電暈處理是廣泛用于對塑料,、紙張及金屬箔作表面處理以改進(jìn)油墨、油漆,、連接劑及涂料的附著力,。它被廣泛采用的原因是效果好、能控制及便于掌握,。尤其是因?yàn)殡姇炋幚碓O(shè)備的效率及作用不斷改進(jìn),,與高產(chǎn)的加工設(shè)備保持著同步并進(jìn)。
一,、可濕性與附著力
電暈處理是改變不少非吸收性基材表面特性的一種有效手段,,能使油墨有更好的濕潤及附著性能,即所謂可濕性,,這就是諸如油墨,、底膠、涂料等對塑料,、紙張或金屬箔附著的基礎(chǔ),。可濕性決定一種液體在一種固體表面上的展延性,。水滴在親水性表面就展延成一薄水層,,而在親油性表面卻形成小水滴。水滴外表層的切線與固體表面間所形成的接觸角(夾角),,即表示該表面潤濕性能的強(qiáng)弱,,接觸角越大,潤濕性能越差,。潤濕性視化學(xué)組成及表面結(jié)構(gòu)而異,。對塑料進(jìn)行印刷或燙箔時,,塑料表面的可濕性必須比油墨或箔的可濕性高,否則其展延,、轉(zhuǎn)移及附著均會發(fā)生困難,。幾種聚合物的表面性能大致如下:
聚乙烯(PE31-33mN/m) 聚丙烯(PP29-30mN/m) 滌綸聚酯(PET) 41-42mN/m
通常用作油墨溶劑的表面能為:乙醇22 mN/m、醋酸乙酯24 mN/m,,而水為72 mN/m,,就難以濕潤塑料,所以水基油墨一般不用來印塑料,。塑料是一種復(fù)合物質(zhì),,含一種或多種聚合物及多種添加劑,如填充料,、抗氧化劑,、潤滑劑,、抗靜電劑,、顏料等。雖然塑料的主體聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)(基團(tuán))決定油墨或底膠的可濕性和附著力,,但其添加劑會從塑料內(nèi)部向表面遷移,,而影響塑料的表面能,。所以,塑料存放的時間越長,,或某些添加劑的含量(如潤滑劑)越高時,,其表面能的變化也越大。故塑料在印刷前還需對其表面能進(jìn)行測試,,并作電暈處理,,以免發(fā)生轉(zhuǎn)移或附著力不足的問題。一般來說,,20-40千赫的中頻處理大多就可以了,。特殊處理(如復(fù)雜的產(chǎn)品)則可采用特定的電極進(jìn)行處理。
UV油墨比溶劑性油墨要求塑料薄膜有更高的表面能,,水基油墨系統(tǒng)含醇量高的也要求較高的表面能力,,而且要求在狹的范圍內(nèi),才能有好的附著力,。以不同類型油墨印聚乙烯時,,要求聚乙烯的表面能不低于如下:
溶劑型油墨:38-42 mN/m UV油墨:42-46 mN/m 水溶性墨:42-48 mN/m
水基墨:38-42 mN/m
對聚乙烯上涂料時,要求聚乙烯的表面能不低于如下:
溶劑型膠:38-42 mN/m UV涂料:42-46 mN/m 乳劑:42-48 mN/m
無溶劑膠粘劑:44-48 mN/m
二,、可濕性和附著力的測試
我們建議的辦法是直接采購接觸角儀.采用目前有的接觸角儀如SL200B的一液法表面張力估算,精度會更高.直接用蒸餾水測試接觸角,然后根據(jù)接觸角值的變化來換算成表面張力值.
在工業(yè)性實(shí)踐中,,聚合物表面能的測定是通過測試油墨按照DIN ISO 8296或ASTM D 2578-99a來進(jìn)行的。
按DIN ISO 8296法,,是以已知不同表面能的墨在擬測的薄膜上刷上約100mm長的墨條,,并觀察其90%以上的墨條邊在2秒鐘內(nèi)是否發(fā)生收縮并形成墨滴,,如有,則換低表面能的墨再刷墨條,,進(jìn)行同樣的觀察,,直至不收縮和出現(xiàn)墨滴,此測試墨的表面能即相對應(yīng)為該薄膜的表面能,。此種方法是測試表面能中間數(shù)值的方法,,小出入不計(jì)。
按ASTM D 2578-99a方法是以棉絮墊蘸測試墨涂出約25×25mm的方塊,,參照上述相同的方法進(jìn)行觀察,,測得的是薄膜的低表面能數(shù)值。此種測試方法由于墨層厚薄均勻度難以掌握,,其性不及DIN ISO 8296法,DIN ISO 8296的誤差大約在±1 mN/m范圍內(nèi),,而ASTM D 2578-99a的誤差大約在±2 mN/m,。所以在工業(yè)實(shí)踐中,多采用DIN ISO 8296法,,且更簡易,、快速
但不論采用哪種方法,均可用同一種Softal測試墨,,有30到72 mN/m二十一種表面能級的測試墨(每種相差2mN/m),。達(dá)因試筆(38mN/m)可以用作電暈處理后表面能的一種快速測試工具,但不適合作為已印好或涂布好表面的系統(tǒng)測試,。當(dāng)測試筆在電暈處理過的表面劃出一條線,,如果是連續(xù)成線的,說明該材料表面能不低于38mN/m,,如斷斷續(xù)續(xù)不連成線,,說明該材料表面能不到38mN/m,處理不足或甚至未處理,,不符合印刷加工要求,。
如果塑料薄膜內(nèi)含添加劑或覆有涂膜,用以上測試墨或測試液測試時,,往往會發(fā)生化學(xué)反應(yīng),,影響性。在這種情況下,,宜以蒸餾水作接觸角測試,。對漆料、涂料,、油墨等的附著力作快速測定,,可按照ASTM D 3359-97作膠帶粘拉測試,。
三、電暈處理
電暈處理器由電極,、高電位器及走卷導(dǎo)輥組成,,當(dāng)電壓超過1-2mm的空氣間隙的電離電阻時,就會產(chǎn)生連續(xù)放電,,由于導(dǎo)輥上的電介質(zhì)使放電獲得均一的分散,。電極裝在罩室內(nèi),以防接觸,。為了降溫及排除所產(chǎn)生的臭氧,,用排氣風(fēng)扇把電暈處理器附近的空氣往外吹散。但為了不讓臭氧向外排放,,還須讓排氣先通過一個空氣凈化器,。
電暈處理增加基材的附著性能是通過下列機(jī)理的:
•移除表面上被吸收的原子和分子。
•促進(jìn)原子的接觸,,增進(jìn)濕潤,。
•增進(jìn)表面能,調(diào)節(jié)極性,。
•創(chuàng)造能起化學(xué)反應(yīng)的原子基或功能團(tuán),。
電暈處理對塑料表面所產(chǎn)生的物理及化學(xué)影響是復(fù)雜的,其效果主要通過三方面來控制:1,、特定的電極系統(tǒng),,2、導(dǎo)輥上的電介質(zhì),,3,、特定的電極功率。 至于走卷速度,、卷的寬度及塑料種類的變化,,只需調(diào)節(jié)電機(jī)功率,有的是自動控制的,,其效果的重復(fù)性有,。
電暈處理的作用在于:
1、從電極上釋出的電子受高壓的加速而沖向走卷,。
2,、電子與空氣分子相撞擊產(chǎn)生部分臭氧及氧化氮。
3,、電子與塑料膜(例如聚乙烯)撞擊后,,使碳?xì)滏溁蛱继兼湐嗔选?br />4、受電暈影響的空氣與這些自由基發(fā)生反應(yīng),主要是氧化,。
5,、羥基、酮基,、醚基,、碳酸基、酯均是極性基團(tuán),,是油墨附著的基礎(chǔ),。
由于不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)有不同的原子鍵,所以對塑料電暈處理的效果也視塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)而異,。不同的塑料需要進(jìn)行不同強(qiáng)度的電暈處理,。已證實(shí):BOPP薄膜在生產(chǎn)后還會發(fā)生結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化,在幾天內(nèi),,聚合物由無定形變化成晶體形,,從而影響電暈處理的效果。 經(jīng)過電暈處理后,,塑料表面層的交聯(lián)結(jié)構(gòu)比其內(nèi)層的交聯(lián)結(jié)構(gòu)減少,,因此其表面層的功能團(tuán)有較高的移動性。所以,,在儲存中,不少塑料出現(xiàn)電暈處理效果的衰退,,添加劑由內(nèi)部向表面遷移,,也是使表面能下降,影響附著力的因素,,這種負(fù)面影響無法抑制,。
實(shí)際上相對濕度也會影響電暈處理的效果,濕度是去極化劑,,但一般來說由于影響并不嚴(yán)重,,往往在測試誤差范圍之內(nèi),被忽略不計(jì),。如果采用連機(jī)電暈處理,,則更可不必考慮。要把塑料表面處理達(dá)到一定的表面能,,就需要把電暈處理的量(D)達(dá)到一定數(shù)值,,其公式是:D=P÷(CB×V)
D=電暈處理量 P=電動機(jī)功率(瓦) CB=電暈處理寬度(米) V=走卷速度(米/分)
舉例:有一塑料薄膜印刷商要以350米/分的速度進(jìn)行1600mm寬的薄膜印刷,有PET,、LDPE,、PP共聚體及PP均聚體等不同塑料膜。在開印前,,這些薄膜的表面能均須處理達(dá)到45mN/m以上,,根據(jù)電暈處理經(jīng)驗(yàn),,知道上述各種薄膜的電暈處理量大致要達(dá)到:
PET 5.0(由42達(dá)到45 mN/m) LDPE 7.5(由38達(dá)到45 mN/m) PP共聚體12.5(由40達(dá)到45 mN/m) PP均聚體25.0(由39達(dá)到45 mN/m)
那么其電暈處理的功率(P)也就可以根據(jù)P=D×CB×V計(jì)算出來,其中PP均聚體的功率要求高為25×1.6m×350米/分=14000瓦,,而PP共聚體為7000W,,LDPE為4200W,PET為2800W,。
一般情況來說,,電暈處理器是按照要求高的功率設(shè)定,對于要求低些的薄膜,,把功率調(diào)低來處理,。
電暈處理的效果與電極的設(shè)計(jì)有較大關(guān)系。多片電極的效果(如Softal公司的),,這一系統(tǒng)的特點(diǎn)是電暈處理的能力是通過平行成排的電極片播散出來的,。在熱膨脹的情況下,電極片可以在不改變極片間隙的情況下移動,。另一優(yōu)點(diǎn)是:由于放電的均一性,,可避免長持續(xù)的放電通道。據(jù)對比,,多片電極比一般金屬電極(如單片電極或U型電極)的效果,,可能要高出5到10 mN/m。而且處理后的塑料在儲存一個月后,,其表面能的衰減情況前者卻反而比后者弱
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