将一个试样用双面胶或其他方式固定在试验板上,二、改善塑料薄膜的印刷适性

自动包装生产过程中发生包装膜拉断、打滑、生产线断流等情况并不罕见,究其原因总体上要从薄膜的粘连性与摩擦系数检测入手,笔者结合实际工作经验就薄膜摩擦系数与粘连性的检测方法进行介绍,以期能够解决众多包装企业生产过程中遇到的此类问题。

图片 1

前言:

出现上述情况首先要从摩擦系数上来查找问题,薄膜摩擦系数检测通常执行的标准有GB10006、ISO8295和ASTMD1894,就检测方法而言相对比较统一。
在此以济南兰光机电技术有限公司的MXD-02摩擦系数仪为例进行介绍,使用一个试验板,将一个试样用双面胶或其他方式固定在试验板上,另一试样裁切合适后固定在专用滑块上,然后将滑块按照具体操作说明放置在试验板上第一个试样的中央,并使两试样的试验方向与滑动方向平行且测力系统恰好不受力。
试验开始后滑块按照标准规定的试验速度在试样上滑过一定距离,读取摩擦系数仪的读数即可。
该款MXD-02仪器兼容多种检测标准,在程序内部已根据GB、ISO、ASTM的标准要求设置好相应的速度、行程、算法等,只需要选择所依据的标准即可,测试过程自动完成,操作过程十分简单。
尽管这几个标准在测试方法上一致,但仍存有差别,进行摩擦系数测试时一定要注意速度,测试行程等等区别。
例如对于试验速度的选择,ASTMD1894中要求是150±30mm/min,但是ISO8295与GB10006中要求是100mm/min,试验速度不同会明显影响试验结果;而对于试验行程ASTMD1894中要求是150mm,但是ISO8295与GB10006中要求是70mm。
所以具体采用那个标准测试一定要根据具体要求测试。

一、承印物的印刷适性对油墨转移量的影响

薄膜经电晕处理,才能使其表面张力满足其使用的需要,但薄膜经电晕处理后,在其时效处理及存放过程中,表面张力会发生变化,而且它的变化程度会影响使用。
所以我们针对影响电晕衰减的许多因素做了大量跟踪实验及结果分析,确保电晕处理的效果,满足用户需求。

二、薄膜粘连性能的检测

印刷效果是通过油墨在承印物上的合理附着来实现的,因此承印物表面的物理、化学状态直接影响油墨在其上面的转移量。

极性塑料具有较强的可粘性和可印刷性,但聚烯烃该性能较差,为了提高BOPP薄膜表面的粘附性能,可采取电晕处理的方法使薄膜表面层发生变化,即增大薄膜的表面张力,实现它在印刷及粘合领域的广泛应用。

发生包装膜拉断、打滑、包装生产线断流等情况时,生产人员往往将原因完全归结于摩擦系数的问题而忽略了薄膜粘连性的作用。
薄膜的粘连是指各种塑料树脂材料通过不同工艺加工制备的两层薄膜间存在的粘连力,即塑料薄膜接触层之间的一种粘着现象。
粘连是塑料薄膜材料的一项重要性能。
在实际应用过程中,往往有这样的情况,刚刚成膜的包装材料,在包装生产线使用时阻力太大,这就是粘连的作用了。
彩印企业经常遇到的问题,卷膜熟化温度高时必须倒卷才能送出,就是要消除粘连作用。

二、改善塑料薄膜的印刷适性

因为薄膜表面张力的大小直接影响粘合和彩印效果,所以薄膜生产出来后表面张力的变化将是非常重要的问题。

塑料薄膜在温度和压力的作用下可能产生粘连,在加工、使用或贮藏过程中也可能产生粘连。
几乎所有粘连都是由下述几种情况引起的。

1.提高塑料薄膜表面可印性的必要性

1.电晕处理的设备及原理

1、极度光滑的薄膜表面,紧密接触而且几乎完全隔绝空气,分离时形成的局部真空。

物化理论表明,在承印物上要获取良好的可印性,承印物的表面张力应高于油墨的表面张力。
这正是各类承印物在印前做活化、粗化等前处理加工的理论基础。

布鲁克纳电晕处理设备包括六台高频发生器、六个电极、三个电晕辊、三个臭氧排出系统,待处理膜在电晕辊与电极间进行处理,薄膜与电晕辊有一定包角,电晕辊与电极间有2mm左右间隙,在电晕辊的运转方向上实现连续处理和输送。

2、压力、温度引起薄膜接触表面粘融。

PP、PE膜系非极性高分子材料,化学性能稳定,表面张力小,加之合成树脂时添加的开口剂、抗静电剂、耐老化剂等影响,难和油墨粘结。

电晕处理是经高频高压电处理,使膜表面的链状分子断裂,链断裂时产生的自由基与空气电晕产物发生氧化、交联反应,在薄膜表面产生极性基团,部分极性基团注入薄膜内部使表面粗化,增大了薄膜的表面张力。

3、静电吸附。

2.处理塑料薄膜印刷适性方法

薄膜在生产出来后,在应力恢复过程中,薄膜分子的进一步结果会使其表面张力有所下降;而薄膜内具有迁移性添加剂的迁移会使膜表面张力下降;薄膜表面极性基团的移动的过程也会使膜表面张力下降。
这就是我们说的电晕衷减,下面我们将对表面张力是如何衰减,影响表面张力变化的原因都有哪些做一些探讨。

以济南兰光机电技术有限公司的XLW型智能电子拉力试验机为例,按照GB/T16276《塑料薄膜粘连性试验方法》规定,用直径为6.35mm的铝棒,以125mm/min的速度沿其轴线的垂直方向匀速运动,使粘连的两层塑料薄膜彼此分开,以分开的单位宽度粘连表面所需要的力表示粘连力,单位以N/mm表示。

⑴等离子体处理 等离子体是电离子的气体。
它由电子、离子和中性粒子3种成分组成,其中电子和离子的电荷总数基本相等,故整体是电中性的。
通过放电装置将电离的等离子体中的电子或离子打到承印物表面,一方面,可以打开材料的长分子链,出现高能基团;另一方面,经打击使薄膜表面出现细小的针孔,同时还可使表面杂质离解、重解。
电离时放出的臭氧有强氧化性,附着的杂质被氧化而除去,使承印物表面自由能提高,达到改善印刷性能的目的。

2.电晕处理效果如何确定

为确保数据的准确,在试验过程中无论是试样制备还是操作流程都一定要严格按照标准要求进行,如果有问题,欢迎致电济南兰光机电技术有限公司。

等离子体处理装置结构如下图所示。
电极一端用限压2万伏耐高压线。
另一端用包胶钢辊,放电电极长度为347mm。

2.1所用仪器:数字式张力液配制仪、静电测试仪

粘连性能测试考察的是薄膜的原始状态,它与摩擦系数的检测同等重要,在遇到包装膜拉断、打滑、包装生产线断流等问题时,除了摩擦系数的影响,也应该考虑到薄膜的粘连性能,这样才能全面的分析问题原因,找到解决方案。

等离子体处理装置示意图

2.2电晕处理效果的确定:电晕处理的效果可以通过测量表面张力进行评定,表面张力可以用已知表面张力的张力液来涂覆膜膜电晕表面,观察张力液收缩或破裂的快慢程度,执行《企业标准》来测定,来经处理的薄膜表面张力为28达因,经电晕处理后因BOPP薄膜用途不同,而所达表面张力大小不同,一般控制在42-46达因。

在等离子体处理过程中,单位面积的处理能量为:

3.以17.5u或18.5u光膜为例探讨电晕衰减的一般规律

W=P/V•L=uI/V•L

3.1电晕衰减与电晕处理的强度有关(在速度、厚度、原料配方及环境等相同的条件下比较),做图1、2:

式中u——处理电压;

电晕处理强度为83.5KW 数据表1

I——处理电流;

电晕处理强度为89KW 数据表2

L——处理电极宽度;

一般情况下,在电晕处理过程中,电晕强度越大,就会在电极处产生更高的电场,膜表面就会有更多、更短的自由基产生,薄膜表面PP单体结构被破坏的程度大,对PP分子的进一步结晶是不利的;同时,由于大量表面极性基团的存在而阻碍迁移性分子的移动;而极性基团本身的移动与其分子链段长短有关。
这都是电晕处理强度大而对应膜电晕衰减慢的原因。

V——走料速度。

3.2电晕衰减与生产速度有关(电晕处理强度、厚度、原料配方、环境等相同的条件下比较),做图3、4:

如果用不同的处理速度对材料进行处理,可得出单位面积的处理能量与接触角θ的关系,并画出θ与W关系曲线。

生产速度为280m/min 数据表3

⑵电晕处理 电晕处理实际上是等离子处理的一种,是低密度的等离子处理。

生产速度为270m/min 数据表4

利用高频高压电源,在放电刀架和刀片的间隙产生一种电晕释放现象,用这种方法对塑料薄膜在印刷前进行表面处理,叫电晕处理,也称电子冲击或电火花处理。
其处理作用为:

假如同样的能量E,分别由280m和270m的薄膜吸收,则针对于前者每米吸收了E/280的能量,后者每米吸收了E/270的能量。
我们静态的分析结果是速度较高者所受的电晕处理强度较小,结合第一种情况,得出的结论是生产速度较快的薄膜电晕衰减较快。

①通过放电,使两极之间的氧气电离,产生臭氧,臭氧是一种强氧化剂,可以立即氧化塑料薄膜的表面分子,使其由非极性转化为极性,表面张力得到提高。

②电子冲击后,使薄膜表面产生微凹密集孔穴,使塑料表面粗化,增大表面活性。

⑶化学处理法
印刷前利用氧化剂对PP、PE塑料薄膜的表面进行处理,使其表面生成羟基、羰基等极性集团,同时得到一定程度的粗化,以提高油墨与塑料薄膜的表面结合牢度。

常采用重铬酸钾——硫酸溶液处理聚烯烃表面,处理液的配方、处理过程的时间和温度,都对处理效果有一定的影响。
一般来说,处理时间长,处理温度高、效果较好,但应注意,时间过长或温度过高,虽然增加了表面极性,但同时还将引起表面氧化、老化,粘接强度反而降低。

化学处理法是应用较早的一种表面处理法,对于印刷,复合前薄膜的表面处理效果好,使用简便、经济,但需较长的处理时间影响了生产效果。
并且处理液一般都具有化学侵蚀性,造成环境污染及对人体的危害,目前较少采用这种工艺,一般只在不便使用其他处理方法的情况下才采用这种表面处理工艺。

⑷光化学处理法
一般是利用紫外线照射高聚物表面,使其引起化学变化,达到改善表面张力,提高润湿性和粘合性的目的。
和电晕处理一样,紫外线照射也能使高聚物表面发生裂解、交联和氧化。

要想得到较好的光化学处理效果,必须选择适当波长的紫外线,例如用波长为184mm的紫外线照射聚乙烯表面,能使其表面发生交联,但如改用2537A的波长则难有相同的效果。

使用光敏剂可以使光化学处理更为有效,二苯甲酮是较好的光敏剂,当用紫外线处理后,它会被升华除去。

在此,二苯甲酮是通过生成共振稳定的二苯甲酮自由基来催化光引发反应的。
烷基自由基可继续进行自由基传播和自由基终止反应,表1为聚烯烃薄膜等经紫外光照射后粘附力提高的情况。

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⑸火焰处理法
适用于小型塑料容器的表面处理,其目的在于用高温使表面去污,并溶化膜层表面,提高表面粘附油墨的性能。

将待处理的容器投入煤气火陷中,火焰内芯长度控制在6—19mm,火焰芯顶端至表面为6—25mm,接触时间为0.1—1s,旋转速度为100—150转/min。
火焰中含有处于激发状态的O、NO、OH和NH等自由基,它们能从高聚物表面把氢抽取出来,随后按自由基机理进行表面氧化,并引入了一些极性的含氧基团,发生断链反应。

聚烯烃经火焰处理后形成了极性基团,润湿性得以改善,而粘接性的改善则由于极性基团改善了润湿性以及产生断链而相对改善。

火焰处理效果较好,无污染,成本低廉,但操作要求严格,如不小心会导致产品变形,使成品报废。
目前主要应用于较厚的塑料制品的表面处理。

⑹涂层处理法 涂层处理法是在薄膜上涂以特定的涂料,以改变其表面吸附性能。
涂料配方如表2:

图片 3

将上述配方制成的涂料在塑料薄膜表面涂布,风干10s后,用高压水银灯照15s,固化后,即可提高薄膜表面的张力。

3.表面张力的简易测定方法

用脱脂棉球蘸上已知表面张力的测定液,涂在已电晕处理的薄膜上,涂布面积在30mm2左右,在2s内收缩成水球状,则薄膜电晕处理强度不足,需要重新提高电晕强度再行冲击。
若试液在2s内不发生水纹状收缩,则表明薄膜已达到处理效果。
薄膜印刷要求表面张力达到38×10-3N/m。

图片 4

①1dyn/cm=10-3N/m

塑料薄膜印刷中的静电会给操作带来一系列难题,直接影响印品的产量和质量。
例如,在印刷小包装塑料薄膜时,由于静电粘连,薄膜间处于缺氧状态,会阻碍塑料印墨层固化的过程,若遇高温高湿环境,更易形成墨层粘连,轻则使印刷墨色移染,增加印刷、分切、整理等工序的难度,重则薄膜互相粘连,撕不开,造成印品报废。
另外制袋后的储运、存放过程中也会不断放电,即影响热封又影响袋内实物与空间层次的透明度。
在印刷大幅面薄膜时,因为生成的静电多,在机速高、树脂中未掺有抗静电剂的情况下,很可能引起火灾或爆炸事故。

塑料薄膜的静电形成是由于PE和PP具有优良的介电性能、电阻高、导电性差,薄膜在挤出收卷过程中因摩擦而产生静电,在印刷过程中使静电进一步产生和积累,并不易释放,使薄膜表面聚积大量的静电荷。
印刷薄膜收卷后,薄膜与薄膜之间紧紧地卷在一起,使电荷不利于排斥而利于吸引,造成粘合。

纸张印刷可通过静电消除器来消除静电,但这种方法应用到塑料包装印刷上效果甚微。

塑料包装一般采用墨内掺入抗静电剂的方法来消除静电。
常用的抗静电剂有一般的界面活性剂,官能团型高分子和有机或无机盐化合物,这类物质有微弱的电离性,能使塑料薄膜产生抗静电效果。
据有关资料介绍,日本使用离子发生器,通过喷嘴在塑料薄膜表面产生阳离子和阴离子,也可达到处理静电的效果。

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