電暈處理容易出現的問題以及注意事項

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，并引發一系列反應，此處略去。在臭氧生成過程中，伴有彌散藍紫色輝光的電暈現象，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的介質，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，形成極性的化學自由基團，使薄膜表面產生懸掛鍵。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，伴之發生氧化 —還原反應，并產生臭氧和氮氧化物等。由于臭氧具有強烈的氧化性，當它接觸到聚丙烯薄膜表面時，會在其表面毫微米發生復雜的有機反應，產生羥基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(> C=O)等。而這些含氧官能團的引入，是增加薄膜表面張力的關鍵所在。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。
電暈處理設備一般包括了一個高頻高壓發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。當電暈處理站輸入20～40kHz或數千伏高電壓時，電極間便會產生放電現象，在薄膜表面形成均勻火花。 2討論
   4.1電暈處理站的設備配置和調整狀態
   4.1.1理想的電暈處理是電機的作業頻率正確，輸出電壓和電流值適中，放電過程有規律，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相同，產生均勻的電暈處理。一般二者的間隙在1.5～2.5mm。
   4.1.3調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，這樣才能使膜在運行中平穩，不至于在電暈輥上發生起皺和斜扯，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。這是因為當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，使含氧官能團在膜面生成及駐極的機會大大減小，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，根據實際生產中的經驗，膜面的溫度也并非越低越好。在生產中，電暈處理過程會產生大量的熱。為防止膜面溫度過高，通常我們采用循環水輥內進行閉式循環，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生化學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的溫度范圍內是電暈處理的一個關鍵問題，這也是我們在長期生產中摸索發現的。   4.3電暈處理中電暈強度和處理時間的控制
   在生產中，為了使薄膜表面張力的處理達到某一等級，通常采用的方法是增加電暈處理的強度，在一定界限內，這種方法是行之有效的，當超過這一界限后，即使再增加電暈，也不會使薄膜表面能等級得到提高，這是因為當膜在瞬時進行電暈處理過程中，電極與電暈輥之間的空氣量處于一種相對穩定狀態，而這相對穩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駐極到薄膜表面，達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，一方面在固有設備的條件下，延長電暈處理時間，必然會降低生產效率；另一方面，過長的電暈處理時間，會使薄膜表面張力太大，出現脆化現象乃至降解，不利于膜的一次收卷和二次復卷，我們在某單位的設備上就此進行過成功的試驗。
   4.4電暈處理輥和電極平行
輥面和電極面的不平行會導致電暈處理不均，原因是電暈強度有差異，由下式
   電暈強度=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；   Cg——放電間隙電容，F；   V0——驅動電壓(峰值)，V；   Vs——間隙發火電壓(峰值)，V；   f——驅動電壓頻率，Hz。
   由上式顯見，間隙大小不一，直接導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膜運行的平穩性
   如果膜在運行中，輥筒施加于膜上的張力的不一致，這種差異會發生局部皺折，使該部位在電暈處理時電容量發生變化，最終也會導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展輥對膜的擴展，以及輥與輥之間平行度、輥面水平度等，均有可能導致薄膜運行姿態的不夠平穩。
4.6薄膜發脆走偏問題
   電暈處理中，要有一個度的問題，如果注入功率過大，則會出現水溫提得過高，影響到薄膜分子間的次價鍵力而出現發脆，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，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，產生的電子對兩極間空氣中的分子進行碰撞和激活，產生臭氧及一氧化氮等物質，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合，產生含有亞硝酸鹽、硝酸鹽成份的廢液，并且隨著空氣濕度的增加而增加。如果對產生的廢液不能及時進行很好的清理，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，形成產品質量問題。  
2. BOPP薄膜電暈處理強度的影響因素
     電暈處理器由電極、高電位器及硅橡膠輥組成，當電壓通過2.5MM的空氣間隙時，就會產生連續放電，另外為了排除所產生的臭氧及降溫，用抽風風機把電暈處理器附近的空氣往外排走以及在硅橡膠輥內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計有較大關系。設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點：1、能產生更高處理值，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、減少表面感應的靜電。      2.2薄膜溫度  
      BOPP是擠出厚片經激冷后，再經縱、橫二個方向拉伸后所制得的薄膜，在進入牽引單元后，通過冷卻、切邊、測厚、預熱等工序，然后再進行電暈處理。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熱輥的設定溫度進行控制，
     隨著薄膜溫度的升高，薄膜的表面處理達因值也同時升高。通過預熱輥的設定溫度來調整薄膜的表面處理達因值，是在工藝控制中經常采用的有效方法之一。      2.3生產線速度  
     生產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通過高壓電極間隙，而使表面達因值得以提高，于高壓電極間隙內停留時間的長短，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線速度的變化要作出相應的調整，隨著生產線速度的增大而增大。      2.4電極排風量  
     在電暈處理過程中，隨著空氣離子化，會產生等離子體，其中包含有電子、氧離子、臭氧等，等離子體會滲透薄膜，破壞其它化學鍵，激發自由游離基，與氧氣離子起作用成氧化極化基，這些基團會對薄膜的表面潤濕特性產生影響。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，電極排風閥門的開啟度越大，薄膜的表面處理達因值會越小；反之，電極排風閥門的開啟度越小，薄膜的表面處理達因值會越大。      2.5 表面材料  
     BOPP的生產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，如目前國內外常用的SOLVAY KS413、MONTEL PLZ679、BASEAL EP5C37等，離子體滲透進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到更高的處理強度。  
    此外，在熱封型薄膜的配方設計上，通常為了適應包裝機器的要求，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達因，與PP的31達因有較大的差距，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，處理強度值會有一定程度的降低。      2.6表面材料  
     BOPP薄膜在生產后還會發生結構狀態的變化，在幾天內，聚合物由無定形變化成晶體形，從而影響電暈處理的效果。處理強度會隨著時間的推移先是逐步下降，最后漸漸保持穩定。電暈處理的消減幅度與貯存溫度有關，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因值外，還會對薄膜的其他物理性能產生影響，主要包括以下幾方面：      3.1摩擦系數  
     由于電暈處理的原理是薄膜經過有兩高壓電極產生電子流，使薄膜表面產生極性，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、外兩面配方結構相同的薄膜為例，未經電暈處理的薄膜內、外兩面的摩擦系數是一致的，但是在經過電暈處理后，薄膜處理面的摩擦系數值比非處理面的摩擦系數值低。
      從生產到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、動摩擦系數都呈快速下降趨勢，14天后數值趨于穩定。由整體上比較，處理面的摩擦系數較非處理面的摩擦系數低。      3.2收縮率  
     由于電暈處理的過程中會產生一定的熱量，因此薄膜的收縮率會有一定程度的下降。      3.3熱封強度  
     在生產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，在實際生產上如需達到同樣的處理強度，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共聚物間的交聯作用，導致熱封型薄膜失去熱封效能。因此在實際生產熱封型薄膜中，尤其是調節較高電暈處理值時，熱封強度是一項必備的檢測措施。