視和研究的：(1)電暈處理站的設(shè)備和調(diào)整狀態(tài)(2)膜面溫度和空氣相對濕度對電暈處理的影響(3)電暈處理中電暈強度和處理時間(4)電暈處理輥和電極平行(5)膜運行的平穩(wěn)性(6)薄膜發(fā)脆走偏問題(7)輥面的污染4討論4.1電暈處理站的設(shè)備配置和調(diào)整狀態(tài)4.1.14.1.2電暈處理輥與電極之間的間隙大小必須保持一致，亦即兩者之間既要有一定的距離又要相互平行，這樣才能使膜表面處的場強相同，產(chǎn)生均勻的電暈處理。一般二者的間隙在1.5～2.5mm4.1.34.2膜面溫度和空氣相對溫度對電暈處理的影響在電暈處理的過程中，膜面溫度和空氣相對濕度是影響它的兩個顯著的變量。隨著空氣相對濕度和膜面溫度的增大所需電暈處理的時間就越長，也即薄膜越不容易被電暈處理。這是因為當空氣中相對濕度增大時，空氣中水分子的含量增大，而電暈過程中產(chǎn)生的臭氧可溶于水，在常溫常壓下，臭氧在水中的溶解度比氧約高13倍，比空氣高25倍。由于臭氧濃度的下降，使含氧官能團在膜面生成及駐極的機會大大減小，從而降低電暈處理的效果。隨著膜面溫度的增高，使駐極分子的穩(wěn)定性變差，表面分子遷移的比例增大，不利于膜面的高表面能區(qū)域的形成，部分抵消了通過電暈增加薄膜表面張力的作用。但另一方面，根據(jù)實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗，膜面的溫度也并非越低越好。在生產(chǎn)中，電暈處理過程會產(chǎn)生大量的熱。為防止膜面溫度過高，通常我們采用循環(huán)水輥內(nèi)進行閉式循環(huán)，并增加一套加熱裝置使冷卻水保持一定的溫度。過低的溫度會使膜面的分子在極化和發(fā)生化學變化時基本能量不足，也會造成膜面表面張力不足的問題，所以，把電暈處理輥處的膜面溫度控制在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)是電暈處理的一個關(guān)鍵問題，這也是我們在長期生產(chǎn)中摸索發(fā)現(xiàn)的。4.3電暈處理中電暈強度和處理時間的控制在生產(chǎn)中，為了使薄膜表面張力的處理達到某一等級，通常采用的方法是增加電暈處理的強度，在一定界限內(nèi)，這種方法是行之有效的，當超過這一界限后，即使再增加電暈，也不會使薄膜表面能等級得到提高，這是因為當膜在瞬時進行電暈處理過程中，電極與電暈輥之間的空氣量處于一種相對穩(wěn)定狀態(tài)，而這相對穩(wěn)定空氣量中的氧氣分子含量是一定的，即使提高電極的電壓和電流值，也不能激活更多的氧分子，使更多的含氧官能團駐極到薄膜表面，達到提高薄膜表面能的目的。的設(shè)定溫度來調(diào)整薄膜的表面處理達因值，是在工藝控制中經(jīng)常采用的有效方法之一。

2.3生產(chǎn)線速度

生產(chǎn)線速度是影響電暈處理效果另一重要因素。BOPP薄膜是在極短的時間內(nèi)通過高壓電極間隙，而使表面達因值得以提高，于高壓電極間隙內(nèi)停留時間的長短，會影響薄膜的電暈處理效果。

由此可見，電暈處理的電極電壓要隨著生產(chǎn)線速度的變化要作出相應(yīng)的調(diào)整，隨著生產(chǎn)線速度的增大而增大。

2.4電極排風量

在電暈處理過程中，隨著空氣離子化，會產(chǎn)生等離子體，其中包含有電子、氧離子、臭氧等，等離子體會滲透薄膜，破壞其它化學鍵，激發(fā)自由游離基，與氧氣離子起作用成氧化極化基，這些基團會對薄膜的表面潤濕特性產(chǎn)生影響。從另一方面來說，等離子體在薄膜表面的濃度會直接影響電暈處理的效果。一般而言，電極排風閥門的開啟度越大，薄膜的表面處理達因值會越??；反之，電極排風閥門的開啟度越小，薄膜的表面處理達因值會越大。

2.5表面材料

BOPP的生產(chǎn)會涉及到不同的材料及添加母料。BOPP可分作熱封型和非熱封型兩大類，在表層的基本材料中分別是共聚物及均聚物，由于兩者材料本身的差異，在經(jīng)受同樣的電暈處理后，兩者表面張力有一定的差異，一般來說，對于共聚物，如目前國內(nèi)外常用的SOLVAYKS413、MONTELPLZ679、BASEALEP5C37等，離子體滲透進薄膜的表面效能比均聚物更大，所以熱封型薄膜會更加容易達到更高的處理強度。

此外，在熱封型薄膜的配方設(shè)計上，通常為了適應(yīng)包裝機器的要求，需要使用爽滑劑來改善薄膜的摩擦性能，在選擇爽滑劑時要盡可能避免使用硅酮類爽滑劑，這是由于硅酮的表面張力比較低，在常溫下約為12達因，與PP的31達因有較大的差距，使用硅酮類爽滑劑會大幅降低BOPP的表面張力值。

抗靜電劑對BOPP薄膜電暈處理效果也會有一定的影響。抗靜電劑大多數(shù)添加在芯層，其具有遷移性，滲透至表面的抗靜電劑會影響薄膜的表面電暈處理特性，處理強度值會有一定程度的降低。

2.6表面材料

BOPP薄膜在生產(chǎn)后還會發(fā)生結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，在幾天內(nèi)，聚合物由無定形變化成晶體形，從而影響電暈處理的效果。處理強度會隨著時間的推移先是逐步下降，最后漸漸保持穩(wěn)定。電暈處理的消減幅度與貯存溫度有關(guān)，溫度越高，消減幅度越快。3.電暈處理對薄膜物理特性的影響

電暈處理除了可以改變薄膜的表面達因值外，還會對薄膜的其他物理性能產(chǎn)生影響，主要包括以下幾方面：

3.1摩擦系數(shù)

由于電暈處理的原理是薄膜經(jīng)過有兩高壓電極產(chǎn)生電子流，使薄膜表面產(chǎn)生極性，而薄膜處理面與非薄膜處理面相比，位于薄膜芯層的添加劑（包括抗靜電劑及爽滑劑）更加容易通過薄膜處理面滲出。以ABA類型薄膜即內(nèi)、外兩面配方結(jié)構(gòu)相同的薄膜為例，未經(jīng)電暈處理的薄膜內(nèi)、外兩面的摩擦系數(shù)是一致的，但是在經(jīng)過電暈處理后，薄膜處理面的摩擦系數(shù)值比非處理面的摩擦系數(shù)值低。

從生產(chǎn)到14天后，薄膜芯層的添加劑處于高速的遷移期，處理面與非處理面的靜、動摩擦系數(shù)都呈快速下降趨勢，14天后數(shù)值趨于穩(wěn)定。由整體上比較，處理面的摩擦系數(shù)較非處理面的摩擦系數(shù)低。

3.2收縮率

由于電暈處理的過程中會產(chǎn)生一定的熱量，因此薄膜的收縮率會有一定程度的下降。

3.3熱封強度

在生產(chǎn)BOPP熱封型薄膜時，表層使用的材料為乙烯-丙烯共聚物。如在前面所提及到的，在實際生產(chǎn)上如需達到同樣的處理強度，共聚物僅需要比較低的處理電壓值。但需要注意的是，過高的電暈處理值會引發(fā)共聚物間的交聯(lián)作用，導(dǎo)