复合软包装基材的表面张力.doc

影响复合强度的重要因素：复合软包装基材的表面张力及其影响因素。
   复合软包装基材的表面张力
铝合金的表面张力大于850mN/m。GB l0570—89《精制铝箔》5.2.3条规定：“精制用铝箔表面不允许有润滑油燃烧后形成的明显黄色油斑，用于食品包装的精制用铝箔不得有油类气味并经刷水试验达到A级。”GB 3198—1996《工业用纯铝箔》4.4.2条规定：“O状态的铝箔，表面应无油斑，表面刷水试验应达到B级或A级。”4.4.3条规定：“药用铝箔表面带油应尽量少，表面润湿张力值不得小于32m N/ m。”
    YS/T 455.4—2003《铝箔试验方法》第4部分“铝箔的刷水试验方法”中A级试验采用的是100％的蒸馏水，B级试验采用的是10％的乙醇水溶液。
    通过上网查询及翻阅手册，得知：水的表面张力为 72.88mN／m (20℃，兰氏化学手册)，无水乙醇的表面张力为 24.05mN／m (20℃，兰氏化学手册)，10％的乙醇水溶液表面张力约为45mN／m（20℃）。
    综合以上的数据，我们可以得知：对于铝箔的表面张力这一技术指标，相关国标所规定的指标分别为不小于32、45、72mN／m（20℃）。其中用于食品包装的精制铝箔的表面张力按规定应当是不低于72mN／m。
    在复合软包装行业，配制表面张力测试液时使用的是甲酰胺和乙二醇乙醚的混合溶液。用这二种试剂可以配得的测试液的最高的表面张力值是56mN／m。最低值是32mN／m。
    笔者并未直接测量过铝箔的表面张力，但测量过复合薄膜中的铝箔的表面张力。
    将含铝箔的复合薄膜剥开后，用表面张力测试笔去检查铝箔的表面张力，笔者测得的最高数值是56mN／m，最低值是38mN／m。
    笔者曾经在镀铝膜加工厂检查过刚下机的镀铝层的表面张力，结果是明显大于50mN／m。笔者也曾检查过镀铝薄膜复合材料中镀铝层的表面张力，结果是最大值略低于50mN／m，最小值小于38mN／m。
    通过实验，笔者得知：食品包装中常用的聚氨酯胶粘剂固化成膜后的表面张力不低于50mN／m。
    在复合加工过程中，为了使胶粘剂在基材表面充分润湿，要在胶粘剂中加入大量的乙酸乙酯。乙酸乙酯自身的表面张力是26.29mN／m (20℃，兰氏化学手册），所配得的胶粘剂溶液的表面张力也会明显低于38mN／m，所以才能润湿各种常用的复合基材。
    在复合软包装行业中，对各种基材在复合加工前的表面张力值的要求是：
    铝箔：不小于72mN／m；（本体值：大于850mN/m）；
    镀铝层：无标准，理论上讲也应不低于72mN／m；
    聚酯：不小于50mN／m，（本体值：41-44mN／m）；
    尼龙（6）：不小于52mN／m，（本体值：42mN／m）；
    尼龙（66）：不小于52mN／m，（本体值：46mN／m）；
    OPP：不小于40mN／m，（本体值：29-31mN／m）；
    CPP：不小于40mN／m，（本体值：29-31mN／m）；
    CPE：不小于40mN／m，（本体值：30-31mN／m）。
    在一个典型的复合包装膜的例子中，例如：PET//CPP，在此复合膜中存在着两个界面：PET/胶粘剂和胶粘剂/CPP。如果将该复合膜剥开时，可能会出现如下几种情况：
1、 PET与胶粘剂层间被剥开
2、 胶粘剂与CPP层间被剥开   
3、 PET膜自身发生分离；   
4、 CPP膜自身发生分离；
5、 胶粘剂层自身发生分离。
将复合膜剥开后，用表面张力测试液（笔）去检查剥离面的表面张力值，在上述情况下应当会得到不同的结果。
1、 两侧的表面张力值均不小于50mN/m；
2、 PET侧不小于50mN/m，CPP侧不小于40mN/m；
3、 两侧均不大于43mN/m；
4、 两侧均不大于31mN/m；
5、 两侧均大于50mN/m。
通过检查剥离面的表面张力值，再结合用肉眼观察胶粘剂层的转移状况，这对于快速判别剥离强度差的原因应当是有所帮助的。
    但在实践中，还必须考虑基材薄膜中含有的助剂的影响。
    在基材薄膜的生产过程中，为了达到某种工艺目标，总是要加入一些助剂，例如抗静电剂、抗粘连剂、爽滑剂等。各种助剂的添加总量应当是在百分之一以下的水平上。而这些助剂必须要迁移到基材薄膜的表面上之后才会发挥相应的作用。
    一般来讲，基材薄膜的电晕处理大都是在线进行的。因为混料均匀是薄膜配料加工中一项基本要求，所以，在电晕处理时，分布在基材薄膜表面上的助剂所覆盖的面积应当是不超过百分之一的。对于CPE薄膜而言，其下机时电晕处理面的表面张力达到了40或42mN/m的前提条件是助剂所覆盖的面积不超过百分之一。
    在基材薄膜中所加入的助剂，相对于基材薄膜本体材料而言都是一些低表面能的物质，这些低表面能的助剂向薄膜的表面迁移是一种必然现象。
    在基材薄膜的存储过程中以及复合薄膜（包括充填好食品后）的存储过程中，基材薄膜中助剂向基材的表面迁移以及向胶粘剂层的迁移都是在持续进行当中的。助剂的迁移何时停止或达到某种程度的平衡主要取决于基材薄膜中的助剂的初始含量或浓度以及胶粘剂层“吸纳”助剂的能力。
    低表面能的助剂迁移到基材薄膜的表面后的必然结果是导致基材薄膜表面张力的降低。表面张力降低的程度则与迁移后的助剂所覆盖的基材薄膜的表面面积的百分比相关。
    复合软包装材料的层间剥离力（剥离强度）实际上是与胶粘剂的覆盖面积（涂胶量）和助剂层的覆盖面积有着密切的关系。
检查复合薄膜剥离面的表面张力的主要目的是要确定迁移后的助剂对基材薄膜表面张力的影响程度，并借此查找剥离强度差的原因。
    本文是笔者的一面之词，希望能起到抛砖引玉的目的。