防伪BOPP烟膜表面张力的变化研究

张军晓

（湛江包装材料企业有限公司 湛江 524022）

防伪BOPP烟膜表面张力的变化研究

张军晓

（湛江包装材料企业有限公司 湛江 524022）

探讨防伪BOPP烟膜表面张力的形成以及其表面张力变化的关键因素

防伪BOPP烟膜；抗静电剂；表面张力；电晕处理；电晕衰减

1 前言

近年来，国内部分卷烟厂为了维护高端品牌的需要，要求对每一包香烟都可追溯管理，防止市场上出现高仿自己品牌的假烟，从而要求BOPP烟膜具有可喷码防伪功能。目前，国内先进的横包包装烟机，其速度可达到400包/min、500包/min、800包/min，甚至可以达到1000包/min。在这样的背景下，适合超高速包装，且具有可喷码防伪性能的烟膜已经成为未来高端BOPP烟膜的发展方向。

为了满足可喷码要求，BOPP薄膜必须经过表面处理，本文以多数厂家采用的电晕处理为例，根据生产经验和卷烟厂客户实际使用情况，在包装速度400包/min以上的条件下，重点讨论如何对可喷码BOPP烟膜的表面张力控制，进一步探讨其表面张力变化的关键因素以及电晕处理对BOPP烟膜其它物理性能影响。

2 电晕处理原理及其表面张力测试

在BOPP生产过程中，电晕处理是将高频发生器产生的能量，通过电极在电极和电晕处理辊之间形成高压电场，电极使逸出的电子加速，相互碰撞，将能量输给空气，并激发空气分子产生发射光子，使空气电离和分解，形成臭氧和氧化氮。高能的电子和离子轰击BOPP薄膜表面，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,从而增大了薄膜的表面张力。

电晕处理效果的测试：电晕处理效果可通过测量薄膜表面张力进行评定，而表面张力判定由已知表面张力值的张力液涂覆在薄膜电晕处理的表面，通过观察张力液收缩快慢程度来确定,具体判定标准参照《塑料 膜和片润湿张力试验方法》（GB/T 14216-93）。在追踪测试薄膜电晕处理效果的过程中，薄膜表面张力不是不变的，会出现薄膜表面张力下降的现象，也就是常说的电晕衰减，下面将对电晕衰减的原因进行分析。

3 影响可喷码BOPP烟膜电晕衰减的关键因素

3.1 电晕衰减与薄膜应力恢复有关

烟膜半成品在生产出来以后，会出现应力恢复现象，在应力恢复过程中，薄膜分子进一步结晶会使其表面张力有所下降。这就是为什么大多数电晕处理膜半成品生产出来的最初2~3天内，出现电晕处理的膜表面张力下降得比较快的主要原因之一。一般情况下，3天内其表面张力比即测结果下降3~5个单位。薄膜因应力恢复而造成的膜表面电晕衰减是不可避免的，但应力恢复造成的电晕衰减主要发生在半成品刚刚生产出来的前3天内，对后期的电晕衰减影响不大。这一环节的控制关键是适度将电晕处理强度提高，保证其应力恢复后，表面张力值仍然达到要求。

3.2 电晕衰减与电晕处理强度有关（在其它条件相同的前提下比较）

在电晕处理不击穿薄膜的前提下，一般情况下，电晕处理强度越大，电晕处理的膜表面PP单体结构破坏的程度就越大，从而影响PP分子后期进一步结晶情况，使表面PP分子结晶速度变慢，导致膜表面张力减弱相对慢些。所以，适度加大电晕处理强度可减弱BOPP烟膜表面电晕衰减速度，对减弱应力恢复有利。实验跟踪两个月后，25KW电晕处理功率的（下降了5个单位）比22KW电晕处理功率的（下降了7个单位）少降2个单位（如图1）

3.3 电晕衰减与薄膜生产配方有关（在其它条件相同的前提下比较）

目前，国内BOPP烟膜绝大多数都是三层结构。其芯层以均聚聚丙烯为主，根据功能性需要另添加抗静电母料和增刚剂母料；表层以热封料共聚物为主，另添加其他功能性料。其中芯层的抗静电母料作用机理是，抗静电母料的有效成分迁移到薄膜表面，通过吸收膜表环境的水分，使薄膜表面极性化，从而导走膜表面电荷，达到消除静电的效果。由于芯层的抗静电母料的迁移出来到薄膜表面和表面其他功能性母料的析出，直接填补电晕处理过的粗化表面，使薄膜表面致密，表面张力下降，导致电晕衰减较快。针对抗静电母料迁移的问题，下面分别对相同抗静电母料不同配比和相同配比不同种类抗静电母料作比较。（实验跟踪数据见图2和图3）

根据图2可知，相同的抗静电母料，在不同配比的情况下，配比大的配方，其膜表面单位面积迁移出来的抗静电剂相对更多，对应的膜表面张力下降得比较大。所以，在不影响使用的情况下，应减少抗静电剂对电晕处理的膜表面迁移。

根据图3可知，相同配比的配方，在不同种类的抗静电母料情况下，其对薄膜表面张力的影响也存在较大的差异。原因主要是因为不同种类的抗静电母料，其内部组分中的有效抗静电比例存在差异，且同等条件下，各自的迁移速度也不相同，导致差异较大。所以，选用抗静电母料的种类应该根据实际需要而定。

除了上面所说的抗静电母料外，其它添加母料也存在迁移的可能性。不同牌号的聚丙烯主料生产出来的烟膜，其电晕处理效果也有很大的差异。这主要和聚丙烯主料含的爽滑剂和抗粘剂的种类和含量不同有关。一个重要的原因是这些爽滑剂通常都是迁移性的，与抗静电母料一样，在迁移过程会降低薄膜的表面张力。所以，选择爽滑剂含量低，迁移性能慢的聚丙烯主料对降低烟膜电晕衰减有利。

3.4 电晕衰减与环境温度有关（在其它条件相同的前提下比较）

在其它物理、化学条件相同下，分子运动情况直接受到环境温度影响，环境温度越高，其分子的动能和势能总和越大，分子运动越激烈。环境温度高，薄膜表面极性基团移动速度较快，使薄膜表面张力下降；而迁移性添加剂母料的分子在高温的环境下也会加快更充分迁移到薄膜表面，使薄膜表面张力衰减较快。所以，电晕处理后的烟膜放置环境温度越高，其电晕衰减得越快。当环境温度超过40℃后，薄膜几乎不能满足可喷码的要求实验跟踪结果（如图4）

4 电晕处理对BOPP烟膜其它物理性能影响

电晕处理除了可以改变BOPP烟膜非滑面的表面张力，加强其可喷码的性能外，还会对烟膜本身其它物理性能产生一些负面影响，主要包括如下方面：

4.1 电晕处理对烟膜摩擦系数的影响

由于电晕处理时薄膜表面产生极性，导致电晕处理面与非电晕处理面相比，芯层迁移性添加剂更加容易通过电晕处理表面迁移出来。以ABA三层结构的薄膜为例，未经电晕处理前，薄膜的两个表层的摩擦系数差异不大，但经过电晕处理后，数天内会出现电晕处理表面的摩擦系数值比没有电晕处理表面的摩擦系数值低。对于高速包装的BOPP烟膜，其非滑动面电晕处理后，芯层添加剂对滑动面的迁移量比之前的迁移量减少，导致滑动面摩擦系数值比之前的值偏大，热滑动性能变差等问题，直接影响BOPP烟膜在超高速包装机运行时的稳定性。

4.2 电晕处理对光学性能和收缩率的影响

在其他条件相同前提下，经过电晕处理的烟膜与没有电晕处理的烟膜相比，其光学性能稍差，颜色变深，收缩率也相应减小。

4.3 电晕处理对热封强度的影响

在实际生产过程中，过高的电晕处理强度会引起BOPP烟膜表层热封料间的交联作用，导致其热封性能明显减弱，甚至失去热封性能。在400包/min以上高速包装过程中，热烙铁对薄膜热封加热时间比较短，电晕处理过度会导致烟膜接口热封不牢固，俗称‘假热封’的现象，严重影响烟膜包装质量。

5 结论

(1) 在环境因素不可改变的情况下，电晕衰减主要原因是早期的应力恢复和后期的迁移性母料造成的。

(2) 选择合适的迁移性添加母料的种类和减少其配比可有效减弱电晕衰减值。

(3) 电晕处理面不能添加具有迁移性的功能性母料。

(4) 综合考虑烟膜的上机运行稳定性能和可喷码性能的平衡问题，合适电晕处理强度是关键工艺之一。

6 防伪BOPP烟膜的进一步研发

防伪BOPP烟膜将是烟膜未来发展主流方向，就目前电晕处理存在的问题，可尝试：①在薄膜表层添加非迁移性永久抗静电母料，杜绝迁移性抗静电母料对电晕处理的影响。②在电晕处理表层添加特殊新材料，形成一层致密的保护层，阻隔迁移性母料对电晕处理表层迁移。③放弃电晕处理工艺，添加特殊新材料到喷码表层，使其表层PP分子链上引入极性基团，从而达到可喷码的目的。

1、《双向拉伸塑料薄膜》，尹燕平主编，化学工业出版社，1999年。

2、《改性聚丙烯新材料》，赵敏主编，化学工业出版社，2010年。

3、《塑料科技》，塑料薄膜电晕处理效果的影响因素，刘嘉铭，王宗英，1998年。

4、《现代塑料加工应用》，BOPP薄膜电晕处理及效果研究，周先进，赵燕，麦建国，2004年。

Changing study for surface tension of counterfeiting BOPP cigarette film

Zhang junxiao
(Zhanjiang Packing Material Enterprises Co.Ltd，Zhan jiang 524022)

The article discussed formation for surface tension of counterfeiting BOPP cigarette fi lm and changing key factor for surface tension.

s: Counterfeiting BOPP cigarette fi lm；antistatic agent；surface tension；corona treatment；corona attenuation

张军晓，湛江包装材料企业有限公司