包裝薄膜的爽滑劑和抗粘連劑摩擦控制的研究進展
爽滑劑摩擦控制

爽滑劑可以通過減少薄膜之間、薄膜與設備之間的摩擦而使得加工和下游包裝操作變得方便易行。爽滑劑的性能是通過靜態(tài)或動態(tài)摩擦系數(shù)（static or kinetic Coefficient of Friction，COF）來測定的。COF是一個無量綱數(shù)，它代表了相互接觸的兩表面之間的滑行抵抗力，其值等于加在其中一表面上促使兩表面之間滑動所需力的*小值除以垂直作用于接觸面上的力。

COF=促使兩表面之間滑動所需力的*小值/垂直作用于接觸面上的力

ASTM D 1894-73是用來測定塑料薄膜間摩擦系數(shù)COF的一種標準測試方法。通常來講，當摩擦系數(shù)大于0.50時，可以認為是防滑表面；當摩擦系數(shù)小于0.20時，則認為是可以用于輾軋的高滑表面。

爽滑劑的種類很多，包括傳統(tǒng)的氨類爽滑劑以及新近的專業(yè)化無遷移型爽滑劑。在碾壓完成前后，專業(yè)化無遷移型爽滑劑可以達到在更高的溫度下，具有更好的可靠性以及穩(wěn)定的COF值的要求。爽滑劑可以作為適用于不同的擴散速率、終端使用溫度、以及不同的基體樹脂的母粒配方，并且可以添加到不同的印刷油墨中。

脂肪酸為基底的氨類爽滑劑

傳統(tǒng)類型的爽滑劑是基于脂肪酸氨基化合物（伯酰胺、仲酰胺、雙酰胺）合成的。由于這些材料在聚合物中并不是可以完全溶解的，因而它們會向薄膜的表層遷移并且包覆在表面從而會降低表面的摩擦力。在選擇氨類爽滑劑時，所要考慮的重要因素就是爽滑劑在降低摩擦系數(shù)COF方面的效果，溫度穩(wěn)定性以及遷移速率。氨基化合物的選擇、基體聚合物、爽滑劑濃度以及使用溫度都會影響到遷移速率。而由于越來越多的聚合物都在更高的溫度下進行加工，所以爽滑劑的耐熱氧化穩(wěn)定性能也成為了日益重要的一個因素。爽滑劑的氧化降解行為可以導致爽滑劑的性能損失、變色、變臭等。而具有較高熱穩(wěn)定性的氨類化合物也比較不容易揮發(fā)，并且即使在提高了的加工溫度下也可以繼續(xù)保留在聚合物中。

伯酰胺類爽滑劑：應用的*為廣泛的是油酸酰胺以及芥酸酰胺不飽和伯酰胺類爽滑劑。這類爽滑劑具有相對較小的分子量，可以迅速的遷移至聚合物表面，當添加率較低時具有較低的摩擦系數(shù)COF值，而且這類爽滑劑的價格相對來說也較為便宜。芥酸酰胺是從非動物油脂中提煉出來的，與油酸酰胺相比具有較好的熱穩(wěn)定性。而由于其具有更高的熔點、更高的耐熱性能以及可以在更高的加工溫度下進行加工的重要性質，芥酸酰胺正在逐漸取代油酸酰胺，而有著更為廣泛的應用。

仲酰胺類及雙酰胺類爽滑劑：與伯酰胺類爽滑劑相比，這些具有較大分子量的氨類化合物有著較低的遷移速率，從而使得COF值較為容易控制，并且這類爽滑劑有可能應用到多層薄膜結構中以限制層間的滑移效應到一層當中。例如，類似于油基棕櫚酰胺(十八碳-9-烯基十六烷酸酰胺)以及硬脂酸芥酸酰胺這樣的仲酰胺類爽滑劑，會在聚丙烯類共聚物表層發(fā)生遷移，但是不會在聚丙烯類均聚物的核心層發(fā)生遷移。與伯酰胺類爽滑劑相比，仲酰胺類爽滑劑以及雙酰胺類爽滑劑同樣具有較低的揮發(fā)性能以及更好的熱穩(wěn)定性。這就使得仲酰胺類爽滑劑以及雙酰胺類爽滑劑在工程塑料方面以及在較高溫度條件下進行膜澆鑄的過程中更為有用。而在印刷以及密封這樣的二級操作中，仲酰胺類爽滑劑以及雙酰胺類爽滑劑產(chǎn)生的影響通常也小于伯酰胺類爽滑劑。

添加到聚合物中的氨類爽滑劑以及爽滑劑間相互作用

氨類爽滑劑的性能受諸多因素影響：

·                           爽滑劑濃度：對于給定的爽滑劑，擴散速度隨著爽滑劑在聚合物中濃度的增大而增大 。

·                           樹脂類型：爽滑劑在結晶型樹脂中具有較低的遷移速率。例如，在高密度聚乙烯（HSPE）以及聚丙烯（PP）中的爽滑劑遷移速率要低于在低密度聚乙烯（LDPE）中的相應值。類似于EVA（乙烯乙基丙烯酸酯）的極性樹脂則會與爽滑劑的官能團發(fā)生相互反應從而降低它的遷移速率。類似于metalloceneLLDPE（茂金屬線型低密度聚乙烯）這類的高度無定形類聚合物以及粘結型聚合物，要想達到與低粘結性和具有較少的無定形結構的聚合物相同的摩擦系數(shù)COF值，需要施加更高的滑移負荷。

·                           其他添加劑：由于抗靜電劑、防霧劑以及其他的添加劑都可以遷移到薄膜的表面，因而它們會在向表面位置擴散的過程中與爽滑劑形成競爭。

·                           下游加工過程：受聚合物的氧化性的影響，印刷之前的電暈處理工藝會在增加薄膜表面的極性的同時燒掉表面的爽滑劑，從而使得薄膜表面形成了爽滑劑的濃度梯度。而爽滑劑濃度梯度的形成則會使得爽滑劑向已經(jīng)處理過的一側遷移，而這則有可能在印刷過程引起并發(fā)問題。

·                           卷繞張力：爽滑劑從緊繞型薄膜一側向具有較低卷繞張力的一側以遞減的速率發(fā)生遷移。

·                           薄膜厚度：在加厚型薄膜中，爽滑劑需要較長的時間變得均衡，而與較厚的薄膜相比，在較薄的薄膜中需要加入更高比例的爽滑劑才可以達到與厚膜相同的COF水平。

在對包括爽滑劑在內的任意一種添加劑進行評估時，都需要從整體考慮配方，從而更好的去了解可能潛在的相互反應以使添加劑水平可以達到*優(yōu)化。氨類爽滑劑的性能同樣也會受到層壓粘合等下游操作的影響。這些下游操作可以改變薄膜的極性，并且使得爽滑劑從薄膜表面流失。不論是爽滑劑與其他物質之間發(fā)生了不可預期的相互作用，還是爽滑劑的配方量過大，過多的爽滑劑都會導致其在導輥和拉緊裝置上發(fā)生粉狀殘留，也會引發(fā)印刷問題或者潮濕粘連的問題。所謂潮濕粘連是指過量的爽滑劑會導致薄膜表面過分光滑，而使得層與層之間發(fā)生融合現(xiàn)象。

無遷移型爽滑劑及專門化配方

硅氧烷等無遷移型爽滑劑具有非常高的分子量，它們的分子量是伯酰胺類爽滑劑和仲酰胺類爽滑劑的30倍到50倍。由于這類爽滑劑的分子量較大，無法在聚合物基體中擴散，因而這類爽滑劑摩擦系數(shù)COF值的降低是通過在聚合物擠出過程中，爽滑劑到達樹脂表面完成的。這類爽滑劑材料在一些專業(yè)領域中有所應用。這類爽滑劑可以迅速還原COF值，而不會受到高貯藏溫度或者高使用溫度的影響。正因為使用該類爽滑劑的薄膜在擠出之后，其COF值的變化*小，因而爽滑劑只需加入多層薄膜的表層中，從而降低了相應的成本。

薄膜層間抗粘連劑

所謂粘結，是指鄰接的薄膜層之間的粘合現(xiàn)象。當薄膜在受熱、受壓的情況下都會發(fā)生粘結，而在薄膜的加工、使用以及貯藏的過程中也有可能產(chǎn)生粘結的情況。當這類爽滑劑用于膠卷展開、作為薄板層疊、以及用于打開塑料袋時，都有可能產(chǎn)生粘結的問題。對于PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）以及其他類型的薄膜，薄膜層之間都會產(chǎn)生這樣的情況，而生產(chǎn)商在遇到這類問題時，都會向其中加入無機或者有機類的抗粘結劑。

粘結測試可以用從輥上*新取下的薄膜，通過Induced Reblock" test ASTMD3354測試方法獲得重復性結果。具體測試的方法是：首先將已經(jīng)分離了的薄膜重新放在一起，將其貯藏在特定溫度（40℃or 60℃）和溫和壓力（6.9kPa）的環(huán)境中24小時，然后進行測試。

無機礦物抗粘結劑以微粒的形式分散在薄膜中，使薄膜表面變得粗糙，微觀水平上避免了相鄰薄膜層間的相互粘結。包括云母和硅石在內的無機類抗粘結劑在實際生活中有著非常廣泛的應用。它們的缺點之一是會降低薄膜的透明度。而包括氨類、硬脂酸鹽、硅樹脂以及聚四氟乙烯（PTFE）在內的有機類抗粘結劑在一些**領域中有著特殊的應用。

經(jīng)濟高效型無機抗粘連劑

I相對而言，無機類抗粘連劑價格便宜并且在大量生產(chǎn)以及日用品方面有著*廣泛的應用。云母是一種*為廣泛使用的無機類抗粘結劑，占據(jù)了全球40%的市場份額；硅藻土則是一種天然的硅土礦物質，占據(jù)了全球25%的市場份額；人造硅石以及高嶺土、鈣的碳酸鹽之類的其他礦物質占據(jù)了另外25%的市場份額；另外10%的市場份額則由云母所占據(jù)。

在使用無機類抗粘結劑時需要考慮的變量主要有微粒尺寸、形狀、分散型以及薄膜的規(guī)格。其他的重要因素是：硬度、折射指數(shù)（RI）以及密度。硬度會對機械的磨損程度產(chǎn)生影響，而無機微粒與聚合物之間折射率（RI）的不同則會通過抗粘結劑影響到材料的透明程度。微粒尺寸同樣會對薄膜強度產(chǎn)生影響。而鐵含量也是一個需要重點考慮的因素，因為鐵含量會使很多有機添加劑發(fā)生分解降級反應。

云母的性能價格比通常是*低的，而硅藻土則可以使得無機物的使用量*小，并且使得其對薄膜光學性能的影響*小。傳統(tǒng)的礦物質類抗粘結劑微粒在形狀和尺寸上通常都是不規(guī)則的，從而導致較差的薄膜光學性能。而薄膜的透明度則受折射指數(shù)RI、微粒尺寸的分布以及裝填水平的影響。當抗粘結劑的折射指數(shù)RI與樹脂的折射指數(shù)RI相匹配是，可以得到較高的薄膜透明度。無機類抗粘結劑的微粒尺寸越大，相應的薄膜耐粘結性越高，但是與此同時，微粒尺寸越小，薄膜的透明度越好?？刂坪梦⒘３叽绲姆植疾⑶冶M量使微粒尺寸*大化對于平衡薄膜的光學性能和抗粘結性能是很有用的。

高遷移型有機抗粘連劑

有機類抗粘連劑是具有天然可遷移性的，而且人們普遍認為有機類抗粘連劑可以在薄膜表層結晶從而阻礙薄膜相鄰層與層之間發(fā)生粘結。在通常情況下，這類材料的成本是高于無機類抗粘結劑的，因此主要應用于一些高價值領域中。通常使用的有機類抗粘連劑包括：氨類化合物、有機硬脂酸鹽、金屬硬脂酸族類化合物以及硅樹脂、聚四氟乙烯（PTFE）等材料。

在對薄膜透明度要求較高的領域，可以只使用有機氨類抗粘連劑來達到要求，但是更常見的是，加入有機類抗粘連劑來提高無機類抗粘連劑的抗粘連水平。在抗粘連性和爽滑性產(chǎn)生作用之前，氨類抗粘連劑需要一定的時間以遷移到薄膜表層。在類似于EVA（乙烯乙基丙烯酸酯）這樣的軟性高分子材料中，氨類抗粘連劑比無機類抗粘連劑微粒更為有效，因而也得到了*好的應用。在眾多的氨類物質中，硬脂酸酰胺以及behan酰胺的抗粘連性能*為有效。behan酰胺有效應用于雙軸取向的聚丙烯薄膜中，從而在保持材料透明度的同時提供良好的爽滑性和抗粘連性。

結論

爽滑劑和抗粘連劑*常使用在聚烯烴類化合物中，并且也應用在PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、PA（聚酰胺）、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）等聚合物中。而PP（聚丙烯）、PVC（聚氯乙烯）、PS（聚苯乙烯）、PA（聚酰亞胺）、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）則通常以單層薄膜或者復合薄膜的形式用于塑料包裝袋和其他包裝領域。在許多應用中都要求這些添加劑可以與食品直接或間接接觸。爽滑劑和抗粘連劑可以直接由樹脂生產(chǎn)商添加到薄膜中，然而更普遍的是由加工者以母粒的方式加入。


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