1原理
本文所述的電暈處理是一種在高電壓下令電子加速離開電極，并撞擊聚合物表面的一種過程。由于兩極間的傳導(dǎo)被阻斷，使得處于電場中的氣體因受電子碰撞后離子化濃度急劇增加，其主要反應(yīng)過程如下： O2+高能量電子 →2O+低能量電子 2O+2O2→2O3+熱 即：3O2+電能→2O3+熱 前式也可寫成： 3O2+M→2O3+M
式中M為空氣中任何其它氣體分子，如氮。它們也可受高能電子沖擊離解為氮原子，并引發(fā)一系列反應(yīng)，此處略去。在臭氧生成過程中，伴有彌散藍(lán)紫色輝光的電暈現(xiàn)象，從而被稱之為電暈。換言之，薄膜的電暈處理就是把薄膜置于電場中成為阻斷傳導(dǎo)的介質(zhì)，在電場作用下，獲得高能量，并激活其它離子或分子，同時把這種能量分配到薄膜上，在薄膜表面駐極，形成極性的化學(xué)自由基團(tuán)，使薄膜表面產(chǎn)生懸掛鍵。在這一過程中，高能電子碰撞空氣中的氧分子、氮分子、水分子等，伴之發(fā)生氧化 —還原反應(yīng)，并產(chǎn)生臭氧和氮氧化物等。由于臭氧具有強(qiáng)烈的氧化性，當(dāng)它接觸到聚丙烯薄膜表面時，會在其表面毫微米發(fā)生復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)，產(chǎn)生羥基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(> C=O)等。而這些含氧官能團(tuán)的引入，是增加薄膜表面張力的關(guān)鍵所在。因此，通過氧化，不僅可以改良薄膜表面張力，還可以提高薄膜表面的可蒸鍍性和可印刷性。
電暈處理設(shè)備一般包括了一個高頻高壓發(fā)生器和一個附帶金屬電極和支持卷軸的電暈處理站。它們互相平行，并以一個1.5mm的空氣間隙作為分隔。當(dāng)電暈處理站輸入20～40kHz或數(shù)千伏高電壓時，電極間便會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，在薄膜表面形成均勻火花。 2討論
4.1電暈處理站的設(shè)備配置和調(diào)整狀態(tài)
4.1.1理想的電暈處理是電機(jī)的作業(yè)頻率正確，輸出電壓和電流值適中，放電過程有規(guī)律，這樣才能得到好的處理效果。
4.1.2電暈處理輥與電極之間的間隙大小必須保持一致，亦即兩者之間既要有一定的距離又要相互平行，這樣才能使膜表面處的場強(qiáng)相同，產(chǎn)生均勻的電暈處理。一般二者的間隙在1.5～2.5mm。
4.1.3調(diào)整好電暈處理輥與其它牽引輥之間的平行度和電暈處理輥上壓輥壓力的均勻性，這樣才能使膜在運(yùn)行中平穩(wěn)，不至于在電暈輥上發(fā)生起皺和斜扯，保持得到均勻的、足夠的電暈量。 4.2膜面溫度和空氣相對濕度對電暈處理的影響
在電暈處理的過程中，膜面溫度和空氣相對濕度是影響它的兩個顯著的變量。
隨著空氣相對濕度和膜面溫度的增大所需電暈處理的時間就越長，也即薄膜越不容易被電暈處理。這是因?yàn)楫?dāng)空氣中相對濕度增大時，空氣中水分子的含量增大，而電暈過程中產(chǎn)生的臭氧可溶于水，在常溫常壓下，臭氧在水中的溶解度比氧約高13倍，比空氣高25倍。由于臭氧濃度的下降，使含氧官能團(tuán)在膜面生成及駐極的機(jī)會大大減小，從而降低電暈處理的效果。隨著膜面溫度的增高，使駐極分子的穩(wěn)定性變差，表面分子遷移的比例增大，不利于膜面的高表面能區(qū)域的形成，部分抵消了通過電暈增加薄膜表面張力的作用。但另一方面，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)，膜面的溫度也并非越低越好。在生產(chǎn)中，電暈處理過程會產(chǎn)生大量的熱。為防止膜面溫度過高，通常我們采用循環(huán)水輥內(nèi)進(jìn)行閉式循環(huán)，并增加一套加熱裝置使冷卻水保持一定的溫度。過低的溫度會使膜面的分子在極化和發(fā)生化學(xué)變化時基本能量不足，也會造成膜面表面張力不足的問題，所以，把電暈處理輥處的膜面溫度控制在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)是電暈處理的一個關(guān)鍵問題，這也是我們在長期生產(chǎn)中摸索發(fā)現(xiàn)的。 4.3電暈處理中電暈強(qiáng)度和處理時間的控制
在生產(chǎn)中，為了使薄膜表面張力的處理達(dá)到某一等級，通常采用的方法是增加電暈處理的強(qiáng)度，在一定界限內(nèi)，這種方法是行之有效的，當(dāng)超過這一界限后，即使再增加電暈，也不會使薄膜表面能等級得到提高，這是因?yàn)楫?dāng)膜在瞬時進(jìn)行電暈處理過程中，電極與電暈輥之間的空氣量處于一種相對穩(wěn)定狀態(tài)，而這相對穩(wěn)定空氣量中的氧氣分子含量是一定的，即使提高電極的電壓和電流值，也不能激活更多的氧分子，使更多的含氧官能團(tuán)駐極到薄膜表面，達(dá)到提高薄膜表面能的目的。
一般說來，電暈處理的時間越長，表面能也會越高。但是，一方面在固有設(shè)備的條件下，延長電暈處理時間，必然會降低生產(chǎn)效率；另一方面，過長的電暈處理時間，會使薄膜表面張力太大，出現(xiàn)脆化現(xiàn)象乃至降解，不利于膜的一次收卷和二次復(fù)卷，我們在某單位的設(shè)備上就此進(jìn)行過成功的試驗(yàn)。
4.4電暈處理輥和電極平行
輥面和電極面的不平行會導(dǎo)致電暈處理不均，原因是電暈強(qiáng)度有差異，由下式
電暈強(qiáng)度=P/W．V
式中：P ——電暈裝置放電功率，W； W——膜寬，m; V——膜速，m/min；
從上式看出，電暈強(qiáng)度正比于電暈放電功率，而電暈放電的功率方程式為：
P=4CdVsf［V0-(Cd+Cg/Cd)Vs］ 式中：Cd——介電體電容，F(xiàn)； Cg——放電間隙電容，F(xiàn)； V0——驅(qū)動電壓(峰值)，V； Vs——間隙發(fā)火電壓(峰值)，V； f——驅(qū)動電壓頻率，Hz。
由上式顯見，間隙大小不一，直接導(dǎo)致單位面積上的放電功率不均，由于各處電暈的差異，最終影響浸潤張力的一致性。 4.5膜運(yùn)行的平穩(wěn)性
如果膜在運(yùn)行中，輥筒施加于膜上的張力的不一致，這種差異會發(fā)生局部皺折，使該部位在電暈處理時電容量發(fā)生變化，最終也會導(dǎo)致浸潤張力的不均勻。
除上述輥筒同步有差異外，還有電暈處理輥上的夾輥和電暈處理輥到后擴(kuò)展輥對膜的擴(kuò)展，以及輥與輥之間平行度、輥面水平度等，均有可能導(dǎo)致薄膜運(yùn)行姿態(tài)的不夠平穩(wěn)。
4.6薄膜發(fā)脆走偏問題
電暈處理中，要有一個度的問題，如果注入功率過大，則會出現(xiàn)水溫提得過高，影響到薄膜分子間的次價鍵力而出現(xiàn)發(fā)脆，即影響薄膜的使用，又使卷制電容器時邊緣無法卷齊，只得以降低速度來完成卷制任務(wù)，從而給電容器的制作工藝造成不利。 4.7廢液污染問題
電暈處理過程中，由于兩極間施加高壓，產(chǎn)生的電子對兩極間空氣中的分子進(jìn)行碰撞和激活，產(chǎn)生臭氧及一氧化氮等物質(zhì)，在一定的溫度下，由于它們的親水性，會與空氣中的水分子相結(jié)合，產(chǎn)生含有亞硝酸鹽、硝酸鹽成份的廢液，并且隨著空氣濕度的增加而增加。如果對產(chǎn)生的廢液不能及時進(jìn)行很好的清理，在排出管道或電極罩殼中存留下來，就可能流滴到輥面，并隨著輥的轉(zhuǎn)動而造成膜面污染，造成薄膜局部浸潤張力降低、附著不牢等，形成產(chǎn)品質(zhì)量問題。
2. BOPP薄膜電暈處理強(qiáng)度的影響因素
電暈處理器由電極、高電位器及硅橡膠輥組成，當(dāng)電壓通過2.5MM的空氣間隙時，就會產(chǎn)生連續(xù)放電，另外為了排除所產(chǎn)生的臭氧及降溫，用抽風(fēng)風(fēng)機(jī)把電暈處理器附近的空氣往外排走以及在硅橡膠輥內(nèi)部利用工藝水冷散熱。影響電暈處理效果的因素主要有以下幾種： 2.1電極類型
電暈處理的效果與電極的設(shè)計有較大關(guān)系。設(shè)備上采用單電極或雙電極方式在處理效果上有一定的差別，雙電極比較于單電極有幾方面優(yōu)點(diǎn)：1、能產(chǎn)生更高處理值，耗能更低； 2、能減少儲存時，表面張力的下降；3、減少薄膜在電暈處理過程中的受熱；4、減少表面感應(yīng)的靜電。 2.2薄膜溫度
BOPP是擠出厚片經(jīng)激冷后，再經(jīng)縱、橫二個方向拉伸后所制得的薄膜，在進(jìn)入牽引單元后，通過冷卻、切邊、測厚、預(yù)熱等工序，然后再進(jìn)行電暈處理。這時薄膜的溫度對電暈處理的效果有直接的影響，而薄膜溫度則主要由預(yù)熱輥的設(shè)定溫度進(jìn)行控制，
隨著薄膜溫度的升高，薄膜的表面處理達(dá)因值也同時升高。通過預(yù)熱輥的設(shè)定溫度來調(diào)整薄膜的表面處理達(dá)因值，是在工藝控制中經(jīng)常采用的有效方法之一。 2.3生產(chǎn)線速度
生產(chǎn)線速度是影響電暈處理效果另一重要因素。BOPP薄膜是在極短的時間內(nèi)通過高壓電極間隙，而使表面達(dá)因值得以提高，于高壓電極間隙內(nèi)停留時間的長短，會影響薄膜的電暈處理效果。
由此可見，電暈處理的電極電壓要隨著生產(chǎn)線速度的變化要作出相應(yīng)的調(diào)整，隨著生產(chǎn)線速度的增大而增大。 2.4電極排風(fēng)量
在電暈處理過程中，隨著空氣離子化，會產(chǎn)生等離子體，其中包含有電子、氧離子、臭氧等，等離子體會滲透薄膜，破壞其它化學(xué)鍵，激發(fā)自由游離基，與氧氣離子起作用成氧化極化基，這些基團(tuán)會對薄膜的表面潤濕特性產(chǎn)生影響。從另一方面來說，等離子體在薄膜表面的濃度會直接影響電暈處理的效果。一般而言，電極排風(fēng)閥門的開啟度越大，薄膜的表面處理達(dá)因值會越??；反之，電極排風(fēng)閥門的開啟度越小，薄膜的表面處理達(dá)因值會越大。 2.5 表面材料
BOPP的生產(chǎn)會涉及到不同的材料及添加母料。BOPP可分作熱封型和非熱封型兩大類，在表層的基本材料中分別是共聚物及均聚物，由于兩者材料本身的差異，在經(jīng)受同樣的電暈處理后，兩者表面張力有一定的差異，一般來說，對于共聚物，如目前國內(nèi)外常用的SOLVAY KS413、MONTEL PLZ679、BASEAL EP5C37等，離子體滲透進(jìn)薄膜的表面效能比均聚物更大，所以熱封型薄膜會更加容易達(dá)到更高的處理強(qiáng)度。
此外，在熱封型薄膜的配方設(shè)計上，通常為了適應(yīng)包裝機(jī)器的要求，需要使用爽滑劑來改善薄膜的摩擦性能，在選擇爽滑劑時要盡可能避免使用硅酮類爽滑劑，這是由于硅酮的表面張力比較低，在常溫下約為12達(dá)因，與PP的31達(dá)因有較大的差距，使用硅酮類爽滑劑會大幅降低BOPP的表面張力值。
抗靜電劑對BOPP薄膜電暈處理效果也會有一定的影響。抗靜電劑大多數(shù)添加在芯層，其具有遷移性，滲透至表面的抗靜電劑會影響薄膜的表面電暈處理特性，處理強(qiáng)度值會有一定程度的降低。 2.6表面材料
BOPP薄膜在生產(chǎn)后還會發(fā)生結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，在幾天內(nèi)，聚合物由無定形變化成晶體形，從而影響電暈處理的效果。處理強(qiáng)度會隨著時間的推移先是逐步下降，最后漸漸保持穩(wěn)定。電暈處理的消減幅度與貯存溫度有關(guān)，溫度越高，消減幅度越快。
3.電暈處理對薄膜物理特性的影響
電暈處理除了可以改變薄膜的表面達(dá)因值外，還會對薄膜的其他物理性能產(chǎn)生影響，主要包括以下幾方面： 3.1摩擦系數(shù)
由于電暈處理的原理是薄膜經(jīng)過有兩高壓電極產(chǎn)生電子流，使薄膜表面產(chǎn)生極性，而薄膜處理面與非薄膜處理面相比，位于薄膜芯層的添加劑（包括抗靜電劑及爽滑劑）更加容易通過薄膜處理面滲出。以ABA類型薄膜即內(nèi)、外兩面配方結(jié)構(gòu)相同的薄膜為例，未經(jīng)電暈處理的薄膜內(nèi)、外兩面的摩擦系數(shù)是一致的，但是在經(jīng)過電暈處理后，薄膜處理面的摩擦系數(shù)值比非處理面的摩擦系數(shù)值低。
從生產(chǎn)到14天后，薄膜芯層的添加劑處于高速的遷移期，處理面與非處理面的靜、動摩擦系數(shù)都呈快速下降趨勢，14天后數(shù)值趨于穩(wěn)定。由整體上比較，處理面的摩擦系數(shù)較非處理面的摩擦系數(shù)低。 3.2收縮率
由于電暈處理的過程中會產(chǎn)生一定的熱量，因此薄膜的收縮率會有一定程度的下降。 3.3熱封強(qiáng)度
在生產(chǎn)BOPP熱封型薄膜時，表層使用的材料為乙烯-丙烯共聚物。如在前面所提及到的，在實(shí)際生產(chǎn)上如需達(dá)到同樣的處理強(qiáng)度，共聚物僅需要比較低的處理電壓值。但需要注意的是，過高的電暈處理值會引發(fā)共聚物間的交聯(lián)作用，導(dǎo)致熱封型薄膜失去熱封效能。因此在實(shí)際生產(chǎn)熱封型薄膜中，尤其是調(diào)節(jié)較高電暈處理值時，熱封強(qiáng)度是一項(xiàng)必備的檢測措施。
