相关文章

PE薄膜无溶剂复合摩擦系数控制现状

PE薄膜无溶剂复合摩擦系数控制现状

无溶剂复合中有这样一个现象:聚乙烯薄膜经无溶剂复合熟化后,摩擦系数出现异常增大,自动包装带不动或包装袋开口性不良,不能正常使用;检查基膜的摩擦系数时又很爽滑,同时无溶剂复合边缘未涂胶的聚乙烯也很爽滑,很显然经无溶剂复合熟化后,薄乙烯薄膜的摩擦系数增大了,这与无溶剂胶水直接相关。

吹制三层共挤薄膜时,一般在只在薄膜的热封层使用高爽滑性的料子或添加一定量的开口爽滑母料,而在电晕层一般使用不含或爽滑剂含量很低的粒子,中间层根据薄膜的厚薄使用不含或中等爽滑剂含量的粒子,可见吹制出的三层共挤薄膜其中爽滑剂含量存在明显的梯度,由于爽滑剂在树脂中的溶解度有限,多余的爽滑剂会逐渐迁移到时薄膜热封层的表面,而使薄膜的表面摩擦系数进一步降低。

三层共挤薄膜中热封层内的爽滑剂成份除了向热封层表面迁移外,还有一部分会向共挤薄膜中爽滑剂浓度较低的芯层和电晕层迁移,最终形成以溶解度为基础的浓度平衡。

无溶剂复合是在电晕层一侧加了一层具有能吸收爽滑剂成分的胶水,并在一定温度如40度下放置24小时,在这样一个过程中,已析出到热封层表面的爽滑剂还会(沿箭头方向)往薄膜内迁移,有的被胶水层吸收,到一定程度后薄膜表面的爽滑度降低,摩擦系数增加很大。

聚乙烯薄膜经无溶剂复合后,其薄膜表面爽滑剂向膜内迁移,其迁移速率受多方面的影响。

无溶剂胶黏剂中的聚醚成份会吸收一部分爽滑剂,使得薄膜与胶水相贴合界面的爽滑剂浓度降低,使薄膜中的爽滑剂分布形成高浓度梯度,而高浓度部分的爽滑剂会向低浓度部分迁移,直到建立新的浓度平衡。很显然胶水层将薄膜内的爽滑剂成分吸附量越多,对PE复合膜摩擦系数的影响就会越大,这与胶水成分及涂胶量密切相关。

温度对薄膜内爽滑剂的浓度平衡有明显影响,随着温度升高胶黏剂对爽滑剂的最大吸收量会增加,薄膜内爽滑剂的溶解度也相应增加,出现了更高的浓度梯度,爽滑剂将加快内迁移速率,直到建立新的浓度平衡点。在这一过程中,薄膜表面的爽滑剂量会减少,多层爽滑剂层变成单层爽滑剂层,甚至单层爽滑剂层也不完全,此时就会出现薄膜摩擦系数异常增大的现象。

另外,在一温度条件下新的平衡点的建立需要足够的时间,如果这个平衡点建立时间大于熟化时间,则复合膜出熟化室后,由于通常熟化温度高于室温,终止了爽滑剂内迁移过程,这是有时从熟化时间上来控制摩擦系数的原因。当然,熟化过程的平衡点也是动态的过程,随着无溶剂胶黏反应的进行,分子量不断增大,对爽滑剂的吸收能力也在下降,但其中聚醚成份的分子链段并没有改变,吸收爽滑剂性能仍然存在。

复合膜完成规定的熟化时间后,在较高的温度条件下胶层及薄膜自身对爽滑剂的饱和溶解度较高,在复合膜的熟化过程中有大量的爽滑剂会迁移到胶层的界面被胶层吸收,一旦温度降低后,胶层及内层薄膜对爽滑剂的最大溶解度随之降低,室温越低其溶解度也相应越低,这样超出胶层及薄膜最大溶解度部分的爽滑剂将析出到薄膜与胶层的界面上,一旦形成了弱界面层,则会引起剥离强度的衰减下降,这也是无溶剂复合膜剥离强度可能出现大幅衰减的原因之一,而且薄膜中所添加的爽滑剂含量越高,引起这种剥离强度衰减的可能性也相应增加,这就是过量添加爽滑剂解决PE无溶剂复合膜摩擦系数问题的质量风险所在。有时我们剥开复合膜,表现为界面分离现象,某一侧界面上(可以是胶层与内层膜的复合界面,也可能是胶层与次内层薄膜的复合界面)明显有一层用手可擦去的白色物质,这一层物质就是爽滑剂成分。无溶剂胶黏剂中的聚醚成分较多,虽然对PE无溶剂复合膜的摩擦系数影响较大,但能容纳的爽滑剂析出量也较大,复合膜的剥离强度也可能较高。可见,在特定的无溶剂复合工艺条件下,复合膜的摩擦系数与剥离强度需要找到一个最佳的兼顾点,薄膜中爽滑剂的含量多少为宜,要经过实际测试论证。但,多数软包厂没有吹膜工序,是外购PE薄膜,这就增加了PE无溶剂复合膜的不可控因素。

复合膜完成规定的熟化时间,在室温存放时,随着温度的降低,内层聚乙烯薄膜中的爽滑剂除了迁移到胶层与薄膜的界面上,还会有一部分从薄膜内部再次向外迁移薄膜的热封层表面,这也是冬天无溶剂复合膜在刚熟化完成时摩擦系数可能偏高,但放置数天后感觉摩擦系数又变小了,薄膜内爽滑剂二次外迁的结果,耗时可能会较长。但在夏天,由于复合膜熟化温度与室温较接近,有的本身就是常温固化,这样熟化完成后,薄膜内爽滑剂再次外迁的可能性较小;甚至低温熟化好的无溶剂复合膜,随着贮存温度的升高,薄膜表面的爽滑剂会再次向复合膜内迁移,摩擦系数反而会再次升高。

无溶剂复合膜的摩擦系数问题更容易出现在较薄的PE薄膜(例如低于45μ的厚度)复合中,一是薄膜较薄,爽滑剂更易向内层迁移;二是,相同配方的薄膜,由于薄膜较薄,则薄膜内含的爽滑剂总量会较少,所以在吹制较薄的PE薄膜时需要在热封层中多添加一部分开口爽滑剂。

三层共挤聚乙烯薄膜,一般都是LDPE、LLDPE、MLLDPE几种树脂的共混改性配方,但其结晶度不一样,LLDPE的结晶度(50%-55%)高于LDPE的结晶度(40%-50%),爽滑剂只在薄膜中的非结晶区发生迁移,而CPP的结晶度(80%-90%)远高于聚乙烯薄膜,这也是CPP无溶剂复合膜基本不存在摩擦系数增大现象的原因。

控制PE无溶剂复合膜的摩擦系数,主要是针对爽滑剂成分的向薄膜内迁移程度,使其不破坏热封层表面的爽滑剂层,上述对策也只是在一定范围内控制PE无溶剂复合膜的摩擦系数,方法多有利弊。

低温熟化是行业内控制PE无溶剂复合膜摩擦系数的惯用方法,因为在25-30℃这样的低温下,聚乙烯所能溶解的最大爽滑剂量大大降低,已析出到热封层界的多层爽滑剂层再次向膜内迁移的速率也大大降低,在完成熟化后表面仍保持了一层乃至多层爽滑剂层,复合膜的爽滑性依然良好。

从图中可见:在熟化初期阶段,NCO的反应率直线上升,但随着时间的推移,其NCO的反应速率逐渐趋于平缓,而且低温度条件下的最终NCO反应率明显低于相对高温熟化条件下的NCO反应率。可见,低温熟化产品的最终NCO反应程度较低,尽管不影响热封合后加工,但明显降低了胶黏剂层的耐热、耐介质性能。

低温熟化解决PE无溶剂复合膜的摩擦系数也是相对的,例如低温熟化48小时制成了包装袋的无溶剂复合产品,在二次经受相对高温,如制袋后堆垛的热量(未冷却良好)、夏季运输过程中的高温条件、产品的储存温度等,还会出现“二次熟化”现象,复合膜的摩擦系数出现二次增大现象。

如果采用多添加爽滑剂的方法,则可能引起剥离强度的衰减,最大允许的爽滑剂添加量需要经过测试。通常,如果剥开后PE上有一层用手可擦去的白色物质,如图示,则是PE爽滑剂量过多析出的表征。芥酸酰胺被吸附到粘结层上,或极性基材树脂上,如采用PET或尼龙,所以剥开的弱界面层不完成出现在PE与胶层的界面上,也可能出现在尼龙薄膜与胶水层的界面上,如图中样品经溶剂擦试后表明胶层在PE一侧,而尼龙膜表面未粘附。

过量添加了爽滑剂的PE薄膜,有时无溶剂复合的强度良好,但用于干法复合时则可能出现剥离不良现象。这是过量添加爽滑剂时要注意的问题。