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雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜是一種質輕、無臭、無毒、防潮、機械強度高的絕緣材料。由于其具有光澤度和透明度高、機械強度好、堅韌耐磨等優點,在食品、香煙、紡織品等產業領域應用很廣,有“包裝皇后”的美稱。但由于BOPP薄膜中含有大量非極性基團,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、印刷等領域的應用深度和在醫療、衛生等領域的應用廣度。為改善BOPP薄膜的表面活性,實現深度功能化,在印刷和復合前需要對其進行表面處理。對薄膜材料表面改性技術從物理方法上主要有拋光、噴砂、填充、噴丸、共混處理等;從化學方法上主要有偶聯劑改性、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作為一種清潔的干式工藝,不需要化學溶劑,不損傷材料基體,在材料表面處理工業領域得到越來越多的研究和應用。一方面,低溫等離子體放電過程產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鍵斷裂,材料料表面自由能增強。另一方面,等離子體放電過程中會引發紫外輻射,具有較高能量的紫外光子會攻擊材料表面的化學鍵使之斷裂,產生一系列的化學和物理反應。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,只對材料的表面產生侵蝕作用,使得材料表面的粗糙化程度加強,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,極性基團會被導入材料表面,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,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,樣品表面的化學鍵在等離子作用下發生斷裂和重新組合,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氫鍵或碳碳鍵打開后形成的不飽和碳化學鍵結合,形成了C—O等基團,使得材料表面的活性增強,表面能得到改善。