薄膜粘连，开口剂，爽滑剂原理
发布时间：2018-03-19
薄膜粘连，开口剂，爽滑剂，原理
一、前言
通用合成树脂PE、PP以其卓越的安全性和优良成膜加工性，被广泛用于塑料薄膜及其包装袋的制取。由于真空大气压力的存在，聚合物分子链段的蠕动性，极性基团的相互吸附性等原因，薄膜及其制袋都有粘在一起的倾向。薄膜层之间的粘附现象称为粘连，避免和减轻粘连现象我们称之为“抗粘”。吹塑薄膜加工和使用历史上，人们习惯将降低薄膜表面摩擦系数的爽滑改性剂和后来采用的增加薄膜表面粗糙度以获取薄膜开口容易的防粘改性剂，都称之为开口剂，二者在薄膜开口改性目的层面上，是殊途同归。
二、薄膜粘连的机理
对薄膜粘连的原因我们从机理侧重不同的角度，可以分为：第一类，聚合物中低分子量碎片在薄膜表面会形成粘附层，造成粘连；第二类，薄膜闭合后膜间形成真空密合状态，不易分开；第三类，电晕处理带来的薄膜表面分子链上极性基团与另一面薄膜表面的分子链以及其上的极性基团之间的氢键吸附，加上分子链间靠近距离足够小的时候产生的范德华引力吸附，这是造成薄膜粘连的主要原因。
干净的被压实了的塑料袋很难打开；在加工过程中，薄膜也容易粘附在设备上。为避免使用和后续加工上的不便，前者如塑料袋打开装入内容物，后者如薄膜卷放卷为了完成后续的印刷、涂布、复合、镀铝等二次加工，都需要在塑料膜中加入适当的助剂。这类助剂的称呼有些不够统一，爽滑剂，抗粘剂，防粘剂，开口剂，等等名称都被用到。
三、开口剂，防粘剂，爽滑剂工作原理
合成二氧化硅，天然二氧化硅，其他矿物质，沸石及一些有机物如芥酸酰胺和油酸酰胺等等，都具有帮助薄膜开口的作用。
无机材质的开口剂，作用机理是：让薄膜表面呈现微观粗糙化，让膜层之间相接触时，在凹处保留空气，膜间的凸起相接触，顶起效应使得膜和膜之间不会成大面积的完全相贴接触，膜间空气联通气隙的存在，使得薄膜不论是从垂直面揭开还是平行面相对移动（滑动）都变得容易。这类开口剂更准确的说应该叫做抗粘剂或者防粘剂。
芥酸酰胺和油酸酰胺是低分子极性有机物，其作用机理大致是：和聚合物的相容性有，但是有限，混合在聚合物中后会迁移至聚合物薄膜的表面，形成润滑层，从而起到隔离临近的薄膜层的作用。芥酸酰胺和油酸酰胺小分子或者他们的团聚体在聚合物材料如膜材的表面起到良好的润滑作用，降低了相对运动时的摩擦系数，所以它们又被称为爽滑剂。
四、不同开口剂的效果
由于作用机理不同，爽滑剂和防粘剂对摩擦系数的影响是不一样的。爽滑剂会显著降低薄膜之间的COF。而防粘剂会形成粗糙的薄膜表面，在起到开口作用的同时也起到一定的爽滑作用。但是，当抗粘剂粒径过大，或者粒径分布过宽，添加量过大时，有时也会起到增大摩擦系数的相反效果。
在流延加工中，抗粘剂的起效，比在双向拉伸成型和吹膜成型中来得要弱一些，这主要是因为树脂在粘弹态和弹性态中聚合物分子链段发生延伸。无机微粒或者其他抗粘作用的微粒在成膜加工中一般不会发生物理和化学上的变化，但是微粒周边的树脂在吹塑尤其是双向拉伸成型工艺下变形更加巨大，聚合物平面成型目的表面起伏程度加深，所以后两种成型工艺出来的薄膜开口性能更加显著。
这里需要指出，抗粘剂是微米级的粒子，而芥酸酰胺和油酸酰胺，分子量是较低，分子尺寸更是渺小，是微米级的千分之几。如果酰胺分子在薄膜表面特别多，会发生富聚成团，团粒尺寸大到肉眼可见的级别时，就会影响光线的穿透，这种现象称之为起霜。但是，这样的富聚团粒也起到了表面凸起的作用，此时它的作用机理就变得和防粘剂一样，尤其是在低温环境下。高温环境导致爽滑剂软化是薄膜生产和使用者不愿意见到的现象。
五、 常见的开口剂
5.1二氧化硅：二氧化硅分天然和合成两种。天然二氧化硅中最常见的成分是石英，碳酸钙和粘黏土类矿物质。合成二氧化硅作为一种合成产品，孔体积和粒子尺寸可以进行精确调节，它的防粘效果极佳，对其他添加剂的吸附低，对光学性能的影响也小，常用于对薄膜质量要求较高的场合。但是和天然二氧化硅相比，合成二氧化硅的成本很高。
5.2滑石：滑石是一种水合硅酸镁。
5.3沸石：沸石是晶状的水合硅酸盐。
5.4石灰石：主要成分是碳酸钙，成本较低，在要求不高时使用。
5.5其他微粒（如：日本水泽JC-30、JC-50、JC-70），可以找专业的改性母料研发商了解。
六、常见的爽滑剂
芥酸酰胺和油酸酰胺：芥酸酰胺和油酸酰胺是最常用的两种爽滑剂。一般来说，油酸酰胺迁移到表面的速度比芥酸酰胺快。但芥酸酰胺长期的摩擦系数比油酸酰胺低，而且比油酸酰胺的热稳定性好。
七、开口性的表征办法及测试
7.1平行板测试
ASTM 3354《用平行板法测量塑料薄膜的粘附负荷的试验方法》（Standard Test Method for Blocking Load ofPlastics Film by the Parallel Plate Method）规定了平行板法测量塑料薄膜的粘连负荷的方法。设备有多种类型，如达文特波装置。专用分析平衡仪和凯那斯电动机设备等。不论采取何种测试设备，测量的原理都相同：将粘连的膜片放入膜测试仪的两块金属板之间，仔细分开摸得边缘，突出的边缘固定在上下两块金属板上，然后把两块板以规定的速度分开，记录完全分开这两层膜所需的力。
7.2拉伸强度测试
在国标GB/T 16276-1996《塑料薄膜粘连性试验方法》（等同ASTM 1893）中，则是用一根杆逐渐分开两层粘连的膜，测量分开两层粘连膜单位宽度所需的平均力即为粘连力。这个实验采用的是拉伸强度测试设备。
7.3 动态和静态摩擦系数
测试塑料薄膜爽滑性能最常用的方法是国标GB/T 10006《塑料薄膜和薄片摩擦系数测试方法》（等同ASTM 1894）。摩擦系数（COF）是在表面上移动物体所需要的拉力和试样上的压力的比值。静态COF，即起始COF，和表面之间彼此开始移动时所测得的力有关。动态COF，即滑移COF，则和维持运动所需要的力有关。
静态COF值通常要比动态COF值高。较常用的是动态COF值。由于聚合物的粘滞特性，有时动摩擦系数也不低。
八、开口改性剂的新趋势
薄膜功能化和使用条件的高效率发展，对开口剂提出了新的要求。
8.1物理性能的提升
要使防粘剂最大限度地发挥作用，必须使之分散均匀。如果分散不好，会在膜中出现凸起或者阻塞挤出机的过滤网。良好的分散性一方面来自加工工艺，另一方面来自防粘剂本身的物理性能。
a) 粒度
有研究表明，无机防粘剂的有效性主要取决于所用矿物的性质和微粒尺寸。目前新研发的防粘剂具有较大的粒度选择范围，可以让用户根据膜的厚度和应用选择适合自己的粒度。
b) 易添加的形态
颗粒呈圆形和体积密度相对较高的防粘剂，易于进料和分散。计量精准。
c) 其他性能，如比表面积，含水量，表面处理等
8.2良好的光学性能
防粘剂的粒子会影响塑料膜的光学性质。防粘剂的不当添加会造成薄膜的透光率下降，雾度增加，给薄膜的应用带来负面影响。如何寻找防粘性能和光学性能的平衡点，是母料商和薄膜商需要共同研究的重大问题。
8.3低健康危害
无机防粘剂，比如二氧化硅，会引起粉尘危害。晶体二氧化硅还被划分为对人类有吸入致癌作用的物质。酰胺类物质，味道较大，影响消费者对膜产品的主观感受。安全和健康问题被越来越广泛地关注，越来越成为新的开口剂研发的动力。专业母料商更加容易综合控制好这方面的危险。
8.4复配型开口母料
无机防粘剂和有机迁移型爽滑剂同时使用可以带来协同效应。因此复配的产品也是薄膜开口性改良发展的性价比高的一个方向，者需要树脂生产者，母料商，薄膜及其彩印复合包装袋生产上多家合作及沟通。
总之，添加适当的开口剂和爽滑剂对改善薄膜的开口性至关重要。同时，除了选择合适的开口剂和爽滑剂及其母料以外，聚合物中分子链段的性能，薄膜表面电晕处理状态，加工工艺，如冷却温度等，都是对薄膜开口性能的重要影响因素。薄膜制品加工、储运气温和湿度条件，后续使用条件如复合胶水对爽滑剂的吸收等，也是解决薄膜和软包装袋子开口性需要一并考虑的因素。
摘自：网络