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低温等离子表面处理技术在塑料包装中的应用

Aug. 21, 2023

等离子体是物质存在的第4种状态,它与大家熟悉的物质3(固态、液态和气态)一样,是物质存在的又一种聚集态——等离子态。常见的产生等离子体的方法是气体放电,其中包括无声放电、电晕放电、辉光放电、微波放电和射频放电等。物质处于等离子态时,其元素组成虽未发生变化,但理化特性与在固态、液态、气态时截然不同。等离子体中的电子、原子、离子、分子、自由基以及光子等粒子的化学性质比基态气体分子活跃,因此它能为化学反应提供丰富的活性离子。

低温等离子表面处理技术的特点

环保

低温等离子体加工是一项对环境友好的技术,它是使物质通过吸收电能进行的气相干式化学反应,无需添加化学试剂,对环境无残留物,避免了大量废液的处理;具有节水省能无公害、有效利用资源、有益环境保护的好处。

反应温度低、速度快

气体可在常温情况下电离产生等离子体应用到各个方面,尤其是高分子材料的表面改性。另外,气体放电瞬间发生等离子体反应,十分迅速。

功能强、不会改变整体性能

低温等离子体技术功能强大,应用范围广泛已被业界所认同。仅涉及高分子材料浅表面,可在保持材料自身特性的同时,赋予其一种及以上新的功能。

低温等离子表面处理技术在塑料包装中的应用

改善塑料的印刷适性

油墨在塑料表面的附着性差是塑料印刷过程中存在比较大的问题,这将导致较大的损失。导致该现象的主要原因是塑料表面张力不够高,对油墨的润湿性不够好,因此,增大塑料表面张力,增强对油墨的润湿性能,提高塑料的印刷适应性尤为重要。采用低温等离子体技术处理塑料表面可显著改善其表面自由能,使材料表面润湿性发生变化。

对于像O2、N2等非聚合性反应性气体的低温等离子体,可以直接通过氧化反应生成大量自由基,并借助于自由基的连锁反应在大分子链上结合大量含氧基团,PE、PET等材料表面分子中有一部分碳原子的化学键均被活性离子打断而游离出来成为碳的自由基。碳自由基与氧自由基结合生成CO或CO2气体被抽出,从而在塑料表面分子中留下了大量的空位,从而生成了大量的微坑、微沟,使得表面粗糙。增加塑料与油墨间的机械嵌合作用。另一方面,对于像Ar、He等非反应性气体低温等离子体中的粒子,虽然不能直接结合到聚合物表面大分子链上,但这些高能粒子轰击材料表面时传递大量能量,形成大量自由基,改变材料的自由能。所以,不管是使用反应性气体还是非反应性气体对塑料表面进行等离子体处理都可增加极性基团含量,提高塑料的表面能和粗糙度,从而提高油墨在塑料表面的润湿性和附着力,改善塑料的印刷适性。

提高塑料的粘接性能

实际应用中,考虑到食品对包装用薄膜气体阻隔性、耐蒸煮、耐低温等要求,往往要将几种塑料薄膜(或铝箔)进行复合加工。如用于蒸煮包装的薄膜,必须符合FDA的要求,并且可以耐受125℃的高温,以保证它在加热时不会破裂。普通的蒸煮袋结构是聚酯薄膜和尼龙薄膜的复合薄膜,与一种符合FDA要求的功能性薄膜同时复合在一起。塑料薄膜复合加工常用的方法有:干式复合法、涂布复合法、共挤出复合法和蒸镀复合法(如真空镀铝)。前二者应用较多,且都需要涂布粘接剂,薄膜粘合不牢在复合工艺中时常出现,影响复合加工。塑料薄膜表面润湿性不仅影响印刷适性,而且还与粘接、涂布的难易有密切的关系。利用低温等离子体技术作用于塑料薄膜表面,增加薄膜表面活性,这种活化后的表面容易与其他材料结合,有利于粘合剂的涂布,增强薄膜的复合牢度。

庞大的印刷包装业为低温等离子表面处理技术的发展提供了广阔平台。低温等离子体塑料薄膜改性技术的不断成熟及工业化的推行,将给我们带来更高质量的食品、饮料塑料包装。

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