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抗静电技术在包装印刷业的应用

2007-8-27 19:19:24互联网 点击数: 【字体:

静电的产生机理
  众所周知,包装印刷业所用的材料如纸张、塑料、油墨、粘合剂、导辊(部分经阳极处理生成氧化铝都是绝缘体;印刷、复合、复卷、分切等工艺又是高速进行摩擦、接触、分离的“表面"工程。而不同种类的绝缘材料在快速摩擦、接触、分离过程中,具有较强吸附电子能力的材料由于获得电子而出现负电荷,而另一种材料由于失去电子而带正电荷。静电的产生主要与绝缘材料的化学组成、分子结构、力学特性、光洁程度、电性能以及环境温湿度、外界机械作用情况如接触压力、摩擦分离的速度等因素有关。薄膜的种类、接触类型、接触时间、接触面积、分离速度不同,产生的静电放电时间以及电压不同。如电性能越好的材料静电强度越大;相同材料间也易产生静电,例如当把两块密切接触的塑料材料如聚乙烯薄膜迅速分开时,瞬间产生的静电可达一万伏以上。此外,不含水分的液体和气体也容易带上静电。印刷材料中的纸张、塑料、油墨、印版(如柔印版)等对电子的亲疏特性各不相同,且印刷过程中很大的压力使它们密切接触,又有很高的速度使它们迅速分离,完全具备静电产生的条件。因此印刷过程中,极易产生成千上万伏的静电积累并放电。特别是纸张、塑料材料在制造过程中,由于粒料之间、熔体与螺杆、料筒、模口(模唇)之间的摩擦、收卷时和导辊摩擦都会产生静电积累,静电来不及逸散就被销售到包装印刷厂,在印刷、复合等加工前就带有静电,为静电持续积累并放电提供了条件。塑料材料带电的规律是:塑料的功函数大,则易带负电;其功函数小,则带正电,常见的塑料材料中,功函数由大到小的顺序依此为:PP、PE、PS、PVDC、PET、纸、AL(铝箔)、PA。即PP、PE极易带负电,PET、纸、AL(铝箔)、PA极易带正电。
静电的危害
  一旦带静电,就会给印刷带来首先是在静电作用下,纸张与纸张之间牢牢吸住,无法整齐。在印刷过程中,由于静电吸引,单张纸之间牢牢地粘贴在一起,有时两张,有时几张,有时一沓纸难以分开,导致分纸吸嘴吸不起纸张,严重影响印刷效率。塑料材料在进行彩印时,由于静电放电,经常会发现印晶边缘出现毛刺状油墨溢出、套印偏差增加等现象;油墨产生静电会产生浅网或漏印现象;塑料薄膜以及油墨吸附环境中的粉尘、毛发等异物易发生刀丝等质量问题。在进行复卷、分切、制袋等工艺时,静电放电会破坏设备的光电纠偏系统、电磁控制系统等。高达数万伏的静电放电极易引燃有机溶剂,发生火灾事故。特别是包装材料因吸附异物会造成对所包装产品的污染;在顾客使用时降低了自动灌装效率;在包装粉剂产品如洗衣粉、药剂、奶粉时,由于袋口吸附了粉剂,封口强度无法保证。
抗静电技术
  要结合生产实际、包装材料的用途(包装什么产品)、顾客的使用条件等情况,采取不同的抗静电技术。常见的抗静电技术如下:
1.物理消除法
  物理消除法是在不改变材料性能的情况下,利用静电本身固有的特性来消除的方法。如“接地”消除法,就是在工序上安装消静电毛刷。将刷体置于纸张或塑料卷材的收卷或放卷处,并使消静电毛刷的接地端可*接地,而不能接于设备或导辊上。因为设备有可能接地不良;部分导辊经过阳极处理,表面生成氧化铝,而氧化铝是不导电的。例如高压放电式静电消除法,即采用高压放电式静电消除器来消除静电。泫静电消除器按放电极性分为单极性和双极性。单极性静电消除器只中和一种电荷(正电荷或负电荷),双极性静电消除器既可以消除正电荷,又可以消除负电荷。环境湿度控制法也是较为常见的一种,增加车间环境的相对湿度(适宜在60%~70%范围),可以提高塑料、纸张表面的水分,形成微薄的、可以导电的水膜,从而加速静电泄漏。以上三种相结合的静电消除法在进行印刷、复合、分切以及制袋工艺时较为常见。
2.化学消除法
  化学消除静电法即抗静电剂处理技术,主要是将抗静电剂(表面活性剂)通过添加(填充)技术或涂层技术,对树脂或基材进行电性能改性的方法,是较为彻底和完善的抗静电技术。但由于添加或涂布了抗静电剂,引起了材料化学成分的改变,因而该技术不适用于对纸张的处理,只适用于对塑料树脂的改性。
  特别是在包装食品、医药、化妆品、化工产品等,要注意安全性、卫生性以及与基体树脂的相容性等等,故而技术含量较高。具有抗静电性能的包装材料,不仅杜绝了由于静电引起的各种质量事故,而且为顾客提高了包装效率,保证了封口强度,因而得到顾客的认可。令人欣慰的是,塑料工业界早在上世纪90年代初期就加强了对抗静电剂的研究,抗静电剂的性能日趋成熟,抗静电剂处理技术也得到了广泛的推广与使用。
2.1添加型处理技术
  该技术(即母粒技术)是将添加型抗静电剂按一定浓度(百分之几到百分之几十)与热塑性树脂混合,并添加多种助剂,经熔融、混炼、造粒,制得抗静电母粒。抗静电剂的选用,要注意与基体树脂的相容性。若相容性太差,则制得的抗静电粒子性能较差;但相容性太好,则抗静电剂向表面迁移的速度太慢,难以形成抗静电水膜。选用与制品树脂相同的树脂作为基体树脂,在进行熔融、混炼、造粒的过程中,要尽可能维持较低的加工温度,防止抗静电剂因热稳定性不好而分解甚至变质。利用抗静电粒子制备抗静电塑料薄膜,常采用三层(ABC)共挤吹塑工艺。注意添加抗静电母粒的比例要根据其有效物的浓度确定,并依据测试结果作适当调节,使其表面电阻率ps在1011n左右即可;添加量增大不仅增加产品成本,而且会对后期的加工工序带来不利影响。若要制备抗静电复合包装材料,则把抗静电粒子加入功能面(热封面),而不加入复合面(电晕处理面),以免迁移出的抗静电剂及水膜形成阻隔层,影响复合后材料的剥离强度。也可将抗静电母粒按一定比例加入涂覆级树脂如PE、PP中经挤出复合(流延)工艺,从而避免了薄膜因粘连及吸附异物等引发的质量问题。
2.2涂层型处理技术
  涂层型抗静电剂处理技术是将离子型表面活性剂制成抗静电涂料,涂覆于塑料薄膜表面,起防止电荷积累效果。涂层型抗静电剂的选用,要根据被涂覆基材的功函数大小来确定。塑料材料的功函数大,则易带负电;其功函数小,则带正电。常见的塑料材料中功函数由大到小的顺序前面已谈到,PP、PE极易带负电,宜采用阳离子型表面活性剂涂覆;PET、PA极易带正电,宜采用阴离子型表面活性剂涂覆。要求塑料薄膜表面润湿张力大于38dyn/cm;抗静电涂料成膜性好、耐摩擦、耐化学腐蚀且作用持久。制备抗静电涂料的方法是:将抗静电剂溶解于成膜性好、与塑料薄膜附着牢固的醇溶性或酯溶性树脂或乳液中;也可用聚氨酯粘合剂作载体,用酯类溶解;还可溶解于溶剂型塑料涂料中,制成抗静电涂料。涂布时注意选择合适的涂布干量,设定好干燥箱阶梯温度,控制好卷取速度及环境相对湿度,防止涂布后产生雾度、彩虹等现象。
静电的测量与测试
  对包装材料的静电测量主要是测量其所积累电荷的电压,可采用静电电压表进行测量,且要先选择最大量程,而后逐步缩小量程。对包装材料表面电阻率的测试,要依据GB/1410—89《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》,在规定的环境温度、相对湿度条件下进行。测得其表面电阻率在109n一1012~范围内,即具有抗静电性能。
  静电是一种常见的物理现象,有物体运动就容易产生静电。加之包装印刷业几乎所有的加工工艺都是在绝缘材料表面进行,静电的产生就不足为奇。只要我们加深对静电产生的机理、危害的认识,科学、经济地运用抗静电技术,就能保持软塑包装材料的快速发展,并运用到各个领域。
 



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