使用等離子體表面處理技術進行新的印刷粘合改進

柔性包裝正在經歷一場技術革命,旨在提高消費者的便利性,加強消費者保護,并為整個制造和分銷鏈的一系列挑戰提供新的解決方案。高性能薄膜結構、包裝配置和應用以及印刷技術繼續推動柔性包裝進入現有市場和全新市場。軟包裝協會已經確定,在一個包裝行業內,軟包裝銷售額為120億美元,估計總銷售額約為205億美元。雖然傳統上的電暈和火焰表面預處理已經制備出成品柔性包裝結構用于圖形和涂層增強,但本文提供了使用大氣等離子體處理(APT)技術為新的柔性包裝印刷粘合性能帶來益處的證據。

?大氣等離子處理工藝背景

大氣等離子處理工藝是為處理/功能化各種材料而開發的,與目前用于軟包裝應用的電暈、火焰和底漆處理技術相比具有獨特的優勢。 大氣等離子處理系統允許在大氣壓和低溫下利用廣泛的惰性和活性氣體產生均勻的高密度等離子體。 大氣等離子處理工藝用類似于真空等離子處理工藝的方式處理/功能化材料表面。APT生產設備測試目前已成功用于各種材料的處理,包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯、Tyvek?、聚酰胺和聚四氟乙烯。經過處理的材料的表面能大幅增加(無需任何背面處理或針孔),從而提高其潤濕性、印刷性和粘合性能。

大氣等離子處理工藝包括將聚合物暴露在低溫、高密度輝光放電(即等離子體)中。產生的等離子體是一種部分電離氣體,由大濃度的激發原子、分子、離子和自由基組成。氣體分子的激發是通過使氣體(在開放式設計中輸送)進入電場(通常是高頻)來完成的。自由電子從外加的高頻電場中獲得能量,與中性氣體分子碰撞并轉移能量,使分子離解,形成許多活性物質。正是這些激發物質與等離子體相對的固體表面的相互作用,導致了材料表面的化學和物理修飾。等離子體對給定材料的影響取決于表面與等離子體中存在的反應物質之間的化學反應。在通常用于表面處理的低暴露能量下,等離子體-表面相互作用只改變材料的表面;影響僅限于幾個分子層深的區域,并且不會改變基底的體積特性。由此產生的表面變化取決于表面成分和所用氣體。用于等離子體處理聚合物的氣體或氣體混合物可包括氮、氬、氧、一氧化二氮、氦、水蒸氣、二氧化碳、甲烷、氨和其他物質。每種氣體產生一種獨特的等離子體成分,并產生不同的表面特性。例如,通過等離子體誘導的氧化、硝化、水解或胺化,可以快速有效地提高表面能。根據聚合物的化學性質和源氣體,將分子部分替換到表面可以使聚合物變得可潤濕。特定類型的被取代原子或基團決定了特定的表面電位。對于任何氣體成分,三種表面工藝同時改變柔性包裝基板,其程度取決于化學和工藝變量:燒蝕、交聯和活化。在燒蝕過程中,高能粒子(即自由基、電子和離子)對聚合物表面的轟擊和輻射破壞了聚合物主鏈的共價鍵,導致分子量較低的聚合物鏈,隨著長分子組分變短,揮發性低聚物和單體副產物蒸發(燒蝕)并被排出。用惰性工藝氣體(氬或氦)進行交聯。鍵斷裂發生在聚合物表面。但是,由于沒有自由基清除劑,它可以在不同的鏈(交聯)上與附近的自由基形成鍵?;罨怯玫入x子體中不同的原子或化學基團取代表面聚合物官能團的過程。與燒蝕一樣,暴露在高能物質表面會吸收氫或破壞聚合物的主干,產生自由基。此外,等離子體還含有非常高的紫外線輻射。這種紫外線能在聚合物表面產生額外的自由基。自由基在熱力學上是不穩定的,它能與聚合物主鏈本身或表面存在的其他自由基迅速反應,形成穩定的共價鍵合原子或更復雜的基團。

大氣等離子表面處理后

? ? ? ? ? ? ? ?未被處理表面? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? APT——處理表面? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

已從理論上和實踐上論證大氣等離子體在成品膜上的應用,以向基底膜提供特定的功能,以改善與電暈處理工藝相關的粘附性。由于大氣等離子體在大氣壓下的高密度等離子體中含有高度反應性物質,它被證明能顯著增加表面面積,并在聚合物表面形成極性基團,從而使基底與其界面(即油墨、涂料、粘合劑)之間發生強共價鍵合。

分析表明,利用聚酯基結構上的水性油墨的柔性包裝轉換器可通過采用基于大氣等離子表面處理系統來改善油墨的粘附性。

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