摘要：本文介紹了薄膜鍍鋁、印刷時(shí)的附著機(jī)理，并對BOPET薄膜的表面性能及其影響因素進(jìn)行了探討，以提高其鍍鋁和印刷性能。
關(guān)鍵詞：BOPET 附著 薄膜 鍍鋁 印刷 表面性能
一、 前言
近年來，雙向拉伸聚酯(BOPET)薄膜行業(yè)以驚人的速度在發(fā)展，其應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，特別是在印刷、包裝領(lǐng)域，由于其具有較高的抗拉強(qiáng)度、優(yōu)越的空氣阻隔性、較好的尺寸穩(wěn)定性和耐化學(xué)性，因此大有壓倒BOPP薄膜之勢。同其他非極性的塑料薄膜相比，BOPET薄膜具有一定的極性，其鍍鋁和印刷性尚可。但為了更好地提高其鍍鋁和印刷時(shí)的附著牢度，仍需對其進(jìn)行表面處理，而且有時(shí)即使經(jīng)過一定的表面處理，也會(huì)由于其他一些原因，如油污、灰塵、低分子物等污染形成的薄弱界面層而造成鍍鋁或印刷后的脫鋁、脫墨現(xiàn)象，影響其使用情況。因此有必要對BOPET薄膜的鍍鋁或印刷后的脫鋁、脫墨現(xiàn)象，影響其使用情況。因此有必要對BOPET薄膜的鍍鋁及印刷性能及其影響因素作一深入的探討和研究，從而進(jìn)一步擴(kuò)大BOPET薄膜在印刷包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。
簡單來說，薄膜的印刷或鍍鋁，就是油墨或鍍鋁層在薄膜表面的附著，因此要提高薄膜的印刷及鍍鋁效果，就要求增強(qiáng)油墨或鍍鋁層與薄膜表面之間的附著牢度。下面我們就分別從附著機(jī)理、BOPET薄膜的表面結(jié)構(gòu)性能及其影響因素等幾個(gè)方面來闡述如何提高油墨或鍍鋁層與薄膜之間的附著力。
二、 附著機(jī)理
1 分子間力與鍵能
分子間力與鍵能對油墨或鍍鋁層與塑料薄膜間的附著力有著重要的影響，是影響它們之間附著牢度的主要因素。廣義的分子間力包括范德華力、化學(xué)鍵與氫鍵。
范德華力包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。其中取向力是極性分子永久偶極矩由于靜電相互作用而產(chǎn)生的吸引力，其作用能為1.2×104～2.1×104J/mol。誘導(dǎo)力為極性分子對其他極性分子和非極性分子發(fā)生影響而產(chǎn)生的力，其作用能為0.6×104～1.2×104J/mol。色散力可以看作是分子的“瞬時(shí)偶極矩”相互作用產(chǎn)生的結(jié)果，其存在于非極性分子之間、極性分子之間以及極性分子與非極性分子之間。色散力較弱，小分子的色散作用能一般為0.8×103～8.4×103J/mol[1]。一般的塑料薄膜表面都是非極性的，即使具有一定的極性，如BOPET、BOPA，其極性也相對較低。而油墨中的樹脂成分具有一定的極性，鍍鋁層也是具有很高表面能的極性物質(zhì)，因此塑料薄膜特別是非極性的塑料薄膜與油墨或鋁層之間主要存在的是比較弱的色散力，缺乏作用能較強(qiáng)的取向力，故它們間的附著牢度是比較低的。
化學(xué)鍵包括共價(jià)鍵、配位鍵等，其鍵能較強(qiáng)，為4.2×105～8.4×105J/mol[1]。大多數(shù)的塑料薄膜都具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，表面缺乏活性基團(tuán)，因此通常難與油墨及鋁層發(fā)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵，從而影響他們之間的附著力。
氫鍵是分子中的官能團(tuán)AH和不同分子中的原子B所形成的弱化學(xué)鍵，其鍵能為2.1×104～4.2×104J/mol[1]，比化學(xué)鍵的能量要小得多，大于范德華力，但數(shù)量級(jí)相同。
2 表面張力與潤濕性
表面即物體單獨(dú)存在時(shí)的外部區(qū)域，處于表面的物質(zhì)分子的朝外方向，由于沒有受到同種分子的吸引作用，其受力情況與非表面區(qū)(相內(nèi))分子處于各向受力平衡的情況不同。物質(zhì)表面區(qū)的分子由于受力不平衡產(chǎn)生一種向內(nèi)收縮的力或熱能，即表面張力或表面能[2]。
一般情況下，地球上的物體均處在空氣(包括某些物質(zhì)的蒸氣)的環(huán)境中，液體的表面張力通常是液體(L)在蒸氣(空氣)(V)環(huán)境中測定。為此，測定值實(shí)際上是液體與氣體間的界面張力γLV，但γLV值十分接近在真空中測定的液體表面的張力γLV。
對于印刷來說，油墨在薄膜基材上充分地鋪展，即完全潤濕是形成良好附著牢度的先決條件，因?yàn)橹挥挟?dāng)油墨和薄膜表面充分靠近，分子間距離達(dá)到10－3μm以下時(shí)，分子之間才能產(chǎn)生相互的吸引作用，并使分子間距進(jìn)一步縮短到能夠處于最穩(wěn)定狀態(tài)的距離。
液體同固體表面接觸時(shí)，有三處力處于平衡狀態(tài)，如下圖所示。
圖中：
γS為固體表面張力，是液體在固體表面伸展的力，有擴(kuò)大固體和氣體界面面積的作用。
γL為液體的表面張力。
γSL是促使固體和液體界面面積縮小的力，稱為液體和固體間的界面張力。
θ為接觸角。
當(dāng)三種力達(dá)到平衡時(shí)
cosθ=(γS－γSL)/γL
當(dāng)θ趨近于0°時(shí)，cosθ趨近于1，此時(shí)，液體對固體的潤濕性就達(dá)到了最大值。對于油墨和薄膜來說，在這種情況下就實(shí)現(xiàn)了密切接觸。
從上式可以看出，通過增大薄膜的表面張力、減小油墨的表面張力或者減小它們之間的界面張力都可以提高潤濕性和附著力，這就是為什么我們要在薄膜印刷和鍍鋁前對其進(jìn)行表面處理以提高其表面張力的緣故。
3 擴(kuò)散作用
對于印刷，當(dāng)油墨中的樹脂及溶劑的溶解度參數(shù)與薄膜的溶解度參數(shù)相近時(shí)，則二者之間易于相溶，當(dāng)它們相互緊密接觸時(shí)，在分子熱運(yùn)動(dòng)(微布朗運(yùn)動(dòng))的影響下，長鏈分子及其鏈段將發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，使聚合物之間形成相互交織的界面層，從而提高了兩者間的附著力。
4機(jī)械作用
光滑的塑料薄膜表面與印墨和鍍鋁層的附著牢度并不好，這是因?yàn)樗鼈冎g的接觸面積相對較小，而且缺少必要的機(jī)械錨固作用。當(dāng)對薄膜表面進(jìn)行處理而使之具有適當(dāng)?shù)拇植诙群?，一方面增大了油墨及鋁層與薄膜表面的有效粘接面積；另一方面，油墨以及真空鍍鋁時(shí)凝結(jié)的鋁粉可以進(jìn)入粗糙薄膜表面的凹陷和微孔中，這樣印墨樹脂及鋁粉就被機(jī)械地鑲嵌在孔隙中，形成許多微小的機(jī)械聯(lián)結(jié)點(diǎn)，將印墨及鋁層牢牢地“錨固”在薄膜表面上[3]。但是，表面太粗糙對附著也不有利，因?yàn)楫?dāng)表面過于粗糙時(shí)，印墨的潤濕性變差，印墨和鋁粉不能完全填滿微孔，造成粘附缺陷，反而使附著力降低。
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