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雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜是一種質(zhì)輕、無臭、無毒、防潮、機(jī)械強(qiáng)度高的絕緣材料。由于其具有光澤度和透明度高、機(jī)械強(qiáng)度好、堅韌耐磨等優(yōu)點,在食品、香煙、紡織品等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用很廣,有“包裝皇后”的美稱。但由于BOPP薄膜中含有大量非極性基團(tuán),表面能較低,存在熱封性差、表面潤濕性和生物相容性差等缺陷,阻礙了其在包裝、印刷等領(lǐng)域的應(yīng)用深度和在醫(yī)療、衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用廣度。為改善BOPP薄膜的表面活性,實現(xiàn)深度功能化,在印刷和復(fù)合前需要對其進(jìn)行表面處理。對薄膜材料表面改性技術(shù)從物理方法上主要有拋光、噴砂、填充、噴丸、共混處理等;從化學(xué)方法上主要有偶聯(lián)劑改性、熱處理、氧化法等,還有其他混合方法如激光處理、共混改性、功能化處理、等離子體改性處理等。

低溫等離子體表面改性技術(shù)作為一種清潔的干式工藝,不需要化學(xué)溶劑,不損傷材料基體,在材料表面處理工業(yè)領(lǐng)域得到越來越多的研究和應(yīng)用。一方面,低溫等離子體放電過程產(chǎn)生大量的均勻帶電粒子,帶電粒子在高電壓作用下撞擊材料表面,使得高分子材料表面化學(xué)鍵斷裂,材料料表面自由能增強(qiáng)。另一方面,等離子體放電過程中會引發(fā)紫外輻射,具有較高能量的紫外光子會攻擊材料表面的化學(xué)鍵使之?dāng)嗔?產(chǎn)生一系列的化學(xué)和物理反應(yīng)。無論是等離子體中的帶電粒子,還是紫外光子,都在不傷及材料基體的前提下,只對材料的表面產(chǎn)生侵蝕作用,使得材料表面的粗糙化程度加強(qiáng),親水性得到改善。同時,在等離子體和材料表面的相互作用過程中,極性基團(tuán)會被導(dǎo)入材料表面,有效消除材料表面的弱界面層,提高薄膜材料的表面能。

等離子處理對聚丙烯薄膜親水性的影響

下圖給出了等離子體對BOPP樣品表面處理后,樣品表面水接觸角的直觀效果圖。從效果圖中可以看出,等離子體對BOPP薄膜表面改性有很好的效果,處理5s后的樣品表面水接觸角已有很清晰的變化,隨著介質(zhì)阻擋放電時間的延長,樣品表面水接觸角快速變小,處理30s后的材料表面的水滴基本處在平鋪的狀態(tài),說明BOPP材料的表面能得到了顯著的提升,潤濕性和親水性能有了很好的改善。

樣品表面水接觸角的效果圖

等離子體處理可以有效提升BOPP薄膜表面能,一方面帶電粒子在電場的作用下撞擊樣品表面,樣品表面的化學(xué)鍵在等離子作用下發(fā)生斷裂和重新組合,提升了材料的表面能;另一方面在等離子體和BOPP薄膜相互作用的過程中,空氣等離子體中的氧自由基與樣品表面的碳?xì)滏I或碳碳鍵打開后形成的不飽和碳化學(xué)鍵結(jié)合,形成了C—O等基團(tuán),使得材料表面的活性增強(qiáng),表面能得到改善。