電暈處理對BOPP薄膜印刷適性的影響

黃亞男

一位行業人士向筆者反饋了如下問題：他們公司在實際生產不干膠標簽過程中遇到了難題，即為了節省原材料成本，公司領導考慮自行對不干膠標簽的基材（BOPP薄膜）進行電暈處理，結果卻帶來了麻煩，即在印刷過程中反復出現薄膜承印能力不強、油墨難于附著在其表面的現象，公司技術人員嘗試了各種辦法均沒有得到很好解決。這位行業人士考慮問題可能出在BOPP薄膜的電暈處理環節，于是將BOPP薄膜拿來請筆者進行專業檢測。

首先，筆者使用可以調節電流強度的電暈處理儀對BOPP薄膜表面進行電暈處理，然后運用掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力學顯微鏡（AFM）對其表面形態進行觀察分析。最后，通過使用IGT印刷適性儀打樣，分析不同電流強度對BOPP薄膜表面性能的影響，以尋求提高BOPP薄膜印刷適性的有效方案。

SEM觀察分析

SEM主要用于觀察薄膜表面的微細形貌、斷口及內部組織，并對薄膜表面微區成分進行定性和定量分析，在薄膜表面做元素的面、線、點分布分析，具有掃描成像功能和X射線能譜儀功能。

圖1和圖2分別是BOPP薄膜電暈處理前后SEM表面圖（標尺分別為20μm和50μm），可以看出未經電暈處理的BOPP薄膜表面光滑且規整，經過電暈處理后，BOPP薄膜表面發生顯著的形貌變化，薄膜表面出現了一些凹凸起伏物，這是因為在電暈處理過程中，電流對BOPP薄膜表面進行了強有力的沖擊，使薄膜表面起毛，變得非常粗糙。

AFM觀察分析

AFM是利用探針和樣品間原子作用力的關系來觀察BOPP薄膜的表面形貌，可用于任何樣品的觀察，不需要進行表面處理，可以得到樣品表面的三維形貌圖像。

圖3是BOPP薄膜電暈處理前后的AFM表面圖，通過比較可以發現，未經電暈處理的BOPP薄膜表面最大深度不超過26.9nm，經電暈處理后，最大深度可達68.0nm，且表面呈現明顯的不規則凹凸起伏狀，凸起部分的顏色較亮，經分析這些較亮部分為顆粒狀物質，主要成分為低分子量的氧化物。表面微粗糙度變化以及微觀真實面積的增加，真實反映了電暈處理對BOPP薄膜結構及組成的影響。

薄膜表面張力檢測

經微觀觀察分析，經電暈處理之后的BOPP薄膜表面的粗糙度確實提高了，但BOPP薄膜與印刷適性的關系還需要通過使用IGT印刷適性儀檢測其表面張力來做進一步分析。

圖4為電暈電流對BOPP薄膜表面張力的影響。隨著電暈電流的增大，電暈放電時產生的粒子動能增大，有利于打開塑料表面長分子鏈的化學鍵，表面活性能逐漸增加，表面張力也會隨之相應增加。

從實驗數據來看，BOPP薄膜的表面張力隨著電暈電流的增加而增加，這有助于油墨的附著和粘接。BOPP薄膜表面張力的峰值出現在電暈電流為8A左右時，當電流再增加時，BOPP薄膜表面張力反而呈下降趨勢，這是因為電極與電暈輥之間的空氣量已達到一種相對穩定的狀態，此時空氣中氧分子的含量是一定的，即使提高電極的電壓和電流值，也不能激活更多氧分子，使更多含氧官能團停留在BOPP薄膜表面，再加上由于過度電暈使得薄膜表面結構遭到嚴重破壞，因此當電暈電流再提高時，BOPP薄膜的表面張力就會呈現迅速下降的趨勢。

墨膜牢固度檢驗及分析

塑料簿膜印刷后墨色必須均勻牢固，否則將失去使用價值。實際印刷生產中墨膜牢固度定性檢驗常用斯考茨（Scatch）膠帶粘拉試驗法，即用膠帶在塑料印刷面上用手指壓平，使其與塑料緊密貼合，然后，慢慢揭起全長的一半，再迅速揭起另一半，觀看薄膜表面油墨被膠帶粘起的情況，并估計油墨的剝落率。如果油墨剝落率小于1%，可鑒定薄膜表面處理質量較好，墨膜牢固度符合要求；如果油墨剝落率在1%～10%之間，可鑒定為薄膜表面處理質量欠佳，墨膜牢固度不穩定；如果油墨剝落率大于10%，可鑒定為薄膜表面處理質量差，印品為廢品。

圖5為經不同電暈電流處理后BOPP薄膜表面墨膜牢固度檢驗結果。對比未經電暈處理的BOPP薄膜，經電暈處理后的BOPP薄膜表面墨膜牢固度明顯提高。隨著電暈電流強度的增大，BOPP薄膜表面墨膜牢固度大大提高，經8A電流電暈處理后的BOPP薄膜，表面張力達到最大，無墨膜脫落現象發生。

圖6是電暈電流對油墨遷移量的影響。隨著電暈電流的提高，油墨在BOPP薄膜表面的附著力大大提高，當電暈電流達到8A時，油墨遷移量近乎為零，說明無墨膜脫落現象發生。但當電暈電流超過8A甚至再提高時， BOPP薄膜表面張力下降，油墨附著力也會隨之降低，油墨遷移量便會愈來愈高。

結論

（1）電暈處理時產生大量的等離子臭氧粒子，直接或間接與塑料表層分子作用，由高能粒子組成的電暈轟擊薄膜表面后，引起了BOPP薄膜表面高分子鍵的斷裂，在材料表面產生了許多不同的自由基及不飽和中心，這些淺表面的自由基和不飽和中心再與薄膜表面吸附的水分發生交聯反應，從而在纖維表面中形成了羥基等極性基團，使得BOPP薄膜表面活化。

（2）經過電暈處理后，BOPP薄膜表面凹凸峰寬增大，原始的形貌發生巨大改變。這些結果對電暈等離子體在工業生產中的應用具有指導意義。

（3）通過對油墨附著性和牢固度的檢驗，發現經電暈處理后的BOPP薄膜，油墨的附著性和牢固度明顯提高，且當電暈電流達到8A時，油墨在BOPP薄膜表面的牢固度最高，當電暈電流大于8A時，油墨附著力呈急劇下降趨勢。可見，電暈電流大小對BOPP薄膜的印刷適性具有決定性作用。