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抗静电薄膜包装材料结构和生产工艺

包装薄膜在印刷加工时,也可能由于薄膜的静电效应如静电吸尘影响油墨转移,在印刷品上出现“花、点”,这是因为油墨带静电产生上墨不均而造成的“静电黑斑”以及“静电墨须”,造成印刷图案的缺陷。

    1.抗静电包装材料材质结构和生产工艺
    (1)材质结构
    抗静电包装材料是通过对客户包装材料性能的研究,确定可满足客户要求的材质结构和基材,再将具有不同特性和功能的基材及抗静电薄膜通过特定的复合关键技术进行复合,从而实现包装材料的抗静电性。一般来说,抗静电包装材料分为印刷层//抗静电薄膜、印刷层//中间层//抗静电薄膜、印刷层//中间层//次中间层//抗静电薄膜等几种材质结构。
    (2)生产工艺(图1)
     
    2.抗静电薄膜
    (1)抗静电机理
    将抗静电剂与树脂经机构混合后再加工成型,抗静电剂分子由薄膜内部向表面迁移,并在表面形成均匀的抗静电层。若表面的抗静电剂因水或擦落后,内部抗静电分子还可以移向表面,从而恢复其抗静电性能。
   
(2)抗静电薄膜生产工艺
    为了实现薄膜的抗静电性,我们优化设计了内层热封层膜PE配方,完善加工工艺。研究各种聚乙烯树脂和不同配比的抗静电剂的抗静电性和热封性的影响规律,结合成本、加工等因素,确定最佳的抗静电PE薄膜配方和工艺,最终实现抗静电性的目的。
    抗静电PE薄膜主要是由三层ABC结构【外层(复合层)、中层(芯层)、内层(热封层)】构成,三层厚度比例控制为1:2:1。其中外层由于需要干复涂胶,含有塑料助剂会影响层间剥离强度,故外层采用由不含任何塑料助剂的低密度聚乙烯(LDPE)与线性低密度聚乙烯材料(LLDPE)共混组成。两种原料的混合比例1:1;中层属于薄膜材料的芯层,非主要功能层,主要的作用是填充低成本原料,减低材料的配方成本。故中层是由低成本含爽滑剂的LDPE和LLDPE材料组成,两种原料的混合比例1:1;而具有抗静电功能的热封层材料配方和结构设计及其制备工艺成为抗静电PE薄膜技术的关键。
    我司的抗静电PE的材料结构和配方基本原料组成如表1:
       
    ●抗静电聚乙烯(PE)热封层的配方优化
    热封要求薄膜的热封层熔融而成粘流状态,有效的热封下限温度至少要达到内层PE的熔融温度(熔点)。因此,抗静电聚乙烯薄膜的热封层是由特殊配比的含适量爽滑剂的高压低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯与抗静电剂和特殊海绵状微粒防粘开口剂材料组成。为了获得抗静电性能,我们在配方中使用了抗静电剂:非胺类抗静电剂。此种抗静电剂可广泛应用于电子、食品和药品等包装。抗静电PE薄膜的层间厚度设计上,充分考虑材料成本最低化的,低成本的外层和中层厚度占总厚度的3/4,而成本较高的抗静电层厚度只占薄膜总厚度的1/4,大大节约了材料的成本。我司目前通过掌握的抗静电薄膜配方技术已经具备生产多个不同型号抗静电PE 薄膜的实力。
    ●抗静电薄膜吹膜设备和工艺的应用创新研究
    为实现抗静电性,配方中选用了抗静电剂,此种方案为平挤上吹法正常生产提出了难题,采用通常的挤出吹塑工艺和设备生产时发现,薄膜表面易出现花斑水波纹现象以及薄膜在收卷时产生严重的层间粘连问题使生产无法正常进行。针对以上问题,我们采用以下工艺方案,解决薄膜表面花斑和水波纹以及膜层间粘连严重的问题:
    三层共挤吹塑设备如图2所示。在外层和中层挤出机上使用平滑式的温度设定工艺;内层由于含有抗静电剂,挤出机宜采用先高后低驼峰式温度设定。先高后低驼峰式温度设定能有效控制机筒内熔体温度和流动速度,大大减少了内层熔体破裂,薄膜表面出现花斑和水波纹的现象,提高吹塑薄膜的外观品质。平滑式温度和驼峰式温度设定如图3示:
 
     
    ●抗静电PE薄膜的抗静电性能研究
    采用对比实验测试和分析抗静电改性聚乙烯材料和普通薄膜抗静电性能。其中抗静电层的配方为:
    普通样1:60%LDPE + 40%LLDPE;
    抗静电膜2:LDPE100AC+LLDPE2045+2Kg抗静电剂103035-K+1.5KgAB-20LD +0.3Kg 100991-K;
    抗静电膜3:LDPE100AC+LLDPE2045+4Kg抗静电剂103035-K+1.5KgAB-20LD +0.3Kg 100991-K;
    抗静电膜4:LDPE100AC+LLDPE2045+6Kg抗静电剂103035-K+1.5KgAB-20LD +0.3Kg 100991-K
    薄膜的厚度为50μm、室温25℃
    这4种薄膜的抗静电性能如图4所示,研究结果表明:适当的添加抗静电剂可以达到良好的抗静电效果,但是多加也无益,当抗静电性能达到一定的程度后,多加只是增加成本,形成浪费。
        
    ●抗静电薄膜的环境影响
    添加型抗静电剂发挥抗静电效果大多是靠吸附水作为离子的电离场所来进行导电。因此空气湿度的大小将对抗静电效果产生较大的影响。抗静电效果随湿度的变化关系见图5。
        
    3.抗静电包装材料的应用
    我司所生产的抗静电包装材料已广泛应用于贝因美葡萄糖卷膜类产品、仅一设备有限公司梅花味精自动包装卷膜类产品,和拜耳粉剂包装等,各类易对封口热封产生影响的粉剂包装材料中,并得到了他们一致认可。
    我司所生产的抗静电包装材料在仅一设备有限公司梅花味精自动包装卷膜类产品上的对比效果如下图6,从图中可以看出,我司提供的抗静电包装材料在走机性能、热封性、抗静电等方面都没有问题,抗静电效果非常明显。
          
    4.结论
    优选抗静电剂,在配方筛选的基础上,结合工艺优化,就能开发出很好抗静电性能的薄膜。随着包装行业的快速发展,抗静电包装的用量会越来越大,其前景也会越来越好。

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