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爽滑劑對表面擦系數的影響
發布時間：2020-10-07
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一、影響摩擦系數穩定性的三個因素：
1、在較高的熟化溫度（例如50℃）和較長的熟化時間（例如48h）作用下，熱封層的表面摩擦系數會有明顯的上升，達到0.3或0.4的水平。而使用較低的熟化溫度（例如40℃）及較短的熟化時間（例如24h），則摩擦系數變化不大（可維持在0.1~0.2間）。
2、使用某些具有"抗助劑"性能的粘合劑進行復合加工后，在獲得較高的剝離強度的同時，熱封層的摩擦系數也會明顯地上升。減少涂膠干量及使用較低的熟化溫度和較短的熟化時間雖能減少摩擦系數的變化幅度，也會犧牲部分剝離強度。
3、分切后的膜卷在墨層較厚的區域或在收卷比較緊的膜卷上，相應的熱封層的摩擦系數數值會比較大，在墨層較薄或沒有油墨的區域或在收卷比較松的膜卷上，相應的熱封層的摩擦系數數值就會維持比較小的狀態。
二、爽滑劑對摩擦系數的影響及其應用:
復合包裝用薄膜加工行業常用的爽滑劑有油酸酰胺和芥酸酰胺兩種（當然不僅限于此兩種）。
油酸酰胺常用于CPE（流延PE薄膜）和IPE（吹塑PE薄膜）中。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。芥酸酰胺常用于BOPP、CPP（流延PP薄膜）和IPP（吹塑PP薄膜）中。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。在BOPET和BOPA薄膜的加工過程中并不需要使用酰胺類的爽滑劑。
三、爽滑劑的作用機理:
在塑料加工中，爽滑劑又被稱作潤滑劑。潤滑劑分為內潤滑和外潤滑兩類，油酸酰胺和芥酸酰胺屬于外潤滑劑。目前市場上所銷售的BOPP、CPP（IPP）、CPE（IPE）均為多層共擠薄膜。在加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時，爽滑劑通常會被加在熱封層當中，在加工BOPP薄膜時，爽滑劑通常會被加在芯層當中。外潤滑劑（油酸酰胺、芥酸酰胺）是與聚丙（乙）烯基團相容性差的極性有機化學品，在聚丙（乙）烯鏈的布朗氏運動作用下，這些外潤滑劑的分子遷移至薄膜的表面（"外遷"）形成一層油性表面，而起到改善薄膜表面性能的潤滑作用，降低摩擦系數。
爽滑劑的"內遷"、"外遷"與"遷移":
1、熟化后摩擦系數下降:
一部分軟包裝企業反映：原本要求熱封層薄膜的非處理面的摩擦系數應在0.1~0.2間，但進廠的薄膜的摩擦系數的實測結果可能會大于0.4。將該種薄膜放入熟化室中一段時間后，摩擦系數就能降到0.1~0.2間。(已加入薄膜中的爽滑劑需要一定的溫度與時間才能完成"外遷"。)
2、PA//PE結構剝離強度差:
一部分軟包裝企業反映：所加工的包裝材料，例如：PA//PE結構的剝離強度較差，將其剝開后，在PE膜上可看到一層白色的"霜"樣的物質，且可用手將其擦除。將該復合薄膜重新放入熟化室或80℃的電熱箱中一段時間，取出后馬上進行剝離強度的檢查，則剝離強度值會有明顯的提高，而且PE膜上也看不到原有的白色的"霜"樣的物質；但將該復合薄膜在室溫條件下放置n天后，其剝離強度又會隨著時間的延長而逐漸降低。
上述說明：已加入薄膜中的爽滑劑在較高的溫度條件下會從薄膜的表面向薄膜的內部遷移(內遷)，而在較低的溫度環境下會再次向薄膜的表面遷移(外遷)。也就是說：烯烴類材料在較高的溫度條件下對油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑有相對較好的相容性，較低的溫度條件下油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑的相容性相對地較差。
3、VMCPP表面潤濕張力值小:
一部分軟包裝企業反映：所購買的VMCPP薄膜的鍍鋁面的表面潤濕張力值有時是42mN/m，有時是38mN/m或30mN/m。鍍鋁層是由金屬鋁轉化而來的，金屬鋁本身的表面潤濕張力應大于70mN/m，即便是參照鋁箔，其表面潤濕張力也應不小于72mN/m。其表面潤濕張力值的大幅度降低，顯然是由于受到了從PP鍍鋁基材薄膜中外遷出的物質的影響。
上述事實說明：基材薄膜中的添加劑（包括爽滑劑）不僅會"外遷"和"內遷"，還會在卷繞、存放的過程中向與其相鄰的界面發生"遷移"。
聚乙烯對酰胺類爽滑劑的相容性較差，表現在膜的摩擦系數會在3.5h內迅速地下降到0.2以下；
油酸酰胺的"外遷"速度快于芥酸酰胺；聚丙烯對酰胺類爽滑劑的相容性較好，表現在薄膜的摩擦系數在200h后才會下降到0.4左右（隨著時間的延長還會繼續下降）；使用芥酸酰胺能得到更低的摩擦系數；油酸酰胺和芥酸酰胺既可以用于PE薄膜，也可用于PP薄膜。
薄膜的摩擦系數不斷下降的原因是爽滑劑不斷地"外遷"到薄膜的表面并覆蓋了薄膜表面上越來越多的面積。
如果已經"外遷"到PE薄膜表面的爽滑劑由于某種原因"消失"或"減少"了，其結果就將是PE薄膜的表面摩擦系數的"異常上升"。
假定1000ppm的爽滑劑是加在PE膜的熱封層中的，即PE膜的芯層和復合層是不含爽滑劑的，那么，熱封層中的爽滑劑就慢慢地會向熱封層的表面和復合層及其表面發生遷移。而加工PA薄膜時是不使用酰胺類爽滑劑的，因此，遷移到熱封層表面的爽滑劑就可能向PA薄膜表面及其內部發生遷移。遷移到PE膜復合面的爽滑劑一方面會導致剝離強度的下降，另一方面會導致PE膜熱封面有效爽滑劑數量減少，進而導致熱封面摩擦系數上升；遷移到PA薄膜表面及其內部的爽滑劑一方面會導致PE膜熱封面上有效的爽滑劑數量減少，進而導致PE膜熱封面的摩擦系數上升，另一方面會使得PA薄膜外表面的摩擦系數下降。
四、影響爽滑劑"遷移"的因素:
影響爽滑劑從PE膜的熱封面"遷移"到PA膜的外表面的因素有兩個，一是環境溫度，二是PE膜的熱封面與PA膜的外表面間的距離。
1、溫度的影響：
溫度會影響爽滑劑的遷移速度和PE、PA薄膜對爽滑劑的相容性。
溫度的上升會提高PE薄膜對爽滑劑的相容性，促使爽滑劑向PE膜"內遷"，從而減少PE薄膜中的爽滑劑向PA薄膜中"遷移"的速度；溫度的上升同樣會提高PA薄膜對爽滑劑的相容性，同時，由于PA薄膜中原本沒有爽滑劑，在PE膜的表面和PA膜之間的爽滑劑的濃度梯度顯然大于PE膜的表面到PE膜內部間的濃度梯度，因此，"外遷"到PE膜表面的爽滑劑會相對更快地向PA內"遷移"。
2、距離的影響:
"PE膜的熱封面與PA膜的外表面間的距離"受下列條件制約：一是薄膜中無機類開口劑的種類與數量，二是收卷的壓力。
在加工BOPA、BOPET、BOPP薄膜時，開口劑（無機類）是必須添加的助劑。開口劑的粒徑可能在0.5~5um之間，并部分地"埋在"薄膜的表層內。
而加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜的企業中，據了解有一部分是不使用無機類開口劑的。
如果加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時使用了無機類的開口劑，那么，當PA/PE結構的復合薄膜被卷繞起來時，PA層的外表面與PE層的熱封面之間就會被兩個表面上的開口劑所隔開（可能有數微米的距離），從PE膜中"外遷"的爽滑劑只有"填滿"了兩個表面間的空隙后才有可能"遷移"到PA薄膜中去。在這種情況下，PE膜的熱封面通常會保有足夠數量的爽滑劑，并維持摩擦系數在所需的范圍內。如果加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時沒有使用無機類的開口劑，那么，當PA/PE結構的復合薄膜被卷繞起來時，PA層的外表面與PE層的熱封面之間的距離就會被明顯地縮小。那么，從PE膜中只需"外遷"出較少數量的爽滑劑后，就會有一部分爽滑劑開始"遷移"到PA薄膜中去。
復合薄膜收卷時的張力會極大地影響收卷后復合薄膜層間的壓力及距離。在薄膜的表面有許多大小不等的"凹坑"，這些"凹坑"是在收卷壓力的作用下，另一層薄膜表面"凸起"的開口劑在該薄膜上留下的壓痕。在該壓痕周圍平坦的區域可以理解為兩層薄膜的表面，例如PA膜的外表面和PE膜的熱封面，可以"緊密接觸"的區域。在此區域，從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑就可以直接"遷移"到PA薄膜中去了。
在這種情況下，PE膜的熱封面上的爽滑劑數量就會顯示出某種程度上的缺少，其摩擦系數就會顯示出某種程度的"上升"。
收卷后的復合薄膜層間的壓力及距離還與構成復合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設計、墨層的厚度均有著密切的關系。墨層越厚，則收卷后該部位的硬度就越大，則意味著該處的復合薄膜層間的壓力越大、層間的距離越小，從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑"遷移"到PA薄膜中去的機率就會更大、數量就會越多。其結果就是上述墨層厚的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數明顯大于墨層薄或無油墨的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數。
3、可能出現的不同結果:
如果復合薄膜中的兩層基材薄膜均使用了同種爽滑劑，熟化后的復合薄膜的熱封層的熱封面摩擦系數可能只有小于0.1的變化。此類材料可能有BOPP/CPP（假定兩個基材中均有芥酸酰胺）或表層為BOPP、而熱封層為CPP的三層或多層復合薄膜。換句話說，收卷時的張力及熟化條件對此類材料的摩擦系數影響不大。
A、如果復合薄膜中的兩層基材薄膜使用了不同種類的爽滑劑，那么，熟化后的復合薄膜的熱封層的熱封面的摩擦系數可能會有小于0.15的變化。
此類材料可能有BOPP/CPE（假定BOPP中有芥酸酰胺，CPE中有油酸酰胺）或表層為BOPP、而熱封層為CPE的三層或多層復合薄膜。
B、如果復合薄膜中的兩層基材薄膜中的表層薄膜沒有爽滑劑、熱封層中有爽滑劑，那么，熟化后的復合薄膜的熱封層的熱封面的摩擦系數可能會有明顯的變化（例如大于0.2的變化幅度）。
此類材料可能有BOPA/CPE、BOPET/CPE、BOPA/CPP、BOPET/CPP或表層為BOPA或BOPET、而熱封層為CPP、CPE的三層或多層復合薄膜。換句話說，收卷時的張力及熟化條件對此類材料摩擦系數的影響會比較明顯。
4、應對的策略:
要求加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時使用盡可能多的無機類開口劑；要求加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時盡量使用"遷移性"較差的芥酸酰胺作為爽滑劑；在不出現"竄卷"問題的前提下，用盡可能小的收卷張力；采用熱收縮率盡可能小（例如≦1.5%）的基材薄膜進行復合加工。
1、在較高的熟化溫度（例如50℃）和較長的熟化時間（例如48h）作用下，熱封層的表面摩擦系數會有明顯的上升，達到0.3或0.4的水平。而使用較低的熟化溫度（例如40℃）及較短的熟化時間（例如24h），則摩擦系數變化不大（可維持在0.1~0.2間）。
2、使用某些具有"抗助劑"性能的粘合劑進行復合加工后，在獲得較高的剝離強度的同時，熱封層的摩擦系數也會明顯地上升。減少涂膠干量及使用較低的熟化溫度和較短的熟化時間雖能減少摩擦系數的變化幅度，也會犧牲部分剝離強度。
3、分切后的膜卷在墨層較厚的區域或在收卷比較緊的膜卷上，相應的熱封層的摩擦系數數值會比較大，在墨層較薄或沒有油墨的區域或在收卷比較松的膜卷上，相應的熱封層的摩擦系數數值就會維持比較小的狀態。
二、爽滑劑對摩擦系數的影響及其應用:
復合包裝用薄膜加工行業常用的爽滑劑有油酸酰胺和芥酸酰胺兩種（當然不僅限于此兩種）。
油酸酰胺常用于CPE（流延PE薄膜）和IPE（吹塑PE薄膜）中。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。芥酸酰胺常用于BOPP、CPP（流延PP薄膜）和IPP（吹塑PP薄膜）中。添加量視薄膜的厚度及客戶所要求的摩擦系數值而定。在BOPET和BOPA薄膜的加工過程中并不需要使用酰胺類的爽滑劑。
三、爽滑劑的作用機理:
在塑料加工中，爽滑劑又被稱作潤滑劑。潤滑劑分為內潤滑和外潤滑兩類，油酸酰胺和芥酸酰胺屬于外潤滑劑。目前市場上所銷售的BOPP、CPP（IPP）、CPE（IPE）均為多層共擠薄膜。在加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時，爽滑劑通常會被加在熱封層當中，在加工BOPP薄膜時，爽滑劑通常會被加在芯層當中。外潤滑劑（油酸酰胺、芥酸酰胺）是與聚丙（乙）烯基團相容性差的極性有機化學品，在聚丙（乙）烯鏈的布朗氏運動作用下，這些外潤滑劑的分子遷移至薄膜的表面（"外遷"）形成一層油性表面，而起到改善薄膜表面性能的潤滑作用，降低摩擦系數。
爽滑劑的"內遷"、"外遷"與"遷移":
1、熟化后摩擦系數下降:
一部分軟包裝企業反映：原本要求熱封層薄膜的非處理面的摩擦系數應在0.1~0.2間，但進廠的薄膜的摩擦系數的實測結果可能會大于0.4。將該種薄膜放入熟化室中一段時間后，摩擦系數就能降到0.1~0.2間。(已加入薄膜中的爽滑劑需要一定的溫度與時間才能完成"外遷"。)
2、PA//PE結構剝離強度差:
一部分軟包裝企業反映：所加工的包裝材料，例如：PA//PE結構的剝離強度較差，將其剝開后，在PE膜上可看到一層白色的"霜"樣的物質，且可用手將其擦除。將該復合薄膜重新放入熟化室或80℃的電熱箱中一段時間，取出后馬上進行剝離強度的檢查，則剝離強度值會有明顯的提高，而且PE膜上也看不到原有的白色的"霜"樣的物質；但將該復合薄膜在室溫條件下放置n天后，其剝離強度又會隨著時間的延長而逐漸降低。
上述說明：已加入薄膜中的爽滑劑在較高的溫度條件下會從薄膜的表面向薄膜的內部遷移(內遷)，而在較低的溫度環境下會再次向薄膜的表面遷移(外遷)。也就是說：烯烴類材料在較高的溫度條件下對油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑有相對較好的相容性，較低的溫度條件下油酸酰胺、芥酸酰胺類外潤滑劑的相容性相對地較差。
3、VMCPP表面潤濕張力值小:
一部分軟包裝企業反映：所購買的VMCPP薄膜的鍍鋁面的表面潤濕張力值有時是42mN/m，有時是38mN/m或30mN/m。鍍鋁層是由金屬鋁轉化而來的，金屬鋁本身的表面潤濕張力應大于70mN/m，即便是參照鋁箔，其表面潤濕張力也應不小于72mN/m。其表面潤濕張力值的大幅度降低，顯然是由于受到了從PP鍍鋁基材薄膜中外遷出的物質的影響。
上述事實說明：基材薄膜中的添加劑（包括爽滑劑）不僅會"外遷"和"內遷"，還會在卷繞、存放的過程中向與其相鄰的界面發生"遷移"。
聚乙烯對酰胺類爽滑劑的相容性較差，表現在膜的摩擦系數會在3.5h內迅速地下降到0.2以下；
油酸酰胺的"外遷"速度快于芥酸酰胺；聚丙烯對酰胺類爽滑劑的相容性較好，表現在薄膜的摩擦系數在200h后才會下降到0.4左右（隨著時間的延長還會繼續下降）；使用芥酸酰胺能得到更低的摩擦系數；油酸酰胺和芥酸酰胺既可以用于PE薄膜，也可用于PP薄膜。
薄膜的摩擦系數不斷下降的原因是爽滑劑不斷地"外遷"到薄膜的表面并覆蓋了薄膜表面上越來越多的面積。
如果已經"外遷"到PE薄膜表面的爽滑劑由于某種原因"消失"或"減少"了，其結果就將是PE薄膜的表面摩擦系數的"異常上升"。
4、爽滑劑隨膜遷移:
以PA/PE結構的復合薄膜為例，對于卷繞狀態的復合薄膜，PA膜的內表面是通過粘合劑的作用與PE膜的復合面粘接在一起的，PA膜的外表面則是在收卷張力的作用下與PE膜的熱封面緊緊地"靠"在一起的。假定1000ppm的爽滑劑是加在PE膜的熱封層中的，即PE膜的芯層和復合層是不含爽滑劑的，那么，熱封層中的爽滑劑就慢慢地會向熱封層的表面和復合層及其表面發生遷移。而加工PA薄膜時是不使用酰胺類爽滑劑的，因此，遷移到熱封層表面的爽滑劑就可能向PA薄膜表面及其內部發生遷移。遷移到PE膜復合面的爽滑劑一方面會導致剝離強度的下降，另一方面會導致PE膜熱封面有效爽滑劑數量減少，進而導致熱封面摩擦系數上升；遷移到PA薄膜表面及其內部的爽滑劑一方面會導致PE膜熱封面上有效的爽滑劑數量減少，進而導致PE膜熱封面的摩擦系數上升，另一方面會使得PA薄膜外表面的摩擦系數下降。
四、影響爽滑劑"遷移"的因素:
影響爽滑劑從PE膜的熱封面"遷移"到PA膜的外表面的因素有兩個，一是環境溫度，二是PE膜的熱封面與PA膜的外表面間的距離。
1、溫度的影響：
溫度會影響爽滑劑的遷移速度和PE、PA薄膜對爽滑劑的相容性。
溫度的上升會提高PE薄膜對爽滑劑的相容性，促使爽滑劑向PE膜"內遷"，從而減少PE薄膜中的爽滑劑向PA薄膜中"遷移"的速度；溫度的上升同樣會提高PA薄膜對爽滑劑的相容性，同時，由于PA薄膜中原本沒有爽滑劑，在PE膜的表面和PA膜之間的爽滑劑的濃度梯度顯然大于PE膜的表面到PE膜內部間的濃度梯度，因此，"外遷"到PE膜表面的爽滑劑會相對更快地向PA內"遷移"。
2、距離的影響:
"PE膜的熱封面與PA膜的外表面間的距離"受下列條件制約：一是薄膜中無機類開口劑的種類與數量，二是收卷的壓力。
在加工BOPA、BOPET、BOPP薄膜時，開口劑（無機類）是必須添加的助劑。開口劑的粒徑可能在0.5~5um之間，并部分地"埋在"薄膜的表層內。
而加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜的企業中，據了解有一部分是不使用無機類開口劑的。
如果加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時使用了無機類的開口劑，那么，當PA/PE結構的復合薄膜被卷繞起來時，PA層的外表面與PE層的熱封面之間就會被兩個表面上的開口劑所隔開（可能有數微米的距離），從PE膜中"外遷"的爽滑劑只有"填滿"了兩個表面間的空隙后才有可能"遷移"到PA薄膜中去。在這種情況下，PE膜的熱封面通常會保有足夠數量的爽滑劑，并維持摩擦系數在所需的范圍內。如果加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時沒有使用無機類的開口劑，那么，當PA/PE結構的復合薄膜被卷繞起來時，PA層的外表面與PE層的熱封面之間的距離就會被明顯地縮小。那么，從PE膜中只需"外遷"出較少數量的爽滑劑后，就會有一部分爽滑劑開始"遷移"到PA薄膜中去。
復合薄膜收卷時的張力會極大地影響收卷后復合薄膜層間的壓力及距離。在薄膜的表面有許多大小不等的"凹坑"，這些"凹坑"是在收卷壓力的作用下，另一層薄膜表面"凸起"的開口劑在該薄膜上留下的壓痕。在該壓痕周圍平坦的區域可以理解為兩層薄膜的表面，例如PA膜的外表面和PE膜的熱封面，可以"緊密接觸"的區域。在此區域，從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑就可以直接"遷移"到PA薄膜中去了。
在這種情況下，PE膜的熱封面上的爽滑劑數量就會顯示出某種程度上的缺少，其摩擦系數就會顯示出某種程度的"上升"。
收卷后的復合薄膜層間的壓力及距離還與構成復合薄膜的各基材自身的厚薄均勻度及印刷圖案的設計、墨層的厚度均有著密切的關系。墨層越厚，則收卷后該部位的硬度就越大，則意味著該處的復合薄膜層間的壓力越大、層間的距離越小，從PE膜中"外遷"出來的爽滑劑"遷移"到PA薄膜中去的機率就會更大、數量就會越多。其結果就是上述墨層厚的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數明顯大于墨層薄或無油墨的區域所對應的熱封層表面的摩擦系數。
3、可能出現的不同結果:
如果復合薄膜中的兩層基材薄膜均使用了同種爽滑劑，熟化后的復合薄膜的熱封層的熱封面摩擦系數可能只有小于0.1的變化。此類材料可能有BOPP/CPP（假定兩個基材中均有芥酸酰胺）或表層為BOPP、而熱封層為CPP的三層或多層復合薄膜。換句話說，收卷時的張力及熟化條件對此類材料的摩擦系數影響不大。
A、如果復合薄膜中的兩層基材薄膜使用了不同種類的爽滑劑，那么，熟化后的復合薄膜的熱封層的熱封面的摩擦系數可能會有小于0.15的變化。
此類材料可能有BOPP/CPE（假定BOPP中有芥酸酰胺，CPE中有油酸酰胺）或表層為BOPP、而熱封層為CPE的三層或多層復合薄膜。
B、如果復合薄膜中的兩層基材薄膜中的表層薄膜沒有爽滑劑、熱封層中有爽滑劑，那么，熟化后的復合薄膜的熱封層的熱封面的摩擦系數可能會有明顯的變化（例如大于0.2的變化幅度）。
此類材料可能有BOPA/CPE、BOPET/CPE、BOPA/CPP、BOPET/CPP或表層為BOPA或BOPET、而熱封層為CPP、CPE的三層或多層復合薄膜。換句話說，收卷時的張力及熟化條件對此類材料摩擦系數的影響會比較明顯。
4、應對的策略:
要求加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時使用盡可能多的無機類開口劑；要求加工CPP（IPP）、CPE（IPE）薄膜時盡量使用"遷移性"較差的芥酸酰胺作為爽滑劑；在不出現"竄卷"問題的前提下，用盡可能小的收卷張力；采用熱收縮率盡可能小（例如≦1.5%）的基材薄膜進行復合加工。
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