等离子体处理提高双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜表面能-plasmatreatment

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜是一种质轻、无臭、无毒、防潮、机械强度高的绝缘材料。由于其具有光泽度和透明度高、机械强度好、坚韧耐磨等优点,在食品、香烟、纺织品等产业领域应用很广,有“包装皇后”的美称。但由于BOPP薄膜中含有大量非极性基团,表面能较低,存在热封性差、表面润湿性和生物相容性差等缺陷,阻碍了其在包装、印刷等领域的应用深度和在医疗、卫生等领域的应用广度。为改善BOPP薄膜的表面活性,实现深度功能化,在印刷和复合前需要对其进行表面处理。对薄膜材料表面改性技术从物理方法上主要有抛光、喷砂、填充、喷丸、共混处理等;从化学方法上主要有偶联剂改性、热处理、氧化法等,还有其他混合方法如激光处理、共混改性、功能化处理、等离子体改性处理等。

低温等离子体表面改性技术作为一种清洁的干式工艺,不需要化学溶剂,不损伤材料基体,在材料表面处理工业领域得到越来越多的研究和应用。一方面,低温等离子体放电过程产生大量的均匀带电粒子,带电粒子在高电压作用下撞击材料表面,使得高分子材料表面化学键断裂,材料料表面自由能增强。另一方面,等离子体放电过程中会引发紫外辐射,具有较高能量的紫外光子会攻击材料表面的化学键使之断裂,产生一系列的化学和物理反应。无论是等离子体中的带电粒子,还是紫外光子,都在不伤及材料基体的前提下,只对材料的表面产生侵蚀作用,使得材料表面的粗糙化程度加强,亲水性得到改善。同时,在等离子体和材料表面的相互作用过程中,极性基团会被导入材料表面,有效消除材料表面的弱界面层,提高薄膜材料的表面能。

等离子处理对聚丙烯薄膜亲水性的影响

下图给出了等离子体对BOPP样品表面处理后,样品表面水接触角的直观效果图。从效果图中可以看出,等离子体对BOPP薄膜表面改性有很好的效果,处理5s后的样品表面水接触角已有很清晰的变化,随着介质阻挡放电时间的延长,样品表面水接触角快速变小,处理30s后的材料表面的水滴基本处在平铺的状态,说明BOPP材料的表面能得到了显著的提升,润湿性和亲水性能有了很好的改善。

样品表面水接触角的效果图

等离子体处理可以有效提升BOPP薄膜表面能,一方面带电粒子在电场的作用下撞击样品表面,样品表面的化学键在等离子作用下发生断裂和重新组合,提升了材料的表面能;另一方面在等离子体和BOPP薄膜相互作用的过程中,空气等离子体中的氧自由基与样品表面的碳氢键或碳碳键打开后形成的不饱和碳化学键结合,形成了C—O等基团,使得材料表面的活性增强,表面能得到改善。