在研究塑料的粘附性时,塑料表面的润湿张力是一个非常重要的参数。 所谓润湿张力就是塑料表面恰好被液体完全润湿(即接触角等于零)时,该液体的表面张力就定义为该塑料的润湿张力。
塑料表面的润湿张力大小比较好地反映了它的粘附性。 通常,润湿张力大,粘附性好,反之则不好。 常用润湿张力作为是否要进行表面处理依据。
表面张力的单位:在SI制中为牛顿/米(N/m),但仍常用达因/厘米(dyn/cm), 1dyn/cm = 1mN/m。
多数塑料薄膜如聚烯烃薄膜(LDPE、HDPE、LLDPE、PP)属非极性聚合物,其表面自由能小,表面湿张力较低,一般为30达因/厘米左右。 理论上讲,若物体的表面张力低于33达因/厘米,普通的油墨或粘合剂就无法附着牢固,因此必须对其表面处理。 聚酯类(PET、PBT、PEN、PETG)是属于极性高分子,其表面自由能较高,表面湿张力在40达因/厘米以上。 但是对于高速彩色印刷或为增加真空镀铝层与BOPET薄膜表面之间的结合力,也还需要对BOPET薄膜进行表面处理,以进一步提高其表面湿张力。
各种塑料薄膜PE、PP、PET、PVC、PA未经电晕处理及电晕处理后表面张力(达因值、电晕值):
材料名称 | 温度(°c) | 初始张力(达因) | 要求张力(达因) |
聚乙烯(PE) | 20 | 31 | 38 |
聚丙烯(PP) | 20 | 31 | 36 |
聚酯(PET) | 20 | 39 | 52 |
聚氯乙烯(PVC) | 20 | 39 | 48 |
尼龙(PA) | 20 | 41 | 56 |
塑料薄膜表面处理的方法有:电晕处理法、化学处理法、机械打毛法、涂层法等,其中最常采用的是电晕处理法。
电晕处理的原理
电晕处理是经高频高压电火花处理,使薄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。
电晕处理有时效的问题,薄膜在生产出来后,在应力恢复过程中,如BOPP薄膜还会发生结构状态的变化,在几天内,聚合物会由无定形变化成晶体形,从而影响电晕处理的效果:处理强度会随着时间的推移先是逐步下降。 而薄膜内具有迁移性添加剂向薄膜表面的迁移会使薄膜的表面张力下降;薄膜表面极性基团的移动过程也会使薄膜的表面张力下降,也就是我们常说的电晕值衰减,最后渐渐保持稳定。
电晕处理的消减幅度与贮存温度相关,特别是在高温高湿的夏季,塑料薄膜电晕处理后的表面湿张力衰减较快。
关于电晕值与环境温度和湿度之间的关系,在此做详细说明:
环境温度越高,则环境传给薄膜分子的能量越高,热能转化为分子的动能和势能,导致膜表面极性基团及迁移性分子的加速度运动(如爽滑剂的分子由中间层向表面快速移动),其结果会导致薄膜的表面的电晕值的衰减加速。
另外,空气湿度的变化,将在很大程度上影响到电晕的变化。 因为空气中的水蒸汽将随着薄膜的变冷,会很快的吸附到薄膜的表面,一则是因为薄膜的表面相对来讲是比较光滑的,近乎于镜面,水蒸汽很容易在其表面形成凝结;同时,由于薄膜表面的静电作用,也会吸附水蒸汽。 水蒸汽在薄膜表面凝结后,会降低薄膜表面的粗糙度,即逐渐降低了薄膜表面的电晕值。 因此空气湿度小,则衰减就慢,反之,则衰减就快。 因此尽可能在低温低湿环境中存放,以减慢消退速度。