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1、聚乙烯薄膜用滑动与防粘连助剂定义：薄膜（尺寸小于 4 密耳，4 密耳=100 微米）加工中最主要的问题，是薄膜之间与薄膜与金属之间的高摩擦力，它们经常会对自动传动与自动包装工序产生影响。聚乙烯薄膜的加工与传动性能，可通过在树脂基体中加入一些助剂实现优化，以改善薄膜表面的两个性能：摩擦系数（COF）与粘连。摩擦系数（COF）COF 为摩擦力的系数，通常为重力加速度，是由两个相交表面的正交力得出的值。物体表面与其它材料或相邻表面接触时，能够产生相对滑动时，用摩擦力来衡量由于相对滑动而产生的相对阻力。静摩擦系数由两 个 相 互 接 触 ， 而 又 相 对 静 止 的 表 面 产 生 。动摩擦系数由维
2、持一定速度的相对滑动而产生。塑料薄膜的 COF 之标准测试方法采用 ASTM D 1894-73。 （如图 1）粘连粘连是薄膜相邻层之间发生了粘接，可能在加工、使用或储存过程中发生。粘连导致了吹制法聚乙烯薄膜挤出的困难。粘连常产生于薄膜细卷筒中；当薄膜在一定压力或温度下堆放时，可能会出现二次粘连现象。图 1 COF 测量方法示意图可以在恒定温度/压力下，通过测定分开两层薄膜所需要的力，来分析薄膜的粘连与二次粘连趋势。ASTM D 1893-67 是测试塑料薄膜粘连的标准方法（如图 2） 。ASTM D 3354是测试塑料薄膜二次粘连的标准方法（如图 3） 。 图 2 粘连测量方法示意图图 3
3、二次粘连测量方法示意图影响 COF 与粘连的因素一些树脂的性能与加工条件对聚乙烯薄膜表面性能的影响如下：*树脂密度与熔融指数具有较高密度与较低熔融指数的树脂一般会制成较硬的薄膜，粘连趋势较小，COF 较低。共聚物共聚物，例如 EVAs，Exceed PE 与 Exact塑料所制成的薄膜更易于粘连，COF 更高。这是由于它们的熔点与结晶度较低，而导致这些材料的硬度较低，表面平滑度高。助剂加入滑动与抗粘连助剂可以分别减少相对摩擦阻力与粘连现象。最常用的助剂类型与它们的作用机理将在以下内容中具体讨论。加工与储存条件在高温条件下，相邻的薄膜在吹塑薄膜加工轧辊上，在绕线装置或在储存过程中，均易发生粘连现
4、象。这些都会影响到 COF。薄膜层间的压力增加，粘连趋势增加。因此，控制轧辊压力、缠绕张力及缠绕温度都非常重要。同样的，建议在储存过程中不要给薄膜增加不必要的载荷。膜厚薄膜的厚度将在以下内容中具体讨论。薄膜表面薄膜的表面非常平整理光滑时，一般更易发生粘连，对 COF 影响更大。静电效应薄膜表面的静电荷会使薄膜间的接触更加紧密，增加粘连现象。电晕处理电晕处理会增加薄膜表面的张力，同样会增加 COF 与粘连现象。滑动助剂类型与浓度为改善聚乙烯薄膜的摩擦性能，可在树脂基体中引入滑动助剂。最有效的经 FDA（美国食品药品监督局）认证的助剂是脂肪酸酰胺，常用的有油酸酰胺，芥酸酰胺与硬脂酸酰胺。滑动助剂的
5、用量从零到几千 ppm 不等。通常，达到中等润滑效果时，用量为 300 至700ppm，具体用量取决于助剂的类型，薄膜聚合物类型与薄膜厚度。滑动助剂浓度高时，可能会在传动线与包装线的导辊上包裹覆盖上一层润滑剂。这可能会降低粘合强度，并且会在粘合剂压片加工过程中，与粘合剂发生相互作用。（a）熔融聚合物中的助剂 (b)凝固后发生迁移 (c)一定时间后达到动态平衡图 4：喷霜机理示意图*作用机理因为润滑剂与聚乙烯基体不相容，它们大部份会迁移到薄膜表层，阻碍薄膜层与层间的直接接触，并降低层间的摩擦力。氨基化合物分子在聚乙烯薄膜表面的分布情况如图 4 所示。与聚乙烯表面接触极性的酰胺基（用_ 表示)，碳
6、氢链向外排开（用 表示） 。由于润滑剂的主体部份都将迁移至表面，需考虑以下问题：薄膜厚度既定的情况下，更高的润滑剂浓度将增加表面的滑动性，并导致更低的COF。浓度在单层膜上的增加不会进一步的降低 COF，反而可能降低表面光泽并增加雾度。基于同样的原因，在既定的润滑剂浓度下，增加薄膜厚度会导致更低的 COF。由于润滑剂的迁移不是瞬间发生的，COF 的降低只有在一定时间之后才能观察到。这需要数小时才能达到动态平衡。迁移速度取决于所使用的胺盐的类型。因于其相对较低的分子量，油酸酰胺的迁移速率快于芥酸酰胺。因此使用油酸酰胺作为润滑剂的树脂，其初始 COF 较低。但当迁移完成时，可以发现使用芥酸酰胺的材
7、料 COF 更低，表明芥酸酰胺在降低摩擦力方面更为有效（如图 5） 。图 5 随着时间与助剂类型的变化，低密度聚乙烯薄膜表面 COF 的变化防粘连助剂类型与浓度无机电绝缘成份，如滑石粉与二氧化硅，是最常见的防粘连剂。取决于树脂基体的种类与最终性能，防粘连剂的用量从零至 1000ppm 不等。作用机理粘连可能于薄膜表面积聚的低分子量聚合物有关。那些低分子量的部份结晶度低，在挤出成模固化过程中，会从结晶区域向外迁移，影响薄膜表面的光滑度。粘连同样还会影响到薄膜表面的柔软度与光滑度。增加薄膜表面光滑度，将导致不同薄膜层间具有更高的粘接性能。树脂中的防粘连剂在挤出成模固化后立即渗透到薄膜表面。这使得薄
8、膜表面具有一定的粗糙度，有助于减少薄膜层与层间的接触，因此可以防止粘连（如图 6） 。防粘连剂粒子在聚乙烯母体中随机分布，不会迁移到薄膜表面。图 6：防粘连剂粒子在聚乙烯母体中随机分布滑动助剂与防粘连剂对薄膜性能的影响光学性能大多数防粘连剂会增加聚乙烯薄膜表面的雾度。 （如图 7）它们之间的关系一般呈线性，可以从图中看出，每增加 1000ppm 的二氧化硅添加剂用量，雾度增加 0.4%至 1%。滑动剂对薄膜雾度的影响只有在最佳用量临界浓度时才会发生。图 7 防粘连剂浓度与薄膜雾度的相关性摩擦系数滑动助剂同时降低薄膜层与层间及薄膜与金属间的摩擦力。滑动与防粘连助剂的组合效应见于图 8。滑动助剂用
9、量既定时，COF 随着薄膜厚度的增加而减少。减少表面与体积之比，使得迁移到表面的滑动助剂增加。 （如图 9）但是当薄膜厚度一定时，薄膜表面将完全被滑动助剂覆盖，COF 不会进一步减小。图 8 1.2 密耳厚的 LDPE 薄膜之 COF 与防粘连剂用量的关系图 9 薄膜厚度对 COF 的影响根据一般经验，可使用以下配方：S=薄膜厚度（用密耳或微米表示）滑动助剂含量（用 ppm 表示） ，得到 LDPE 薄膜的 COF 约为 0.2-0.16（最佳效果）S=600-800,厚度用密耳表示 或 S=15000-20000,厚度用微米表示线型低密度聚乙烯，低密度聚乙烯/线型低密度聚乙烯混合物，共聚物如
10、EVA, Exceed PE and Exact,增加”S” 的值，要求COF达到0.2-0.16 。粘连性质滑动助剂与防粘连剂可以降低PE膜的粘连性,防粘连剂是主导因素。薄膜用途既定时，过多的滑动助剂会增加表面“湿粘性” 。助剂的复合效应参见于图10。滑动助剂的类型如以上提及的，油酸酰胺在薄膜表面的迁移速率相对较快。而浓度达到平衡后，芥酸酰胺对COF的作用优于油酸酰胺。使用哪种类型的滑动助剂最佳，取决于树脂性能间的复杂相互作用，挤出条件，结构复杂性以及下游加工工艺要求。因此，在有限的技术信息内，不可能作出具体的限定与建议。以下是一些通用的滑动助剂使用指南：由于油酸酰胺的迁移速率快，在需要快速达到低的COF时，可以使用油酸酰胺。例如，非常薄及软的薄膜如用于干洗袋的薄膜中，油酸酰胺可以有助于防止由于过大的摩擦力引起的起皱问题。为达到最终COF平衡，油酸酰胺需要更高的浓度，这可能会影响到下游印刷工艺。芥酸酰胺相对较慢的迁移速率可能会对一些关键的绕线操作有利，薄膜光滑会导致绕线问题及脱辊问题。
