張軍曉

（湛江包裝材料企業(yè)有限公司 湛江 524022）

防偽BOPP煙膜表面張力的變化研究

張軍曉

（湛江包裝材料企業(yè)有限公司 湛江 524022）

探討防偽BOPP煙膜表面張力的形成以及其表面張力變化的關(guān)鍵因素

防偽BOPP煙膜；抗靜電劑；表面張力；電暈處理；電暈衰減

1 前言

近年來，國內(nèi)部分卷煙廠為了維護高端品牌的需要，要求對每一包香煙都可追溯管理，防止市場上出現(xiàn)高仿自己品牌的假煙，從而要求BOPP煙膜具有可噴碼防偽功能。目前，國內(nèi)先進的橫包包裝煙機，其速度可達到400包/min、500包/min、800包/min，甚至可以達到1000包/min。在這樣的背景下，適合超高速包裝，且具有可噴碼防偽性能的煙膜已經(jīng)成為未來高端BOPP煙膜的發(fā)展方向。

為了滿足可噴碼要求，BOPP薄膜必須經(jīng)過表面處理，本文以多數(shù)廠家采用的電暈處理為例，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和卷煙廠客戶實際使用情況，在包裝速度400包/min以上的條件下，重點討論如何對可噴碼BOPP煙膜的表面張力控制，進一步探討其表面張力變化的關(guān)鍵因素以及電暈處理對BOPP煙膜其它物理性能影響。

2 電暈處理原理及其表面張力測試

在BOPP生產(chǎn)過程中，電暈處理是將高頻發(fā)生器產(chǎn)生的能量，通過電極在電極和電暈處理輥之間形成高壓電場，電極使逸出的電子加速，相互碰撞，將能量輸給空氣，并激發(fā)空氣分子產(chǎn)生發(fā)射光子，使空氣電離和分解，形成臭氧和氧化氮。高能的電子和離子轟擊BOPP薄膜表面，使膜表面的鏈狀分子斷裂, 鏈斷裂時產(chǎn)生的自由基與空氣電暈產(chǎn)物發(fā)生氧化、交聯(lián)反應,在薄膜表面產(chǎn)生極性基團, 部分極性基團注入薄膜內(nèi)部，使表面粗化,從而增大了薄膜的表面張力。

電暈處理效果的測試：電暈處理效果可通過測量薄膜表面張力進行評定，而表面張力判定由已知表面張力值的張力液涂覆在薄膜電暈處理的表面，通過觀察張力液收縮快慢程度來確定,具體判定標準參照《塑料 膜和片潤濕張力試驗方法》（GB/T 14216-93）。在追蹤測試薄膜電暈處理效果的過程中，薄膜表面張力不是不變的，會出現(xiàn)薄膜表面張力下降的現(xiàn)象，也就是常說的電暈衰減，下面將對電暈衰減的原因進行分析。

3 影響可噴碼BOPP煙膜電暈衰減的關(guān)鍵因素

3.1 電暈衰減與薄膜應力恢復有關(guān)

煙膜半成品在生產(chǎn)出來以后，會出現(xiàn)應力恢復現(xiàn)象，在應力恢復過程中，薄膜分子進一步結(jié)晶會使其表面張力有所下降。這就是為什么大多數(shù)電暈處理膜半成品生產(chǎn)出來的最初2~3天內(nèi)，出現(xiàn)電暈處理的膜表面張力下降得比較快的主要原因之一。一般情況下，3天內(nèi)其表面張力比即測結(jié)果下降3~5個單位。薄膜因應力恢復而造成的膜表面電暈衰減是不可避免的，但應力恢復造成的電暈衰減主要發(fā)生在半成品剛剛生產(chǎn)出來的前3天內(nèi)，對后期的電暈衰減影響不大。這一環(huán)節(jié)的控制關(guān)鍵是適度將電暈處理強度提高，保證其應力恢復后，表面張力值仍然達到要求。

3.2 電暈衰減與電暈處理強度有關(guān)（在其它條件相同的前提下比較）

在電暈處理不擊穿薄膜的前提下，一般情況下，電暈處理強度越大，電暈處理的膜表面PP單體結(jié)構(gòu)破壞的程度就越大，從而影響PP分子后期進一步結(jié)晶情況，使表面PP分子結(jié)晶速度變慢，導致膜表面張力減弱相對慢些。所以，適度加大電暈處理強度可減弱BOPP煙膜表面電暈衰減速度，對減弱應力恢復有利。實驗跟蹤兩個月后，25KW電暈處理功率的（下降了5個單位）比22KW電暈處理功率的（下降了7個單位）少降2個單位（如圖1）

3.3 電暈衰減與薄膜生產(chǎn)配方有關(guān)（在其它條件相同的前提下比較）

目前，國內(nèi)BOPP煙膜絕大多數(shù)都是三層結(jié)構(gòu)。其芯層以均聚聚丙烯為主，根據(jù)功能性需要另添加抗靜電母料和增剛劑母料；表層以熱封料共聚物為主，另添加其他功能性料。其中芯層的抗靜電母料作用機理是，抗靜電母料的有效成分遷移到薄膜表面，通過吸收膜表環(huán)境的水分，使薄膜表面極性化，從而導走膜表面電荷，達到消除靜電的效果。由于芯層的抗靜電母料的遷移出來到薄膜表面和表面其他功能性母料的析出，直接填補電暈處理過的粗化表面，使薄膜表面致密，表面張力下降，導致電暈衰減較快。針對抗靜電母料遷移的問題，下面分別對相同抗靜電母料不同配比和相同配比不同種類抗靜電母料作比較。（實驗跟蹤數(shù)據(jù)見圖2和圖3）

根據(jù)圖2可知，相同的抗靜電母料，在不同配比的情況下，配比大的配方，其膜表面單位面積遷移出來的抗靜電劑相對更多，對應的膜表面張力下降得比較大。所以，在不影響使用的情況下，應減少抗靜電劑對電暈處理的膜表面遷移。

根據(jù)圖3可知，相同配比的配方，在不同種類的抗靜電母料情況下，其對薄膜表面張力的影響也存在較大的差異。原因主要是因為不同種類的抗靜電母料，其內(nèi)部組分中的有效抗靜電比例存在差異，且同等條件下，各自的遷移速度也不相同，導致差異較大。所以，選用抗靜電母料的種類應該根據(jù)實際需要而定。

除了上面所說的抗靜電母料外，其它添加母料也存在遷移的可能性。不同牌號的聚丙烯主料生產(chǎn)出來的煙膜，其電暈處理效果也有很大的差異。這主要和聚丙烯主料含的爽滑劑和抗粘劑的種類和含量不同有關(guān)。一個重要的原因是這些爽滑劑通常都是遷移性的，與抗靜電母料一樣，在遷移過程會降低薄膜的表面張力。所以，選擇爽滑劑含量低，遷移性能慢的聚丙烯主料對降低煙膜電暈衰減有利。

3.4 電暈衰減與環(huán)境溫度有關(guān)（在其它條件相同的前提下比較）

在其它物理、化學條件相同下，分子運動情況直接受到環(huán)境溫度影響，環(huán)境溫度越高，其分子的動能和勢能總和越大，分子運動越激烈。環(huán)境溫度高，薄膜表面極性基團移動速度較快，使薄膜表面張力下降；而遷移性添加劑母料的分子在高溫的環(huán)境下也會加快更充分遷移到薄膜表面，使薄膜表面張力衰減較快。所以，電暈處理后的煙膜放置環(huán)境溫度越高，其電暈衰減得越快。當環(huán)境溫度超過40℃后，薄膜幾乎不能滿足可噴碼的要求實驗跟蹤結(jié)果（如圖4）

4 電暈處理對BOPP煙膜其它物理性能影響

電暈處理除了可以改變BOPP煙膜非滑面的表面張力，加強其可噴碼的性能外，還會對煙膜本身其它物理性能產(chǎn)生一些負面影響，主要包括如下方面：

4.1 電暈處理對煙膜摩擦系數(shù)的影響

由于電暈處理時薄膜表面產(chǎn)生極性，導致電暈處理面與非電暈處理面相比，芯層遷移性添加劑更加容易通過電暈處理表面遷移出來。以ABA三層結(jié)構(gòu)的薄膜為例，未經(jīng)電暈處理前，薄膜的兩個表層的摩擦系數(shù)差異不大，但經(jīng)過電暈處理后，數(shù)天內(nèi)會出現(xiàn)電暈處理表面的摩擦系數(shù)值比沒有電暈處理表面的摩擦系數(shù)值低。對于高速包裝的BOPP煙膜，其非滑動面電暈處理后，芯層添加劑對滑動面的遷移量比之前的遷移量減少，導致滑動面摩擦系數(shù)值比之前的值偏大，熱滑動性能變差等問題，直接影響B(tài)OPP煙膜在超高速包裝機運行時的穩(wěn)定性。

4.2 電暈處理對光學性能和收縮率的影響

在其他條件相同前提下，經(jīng)過電暈處理的煙膜與沒有電暈處理的煙膜相比，其光學性能稍差，顏色變深，收縮率也相應減小。

4.3 電暈處理對熱封強度的影響

在實際生產(chǎn)過程中，過高的電暈處理強度會引起B(yǎng)OPP煙膜表層熱封料間的交聯(lián)作用，導致其熱封性能明顯減弱，甚至失去熱封性能。在400包/min以上高速包裝過程中，熱烙鐵對薄膜熱封加熱時間比較短，電暈處理過度會導致煙膜接口熱封不牢固，俗稱‘假熱封’的現(xiàn)象，嚴重影響煙膜包裝質(zhì)量。

5 結(jié)論

(1) 在環(huán)境因素不可改變的情況下，電暈衰減主要原因是早期的應力恢復和后期的遷移性母料造成的。

(2) 選擇合適的遷移性添加母料的種類和減少其配比可有效減弱電暈衰減值。

(3) 電暈處理面不能添加具有遷移性的功能性母料。

(4) 綜合考慮煙膜的上機運行穩(wěn)定性能和可噴碼性能的平衡問題，合適電暈處理強度是關(guān)鍵工藝之一。

6 防偽BOPP煙膜的進一步研發(fā)

防偽BOPP煙膜將是煙膜未來發(fā)展主流方向，就目前電暈處理存在的問題，可嘗試：①在薄膜表層添加非遷移性永久抗靜電母料，杜絕遷移性抗靜電母料對電暈處理的影響。②在電暈處理表層添加特殊新材料，形成一層致密的保護層，阻隔遷移性母料對電暈處理表層遷移。③放棄電暈處理工藝，添加特殊新材料到噴碼表層，使其表層PP分子鏈上引入極性基團，從而達到可噴碼的目的。

1、《雙向拉伸塑料薄膜》，尹燕平主編，化學工業(yè)出版社，1999年。

2、《改性聚丙烯新材料》，趙敏主編，化學工業(yè)出版社，2010年。

3、《塑料科技》，塑料薄膜電暈處理效果的影響因素，劉嘉銘，王宗英，1998年。

4、《現(xiàn)代塑料加工應用》，BOPP薄膜電暈處理及效果研究，周先進，趙燕，麥建國，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

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