塑料薄膜表面處理難題的攻克
發(fā)布時間：2024-08-21 點(diǎn)擊：93
目前以石油為原料的塑料、纖維、合成橡膠等合成有機(jī)高分子材料的用量越來越大，并且還在快速增長。但在實(shí)際使用中人們逐漸發(fā)現(xiàn)這類材料存在許多表面問題，如表面硬度低、阻隔性差、難印刷、難粘接、產(chǎn)生靜電、生物相溶性差等，這些表面問題不僅嚴(yán)重地影響了這些制品的使用性能，也極大地限制其應(yīng)用市場的進(jìn)一步擴(kuò)大。
塑料薄膜是塑料最為主要的用途之一，約占塑料用量的35％。由于塑料薄膜的相對表面積大，其表面問題顯得更為突出，主要表現(xiàn)為難印刷、難粘接、難復(fù)合、產(chǎn)生霧滴、產(chǎn)生靜電等。國內(nèi)目前在工業(yè)上應(yīng)用的塑料薄膜表面處理技術(shù)是電暈法，但該方法的局限性很大，對許多大宗用途不適用。等離子體表面改性技術(shù)已被列入國家“863”計劃，但至今未有技術(shù)性突破，主要原因是該技術(shù)要求的高真空度使其很難成為大宗工業(yè)產(chǎn)品的表面改性技術(shù)對解決現(xiàn)有薄膜制品及生產(chǎn)中存在的問題，開發(fā)高性能和功能化薄膜制品，擴(kuò)大塑料薄膜的應(yīng)用市場具有重要意義。
北京化工大學(xué)材料學(xué)院有機(jī)材料表面工程研究室自1996年開始，經(jīng)間歇小試、模試及中試實(shí)驗(yàn)，開發(fā)出了以表面光接枝為主要技術(shù)特征的制備親水/疏水不對稱塑料薄膜的連續(xù)生產(chǎn)新工藝。由該新表面處理技術(shù)得到的塑料薄膜產(chǎn)品，其一面仍具有薄膜原有的疏水性，而另一面可根據(jù)不同的需要對表面極性進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，直至達(dá)到完全親水。當(dāng)然，也可以對薄膜的兩面同時進(jìn)行處理，得到對稱改性產(chǎn)品。
該技術(shù)適用于幾乎所有的有機(jī)塑料薄膜，如pe、pp、pvc、pet、尼龍等。接枝聚合的特點(diǎn)使得改性層與原基膜以化學(xué)鍵聯(lián)接，性質(zhì)非常穩(wěn)定。其中開發(fā)的“長效無霧滴塑料大棚制備新技術(shù)”，結(jié)合應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用試驗(yàn)，在通過了教育部組織的中試鑒定之后，又完成了由中試向工業(yè)化過渡的工業(yè)性中試，建立了一條處理寬度為2米的半連續(xù)生產(chǎn)示范裝置及車間，完成了進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的準(zhǔn)備。該生產(chǎn)裝置既可以作為單獨(dú)處理生產(chǎn)線對成品膜進(jìn)行下線處理，也可以將該處理單元附在原有吹膜或拉膜生產(chǎn)線上而直接得到高性能或功能薄膜制品，其投資成本更低。利用該成套技術(shù)，可以使生產(chǎn)的塑料薄膜一面或兩面的表面能自由任意調(diào)節(jié)，直至完全親水；也可按照需要向塑料薄膜的一面或兩面引入官能團(tuán)或反應(yīng)基團(tuán)，如酸、堿、羥基、氨基、酐基、環(huán)氧基等。這為開發(fā)各種新穎性能的特種塑料薄膜奠定了基礎(chǔ)。目前的pe、pp、pvc、pet等工業(yè)包裝膜在實(shí)際使用中均存在兩個問題，難印刷和難粘接。
一般在印刷之前要對薄膜表面進(jìn)行電暈處理，有時還要涂以特種底漆，然后使用昂貴的特種印刷油墨，因而成本很高，且印刷質(zhì)量也不好。該技術(shù)可以將強(qiáng)極性的親水基團(tuán)引入薄膜的表面，并且由于接枝鏈與基體薄膜以化學(xué)鍵相聯(lián)，新的表面具有持久性，可從根本上改變現(xiàn)有的塑料薄膜印刷技術(shù)。不僅可以解決塑料薄膜印刷的有機(jī)溶劑污染問題，還可使用傳統(tǒng)的水性油墨降低成本。而對于食品包裝而言，除了必須考慮和解決表面或里層印刷、粘接、熱封等問題外，對氧、水分和香味的阻隔性是最為主要的指標(biāo)。pe和pp對水的阻隔性優(yōu)良，但對氧的阻隔性差；pet和尼龍對氧有較高的隔離性，但對水較差；pvdc對氧、水均具有良好的阻隔性，但成膜性及單獨(dú)成膜強(qiáng)度差，成本高；pvoh（聚乙烯醇）是最好的隔氧性薄膜，但因其溶解于水而難過蒸煮消毒這一關(guān)?，F(xiàn)在利用由這種技術(shù)生產(chǎn)的單面親水pe、bopp或bopet改性膜，很容易得到pvdc涂層復(fù)合膜、將pvoh夾于兩pe膜中間的既隔氧又隔水的高檔食品包裝膜、利用處理pe或pp與處理pet組成的無粘合劑中檔食品包裝膜、高檔低成本鋁塑復(fù)合膜、防霧化且防結(jié)露保鮮袋等新型復(fù)合包裝膜。
此外，紙塑復(fù)合包裝目前已成為水泥、糧食、化肥以及一些工業(yè)產(chǎn)品、原料的包裝主體。但這種復(fù)合包裝袋很難分離和再利用，不僅造成新的環(huán)境污染，也增加了成本。因此，迫切需要開發(fā)出“綠色紙塑復(fù)合包裝袋”。199年蘭州金安新技術(shù)有限責(zé)任公司在此技術(shù)上取得突破，制得了維綸水溶紗新型復(fù)合包裝袋。該技術(shù)使用水溶性聚乙烯醇作為粘合劑把紙、維綸紗粘在一起，其內(nèi)層為再生紙袋，外層為國標(biāo)紙袋紙，中間粘結(jié)網(wǎng)狀維綸水溶紗，用后放入水中把聚乙烯醇和維綸溶解，使紙得以再生。但該產(chǎn)品存在著耐水性差，且難以把維綸回收利用的缺點(diǎn)。而現(xiàn)在采用新技術(shù)則開辟了另一條路線，即將聚烯烴膜單面進(jìn)行親水改性，然后用水溶性粘合劑將該膜和紙粘接復(fù)合，得到高強(qiáng)度、耐水溶、抗老化的紙塑復(fù)合包裝材料，使用后用水浸泡紙側(cè)，紙和聚烯烴薄膜將自然分離，可分別回收利用。
目前，國內(nèi)外既沒有該工業(yè)化的處理技術(shù)，市場上也沒有這類系列產(chǎn)品，因此該技術(shù)具有完整的自主知識產(chǎn)權(quán)，其推廣應(yīng)用不僅可為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且在環(huán)保意識日益提高的今天，還將產(chǎn)生巨大的社會效益。
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北京化工大學(xué)材料學(xué)院有機(jī)材料表面工程研究室自1996年開始，經(jīng)間歇小試、模試及中試實(shí)驗(yàn)，開發(fā)出了以表面光接枝為主要技術(shù)特征的制備親水/疏水不對稱塑料薄膜的連續(xù)生產(chǎn)新工藝。由該新表面處理技術(shù)得到的塑料薄膜產(chǎn)品，其一面仍具有薄膜原有的疏水性，而另一面可根據(jù)不同的需要對表面極性進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，直至達(dá)到完全親水。當(dāng)然，也可以對薄膜的兩面同時進(jìn)行處理，得到對稱改性產(chǎn)品。
該技術(shù)適用于幾乎所有的有機(jī)塑料薄膜，如pe、pp、pvc、pet、尼龍等。接枝聚合的特點(diǎn)使得改性層與原基膜以化學(xué)鍵聯(lián)接，性質(zhì)非常穩(wěn)定。其中開發(fā)的“長效無霧滴塑料大棚制備新技術(shù)”，結(jié)合應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用試驗(yàn)，在通過了教育部組織的中試鑒定之后，又完成了由中試向工業(yè)化過渡的工業(yè)性中試，建立了一條處理寬度為2米的半連續(xù)生產(chǎn)示范裝置及車間，完成了進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的準(zhǔn)備。該生產(chǎn)裝置既可以作為單獨(dú)處理生產(chǎn)線對成品膜進(jìn)行下線處理，也可以將該處理單元附在原有吹膜或拉膜生產(chǎn)線上而直接得到高性能或功能薄膜制品，其投資成本更低。利用該成套技術(shù)，可以使生產(chǎn)的塑料薄膜一面或兩面的表面能自由任意調(diào)節(jié)，直至完全親水；也可按照需要向塑料薄膜的一面或兩面引入官能團(tuán)或反應(yīng)基團(tuán)，如酸、堿、羥基、氨基、酐基、環(huán)氧基等。這為開發(fā)各種新穎性能的特種塑料薄膜奠定了基礎(chǔ)。目前的pe、pp、pvc、pet等工業(yè)包裝膜在實(shí)際使用中均存在兩個問題，難印刷和難粘接。
一般在印刷之前要對薄膜表面進(jìn)行電暈處理，有時還要涂以特種底漆，然后使用昂貴的特種印刷油墨，因而成本很高，且印刷質(zhì)量也不好。該技術(shù)可以將強(qiáng)極性的親水基團(tuán)引入薄膜的表面，并且由于接枝鏈與基體薄膜以化學(xué)鍵相聯(lián)，新的表面具有持久性，可從根本上改變現(xiàn)有的塑料薄膜印刷技術(shù)。不僅可以解決塑料薄膜印刷的有機(jī)溶劑污染問題，還可使用傳統(tǒng)的水性油墨降低成本。而對于食品包裝而言，除了必須考慮和解決表面或里層印刷、粘接、熱封等問題外，對氧、水分和香味的阻隔性是最為主要的指標(biāo)。pe和pp對水的阻隔性優(yōu)良，但對氧的阻隔性差；pet和尼龍對氧有較高的隔離性，但對水較差；pvdc對氧、水均具有良好的阻隔性，但成膜性及單獨(dú)成膜強(qiáng)度差，成本高；pvoh（聚乙烯醇）是最好的隔氧性薄膜，但因其溶解于水而難過蒸煮消毒這一關(guān)?，F(xiàn)在利用由這種技術(shù)生產(chǎn)的單面親水pe、bopp或bopet改性膜，很容易得到pvdc涂層復(fù)合膜、將pvoh夾于兩pe膜中間的既隔氧又隔水的高檔食品包裝膜、利用處理pe或pp與處理pet組成的無粘合劑中檔食品包裝膜、高檔低成本鋁塑復(fù)合膜、防霧化且防結(jié)露保鮮袋等新型復(fù)合包裝膜。
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