包装用PET镀氧化硅薄膜的热封强度影响因素分析

鲁建东;廖玉生

【摘 要】PET表面镀氧化硅薄膜具有优良的阻隔性能，但没有热封性能。为了更好地将PET表面镀氧化硅薄膜应用到包装领域，需要将表面沉积氧化硅的PET薄膜与其他热封性能较好的薄膜进行复合，复合膜将具有更好的热封性能。采用实验和理论分析相结合的方法，分析了包装用表面镀氧化硅PET薄膜的热封强度影响因素。结果表明，薄膜间的复合强度和热封温度对热封强度影响最大。%The silicon oxide coated PET film demonstrates an excellent barrier properties rather than the heat sealing performance. In order to use the silicon oxide coated PET film as packaging product, it is necessary to laminated it with other sealable film so that the composite film has better heat sealing performance. Using the method of combing experimental and theoretical analysis, the heat sealing strength of the silicon oxide coated PET film for packaging and the factors affecting the sealing strength are analyzed. The results show that the composite strength between films and heat sealing temperature make the greatest impact on the heat sealing strength. 【期刊名称】《北京印刷学院学报》 【年(卷),期】2012(020)002 【总页数】3页(P13-15)

【关键词】PET表面镀氧化硅薄膜;热封强度;复合强度;热封温度 【作 者】鲁建东;廖玉生

【作者单位】北京印刷学院印刷与包装工程学院,北京102600;北京印刷学院印刷与包装工程学院,北京102600 【正文语种】中 文 【中图分类】TB484.3

高阻隔薄膜受到越来越多的关注,传统的高阻隔薄膜有多层共挤、涂覆、真空镀铝和铝箔等。随着材料和工艺的发展,新型阻隔层制备技术得到了应用,例如,用等离子体技术在PET薄膜上沉积氧化硅高阻隔涂层制成PET镀氧化硅薄膜[1,3]。与包装中常用的PET薄膜相比,PET镀氧化硅薄膜的隔氧性能高120倍,隔水性能高45倍。包装用PET镀氧化硅薄膜主要具有以下优点：阻隔性优异,涂层薄,仅20～30nm,易于回收,绿色环保,无毒无害,透明度高[2]。目前,研究结果大多侧重改善PET镀氧化硅薄膜的阻隔性,对其实际加工工艺方面的研究较少[3-4]。实际应用环境要求薄膜具有良好的热封性、耐印刷性、耐蒸煮性、较高的阻隔性等。其中,热封性能是塑料薄膜在包装领域应用过程中须具有的基本性能之一,本研究通过实验和理论研究，分析了影响PET镀氧化硅薄膜热封强度的因素。 1 薄膜层间的复合强度

由于PET镀氧化硅薄膜热封性能较差,所以在实际应用过程中需要与其他热封性能较好的薄膜进行复合,以满足热封性能的需要。此时,薄膜层间的复合强度对复合薄膜的热封强度有很大影响,一般热封强度要远大于复合强度,大部分复合膜热封处的破坏都发生在复合薄膜的层间,薄膜层间的复合强度直接影响着热封强度[5]。 因此,影响PET镀氧化硅薄膜与其他薄膜复合强度的因素也会间接影响到薄膜复合后的热封强度,研究影响复合强度的因素对提高复合薄膜的热封强度有重要意义。以下通过实验对影响PET镀氧化硅薄膜与其他薄膜复合强度的因素进行分析,由于

CPP和PE薄膜是最为常见的热封性较好的薄膜,本研究选用CPP和PE薄膜与PET镀氧化硅薄膜复合。 1.1 实 验

实验材料：PET薄膜(厚度：12μm,北京创世空间)、PET表面镀氧化硅薄膜(厚度：12μm,北京创世空间)、CPP薄膜(厚度：20μm,北京富昌铝塑)、PE薄膜(厚度：20μm,北京富昌铝塑)以及作为薄膜间复合黏合剂的H501S型双组分溶剂型聚氨酯(北京高盟新材料股份有限公司)。

实验仪器：K303型涂布机(英国RK公司),用于涂覆黏合剂；FMD型覆膜机(北京仁和利通印刷设备有限公司),用于将薄膜复合；XLW-PC型薄膜电子拉力仪(济南兰光机电技术有限公司),用于测量复合薄膜的复合强度。

实验方法：首先将黏合剂双组分溶剂型聚氨酯涂覆在CPP和PE薄膜上,然后分别按PET/CPP、PET/SiOX/CPP、PET/PE、PET/SiOX/PE组合在不同复合温度条件下进行复合,切取15mm宽的样品,用电子拉力仪测量复合薄膜的复合强度，即180°剥离强度。 1.2 实验结果与讨论

通过实验得到数据(见表1),剥离强度与热封温度关系见图1。 表1 复合薄膜的180°剥离强度复合温度/℃PET/CPP剥离强度/(kN/m)PET/SiOX/CPP剥离强度/(kN/m)PET/PE剥离强度/(kN/m)PET/SiOX/PE剥离强度

/(kN/m)1200.0190.0130.0260.0131300.0210.0150.0300.0141400.0250.0170.0390.0221500.0230.0130.0380.0201600.0150.0090.0330.017 图1 180°剥离强度与热封温度关系图

分别对比图1中PET/PE和PET/SiOx/PE、PET/CPP和PET/SiOx/CPP曲线,有氧化硅镀层复合薄膜的复合强度比没有氧化硅镀层复合薄膜的复合强度要低,说明氧

化硅的存在降低了薄膜间的复合强度,其主要原因是氧化硅镀层在一定程度上降低了PET薄膜表面的表面能,较低的表面能使得黏合剂在薄膜表面的润湿和接触效果比较差,导致复合强度降低。所以，在镀膜工艺过程中,要控制好参数,尽量提高镀膜表面的表面能,如果表面能偏低,可以进行表面处理以提高薄膜的表面能,以改进黏合剂在其表面的润湿性和附着性,提高复合强度。

对比图1中PET/SiOx/PE、PET/SiOx/CPP两条曲线,相同的PET镀氧化硅薄膜与PE和CPP复合后,在相同的复合温度时复合强度有较大差别, 这是因为CPP和PE薄膜的表面能不同,而且由于黏合剂在塑料薄膜表面的吸附和黏合主要是靠薄膜和黏合剂分子间的作用力来实现的,CPP和PE薄膜表面的极性不同,导致同一种黏合剂在两种薄膜表面的湿润性和附着力不同,与两种薄膜的分子间作用力也不一样,造成复合强度的不同[6]。

通过以上分析可知,要提高复合强度,就要提高薄膜的表面能,保持薄膜表面与黏合剂材料极性相近。控制好以上参数,不仅能提高复合强度,还能相应提高复合薄膜的热封强度。 2 热封工艺参数

影响热封强度的三大工艺参数是：热封温度、热封压力和热封时间。PET镀氧化硅薄膜在与热封层薄膜复合后,热封工艺参数对热封强度的影响有其自身特点。 2.1 热封温度 1)实验

实验材料：PET/PE复合薄膜、PET/SiOX/PE复合薄膜(PET厚度：25μm,北京创世空间；PE厚度：20μm,北京富昌铝塑)。

实验仪器：RTD型热封仪(济南兰光机电技术有限公司),用于热封；XLW-PC型薄膜电子拉力仪(济南兰光机电技术有限公司),用于测量热封强度。

实验方法：分别将PET/PE复合薄膜、PET/SiOX/PE复合薄膜在相同热封压力、

相同热封时间、不同热封温度下进行热封,切取15mm宽的样品,用电子拉力仪测量复合薄膜的热封强度。 2)实验结果与讨论

通过实验得到数据(见表2),热封强度与热封温度关系见图2。

表2 PET/PE和PET/SiOX/PE的热封强度热封温度/℃PET/PE热封强度/NPET/SiOX/PE热封强度

/N1200.7150.151308.7366.51515010.5917.2117010.12910.291908.3510.3242008.0177.93

图2 热封强度与热封温度关系图

由图2可见,随着热封温度的升高,两种复合薄膜的热封强度增强,当达到150℃和190℃时,两种复合薄膜的热封效果分别达到最好。由于包装用PE单层薄膜的最佳热封温度一般在120～140℃,所以，实验中两种复合薄膜的最佳热封温度比单层PE薄膜的最佳热封温度要高。而且PET/SiOX/PE的最佳热封温度要比PET/PE的最佳热封温度要高,其原因是SiOX会阻隔一部分热量,所以需要更高的温度,复合膜的热封层PE才能吸收足够的热量完成热封。

另外,在实验过程中,发现不同阻隔性的PET镀氧化硅薄膜的厚度不一致,当薄膜较薄时,PET镀氧化硅薄膜的熔融温度较低,在低于最佳热封温度时,会发生褶皱、热收缩和发脆等现象。此时,应选择起封温度较低的热封层薄膜,使热封层薄膜和PET镀氧化硅薄膜的最佳热封温度在相同范围内。所以,应考虑热封层的薄膜种类、厚度、起封温度和熔融温度等指标,以适合与PET镀氧化硅薄膜复合后的热封要求。 2.2 热封压力

要实现理想的热封效果,热封压力是必不可少的。热封压力是指使已处于黏流状态下的高聚物树脂薄膜在热封界面之间产生有效的分子相互渗透、扩散, 从而达到一定的热封效果的外界施加的压力[7]。

氧化硅镀层的厚度是纳米级,而PET薄膜和热封层薄膜的厚度是微米级的,由于厚度相差比较悬殊,所以PET镀氧化硅薄膜与热封层薄膜组成的复合膜在受热封压力时的,承受压力的主要是PET薄膜和热封层薄膜,压力对氧化硅镀层的影响较小。 PET镀氧化硅薄膜及热封层在受热封压力时,热封压力越大，热封强度越高。不过,热封压力也不是越大越好, 因为PET镀氧化硅薄膜较脆,在较高的热封温度时, 封边处的PET镀氧化硅薄膜已处于半熔融状态, 太大的压力易挤走部分热封层树脂使热封部位迅速变薄,热封边缘形成半切断状态,导致热封边发脆、热封强度降低甚至脆断。 2.3 热封时间

一般情况下,热封时间越长,热封强度越大。但热封时间过长,较薄的PET镀氧化硅薄膜在吸收过多热量后会发生收缩,收缩会影响薄膜表面的平整性,影响封口部位的封合强度,降低热封强度[7]。所以,在保证热封强度的条件下,热封时间越短越好,不仅有利于保持PET镀氧化硅薄膜的平整性,也有利于提高生产速度。 3 结 语

PET镀氧化硅薄膜的特性导致影响其热封强度的因素与其他薄膜的不一致,研究表明,薄膜间的复合强度和热封温度对热封强度影响最大。在利用氧化硅镀层阻隔性好等优点时,还要充分考虑实际应用中热封过程的各个参数特点,以使PET镀氧化硅薄膜具有更好的热封强度,更好地应用在实际包装件中。 参考文献:

[1] 谷吉海,董静.阻隔薄膜在复合软包装材料中的应用与发展动向[J].包装工程,2010,31(5)：112-116.

[2] John Madocks, Jennifer Rewhinkle, Loren Barton. Packaging barrier films deposited on PET by PECVD using a new high density plasma source[J]. Materials Science and Engineering, 2005,119(3):268-273．

[3] 韩尔立,陈强,葛袁静,张广秋.SiOx包装阻隔薄膜的发展现状及其制备方法[J].包装工程,2005,26(6)：76-78.

[4] 崇政,韩永生.氧化硅薄膜包装材料及加工技术的现状及发展[J].塑料包装,2010，20(3)：28-30.

[5] 马平东.塑料复合包装的热封性能和热封质量浅析[N].中国包装报,2004-12-27(6).

[6] 马兰.影响塑料薄膜干式复合强度的主要因素[J].今日印刷,2003(9)：58-60. [7] 杜玉宝,骆光林.浅谈包装材料热封性能的影响因素[J].塑料包装,2007,17(4)：29-32.