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聚乙烯薄膜用滑动与防粘连助剂
定义：薄膜（尺寸小于4密耳，4密耳=100微米）加工中最主要的问题，是薄膜之间与薄膜与金属之间的高摩擦力，它们经常会对自动传动与自动包装工序产生影响。聚乙烯薄膜的加工与传动性能，可通过在树脂基体中加入一些助剂实现优化，以改善薄膜表面的两个性能：摩擦系数（COF）与粘连。
摩擦系数（COF）
COF为摩擦力的系数，通常为重力加速度，是由两个相交表面的正交力得出的值。物体表面与其它材料或相邻表面接触时，能够产生相对滑动时，用摩擦力来衡量由于相对滑动而产生的相对阻力。
静摩擦系数由两个相互接触，而又相对静止的表面产生。动摩擦系数由维持一定速度的相对滑动而产生。塑料薄膜的COF之标准测试方法采用ASTM D 1894-73。（如图1）
粘连
粘连是薄膜相邻层之间发生了粘接，可能在加工、使用或储存过程中发生。粘连导致了吹制法聚乙烯薄膜挤出的困难。粘连常产生于薄膜细卷筒中；当薄膜在一定压力或温度下堆放时，可能会出现二次粘连现象。
图1 COF测量方法示意图
可以在恒定温度/压力下，通过测定分开两层薄膜所需要的力，来分析薄膜的粘连与二次粘连趋势。ASTM D 1893-67是测试塑料薄膜粘连的标准方法（如图2）。ASTM D 3354是测试塑料薄膜二次粘连的标准方法（如图3）。
图2 粘连测量方法示意图
图3 二次粘连测量方法示意图
影响COF与粘连的因素
一些树脂的性能与加工条件对聚乙烯薄膜表面性能的影响如下：
*树脂密度与熔融指数
具有较高密度与较低熔融指数的树脂一般会制成较硬的薄膜，粘连趋势较小，COF较低。
共聚物
共聚物，例如EVAs，Exceed™ PE 与Exact™塑料所制成的薄膜更易于粘连，COF更高。这是由于它们的熔点与结晶度较低，而导致这些材料的硬度较低，表面平滑度高。
助剂
加入滑动与抗粘连助剂可以分别减少相对摩擦阻力与粘连现象。最常用的助剂类型与它们的作用机理将在以下内容中具体讨论。
加工与储存条件
在高温条件下，相邻的薄膜在吹塑薄膜加工轧辊上，在绕线装置或在储存过程中，均易发生粘连现象。这些都会影响到COF。
薄膜层间的压力增加，粘连趋势增加。因此，控制轧辊压力、缠绕张力及缠绕温度都非常重要。同样的，建议在储存过程中不要给薄膜增加不必要的载荷。
膜厚
薄膜的厚度将在以下内容中具体讨论。
薄膜表面
薄膜的表面非常平整理光滑时，一般更易发生粘连，对COF影响更大。
静电效应
薄膜表面的静电荷会使薄膜间的接触更加紧密，增加粘连现象。
电晕处理
电晕处理会增加薄膜表面的张力，同样会增加COF与粘连现象。
滑动助剂
类型与浓度

为改善聚乙烯薄膜的摩擦性能，可在树脂基体中引入滑动助剂。最有效的经FDA（美国食品药品监督局）认证的助剂是脂肪酸酰胺，常用的有油酸酰胺，芥酸酰胺与硬脂酸酰胺。
滑动助剂的用量从零到几千ppm不等。通常，达到中等润滑效果时，用量为300至700ppm，具体用量取决于助剂的类型，薄膜聚合物类型与薄膜厚度。
滑动助剂浓度高时，可能会在传动线与包装线的导辊上包裹覆盖上一层润滑剂。这可能会降低粘合强度，并且会在粘合剂压片加工过程中，与粘合剂发生相互作用。

（a）熔融聚合物中的助剂 (b)凝固后发生迁移 (c)一定时间后达到动态平衡
图4：喷霜机理示意图
*作用机理
因为润滑剂与聚乙烯基体不相容，它们大部份会迁移到薄膜表层，阻碍薄膜层与层间的直接接触，并降低层间的摩擦力。
氨基化合物分子在聚乙烯薄膜表面的分布情况如图4所示。与聚乙烯表面接触极性的酰胺基（用_表示)，碳氢链向外排开（用—表示）。由于润滑剂的主体部份都将迁移至表面，需考虑以下问题：
·薄膜厚度既定的情况下，更高的润滑剂浓度将增加表面的滑动性，并导致更低的
COF。浓度在单层膜上的增加不会进一步的降低COF，反而可能降低表面光泽并增加雾度。
·基于同样的原因，在既定的润滑剂浓度下，增加薄膜厚度会导致更低的COF。
由于润滑剂的迁移不是瞬间发生的，COF的降低只有在一定时间之后才能观察到。这需要数小时才能达到动态平衡。
迁移速度取决于所使用的胺盐的类型。因于其相对较低的分子量，油酸酰胺的迁移速率快于芥酸酰胺。因此使用油酸酰胺作为润滑剂的树脂，其初始COF较低。但当迁移完成时，可以发现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为有效（如图5）。

图5随着时间与助剂类型的变化，低密度聚乙烯薄膜表面COF的变化

防粘连助剂
·类型与浓度
无机电绝缘成份，如滑石粉与二氧化硅，是最常见的防粘连剂。取决于树脂基体的种类与最终性能，防粘连剂的用量从零至1000ppm不等。
·作用机理
粘连可能于薄膜表面积聚的低分子量聚合物有关。那些低分子量的部份结晶度低，在挤出成模固化过程中，会从结晶区域向外迁移，影响薄膜表面的光滑度。粘连同样还会影响到薄膜表面的柔软度与光滑度。增加薄膜表面光滑度，将导致不同薄膜层间具有更高的粘接性能。
树脂中的防粘连剂在挤出成模固化后立即渗透到薄膜表面。这使得薄膜表面具有一定的粗糙度，有助于减少薄膜层与层间的接触，因此可以防止粘连（如图6）。防粘连剂粒子在聚乙烯母体中随机分布，不会迁移到薄膜表面。
图6：防粘连剂粒子在聚乙烯母体中随机分布
滑动助剂与防粘连剂对薄膜性能的影响
·光学性能
大多数防粘连剂会增加聚乙烯薄膜表面的雾度。（如图7）它们之间的关系一般呈线性，可以从图中看出，每增加1000ppm的二氧化硅添加剂用量，雾度增加0.4%至1%。滑动剂对薄膜雾度的影响只有在最佳用量临界浓度时才会发生。
图7防粘连剂浓度与薄膜雾度的相关性
摩擦系数
滑动助剂同时降低薄膜层与层间及薄膜与金属间的摩擦力。滑动与防粘连助剂的组合效应见于图8。滑动助剂用量既定时，COF随着薄膜厚度的增加而减少。减少表面与体积之比，使得迁移到表面的滑动助剂增加。（如图9）但是当薄膜厚度一定时，薄膜表面将完全被滑动助剂覆盖，COF不会进一步减小。

图8 1.2密耳厚的LDPE薄膜之COF与防粘连剂用量的关系
图9薄膜厚度对COF的影响
根据一般经验，可使用以下配方：
·S=薄膜厚度（用密耳或微米表示）×滑动助剂含量（用ppm表示），得到LDPE薄膜的COF约为0.2-0.16（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
线型低密度聚乙烯，低密度聚乙烯/线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达到0.2-0.16。
·粘连性质
滑动助剂与防粘连剂可以降低PE膜的粘连性,防粘连剂是主导因素。薄膜用途既定时，过多的滑动助剂会增加表面“湿粘性”。助剂的复合效应参见于图10。

滑动助剂的类型
如以上提及的，油酸酰胺在薄膜表面的迁移速率相对较快。而浓度达到平衡后，芥酸酰胺对COF的作用优于油酸酰胺。使用哪种类型的滑动助剂最佳，取决于树脂性能间的复杂相互作用，挤出条件，结构复杂性以及下游加工工艺要求。因此，在有限的技术信息内，不可能作出具体的限定与建议。
以下是一些通用的滑动助剂使用指南：
·由于油酸酰胺的迁移速率快，在需要快速达到低的COF时，可以使用油酸酰胺。例如，非常薄及软的薄膜如用于干洗袋的薄膜中，油酸酰胺可以有助于防止由于过大的摩擦力引起的起皱问题。
·为达到最终COF平衡，油酸酰胺需要更高的浓度，这可能会影响到下游印刷工艺。
·芥酸酰胺相对较慢的迁移速率可能会对一些关键的绕线操作有利，薄膜光滑会导致绕线问题及脱辊问题。