聚乙烯薄膜用滑動(dòng)與防粘連助劑

1、聚乙烯薄膜用滑動(dòng)與防粘連助劑定義：薄膜（尺寸小于4密耳，4密耳=100微米）加工中最主要的問(wèn)題，是薄膜之間與薄膜與金屬之間的高摩擦力，它們經(jīng)常會(huì)對(duì)自動(dòng)傳動(dòng)與自動(dòng)包裝工序產(chǎn)生影響。聚乙烯薄膜的加工與傳動(dòng)性能，可通過(guò)在樹(shù)脂基體中加入一些助劑實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，以改善薄膜表面的兩個(gè)性能：摩擦系數(shù)（COF）與粘連。摩擦系數(shù)（COF）COF為摩擦力的系數(shù)，通常為重力加速度，是由兩個(gè)相交表面的正交力得出的值。物體表面與其它材料或相鄰表面接觸時(shí)，能夠產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，用摩擦力來(lái)衡量由于相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的相對(duì)阻力。靜摩擦系數(shù)由兩個(gè)相互接觸，而又相對(duì)靜止的表面產(chǎn)生。動(dòng)摩擦系數(shù)由維持一定速度的相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生。塑料薄膜的COF之

2、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法采用ASTM D 1894-73。（如圖1）粘連粘連是薄膜相鄰層之間發(fā)生了粘接，可能在加工、使用或儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生。粘連導(dǎo)致了吹制法聚乙烯薄膜擠出的困難。粘連常產(chǎn)生于薄膜細(xì)卷筒中；當(dāng)薄膜在一定壓力或溫度下堆放時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)二次粘連現(xiàn)象。圖1 COF測(cè)量方法示意圖可以在恒定溫度/壓力下，通過(guò)測(cè)定分開(kāi)兩層薄膜所需要的力，來(lái)分析薄膜的粘連與二次粘連趨勢(shì)。ASTM D 1893-67是測(cè)試塑料薄膜粘連的標(biāo)準(zhǔn)方法（如圖2）。ASTM D 3354是測(cè)試塑料薄膜二次粘連的標(biāo)準(zhǔn)方法（如圖3）。 圖2 粘連測(cè)量方法示意圖圖3 二次粘連測(cè)量方法示意圖影響COF與粘連的因素一些樹(shù)脂的性能與加工條件對(duì)聚乙

3、烯薄膜表面性能的影響如下：*樹(shù)脂密度與熔融指數(shù)具有較高密度與較低熔融指數(shù)的樹(shù)脂一般會(huì)制成較硬的薄膜，粘連趨勢(shì)較小，COF較低。共聚物共聚物，例如EVAs，Exceed PE 與Exact塑料所制成的薄膜更易于粘連，COF更高。這是由于它們的熔點(diǎn)與結(jié)晶度較低，而導(dǎo)致這些材料的硬度較低，表面平滑度高。助劑加入滑動(dòng)與抗粘連助劑可以分別減少相對(duì)摩擦阻力與粘連現(xiàn)象。最常用的助劑類型與它們的作用機(jī)理將在以下內(nèi)容中具體討論。加工與儲(chǔ)存條件在高溫條件下，相鄰的薄膜在吹塑薄膜加工軋輥上，在繞線裝置或在儲(chǔ)存過(guò)程中，均易發(fā)生粘連現(xiàn)象。這些都會(huì)影響到COF。薄膜層間的壓力增加，粘連趨勢(shì)增加。因此，控制軋輥壓力、纏繞張

4、力及纏繞溫度都非常重要。同樣的，建議在儲(chǔ)存過(guò)程中不要給薄膜增加不必要的載荷。膜厚薄膜的厚度將在以下內(nèi)容中具體討論。薄膜表面薄膜的表面非常平整理光滑時(shí)，一般更易發(fā)生粘連，對(duì)COF影響更大。靜電效應(yīng)薄膜表面的靜電荷會(huì)使薄膜間的接觸更加緊密，增加粘連現(xiàn)象。電暈處理電暈處理會(huì)增加薄膜表面的張力，同樣會(huì)增加COF與粘連現(xiàn)象?；瑒?dòng)助劑類型與濃度為改善聚乙烯薄膜的摩擦性能，可在樹(shù)脂基體中引入滑動(dòng)助劑。最有效的經(jīng)FDA（美國(guó)食品藥品監(jiān)督局）認(rèn)證的助劑是脂肪酸酰胺，常用的有油酸酰胺，芥酸酰胺與硬脂酸酰胺?；瑒?dòng)助劑的用量從零到幾千ppm不等。通常，達(dá)到中等潤(rùn)滑效果時(shí)，用量為300至700ppm，具體用量取決于助劑

5、的類型，薄膜聚合物類型與薄膜厚度?；瑒?dòng)助劑濃度高時(shí)，可能會(huì)在傳動(dòng)線與包裝線的導(dǎo)輥上包裹覆蓋上一層潤(rùn)滑劑。這可能會(huì)降低粘合強(qiáng)度，并且會(huì)在粘合劑壓片加工過(guò)程中，與粘合劑發(fā)生相互作用。（a）熔融聚合物中的助劑 (b)凝固后發(fā)生遷移 (c)一定時(shí)間后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡圖4：噴霜機(jī)理示意圖*作用機(jī)理因?yàn)闈?rùn)滑劑與聚乙烯基體不相容，它們大部份會(huì)遷移到薄膜表層，阻礙薄膜層與層間的直接接觸，并降低層間的摩擦力。氨基化合物分子在聚乙烯薄膜表面的分布情況如圖4所示。與聚乙烯表面接觸極性的酰胺基（用_表示)，碳?xì)滏溝蛲馀砰_(kāi)（用表示）。由于潤(rùn)滑劑的主體部份都將遷移至表面，需考慮以下問(wèn)題：·薄膜厚度既定的情況下，更高

6、的潤(rùn)滑劑濃度將增加表面的滑動(dòng)性，并導(dǎo)致更低的COF。濃度在單層膜上的增加不會(huì)進(jìn)一步的降低COF，反而可能降低表面光澤并增加霧度。·基于同樣的原因，在既定的潤(rùn)滑劑濃度下，增加薄膜厚度會(huì)導(dǎo)致更低的COF。由于潤(rùn)滑劑的遷移不是瞬間發(fā)生的，COF的降低只有在一定時(shí)間之后才能觀察到。這需要數(shù)小時(shí)才能達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 遷移速度取決于所使用的胺鹽的類型。因于其相對(duì)較低的分子量，油酸酰胺的遷移速率快于芥酸酰胺。因此使用油酸酰胺作為潤(rùn)滑劑的樹(shù)脂，其初始COF較低。但當(dāng)遷移完成時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)使用芥酸酰胺的材料COF更低，表明芥酸酰胺在降低摩擦力方面更為有效（如圖5）。圖5隨著時(shí)間與助劑類型的變化，低密度聚乙

7、烯薄膜表面COF的變化 防粘連助劑 ·類型與濃度 無(wú)機(jī)電絕緣成份，如滑石粉與二氧化硅，是最常見(jiàn)的防粘連劑。取決于樹(shù)脂基體的種類與最終性能，防粘連劑的用量從零至1000ppm不等。·作用機(jī)理 粘連可能于薄膜表面積聚的低分子量聚合物有關(guān)。那些低分子量的部份結(jié)晶度低，在擠出成模固化過(guò)程中，會(huì)從結(jié)晶區(qū)域向外遷移，影響薄膜表面的光滑度。粘連同樣還會(huì)影響到薄膜表面的柔軟度與光滑度。增加薄膜表面光滑度，將導(dǎo)致不同薄膜層間具有更高的粘接性能。樹(shù)脂中的防粘連劑在擠出成模固化后立即滲透到薄膜表面。這使得薄膜表面具有一定的粗糙度，有助于減少薄膜層與層間的接觸，因此可以防止粘連（如圖6）。防粘連劑

8、粒子在聚乙烯母體中隨機(jī)分布，不會(huì)遷移到薄膜表面。圖6：防粘連劑粒子在聚乙烯母體中隨機(jī)分布滑動(dòng)助劑與防粘連劑對(duì)薄膜性能的影響·光學(xué)性能大多數(shù)防粘連劑會(huì)增加聚乙烯薄膜表面的霧度。（如圖7）它們之間的關(guān)系一般呈線性，可以從圖中看出，每增加1000ppm的二氧化硅添加劑用量，霧度增加0.4%至1%?；瑒?dòng)劑對(duì)薄膜霧度的影響只有在最佳用量臨界濃度時(shí)才會(huì)發(fā)生。圖7防粘連劑濃度與薄膜霧度的相關(guān)性摩擦系數(shù)滑動(dòng)助劑同時(shí)降低薄膜層與層間及薄膜與金屬間的摩擦力?；瑒?dòng)與防粘連助劑的組合效應(yīng)見(jiàn)于圖8?；瑒?dòng)助劑用量既定時(shí)，COF隨著薄膜厚度的增加而減少。減少表面與體積之比，使得遷移到表面的滑動(dòng)助劑增加。（如圖9）

9、但是當(dāng)薄膜厚度一定時(shí)，薄膜表面將完全被滑動(dòng)助劑覆蓋，COF不會(huì)進(jìn)一步減小。圖8 1.2密耳厚的LDPE薄膜之COF與防粘連劑用量的關(guān)系圖9薄膜厚度對(duì)COF的影響根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，可使用以下配方：·S=薄膜厚度（用密耳或微米表示）×滑動(dòng)助劑含量（用ppm表示），得到LDPE薄膜的COF約為0.2-0.16（最佳效果）S=600-800,厚度用密耳表示 或 S=15000-20000,厚度用微米表示線型低密度聚乙烯，低密度聚乙烯/線型低密度聚乙烯混合物，共聚物如EVA, Exceed PE and Exact,增加”S”的值，要求COF達(dá)到0.2-0.16。·粘連性質(zhì)滑動(dòng)助劑與防粘連劑可以降低PE膜的粘連性,防粘連劑是主導(dǎo)因素。薄膜用途既定時(shí)，過(guò)多的滑動(dòng)助劑會(huì)增加表面“濕粘性”。助劑的復(fù)合效應(yīng)參見(jiàn)于圖10?；瑒?dòng)助劑的類型如以上提及的，油酸酰胺在薄膜表面的遷移速率相對(duì)較快。而濃度達(dá)到平衡后，芥酸酰胺對(duì)COF的作用優(yōu)于油酸酰胺。使用哪種類型的滑動(dòng)助劑最佳，取決于樹(shù)脂性能間的復(fù)雜相互作用，擠出條件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及下游加工工藝要求。因此，在有限的技術(shù)信息內(nèi)，不可能作出具體的限定與建議。以下是一些通用的滑動(dòng)助劑使用指南：·由于油酸酰胺的遷移速率快，在需要快速達(dá)到低的COF