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目前以石油為原料的塑料、纖維、合成橡膠等合成高分子材料的用量越來越大,并且還在快速增長。但在實際使用中人們逐漸發現這類材料存在許多表面問題,如表面硬度低、阻隔性差、難印刷、難粘接、產生靜電、生物相溶性差等,這些表面問題不僅嚴重地影響了這些制品的使用性能,也極大地限制其應用市場的進一步擴大。

塑料薄膜是塑料尤為主要的用途之一,約占塑料用量的百分之35。由于塑料薄膜的相對表面積大,其表面問題顯得更為突出,主要表現為難印刷、難粘接、難復合、產生霧滴、產生靜電等。國內目前在工業上應用的塑料薄膜表面處理技術是電暈法,但該方法的局限性很大,對許多大宗用途不適用。等離子體表面改性技術已被列入我國“863”計劃,但至今未有技術性突破,主要原因是該技術要求的高真空度使其很難成為大宗工業產品的表面改性技術對解決現有薄膜制品及生產中存在的問題,開發高性能和功能化薄膜制品,擴大塑料薄膜的應用市場具有重要意義。

北京化工大學材料學院材料表面工程研究室自1996年開始,經間歇小試、模試及中試實驗,開發出了以表面光接枝為主要技術特征的制備親水/疏水不對稱塑料薄膜的連續生產新工藝。由該新表面處理技術獲得的塑料薄膜產品,其一面仍具有薄膜原有的疏水性,而另一面可根據不同的需要對表面極性進行任意調節,直至達到完全親水。當然,也可以對薄膜的兩面同時進行處理,獲得對稱改性產品。

該技術適用于幾乎所有的塑料薄膜,如PE、PP、PVC、PET、尼龍等。接枝聚合的特點使得改性層與原基膜以化學鍵聯接,性質非常穩定。其中開發的“有成效無霧滴塑料大棚制備新技術”,結合應用基礎和應用試驗,在通過了教育部組織的中試鑒定之后,又完成了由中試向工業化過渡的工業性中試,建立了一條處理寬度為2米的半連續生產示范裝置及車間,完成了進行工業化生產的準備。該生產裝置既可以作為單獨處理生產線對成品膜進行下線處理,也可以將該處理單元附在原有吹膜或拉膜生產線上而直接獲得高性能或功能薄膜制品,其投資成本更低。利用該成套技術,可以使生產的塑料薄膜一面或兩面的表面能自由任意調節,直至完全親水;也可按照需要向塑料薄膜的一面或兩面引入官能團或反應基團,如酸、堿、羥基、氨基、酐基、環氧基等。這為開發各種新穎性能的特種塑料薄膜奠定了基礎。目前的PE、PP、PVC、PET等工業包裝膜在實際使用中均存在兩個問題,難印刷和難粘接。

一般在印刷之前要對薄膜表面進行電暈處理,有時還要涂以特種底漆,然后使用昂貴的特種印刷油墨,因而成本很高,且印刷質量也不好。該技術可以將強極性的親水基團引入薄膜的表面,并且由于接枝鏈與基體薄膜以化學鍵相聯,新的表面具有持續性,可從根本上改變現有的塑料薄膜印刷技術。不僅可以解決塑料薄膜印刷的溶劑污染問題,還可使用傳統的水性油墨降低成本。而對于食品包裝而言,除了需要考慮和解決表面或里層印刷、粘接、熱封等問題外,對氧、水分和香味的阻隔性是至為主要的指標。PE和PP對水的阻隔性優良,但對氧的阻隔性差;PET和尼龍對氧有較高的隔離性,但對水較差;PVDC對氧、水均具有良好的阻隔性,但成膜性及單獨成膜強度差,成本高;PVOH(聚乙烯醇)是很好的隔氧性薄膜,但因其溶解于水而難過蒸煮殺毒這一關。現在利用由這種技術生產的單面親水PE、BOPP或BOPET改性膜,很容易獲得PVDC涂層復合膜、將PVOH夾于兩PE膜中間的既隔氧又隔水的高等級食品包裝膜、利用處理PE或PP與處理PET組成的無粘合劑中檔食品包裝膜、高等級低成本鋁塑復合膜、防霧化且防結露保鮮袋等新型復合包裝膜。塑料薄膜表面處理難題的攻克。

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