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PE薄膜無溶劑復合機摩擦系數(shù)控制現(xiàn)狀
時間:2017/6/5
無溶劑復合機中有這樣一個現(xiàn)象:聚乙烯薄膜經無溶劑復合熟化后,摩擦系數(shù)出現(xiàn)異常增大,自動包裝帶不動或包裝袋開口性不良,不能正常使用;檢查基膜的摩擦系數(shù)時又很爽滑,同時無溶劑復合邊緣未涂膠的聚乙烯也很爽滑,很顯然經無溶劑復合熟化后,薄乙烯薄膜的摩擦系數(shù)增大了,這與無溶劑膠水直接相關。
一般分析認為:無溶劑粘膠劑中的聚醚成份會吸收薄膜中的爽滑劑,使得已析出到聚乙烯薄膜熱封面的爽滑劑成份大量向內遷移,最終造成熟化后摩擦系數(shù)異常增大。
加工第一步:吹膜
吹制三層共擠薄膜時,一般在只在薄膜的熱封層使用高爽滑性的料子或添加一定量的開口爽滑母料,而在電暈層一般使用不含或爽滑劑含量很低的粒子,中間層根據薄膜的厚薄使用不含或中等爽滑劑含量的粒子,可見吹制出的三層共擠薄膜其中爽滑劑含量存在明顯的梯度,由于爽滑劑在樹脂中的溶解度有限,多余的爽滑劑會逐漸遷移到時薄膜熱封層的表面,而使薄膜的表面摩擦系數(shù)進一步降低。
三層共擠薄膜中熱封層內的爽滑劑成份除了向熱封層表面遷移外,還有一部分會向共擠薄膜中爽滑劑濃度較低的芯層和電暈層遷移,最終形成以溶解度為基礎的濃度平衡。
加工第二步:無溶劑復合加工
無溶劑復合是在電暈層一側加了一層具有能吸收爽滑劑成分的膠水,并在一定溫度如40度下放置24小時,在這樣一個過程中,已析出到熱封層表面的爽滑劑還會(沿箭頭方向)往薄膜內遷移,有的被膠水層吸收,到一定程度后薄膜表面的爽滑度降低,摩擦系數(shù)增加很大。
聚乙烯薄膜經無溶劑復合后,其薄膜表面爽滑劑向膜內遷移,其遷移速率受多方面的影響。
無溶劑膠黏劑中的聚醚成份會吸收一部分爽滑劑,使得薄膜與膠水相貼合界面的爽滑劑濃度降低,使薄膜中的爽滑劑分布形成高濃度梯度,而高濃度部分的爽滑劑會向低濃度部分遷移,直到建立新的濃度平衡。很顯然膠水層將薄膜內的爽滑劑成分吸附量越多,對PE復合膜摩擦系數(shù)的影響就會越大,這與膠水成分及涂膠量密切相關。
溫度對薄膜內爽滑劑的濃度平衡有明顯影響,隨著溫度升高膠黏劑對爽滑劑的最大吸收量會增加,薄膜內爽滑劑的溶解度也相應增加,出現(xiàn)了更高的濃度梯度,爽滑劑將加快內遷移速率,直到建立新的濃度平衡點。在這一過程中,薄膜表面的爽滑劑量會減少,多層爽滑劑層變成單層爽滑劑層,甚至單層爽滑劑層也不完全,此時就會出現(xiàn)薄膜摩擦系數(shù)異常增大的現(xiàn)象。
另外,在一溫度條件下新的平衡點的建立需要足夠的時間,如果這個平衡點建立時間大于熟化時間,則復合膜出熟化室后,由于通常熟化溫度高于室溫,終止了爽滑劑內遷移過程,這是有時從熟化時間上來控制摩擦系數(shù)的原因。當然,熟化過程的平衡點也是動態(tài)的過程,隨著無溶劑膠黏反應的進行,分子量不斷增大,對爽滑劑的吸收能力也在下降,但其中聚醚成份的分子鏈段并沒有改變,吸收爽滑劑性能仍然存在。
復合膜完成規(guī)定的熟化時間后,在較高的溫度條件下膠層及薄膜自身對爽滑劑的飽和溶解度較高,在復合膜的熟化過程中有大量的爽滑劑會遷移到膠層的界面被膠層吸收,一旦溫度降低后,膠層及內層薄膜對爽滑劑的最大溶解度隨之降低,室溫越低其溶解度也相應越低,這樣超出膠層及薄膜最大溶解度部分的爽滑劑將析出到薄膜與膠層的界面上,一旦形成了弱界面層,則會引起剝離強度的衰減下降,這也是無溶劑復合膜剝離強度可能出現(xiàn)大幅衰減的原因之一,而且薄膜中所添加的爽滑劑含量越高,引起這種剝離強度衰減的可能性也相應增加,這就是過量添加爽滑劑解決PE無溶劑復合膜摩擦系數(shù)問題的質量風險所在。有時我們剝開復合膜,表現(xiàn)為界面分離現(xiàn)象,某一側界面上(可以是膠層與內層膜的復合界面,也可能是膠層與次內層薄膜的復合界面)明顯有一層用手可擦去的白色物質,這一層物質就是爽滑劑成分。無溶劑膠黏劑中的聚醚成分較多,雖然對PE無溶劑復合膜的摩擦系數(shù)影響較大,但能容納的爽滑劑析出量也較大,復合膜的剝離強度也可能較高。可見,在特定的無溶劑復合工藝條件下,復合膜的摩擦系數(shù)與剝離強度需要找到一個最佳的兼顧點,薄膜中爽滑劑的含量多少為宜,要經過實際測試論證。但,多數(shù)軟包廠沒有吹膜工序,是外購PE薄膜,這就增加了PE無溶劑復合膜的不可控因素。
復合膜完成規(guī)定的熟化時間,在室溫存放時,隨著溫度的降低,內層聚乙烯薄膜中的爽滑劑除了遷移到膠層與薄膜的界面上,還會有一部分從薄膜內部再次向外遷移薄膜的熱封層表面,這也是冬天無溶劑復合膜在剛熟化完成時摩擦系數(shù)可能偏高,但放置數(shù)天后感覺摩擦系數(shù)又變小了,薄膜內爽滑劑二次外遷的結果,耗時可能會較長。但在夏天,由于復合膜熟化溫度與室溫較接近,有的本身就是常溫固化,這樣熟化完成后,薄膜內爽滑劑再次外遷的可能性較小;甚至低溫熟化好的無溶劑復合膜,隨著貯存溫度的升高,薄膜表面的爽滑劑會再次向復合膜內遷移,摩擦系數(shù)反而會再次升高。
無溶劑復合膜的摩擦系數(shù)問題更容易出現(xiàn)在較薄的PE薄膜(例如低于45μ的厚度)復合中,一是薄膜較薄,爽滑劑更易向內層遷移;二是,相同配方的薄膜,由于薄膜較薄,則薄膜內含的爽滑劑總量會較少,所以在吹制較薄的PE薄膜時需要在熱封層中多添加一部分開口爽滑劑。
三層共擠聚乙烯薄膜,一般都是LDPE、LLDPE、MLLDPE幾種樹脂的共混改性配方,但其結晶度不一樣,LLDPE的結晶度(50%-55%)高于LDPE的結晶度(40%-50%),爽滑劑只在薄膜中的非結晶區(qū)發(fā)生遷移,而CPP的結晶度(80%-90%)遠高于聚乙烯薄膜,這也是CPP無溶劑復合膜基本不存在摩擦系數(shù)增大現(xiàn)象的原因。
控制PE無溶劑復合膜的摩擦系數(shù),主要是針對爽滑劑成分的向薄膜內遷移程度,使其不破壞熱封層表面的爽滑劑層,上述對策也只是在一定范圍內控制PE無溶劑復合膜的摩擦系數(shù),方法多有利弊。
低溫熟化是行業(yè)內控制PE無溶劑復合膜摩擦系數(shù)的慣用方法,因為在25-30℃這樣的低溫下,聚乙烯所能溶解的最大爽滑劑量大大降低,已析出到熱封層界的多層爽滑劑層再次向膜內遷移的速率也大大降低,在完成熟化后表面仍保持了一層乃至多層爽滑劑層,復合膜的爽滑性依然良好。
但在低溫熟化條件下,膠黏劑層要達到制袋后加工以及耐水煮性能所要求的反應程度則需要更長的時間,而且其膠黏劑的最終交聯(lián)程度下降。如圖是,某無溶劑膠黏劑在不同熟化溫度條件下NCO的反應率曲線:
從上述可見:在熟化初期階段,NCO的反應率直線上升,但隨著時間的推移,其NCO的反應速率逐漸趨于平緩,而且低溫度條件下的最終NCO反應率明顯低于相對高溫熟化條件下的NCO反應率??梢?,低溫熟化產品的最終NCO反應程度較低,盡管不影響熱封合后加工,但明顯降低了膠黏劑層的耐熱、耐介質性能。
低溫熟化解決PE無溶劑復合膜的摩擦系數(shù)也是相對的,例如低溫熟化48小時制成了包裝袋的無溶劑復合產品,在二次經受相對高溫,如制袋后堆垛的熱量(未冷卻良好)、夏季運輸過程中的高溫條件、產品的儲存溫度等,還會出現(xiàn)“二次熟化”現(xiàn)象,復合膜的摩擦系數(shù)出現(xiàn)二次增大現(xiàn)象。
如果采用多添加爽滑劑的方法,則可能引起剝離強度的衰減,最大允許的爽滑劑添加量需要經過測試。通常,如果剝開后PE上有一層用手可擦去的白色物質,如圖示,則是PE爽滑劑量過多析出的表征。芥酸酰胺被吸附到粘結層上,或極性基材樹脂上,如采用PET或尼龍,所以剝開的弱界面層不完成出現(xiàn)在PE與膠層的界面上,也可能出現(xiàn)在尼龍薄膜與膠水層的界面上,如圖中樣品經溶劑擦試后表明膠層在PE一側,而尼龍膜表面未粘附。
過量添加了爽滑劑的PE薄膜,有時無溶劑復合的強度良好,但用于干法復合時則可能出現(xiàn)剝離不良現(xiàn)象。這是過量添加爽滑劑時要注意的問題。