BOPP 薄膜中助剂析出的实例及其对复合强度的影响
四川某客户提供一复合包装材料，其结构为OPP/油墨/PET//CPE，内容物为熟肉制品。客户反映:加工好的复合产品的表层，即OPP/PET 层间的剥离力过小，无法使用。虽然更换了多种粘合剂及PET 膜，均不能解决所面临的问题。 将该复合样品沿薄膜的横向剥开时，手感剥离强度不高，明显小于1N/15mm；剥开时，紫色及黄色油墨层部分为油墨层间分离，白墨、黑墨100%转移到PET 膜一侧。 检查 OPP 膜的表面张力的结果为:未涂胶的薄膜边缘处的表面张力为36mN/m；其他剥开面的表面张力均明显小于36mN/m、大于30mN/m；检查PET 膜的表面张力的结果为:未涂胶的薄膜边缘处的表面张力为50mN/m；其他剥开面的表面张力，油墨处大于36mN/m，小于38mN/m，空白处小于36mN/m，大于30mN/m；将蓝色聚氨酯染色液涂在剥开的OPP 和PET 膜上，均不能染色，说明在剥离面上没有胶层；将剥开的OPP 和PET 面在墙上轻轻地摩擦一下，再次涂上染色液，数秒钟后用餐巾纸将染色液擦去，OPP 膜一侧仍不能被染色，PET 膜上的摩痕处则显示出蓝色，蓝色表示在该摩痕处有聚氨酯胶层存在。 根据以往的知识与经验，未处理的 BOPP 膜的表面张力为29N/m～31mN/m，经过电晕处理后，表面张力应不小于40mN/m；而大部分的中小企业通常的要求是不小于36mN/m。未处理的PET 薄膜的表面张力是41N/m～44mN/m，经过电晕处理后，其表面张力应不小于52mN/m。目前，有一部分企业是在按照50mN/m 的标准检验即将投产的PET 膜，而大部分的中小企业仍然在按照40mN/m 的标准进行检查。笔者曾用“达因笔”检查过一些企业的OPP 印刷膜和PET 印刷膜，发现这些薄膜的油墨面的表面张力均能达到50mN/m 的水平。 综合以上的数据与现象，很显然，该不良复合样品的表面张力状态有明显的异常。 该 PET 膜面的正常表面张力是50mN/m，这一点可从未经复合加工的薄膜边缘处得到证明；经过复合加工处理后，其表面张力(无油墨处)下降为小于36mN/m 的水平。表面张力的大幅度下降，其原因只能理解为在其表面上覆盖了一层低表面张力的物质。 染色检查结果表明:已经固化的胶层位于PET 膜一侧。染色检查结果同时表明:在胶层上还有一层可阻止胶层被染色的某种物质。 目视检查的结果:绝大部分油墨层从OPP 膜上转移到了PET 膜上；表面张力检查结果表明:原本表面张力值可达50mN/m 的油墨面，现在的表面张力值只介于36N/m～38mN/m 之间。而表面张力为36mN/m 的BOPP 薄膜，剥离后的表面张力值变得明显低于36mN/m。 种种迹象表明:前面所述的低表面张力的物质只能来自于BOPP 薄膜。如果排除BOPP 薄膜自身发生分层的可能性，这种低表面张力的物质只能是BOPP 薄膜中所添加的一种或几种助剂。 在 BOPP 薄膜的生产过程中，为了便于加工以及使加工出来的BOPP 薄膜能够适应各种不同的应用要求，通常都要加入多种不同类型的加工助剂。主要包括抗静电剂、爽滑和抗黏连剂、增刚剂、热稳定剂、抗氧剂和阻隔剂等。这些助剂的作用通常都是在助剂从薄膜内部迁移到薄膜的表面后才会表现(发挥)出来。迁移到薄膜表面的助剂层除了会了显示出与其名称相对应的作用之外，还会对复合软包装材料的加工产生一些不良影响。 在本实例中，很显然，造成复合产品剥离强度不良的原因就是BOPP 薄膜中的助剂析出所致。 芥酸酰胺是生产 BOPP 薄膜的常用助剂，主要用作爽滑剂。芥酸酰胺的化学品名为顺式二十二碳一烯酸酰胺为蜡状(小圆珠状)无异味固体，不溶于水，在酮、酯、醇、醚、苯类等有机溶剂中有一定溶解性，具有较高熔点，较好的热稳定性。纯度为99%的高纯芥酸酰胺的熔点为79℃～82℃。其表面张力为30N/m～31mN/m。作为爽滑剂的芥酸酰胺加入到薄膜中后，其效果是通过检查薄膜的表面摩擦系数来进行评价的。 上图是在 50 微米厚的PP 薄膜中掺入1000ppm 的油酸酰胺和芥酸酰胺后，薄膜表面摩擦系数的经时变化曲线。 图中的红线为加入芥酸酰胺后的曲线，蓝线为加入油酸酰胺后曲线。从图中可以看出，在放置了200 小时后，掺人了芥酸酰胺的PP 薄膜的表面摩擦系数从大约0.92 下降到了0.4。如果延长放置时间，表面摩擦系数还会继续下降，但最终会稳定在某一数值上。 目前市售的 BOPP 薄膜大多为三层共挤方式生产的，芥酸酰胺等助剂通常是放在薄膜的芯层里，拉制好的薄膜在放置、分切、运输、仓储过程中，助剂会逐渐迁移到薄膜的表面。随着迁移到薄膜表面的爽滑剂数量的增多，薄膜表面的摩擦系数就会逐渐下降。 在拉制薄膜的同时要进行电晕处理，使原本为29N/m～31mN/m 的表面张力值上升到42N/m～44mN/m。随着迁移到薄膜表面的爽滑剂数量的逐渐增多，薄膜的表面张力值就会逐渐下降。当薄膜内外爽滑剂的分布达到平衡时，表面张力的下降就会暂时停止。也可以这样理解:在表面张力为42N/m～44mN/m 的薄膜处理面，当表面张力为30N/m～31mN/m 的爽滑剂分子占据了越来越多的“点位”后，“综合”的表面张力值就会有所下降。 从众多软包装行业同仁的多年的实践经验来看，CPE(IPE)薄膜中的爽滑剂的分布平衡点受环境温度的影响比较大，环境温度降低时，爽滑剂向薄膜表面迁移的数量增多；环境温度升高时，爽滑剂向薄膜内部迁移的数量增多。其宏观的表现是:如某一复合薄膜的剥离强度较低，且剥开时PE 薄膜有明显的助剂析出现象时，将该复合薄膜在熟化室放置一段时间后，在热状态下，其剥离强度会明显上升；而将该复合薄膜从熟化室中取出并充分冷却后，剥离强度又会恢复到原来剥离强度较低的状态OPP 与CPE 属同系物，助剂的迁移量随温度变化的特点应当是相同的。 在冬季的低温条件下，薄膜内的助剂更多地聚集在薄膜的表面层，在完成了印刷复合加工后剥离检查中，复合薄膜从位于两层薄膜间的助剂层间发生剥离。 由于析出的助剂分子并未完全覆盖薄膜的表面，所以，检查剥离面的表面张力值时，检测值并不等于爽滑剂的30N/m～31mN/m。依笔者的经验，干燥的油墨表面及固化后的聚氨酯胶层表面的表面张力均在50mN/m 之上，而在此案例中所检测到的表面张力值均远小于50mN/m，这充分说明了，造成本案例中客户投诉的原因不是油墨附着力不好，不是胶粘剂的粘接力差，而是BOPP 薄膜中的助剂大量析出所致。 本案例可能反映出了另一个问题，就是BOPP 薄膜的制造厂，在确定助剂的添加量时，应当考虑不同季节、不同地域的特定情况，可能冬季生产薄膜时，需要减少助剂的加入量，夏季生产时，需要增加助剂的加入量。助剂析出造成的影响，有解决办法了吗？
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