聚乙烯薄膜用滑動與防粘連助劑

1、聚乙烯薄膜用滑動與防粘連助劑定義：薄膜（尺寸小于4密耳，4密耳=100微米）加工中最主要的問題，是薄膜之間與薄膜與金屬之間的高摩擦力，它們經常會對自動傳動與自動包裝工序產生影響。聚乙烯薄膜的加工與傳動性能，可通過在樹脂基體中加入一些助劑實現優(yōu)化，以改善薄膜表面的兩個性能：摩擦系數（COF）與粘連。摩擦系數（COF）COF為摩擦力的系數，通常為重力加速度，是由兩個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，能夠產生相對滑動時，用摩擦力來衡量由于相對滑動而產生的相對阻力。靜摩擦系數由兩個相互接觸，而又相對靜止的表面產生。動摩擦系數由維持一定速度的相對滑動而產生。塑料薄膜的COF之

2、標準測試方法采用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、使用或儲存過程中發(fā)生。粘連導致了吹制法聚乙烯薄膜擠出的困難。粘連常產生于薄膜細卷筒中；當薄膜在一定壓力或溫度下堆放時，可能會出現二次粘連現象。圖1 COF測量方法示意圖可以在恒定溫度/壓力下，通過測定分開兩層薄膜所需要的力，來分析薄膜的粘連與二次粘連趨勢。ASTM D 1893-67是測試塑料薄膜粘連的標準方法（如圖2）。ASTM D 3354是測試塑料薄膜二次粘連的標準方法（如圖3）。 圖2 粘連測量方法示意圖圖3 二次粘連測量方法示意圖影響COF與粘連的因素一些樹脂的性能與加工條件對聚乙

3、烯薄膜表面性能的影響如下：*樹脂密度與熔融指數具有較高密度與較低熔融指數的樹脂一般會制成較硬的薄膜，粘連趨勢較小，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與結晶度較低，而導致這些材料的硬度較低，表面平滑度高。助劑加入滑動與抗粘連助劑可以分別減少相對摩擦阻力與粘連現象。最常用的助劑類型與它們的作用機理將在以下內容中具體討論。加工與儲存條件在高溫條件下，相鄰的薄膜在吹塑薄膜加工軋輥上，在繞線裝置或在儲存過程中，均易發(fā)生粘連現象。這些都會影響到COF。薄膜層間的壓力增加，粘連趨勢增加。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，建議在儲存過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容中具體討論。薄膜表面薄膜的表面非常平整理光滑時，一般更易發(fā)生粘連，對COF影響更大。靜電效應薄膜表面的靜電荷會使薄膜間的接觸更加緊密，增加粘連現象。電暈處理電暈處理會增加薄膜表面的張力，同樣會增加COF與粘連現象。滑動助劑類型與濃度為改善聚乙烯薄膜的摩擦性能，可在樹脂基體中引入滑動助劑。最有效的經FDA（美國食品藥品監(jiān)督局）認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?；瑒又鷦┑挠昧繌牧愕綆浊pm不等。通常，達到中等潤滑效果時，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。滑動助劑濃度高時，可能會在傳動線與包裝線的導輥上包裹覆蓋上一層潤滑劑。這可能會降低粘合強度，并且會在粘合劑壓片加工過程中，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)一定時間后達到動態(tài)平衡圖4：噴霜機理示意圖*作用機理因為潤滑劑與聚乙烯基體不相容，它們大部份會遷移到薄膜表層，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)，碳氫鏈向外排開（用表示）。由于潤滑劑的主體部份都將遷移至表面，需考慮以下問題：·薄膜厚度既定的情況下，更高

6、的潤滑劑濃度將增加表面的滑動性，并導致更低的COF。濃度在單層膜上的增加不會進一步的降低COF，反而可能降低表面光澤并增加霧度。·基于同樣的原因，在既定的潤滑劑濃度下，增加薄膜厚度會導致更低的COF。由于潤滑劑的遷移不是瞬間發(fā)生的，COF的降低只有在一定時間之后才能觀察到。這需要數小時才能達到動態(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滑劑的樹脂，其初始COF較低。但當遷移完成時，可以發(fā)現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·類型與濃度無機電絕緣成份，如滑石粉與二氧化硅，是最常見的防粘連劑。取決于樹脂基體的種類與最終性能，防粘連劑的用量從零至1000ppm不等。·作用機理 粘連可能于薄膜表面積聚的低分子量聚合物有關。那些低分子量的部份結晶度低，在擠出成模固化過程中，會從結晶區(qū)域向外遷移，影響薄膜表面的光滑度。粘連同樣還會影響到薄膜表面的柔軟度與光滑度。增加薄膜表面光滑度，將導致不同薄膜層間具有更高的粘接性能。樹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）。防粘連劑粒子在

8、聚乙烯母體中隨機分布，不會遷移到薄膜表面。圖6：防粘連劑粒子在聚乙烯母體中隨機分布滑動助劑與防粘連劑對薄膜性能的影響·光學性能大多數防粘連劑會增加聚乙烯薄膜表面的霧度。（如圖7）它們之間的關系一般呈線性，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%?；瑒觿Ρ∧れF度的影響只有在最佳用量臨界濃度時才會發(fā)生。圖7防粘連劑濃度與薄膜霧度的相關性摩擦系數滑動助劑同時降低薄膜層與層間及薄膜與金屬間的摩擦力?；瑒优c防粘連助劑的組合效應見于圖8?；瑒又鷦┯昧考榷〞r，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助劑增加。（如圖9）但是當

9、薄膜厚度一定時，薄膜表面將完全被滑動助劑覆蓋，COF不會進一步減小。圖8 1.2密耳厚的LDPE薄膜之COF與防粘連劑用量的關系圖9薄膜厚度對COF的影響根據一般經驗，可使用以下配方：·S=薄膜厚度（用密耳或微米表示）×滑動助劑含量（用ppm表示），得到LDPE薄膜的COF約為（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達到。·粘連性質滑動助劑與防粘連劑可以降低PE膜的粘連性,防粘連劑是主導因素。薄膜用途既定時，過多的滑動助劑會增加表面“濕粘性”。助劑的復合效應參見于圖10。滑動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較快。而濃度達到平衡后，芥酸酰胺對COF的作用優(yōu)于油酸酰胺。使用哪種類型的滑動助劑最佳，取決于樹脂性能間的復雜相互作用，擠出條件，結構復雜性以及下游加工工藝要求。因此，在有限的技術信息內，不可能作出具體的限定與建議。以下是一些通用的滑動助劑使用指南：·由于油酸酰胺的遷移速率快，在需要快速達到低的COF時