可里印耐低温流延聚丙烯包装膜电晕处理研究

史凤烟

（福州佳通第一塑料有限公司，福建福州350014）

可里印耐低温流延聚丙烯包装膜电晕处理研究

史凤烟

（福州佳通第一塑料有限公司，福建福州350014）

采用3层流延共挤工艺，研究了不同抗静电剂对流延聚丙烯（CPP）薄膜润湿张力的影响，以及电晕处理功率、处理方式对薄膜润湿张力的影响。结果表明，添加牌号为ASPA 2446OB DC的抗静电剂，采用双站电晕处理的方法制得的双面爽滑的CPP薄膜30d后的润湿张力可保持在38mN／m以上，该薄膜既可里印又可热封，可不经复合直接用于低温包装。

流延聚丙烯；电晕处理；润湿张力；里印；耐低温；抗静电剂

0 前言

塑料薄膜印刷按油墨叠印顺序分为表印与里印2种。按图文顺序将油墨转印到薄膜的正面称为表印，表印印刷后，印刷的图文在薄膜的表面上；与表印相反，按图文相反顺序将油墨转印到透明薄膜的反面，称为里印，里印印刷后，薄膜的正面表现出正像图文。里印色彩鲜艳，不褪色，不掉色，防潮耐磨，所以在很多领域取代了表印。

表印先印大面积的油墨，再层层叠印，面积由大到小，通常先印白墨，再进行四色叠印，而里印则恰恰相反，即将表印印刷套色的顺序颠倒过来，底色在最后印刷，叠印面积由小到大。PP薄膜对白墨的附着力最强，其他四色次之［1］，所以里印对基膜的润湿张力要求更高。

PP是非极性聚合物，本身不含极性基团，所以薄膜表面能很低，润湿张力仅为29mN／m［2］，不经表面处理无法进行复合、印刷。CPP薄膜主要作为软包装材料的复合材料，其主要作用是作为热封层。关于CPP薄膜的电晕处理研究很多，主要针对处理功率、爽滑剂、环境温度、时效对润湿张力的影响。对于高爽滑的CPP薄膜，通常润湿张力达不到38mN／m，本文通过对电晕处理功率、抗静电剂种类、电晕处理方式等的研究，特别是对不同组分抗静电剂对润湿张力的影响和在电晕处理方式上做了全新的尝试，研制出了30d后润湿张力可保持在38mN／m以上的双面爽滑的CPP薄膜，该薄膜既可里印又可热封，可不经复合直接用于低温包装，缩短了材料生产环节，实现了包装材料单一化，便于使用后回收再生利用。

1 实验部分

1.1 主要原料

均聚PP，FC801，中国石化上海石油化工股份有限公司；

共聚PP，FL7632，新加坡TPC公司；聚烯烃弹性体（POE），DF740，日本三井化学公司；抗静电剂1，AT 4020PP，德国康斯坦普聚烯烃添加剂有限公司；

抗静电剂2，ASPA 2446OB DC，美国舒尔曼塑料公司；

抗静电剂3，AT 4021PP，德国康斯坦普聚烯烃添加剂有限公司；

爽滑剂，KQPP106，成都科辉高分子技术工程有限公司；

开口剂，ABPP10，法国宝利得公司。

1.2 主要设备及仪器

3层共挤流延机，宽度2.2m，美国Battenfeld公司。

1.3 样品制备

配方设计：（1）电晕处理层（20%）：该层要求既能达到里印要求，又能保证走膜顺畅，满足高速印刷，所以选用含有适量爽滑剂的均聚PP，本文选用中国石化上海石油化工股份有限公司生产的牌号为FC801的均聚PP，同时添加适量的开口剂；（2）芯层（60%）：以均聚PP为主料添加适量的POE，以满足耐低温要求，同时添加适量的爽滑剂、抗静电剂，保证薄膜印刷过程不会因静电而塞膜，同时减少储存及使用过程吸附粉尘；芯层爽滑剂、抗静电剂往表层迁移将增加表层的滑爽度；（3）热封层（20%）：以三元共聚PP为主料，同时添加适量的开口剂，以适应高速印刷。具体配方如表1、表2所示。

表1 CPP薄膜的基础配方Tab.1 Formula for CPP film

表2 CPP薄膜芯层的配方Tab.2 Formula for core layer for CPP film

工艺设计：根据材料特性及流延生产特点，熔体温度控制在255～265℃之间，流延辊的冷却温度控制在24℃以下，电极极板与电晕辊间隙为1.6mm，流延线速度为168m／min，收卷张力等其他生产参数根据生产实际进行调整；

不同层（电晕处理层、芯层、热封层）树脂与助剂通过计量料斗计量加料、混合，然后按以下工艺流程挤出成型：CPP树脂、其他助剂等→计量挤出塑化→分流器→模头→流延冷却成型→测厚→摆动→电晕处理→修边→收卷→成品经48h常温时效处理→分切→收卷→成品；分切后的膜卷放在（23±2）℃的恒温室里，随测随取。

1.4 性能测试与结构表征

按GB／T 14216—2008测定样品的润湿张力。

2 结果与讨论

2.1 电晕处理功率对薄膜润湿张力的影响

电晕处理是经高频高压电极板放电生成常压等离子体，这些等离子体在气相中和聚合物表面诱导发生各种化学反应，在聚合物表面产生极性基团，从而提高了聚合物的表面能［3－4］。在电晕处理辊、电晕处理辊与电极极板之间的间隙、流延线速度等不变的前提下，电晕处理功率的大小直接决定了等离子体中各种粒子的能量，因而对处理效果将产生直接影响［5］。

单站电晕处理时，不同电晕处理功率下薄膜的润湿张力如图1所示。图1表明：（1）不同电晕处理功率下，薄膜下机1周内润湿张力下降较明显，而随着时间的推移，润湿张力的变化逐渐减弱。这是因为薄膜经过电晕处理后，由于聚合物分子链的自由旋转，部分极性基团转入聚合物内部，导致表面极性基团的减少，同时薄膜内部的低表面能物质、降低表面能的添加剂的析出在薄膜表面形成弱边界层，也导致薄膜表面能的降低。1周后这些运动趋于完成，所以润湿张力也不再明显变化。（2）电晕处理功率在13kW以下时，薄膜的润湿张力随着功率的增大而升高，但当功率增大到15kW后，再增大功率，薄膜下机时的润湿张力不再随功率的加大而提高，相反，润湿张力下降得更快。这是因为电晕处理功率在13kW以下时，随着功率的增大，电晕放电时产生的粒子动能增大，薄膜表面聚合物被氧化的分子数量增多，形成的极性基团也相应增多，薄膜的表面极性随之增高；而当电晕处理功率增大到15kW后，PP分子链上易被氧化的基团数目达到极限后极性基团不再增加，此时再增大处理功率，薄膜表面的极性不再增加，反而会使薄膜表面的聚合物结构遭到严重破坏，使内部低表面能物质的析出更加容易、快速，薄膜表面能下降得更快，所以薄膜的润湿张力下降得更快。所以单站电晕处理的最佳处理功率为13～15kW。

图1 电晕处理功率对薄膜润湿张力的影响Fig.1 Influence of corona discharge power on wetting tension of CPP film

2.2 抗静电剂对CPP薄膜润湿张力的影响

薄膜生产过程中会加入一定量的迁移性添加剂，这些添加剂分子在薄膜制成后，会迁移到薄膜的表面，影响薄膜的润湿张力。同样功能不同类型的添加剂，相同的添加量，对薄膜润湿张力的影响也不一样，如抗静电剂，有高分子的有中小分子的，有氨类性质的还有酯类性质的，还有氨类、酯类性质都具备的［3］，它们对薄膜润湿张力的影响很不一样。CPP薄膜电晕处理1h内，添加剂的分布如图2（a）、（b）所示；电晕处理30d后，由于薄膜表面带有电荷，中小分子添加剂析出后通常是极性端朝向膜面，非极性端向外，如图3（a）所示排列，所以这类添加剂析出后，薄膜表面极性降低，润湿张力降低；而对于高分子添加剂，由于添加剂分子与薄膜聚合物之间的分子间力大，所以析出后往往如图3（b）所示排列，所以薄膜表面的极性反而提高，润湿张力提高，且分子的极性越强越有利于润湿张力的提高。

图2 电晕处理1h内抗静电剂的分布Fig.2 Distribution of antistatic agent in an hour after corona discharge treatment

图3 电晕处理30d后抗静电剂的分布Fig.3 Distribution of antistatic agent after corona discharge treatment 30days

单站电晕处理，电晕处理功率为13～15kW时，测得的无抗静电剂及不同组分抗静电剂下薄膜的润湿张力如图4所示。图4表明，不同的抗静电剂对薄膜润湿张力的影响不同，添加抗静电剂1和抗静电剂3时在30d后的润湿张力比不添加抗静电剂时低，而添加抗静电剂2时比不添加抗静电剂时高，这可能是抗静电剂的相对分子质量不同、组成成分不同。抗静电剂2的相对分子质量较高，非极性端与膜体聚合物结合良好，所以非极性端保留在膜体里面，只是极性基团迁移至薄膜表面，迁移至薄膜表面的抗静电剂分子排列形式如图3（b）所示，且分子的极性强，所以薄膜的表面极性提高，润湿张力提高。所以芯层添加1份抗静电剂2较好。

图4 不同抗静电剂对薄膜润湿张力的影响Fig.4 Influence of different antistatic agent on wetting tension of CPP film

2.3 双站电晕处理对薄膜润湿张力的影响

电晕处理一般只与无定形区域发生作用，而对结晶区域的作用很小［5］。为了得到高透明的CPP薄膜，在流延定型上冷却辊温度设定得比较低（24℃以下），所以无定形区域加大，被氧化的基团数目增多，有利于电晕处理；但由于冷却定型温度低，经定型后的薄膜温度也低，而塑料薄膜温度高时，电晕处理效果好，因为温度高时，化学反应的速度快，反应的程度也大［2］，薄膜温度低不利于电晕处理。为了提高电晕处理效果，采用双站电晕处理，第一站对处理前的薄膜进行预热、使膜体温度略升，分子得到活化，第二站再进行高强度处理。

第一站的电晕处理功率为6kW，第二站采用不同电晕处理功率时测得的薄膜润湿张力如图5所示。图5表明，经过第一站处理后，第二站只需更低的处理功率（11～13kW）就可达到最佳的处理效果，且30d后的薄膜润湿张力保持值更高（大于38mN／m）。这是因为在较低的功率下处理薄膜表面的聚合物结构被破坏得少，低表面能物质析出少，有利于薄膜最终润湿张力的保持。

图5 第二站处理功率对薄膜润湿张力的影响Fig.5 Influence of corona discharge power of second station on wetting tension of CPP film

3 结论

（1）添加牌号为ASPA 2446OB DC的抗静电剂有利于CPP薄膜润湿张力的提高；

（2）采用双站电晕处理，第一站的电晕处理功率为6kW，第二站的电晕处理功率为11～13kW时对CPP薄膜表面聚合物结构的破坏性低，低表面能物质析出少，有利于薄膜润湿张力的保持。

［1］ 魏先福，黄蓓青，陆金桥.电晕处理对塑料表面性能及印刷适性影响的研究［J］.北京印刷学院学报，2007，15（4）：1－4.Wei Xianfu，Huang Beiqing，Lu Jinqiao.Study of Corona

Discharge Affecting Surface Properties and Print Abilities of Plastic［J］.Journal of Beijing Institute of Graphic Communication，2007，15（4）：1－4.

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Li Jianhua，Zhang Kai.Corona－discharge Modification of Plastics Surface［J］.Polymeric Materials Science and Engineering，1990，（2）：8－16.

Study on Corona Discharge Treatment of In Printing and Cold Resistant CPP Packaging Films

SHI Fengyan

（Fuzhou GT No.1Plastic Co，Ltd，Fuzhou 350014，China）

The influences of different antistatic agent，corona discharge power，and treating technology on wetting tension of three－layer casting polypropylene（CPP）films were studied.When antistatic agent ASPA 2446OB DC was introduced，the CPP film treated with two station corona could preserve a wetting tension over 38mN／m after 30days.This film could be used in both in printing and heat sealing，and could directly be used in low temperature packaging field without laminating.

casting polypropylene；corona discharge treatment；wetting tension；in printing；cold resistant；antistatic agent

TQ325.1＋4

B

1001－9278（2012）05－0074－04

2012－01－12

福州市科技计划项目（2008－Z－36）

联系人，shifengyan468＠126.com

（本文编辑：刘 学）