在软包装复合膜的结构中,BOPP/CPP结构是应用非常广泛的一类,广泛应用于各种饼干、小面包、糖果等包装中,而BOPP/CPP复合膜的剥离强度一直以来都不太高。随着下游客户对这类结构的剥离强度要求越来越高,这类结构对胶粘剂的要求也逐渐提高。BOPP/CPP无溶剂复合时,有时会出现剥离强度低的现象。国家标准要求剥离力需达到0.6N/15mm,对于这种结构,好的情况下可以达到1.0N/15mm以上,而有时则低至0.3~0.4N/15mm,同时可简单观察到油墨完全转移,但在热封制袋的过程中未发现脱层等。对于这种现象有一种常见的情况是,BOPP膜在剥离的过程中发生了自身的层间剥离.BOPP膜常见为多层结构,当胶水在BOPP和CPP间的粘接强度大于BOPP膜自身不同层间的结合强度时,膜便在较弱的地方分开,此时测得的剥离强度其实并不是胶水的粘接强度,而是BOPP的层间剥离强度
这种现象可以通过对剥开的膜进行染色得到验证。有一种胶水染色剂可以对聚氨酯类的物质进行染色而显红色,而对于薄瑜剐桕裴膜,尼龙显土黄色,其它膜则不显色。这种染色剂常用于判断胶水停留在哪一侧的基材上。对于BOPP/CPP复合膜,在没有将BOPP拉断的情况下将膜剥离开,在一定条件下使用染色剂染色,结果为两面都没有显色。这种情况则表明,剥离开的地方不是胶水的界面,也不是油墨(聚氨酯体系)转移后的界面,因为校水和聚氨酯油墨染色后均应显示红色。
此种情况即为BOPP发生了层间剥离,这可通过进一步实验验证。将刚才染色过的膜用砂纸在含CPP那一面轻轻来回磨擦后再次进行染色,可观察到被砂过的地方显出了红色。这是由于砂纸将一层OPP膜磨掉以后,露出了聚氨酯的油墨从而染色显示出红色。
下图1是软包装复合原理图,两层或多层薄膜通过胶粘剂粘结在一起,成为软包装复合膜。复合膜的剥离强度,测试值的高低,与基材薄膜本身关系密切。 薄膜的电晕处理就是把薄膜置于电场中成为阻断传导的介质,在电场作用下,获得高能量,并激活空气中的氧分子、氮分子、水分子等,同时把这种能量分配到薄膜上,在薄膜表面驻极,形成极性的化学自由基团,产生羟基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(> C=O)等,使薄膜表面产生这些悬挂键。而这些官能团的引入,是增加薄膜表面张力的关键所在。 BOPP和CPP都是非极性材料,如果不进行电晕处理或者电晕处理不足,是很难粘接的。市场上常见的BOPP和CPP薄膜材料,经常会有电晕不足的情况,这种情况可直接导致复合膜剥离强度偏低。 BOPP薄膜即双向拉伸聚丙烯薄膜。BOPP薄膜的生产是将高分子聚丙烯的熔体首先通过狭长机头制成片材或厚膜, 然后在专用的拉伸机内,在一定的温度和设定的速度下,同时或分步在垂直的 两个方向(纵向、横向)上进行的拉伸,并经过适当的冷却或热处理或特殊的 加工(如电晕、涂覆等)制成的薄膜。 BOPP的材料本身性质和加工过程决定BOPP的特点: 拉伸方向上,强度大,非拉伸方向上(垂直于拉伸方向),强度低;见下图2中a,b图; 撕裂强度低, BOPP薄膜两端面不能留有任何切口, 否则BOPP膜在印刷、复合时容易撕断,见下图中d。图2 BOPP加工原理图
另外,对于此结构,测试剥离力的角度也对测试数值有很大的影响,通常在自由角度测试时,BOPP很容易发生断裂,仅能读取最高值,可达到2.0N/15mm以上,甚至高达4.0N/15mm以上,这实际上是BOPP的断裂强度。在T型测试角度下,BOPP有时会断裂,有时会在一段平稳数值后再发生断裂。相对前两种方式,180°剥离更容易得到平稳的读数然而BOPP更容易完全层间剥离,这种情况下测得的数据则偏低,即为层间剥离强度,
基材质量在很大程度上决定着此结构的最终剥离测试结果,剥离的过程是从最弱的一个界面分开,若基材不变的情况很难通过调整胶水或油墨而得到改善,比如不管是干复还是无溶剂复合,同样的BOPP/CPP复合都会得到类似的结果
由于BOPP本身容易分层,所以在测试BOPP/CPP复合膜时,实际测出的数据可能是BOPP层间强度,而不是真实的BOPP和CPP之间的剥离强度。 用手剥离,感觉剥离强度较大,上机测试剥离强度值特别低; 上机剥离开的面相互摩擦,发现仍非常平滑,则BOPP已经分层;如果有些粗糙感,则是胶粘剂; 染色剂,聚氨酯胶粘剂可被染色,如果染色发现不上色,则是分层了 BOPP、CPP本身的拉伸强度和断裂伸长率会影响BOPP/CPP复合膜的剥离强度,如出现上机BOPP本身断裂的情况。 如果BOPP是印刷膜,印刷油墨的转移直接影响BOPP/CPP复合膜的剥离强度测试结果。如果印刷油墨转移,测试的数据是印刷油墨与BOPP的附着力,而不是BOPP/CPP剥离强度。 软包装复合膜是胶粘剂将两层或多层薄膜粘结在一起,而形成良好粘接有以下几个条件,见下图3粘结示意图: 胶粘剂与被粘物表面(在软包装中,指基材薄膜材料)可形成良好的润湿。这要求胶粘剂与薄膜表面接触角尽可能小,还要求薄膜表面清除“弱界面层”,并有适当的粗糙度,容易润湿;图3 粘结示意图
对极性薄膜材料来说,如PA、PET等塑料薄膜,表面的极性基团与无溶剂聚氨酯胶粘剂中的氨基甲酸酯键、酯键等形成氢键,形成较牢固的粘结;而对于BOPP、CPP非极性塑料,就必须通过电晕处理增加表面氧化极性,才能与胶粘剂形成较强的粘结。 由上可知,BOPP/CPP结构中,无溶剂聚氨酯胶粘剂如果想达到良好的粘结效果,要具有良好的润湿性和流动性,还要有适当的内聚强度。不同的胶粘剂分子结构不同,粘结性能不同,这就要求从分子结构设计方面考虑,设计合适的分子结构的无溶剂聚氨酯胶粘剂,并匹配合适的复合工艺如温度、压力等,保证无溶剂胶粘剂对薄膜的润湿性和固化后具有适当的内聚强度;同时,BOPP和CPP薄膜需要通过电晕增加极性和清除“弱界面层”。