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塑料薄膜表面处理难题的攻克

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用量越来越大,并且还在快速增长。但在实际使用中人们逐渐发现这类材料存在许多表面问题,如表面硬度低、阻隔性差、难印刷、难粘接、产生静电、生物相溶性差等,这些表面问题不仅严重地影响了这些制品的使用性能,也极大地限制其应用市场的进一步扩大。

  塑料薄膜是塑料最为主要的用途之一,约占塑料用量的35%。由于塑料薄膜的相对表面积大,其表面问题显得更为突出,主要表现为难印刷、难粘接、难复合、产生雾滴、产生静电等。国内目前在工业上应用的塑料薄膜表面处理技术是电晕法,但该方法的局限性很大,对许多大宗用途不适用。等离子体表面改性技术已被列入国家“863”计划,但至今未有技术性突破,主要原因是该技术要求的高真空度使其很难成为大宗工业产品的表面改性技术对解决现有薄膜制品及生产中存在的问题,开发高性能和功能化薄膜制品,扩大塑料薄膜的应用市场具有重要意义。

  北京化工大学材料学院有机材料表面工程研究室自1996年开始,经间歇小试、模试及中试实验,开发出了以表面光接枝为主要技术特征的制备亲水/疏水不对称塑料薄膜的连续生产新工艺。由该新表面处理技术得到的塑料薄膜产品,其一面仍具有薄膜原有的疏水性,而另一面可根据不同的需要对表面极性进行任意调节,直至达到完全亲水。当然,也可以对薄膜的两面同时进行处理,得到对称改性产品。

  该技术适用于几乎所有的有机塑料薄膜,如PE、PP、PVC、PET、尼龙等。接枝聚合的特点使得改性层与原基膜以化学键联接,性质非常稳定。其中开发的“长效无雾滴塑料大棚制备新技术”,结合应用基础和应用试验,在通过了教育部组织的中试鉴定之后,又完成了由中试向工业化过渡的工业性中试,建立了一条处理宽度为2米的半连续生产示范装置及车间,完成了进行工业化生产的准备。该生产装置既可以作为单独处理生产线对成品膜进行下线处理,也可以将该处理单元附在原有吹膜或拉膜生产线上而直接得到高性能或功能薄膜制品,其投资成本更低。利用该成套技术,可以使生产的塑料薄膜一面或两面的表面能自由任意调节,直至完全亲水;也可按照需要向塑料薄膜的一面或两面引入官能团或反应基团,如酸、碱、羟基、氨基、酐基、环氧基等。这为开发各种新颖性能的特种塑料薄膜奠定了基础。目前的PE、PP、PVC、PET等工业包装膜在实际使用中均存在两个问题,难印刷和难粘接。

  一般在印刷之前要对薄膜表面进行电晕处理,有时还要涂以特种底漆,然后使用昂贵的特种印刷油墨,因而成本很高,且印刷质量也不好。该技术可以将强极性的亲水基团引入薄膜的表面,并且由于接枝链与基体薄膜以化学键相联,新的表面具有持久性,可从根本上改变现有的塑料薄膜印刷技术。不仅可以解决塑料薄膜印刷的有机溶剂污染问题,还可使用传统的水性油墨降低成本。而对于食品包装而言,除了必须考虑和解决表面或里层印刷、粘接、热封等问题外,对氧、水分和香味的阻隔性是最为主要的指标。PE和PP对水的阻隔性优良,但对氧的阻隔性差;PET和尼龙对氧有较高的隔离性,但对水较差;PVDC对氧、水均具有良好的阻隔性,但成膜性及单独成膜强度差,成本高;PVOH(聚乙烯醇)是最好的隔氧性薄膜,但因其溶解于水而难过蒸煮消毒这一关。现在利用由这种技术生产的单面亲水PE、BOPP或BOPET改性膜,很容易得到PVDC涂层复合膜、将PVOH夹于两PE膜中间的既隔氧又隔水的高档食品包装膜、利用处理PE或PP与处理PET组成的无粘合剂中档食品包装膜、高档低成本铝塑复合膜、防雾化且防结露保鲜袋等新型复合包装膜。


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