最火BOPET薄膜的印刷镀铝性能及其影响因素

BOPET薄膜的印刷、镀铝性能及其影响因素

摘要：本文介绍了薄膜镀铝、印刷时的附着机理，并对BOPET薄膜的表面性能及其影响因素进行了探讨，以提高其镀铝和印刷性能。

关键词：BOPET 附着 薄膜 镀铝 印刷 表面性能

一、前言

近年来，双向拉伸聚酯(BOPET)薄膜行业以惊人的速度在发展，其应用范围也在不断地扩大，特别是在印刷、包装领域，由于其具有较高的抗拉强度、优越抵消更高的制造本钱的空气阻隔性、较好的尺寸稳定性和耐化学性，因此大有压倒BOPP薄膜之势。同其他非极性的塑料薄膜相比，BOPET薄膜具有一定的极性，其镀铝和印刷性尚可。但为了更好地提高其镀铝和印刷时的附着牢度，仍需对其进行表面处理，而且有时即使经过一定的表面处理，也会由于其他一些原因，如油污、灰尘、低分子物等污染形成的薄弱界面层而造成镀铝或印刷后的脱铝、脱墨现象，影响其使用情况。因此有必要对BOPET薄膜的镀铝或印刷后的脱铝、脱墨现象，影响其使用情况。因此有必要对BOPET薄膜的镀铝及印刷性能及其影响因素作一深入的探讨和研究，从而进一步扩大BOPET薄膜在印刷包装领域的应用。

简单来说，薄膜的印刷或镀铝，就是油墨或镀铝层在薄膜表面的附着，因此要提高薄膜的印刷及镀铝效果，就要求增强油墨或镀铝层与薄膜表面之间的附着牢度。下面我们就分别从附着机理、BOPET薄膜的表面结构性能及其影响因素等几个方面来阐述如何提高油墨或镀铝层与薄膜之间的附着力。

二、附着机理

1．分子间力与键能

分子间力与键能对油墨或镀铝层与塑料薄膜间的附着力有着重要的影响，是影响它们之间附着牢度的主要因素。广义的分子间力包括范德华力、化学键与氢键。

范德华力8、打开光圈环包括取向力、诱导力和色散力。其中取向力是极性分子永久偶极矩由于静电相互作用而产生的吸引力，其作用能为1.2X.1X104J／mol。诱导力为极性分子对其他极性分子和非极性分子发生影响而产生的力，其作用能为0.6X.2X104J／mol。色散力可以看作是分子的"瞬时偶极矩"相互作用产生的结果，其存在于非极性分子之间、极性分子之间以及极性分子与非极性分子之间。色散力较弱，小分子的色散作用能一般为0.8X.4X103J／mol[1]。一般的塑料薄膜表面都是非极性的，即使具有一定的极性，如BOPET、BOPA，其极性也相对较低。而油墨中的树脂成分具有一定的极性，镀铝层也是具有很高表面能的极性物质，因此塑料薄膜特别是非极性的塑料薄膜与油墨或铝层之间主要存在的是比较弱的色散力，缺乏作用能较强的取向力，故它们间的附着牢度是比较低的。

化学键包括共价键、配位键等，其键能较强，为4.2X.4X105J／mol[1]。大多数的塑料薄膜都具有良好的化学稳定性，表面缺乏活性基团，因此通常难与油墨及铝层发生化学作用，生成化学键，从而影响他们之间的附着力。

氢键是分子中的官能团AH和不同分子中的原子B所形成的弱化学键，其键能为2.1X104～4.2X104J/mol[1]，比化学键的能量要小得多，大于范德华力，但数量级相同。

2．表面张力与润湿性

表面即物体单独存在时的外部区域，处于表面的物质分子的朝外方向，由于没有受到同种分子的吸引作用，其受力情况与非表面区(相内)分子处于各向受力平衡的情况不同。物质表面区的分子由于受力不平衡产生一种向内收缩的力或热能，即表面张力或表面能[2]。

一般情况下，地球上的物体均处在空气(包括某些物质的蒸气)的环境中，液体的表面张力通常是液体(L)在蒸气(空气)(V)环境中测定。为此，测定值实际上是液体与气体间的界面张力γLV，但γLV值十分接近在真空中测定的液体表面的张力γLV。

对于印刷来说，油墨在薄膜基材上充分地铺展，即完全润湿是形成良好附着牢度的先决条件，因为只有当油墨和薄膜表面充分靠近，分子间距离达到μm以下时，分子之间才能产生相互的吸引作用，并使分子间距进一步缩短到能够处于最稳定状态的距离。

液体同固体表面接触时，有三处力处于平衡状态，如下图所示。

图中： γs为固体表面张力，是液体在固体表面伸展的力，有扩大固体和气体界面面积的作用。

γL为液体的表面张力。

γSL是促使固体和液体界面面积缩小的力，称为液体和固体间的界面张力。

θ为接触角。 当三种力达到平衡时

当θ趋近于0℃时，cosθ趋近于1此时，液体对固体的润湿性就达到了最大值。对于油墨和薄膜来说，在这种情况下就实现了密切接触。 从上式可以看出，通过增大薄膜的表面张力、减小油墨的表面张力或者减小它们之间的界面张力都可以提高润湿性和附着力，这就是为什么我们要在薄膜印刷和镀铝前对其进行表面处理以提高其表面张力的缘故。

3．扩散作用

对于印刷，当油墨中的树脂及溶剂的溶解度参数与薄膜的溶解度参数相近时，则二者之间易于相溶，当它们相互紧密接触时，在分子热运动(微布朗运动)的影响下，长链分子及其链段将发生扩散运动，使聚合物之间形成相互交织的界面层，从而提高了两者间的附着力。

4．机械作用

光滑的塑料薄膜表面与印墨和镀铝层的附着牢度并不好，这是因为它们之间的接触面积相对较小，而且缺少必要的机械锚固作用。当对薄膜表面进行处理而使之具有适当的粗糙度后，一方面增大了油墨及铝层与薄膜表面的有效粘接面积；另一方面，油墨以及真空镀铝时凝结的铝粉可以进入粗糙薄膜表面的凹陷和微孔中，这样印墨树脂及铝粉就被机械地镶嵌在孔隙中，形成许多微小的机械联结点，将印墨及铝层牢牢地"锚固"在薄膜表面上[3]。但是，表面太粗糙对附着也不有利，因为当表面过于粗糙时，印墨的润湿性变差，印墨和铝粉不能完全填满微孔，造成粘附缺陷，反而使附着力降低。

三、BOPET薄膜的表面结构性能及其对薄膜印刷、镀铝性能的影响

从上述的附着机理分析，可以看出，BOPET薄膜的表面结构与性能直接影响着其后序加工如镀铝、印刷及复合的性能和效果，以下就分别从BOPET薄膜的表面极性与张力、表面粗糙度、摩擦系数、薄膜界面层等几个方面来说明其表面的性能特征及对其印刷、镀铝性能的影响。

1．表面极性与表面张力

材料本身的分子结构决定了材料极性的大小，而材料的表面张力又与其表面极性有关，极性越大，表面张力也越大。PET大分子链中含有极性基团酯基，因此，BOPET薄膜表面具有一定的极性，其表面张力较一般的非极性塑料薄膜如BOPP大，未经表面处理的BOPET薄膜的表面张力可达到40～42达因／cm[4]。当薄膜用于印刷时，为了使油墨能够完全浸润(润湿)薄膜表面，要求薄膜的表面张力要等于或大于油墨的表面张力，故在印刷时，要求薄膜的表面张力要至少大于38达因／cm[5]，对于真空镀铝，由于铝表面具有很高的表面能，表面极性和表面张力很大，且其表面常带有羟基，而BOPET薄膜表面因酯基的存在，也具有一定的极性，因此薄膜与铝层间一方面靠范德华力结合；另一方面，在BOPET薄膜型流体场中，PET呈平面层状聚集态，其苯环平躺在膜面方向，苯环的存在形成了冗电子体系，与铝原子外层的电子云叠加，形成配价键[6]。

实践证明，在一般情况下，未处理BOPET薄膜已经能满足印刷、镀铝的要求。但为了进一步增加油墨及铝层与薄膜间的附着牢度，通常仍要对BOPET薄膜进行表面处理。薄膜表缘由有1.适应最新的标准面处理方法有电晕处理、等离子体处理、化学处理、光化学处理、火焰处理、涂层处理等。其中电晕处理是应用最普遍的一种。电晕处理的作用表现为：①通过电极在电极和电晕处理辊之间放电，使空气电离，形成臭氧和氧化氮。同时高能的电子和离子攻击薄膜表面，使其链状分子断裂，产生自由基，并同空气的电晕产物发生氧化交联等反应，生成羟基、羰基等极性基团，提高了薄膜的表面张力及极性。②高能电子和离子注入薄膜，在塑料薄膜表面产生微凹的密集孔穴，使薄膜表面粗化，增大表面活性。薄膜表面的润湿张力与电晕处理的强度有关。而电晕处理的强度则与电极电压的高低和电极--电晕辊之间的间隙有关。电极电压高，与电晕辊之间的距离小，电晕处理效果强；与薄膜和电晕辊之间是否夹入－40～＋130℃空气有关，如果膜辊之间夹有空气将会导致薄膜背面也被处理；与电晕辊和电极表面清洁度有关，电晕辊和电极表面很脏，则会减弱电晕处理的效果。

添加剂的加入也可能对薄膜表面的极性及表面张力产生一定的影响。BOPET薄膜中常用的添加剂为抗粘连剂，通常采用二氧化硅。二氧化硅中的硅氧键具有较强的极性，且二氧化硅粒子表面常吸附有一定的化合水和羟基，因此，二氧化硅粒子具有较高的表面能，这样裸露在薄膜表面的二氧化硅粒子有助于增加薄膜表面的极性及表面张力，有利于镀铝和印刷。有时，为了提高二氧化硅粒子与PET的相容性，促进其在PE