電暈處理對BOPP薄膜印刷適性的影響

黃亞男

一位行業(yè)人士向筆者反饋了如下問題：他們公司在實(shí)際生產(chǎn)不干膠標(biāo)簽過程中遇到了難題，即為了節(jié)省原材料成本，公司領(lǐng)導(dǎo)考慮自行對不干膠標(biāo)簽的基材（BOPP薄膜）進(jìn)行電暈處理，結(jié)果卻帶來了麻煩，即在印刷過程中反復(fù)出現(xiàn)薄膜承印能力不強(qiáng)、油墨難于附著在其表面的現(xiàn)象，公司技術(shù)人員嘗試了各種辦法均沒有得到很好解決。這位行業(yè)人士考慮問題可能出在BOPP薄膜的電暈處理環(huán)節(jié)，于是將BOPP薄膜拿來請筆者進(jìn)行專業(yè)檢測。

首先，筆者使用可以調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度的電暈處理儀對BOPP薄膜表面進(jìn)行電暈處理，然后運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力學(xué)顯微鏡（AFM）對其表面形態(tài)進(jìn)行觀察分析。最后，通過使用IGT印刷適性儀打樣，分析不同電流強(qiáng)度對BOPP薄膜表面性能的影響，以尋求提高BOPP薄膜印刷適性的有效方案。

SEM觀察分析

SEM主要用于觀察薄膜表面的微細(xì)形貌、斷口及內(nèi)部組織，并對薄膜表面微區(qū)成分進(jìn)行定性和定量分析，在薄膜表面做元素的面、線、點(diǎn)分布分析，具有掃描成像功能和X射線能譜儀功能。

圖1和圖2分別是BOPP薄膜電暈處理前后SEM表面圖（標(biāo)尺分別為20μm和50μm），可以看出未經(jīng)電暈處理的BOPP薄膜表面光滑且規(guī)整，經(jīng)過電暈處理后，BOPP薄膜表面發(fā)生顯著的形貌變化，薄膜表面出現(xiàn)了一些凹凸起伏物，這是因?yàn)樵陔姇炋幚磉^程中，電流對BOPP薄膜表面進(jìn)行了強(qiáng)有力的沖擊，使薄膜表面起毛，變得非常粗糙。

AFM觀察分析

AFM是利用探針和樣品間原子作用力的關(guān)系來觀察BOPP薄膜的表面形貌，可用于任何樣品的觀察，不需要進(jìn)行表面處理，可以得到樣品表面的三維形貌圖像。

圖3是BOPP薄膜電暈處理前后的AFM表面圖，通過比較可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)電暈處理的BOPP薄膜表面最大深度不超過26.9nm，經(jīng)電暈處理后，最大深度可達(dá)68.0nm，且表面呈現(xiàn)明顯的不規(guī)則凹凸起伏狀，凸起部分的顏色較亮，經(jīng)分析這些較亮部分為顆粒狀物質(zhì)，主要成分為低分子量的氧化物。表面微粗糙度變化以及微觀真實(shí)面積的增加，真實(shí)反映了電暈處理對BOPP薄膜結(jié)構(gòu)及組成的影響。

薄膜表面張力檢測

經(jīng)微觀觀察分析，經(jīng)電暈處理之后的BOPP薄膜表面的粗糙度確實(shí)提高了，但BOPP薄膜與印刷適性的關(guān)系還需要通過使用IGT印刷適性儀檢測其表面張力來做進(jìn)一步分析。

圖4為電暈電流對BOPP薄膜表面張力的影響。隨著電暈電流的增大，電暈放電時產(chǎn)生的粒子動能增大，有利于打開塑料表面長分子鏈的化學(xué)鍵，表面活性能逐漸增加，表面張力也會隨之相應(yīng)增加。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，BOPP薄膜的表面張力隨著電暈電流的增加而增加，這有助于油墨的附著和粘接。BOPP薄膜表面張力的峰值出現(xiàn)在電暈電流為8A左右時，當(dāng)電流再增加時，BOPP薄膜表面張力反而呈下降趨勢，這是因?yàn)殡姌O與電暈輥之間的空氣量已達(dá)到一種相對穩(wěn)定的狀態(tài)，此時空氣中氧分子的含量是一定的，即使提高電極的電壓和電流值，也不能激活更多氧分子，使更多含氧官能團(tuán)停留在BOPP薄膜表面，再加上由于過度電暈使得薄膜表面結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，因此當(dāng)電暈電流再提高時，BOPP薄膜的表面張力就會呈現(xiàn)迅速下降的趨勢。

墨膜牢固度檢驗(yàn)及分析

塑料簿膜印刷后墨色必須均勻牢固，否則將失去使用價值。實(shí)際印刷生產(chǎn)中墨膜牢固度定性檢驗(yàn)常用斯考茨（Scatch）膠帶粘拉試驗(yàn)法，即用膠帶在塑料印刷面上用手指壓平，使其與塑料緊密貼合，然后，慢慢揭起全長的一半，再迅速揭起另一半，觀看薄膜表面油墨被膠帶粘起的情況，并估計油墨的剝落率。如果油墨剝落率小于1%，可鑒定薄膜表面處理質(zhì)量較好，墨膜牢固度符合要求；如果油墨剝落率在1%～10%之間，可鑒定為薄膜表面處理質(zhì)量欠佳，墨膜牢固度不穩(wěn)定；如果油墨剝落率大于10%，可鑒定為薄膜表面處理質(zhì)量差，印品為廢品。

圖5為經(jīng)不同電暈電流處理后BOPP薄膜表面墨膜牢固度檢驗(yàn)結(jié)果。對比未經(jīng)電暈處理的BOPP薄膜，經(jīng)電暈處理后的BOPP薄膜表面墨膜牢固度明顯提高。隨著電暈電流強(qiáng)度的增大，BOPP薄膜表面墨膜牢固度大大提高，經(jīng)8A電流電暈處理后的BOPP薄膜，表面張力達(dá)到最大，無墨膜脫落現(xiàn)象發(fā)生。

圖6是電暈電流對油墨遷移量的影響。隨著電暈電流的提高，油墨在BOPP薄膜表面的附著力大大提高，當(dāng)電暈電流達(dá)到8A時，油墨遷移量近乎為零，說明無墨膜脫落現(xiàn)象發(fā)生。但當(dāng)電暈電流超過8A甚至再提高時， BOPP薄膜表面張力下降，油墨附著力也會隨之降低，油墨遷移量便會愈來愈高。

結(jié)論

（1）電暈處理時產(chǎn)生大量的等離子臭氧粒子，直接或間接與塑料表層分子作用，由高能粒子組成的電暈轟擊薄膜表面后，引起了BOPP薄膜表面高分子鍵的斷裂，在材料表面產(chǎn)生了許多不同的自由基及不飽和中心，這些淺表面的自由基和不飽和中心再與薄膜表面吸附的水分發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而在纖維表面中形成了羥基等極性基團(tuán)，使得BOPP薄膜表面活化。

（2）經(jīng)過電暈處理后，BOPP薄膜表面凹凸峰寬增大，原始的形貌發(fā)生巨大改變。這些結(jié)果對電暈等離子體在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

（3）通過對油墨附著性和牢固度的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)電暈處理后的BOPP薄膜，油墨的附著性和牢固度明顯提高，且當(dāng)電暈電流達(dá)到8A時，油墨在BOPP薄膜表面的牢固度最高，當(dāng)電暈電流大于8A時，油墨附著力呈急劇下降趨勢?？梢姡姇炿娏鞔笮OPP薄膜的印刷適性具有決定性作用。