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塑料薄膜表面处理难题的攻克

发布日期:2022-05-18 12:07 浏览次数:

目前,以石油为原料的塑料、纤维、合成橡胶等合成有机高分子材料的数量正在增加,并且仍在快速增长。然而,在实际使用中,人们逐渐发现此类材料存在许多表面问题,如表面硬度低、阻隔性差、难以印刷、难以粘接、静电产生、生物相容性差等。这些表面问题不仅严重影响这些产品的使用性能,但也大大制约了其应用市场的进一步扩大
 
塑料薄膜是塑料最重要的用途之一,约占塑料消费量的35%。由于塑料薄膜的相对表面积较大,其表面问题较为突出,主要是难以打印、粘接、复合、产生雾滴、产生静电等。目前,我国工业上使用的塑料薄膜表面处理技术是电晕法,但该方法有很大局限性,不适合许多批量应用。等离子体表面改性技术已被列入国家“863”计划,但至今没有技术突破。主要原因是该技术所需的高真空度使其难以成为大宗工业产品的表面改性技术。这对解决现有薄膜产品和生产中存在的问题,开发高性能、功能性薄膜产品,拓展塑料薄膜的应用市场具有重要意义
 
自1996年以来,北京化工大学材料学院有机材料表面工程实验室,通过间歇小规模、模型和中试实验,开发了以表面光接枝为主要技术特征的亲水/疏水不对称塑料薄膜的连续生产新工艺。通过这种新的表面处理技术获得的塑料薄膜产品一侧仍然具有薄膜的原始疏水性,而另一侧的表面极性可以根据不同的需要任意调整,直到完全亲水为止。当然,膜的两面也可以同时处理,以获得对称的改性产物
 
该技术适用于几乎所有的有机塑料膜,如PE、PP、PVC、pet、尼龙等。接枝聚合的特点使改性层与原基膜通过化学键连接,且性能非常稳定。其中,开发的“长效无雾塑料大棚研制新技术”,结合应用基础和应用试验,已通过教育部组织的中试鉴定,完成了中试向产业化过渡的工业中试,建立了处理宽度为2米的半连续生产示范装置和车间,完成了工业化生产准备。该生产装置可以作为单独的加工生产线离线加工成品膜,也可以将加工单元连接到原来的吹膜或拉膜生产线上,直接获得高性能或功能性的膜产品,投资成本较低。使用这一整套技术,生产的塑料薄膜的一侧或两侧的表面可以自由调节,直到完全亲水;还可以根据需要将官能团或反应性基团,例如酸、碱、羟基、氨基、酸酐基、环氧基等引入塑料膜的一侧或两侧。这为开发具有各种新特性的特殊塑料薄膜奠定了基础。目前,PE、PP、PVC、pet等工业包装薄膜在实际使用中存在两个问题,即难以打印和难以粘合
 
一般来说,在打印前应对薄膜表面进行电晕处理,有时涂上专用底漆,然后使用昂贵的专用油墨,因此成本很高,打印质量不好。该技术可以将极性强的亲水基团引入薄膜表面,由于接枝链通过化学键与基材薄膜相连,新表面具有耐久性,这可以从根本上改变现有的塑料薄膜印刷技术。它不仅可以解决塑料薄膜印刷中有机溶剂的污染问题,而且可以使用传统的水性油墨来降低成本。对于食品包装而言,除了表面或内层的印刷、粘合和热封问题外,对氧气、水分和风味的屏障是最重要的指标。PE和PP对水有良好的阻隔性,但对氧气的阻隔性较差;Pet和尼龙对氧的隔离度高,但对水的隔离度差;聚偏二氯乙烯对氧和水具有良好的阻隔性,但其成膜性能和单独成膜强度较差,成本较高;PVOH(聚乙烯醇)是最好的氧气阻隔膜,但由于它溶于水,很难烹饪和消毒。现在,使用该技术生产的单面亲水性PE、BOPP或BOPET改性膜,通过将PVOH夹在两个PE膜之间,很容易获得PVDC涂层复合膜、氧气和水分离的高级食品包装膜、由处理过的PE或PP和处理过的pet组成的无粘性中级食品包装膜,高档低成本铝塑复合膜、防雾防结露保鲜袋等新型复合包装膜。