CN105032720B - 对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统及方法，该系统中采用的DBD等离子体的电极组由高导电率液体实现，且在浸渍涂覆PVA/SF/PEG涂层后经乙醇固化，使得薄膜表面的粗糙度更低，涂层抗溶胀和亲水特性都得到很大提高。该方法不但产生亚辉光等离子体，而且在整个过程中对环境无污染，是一种节约资源、能源、环境友好型的改性‑涂覆工艺。本发明可有效解决一般等离子体处理薄膜的时效性问题，结合后续涂层技术，为现有在线烯烃薄膜的改性提供了技术支持,有利于促进高精度薄膜印刷的产业发展。

Description

对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统及方法

技术领域

本发明涉及一种利用环境友好型聚乙烯醇(PVA)/蚕丝蛋白(SF)/聚乙二醇（PEG）混合涂料对烯烃类薄膜进行涂覆改性的常压等离子体处理系统及方法，可对大面积的烯烃类薄膜表面进行永久亲水改性。

背景技术

近年来，烯烃类薄膜由于具有极好的光学特性，非导电性以及机械特性等优点受到很多研究者的关注。然而，烯烃类薄膜表面的非亲水特性影响了其在工业生产中更为广泛的应用。为解决这一问题，需要在不改变薄膜主体特性的情况下对其表面特性进行亲水改性。等离子体是一种可对薄膜材料进行改性的有效方式，但是许多研究是在真空条件下或者通过稀有气体电离产生的等离子体，将该技术应用于工业生产时存在两个重要缺陷：一是成本高，价格昂贵；二是能量利用率比较低。大气压条件下的等离子体处理薄膜技术能克服以上缺点而受到越来越多科研工作者的注意。然而，常压等离子体技术包括电晕处理等对薄膜都有时效性，且处理效果仍达不到一些特殊应用领域的要求。

发明内容

针对上述现状，本发明的目的在于提供一种对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统及方法。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案为：一种对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统，所述系统包括等离子体处理装置、溶液槽、挤压辊、第一干燥箱、乙醇固化系统、第二干燥箱；

所述等离子体处理装置，用于产生均匀的亚辉光等离子体，实现对烯烃类薄膜进行预处理改性；

所述溶液槽用于对预处理改性后的薄膜进行浸渍改性；

所述挤压辊用于对浸渍改性后的薄膜进行挤压，使浸渍液在薄膜上均匀铺展且能增加与改性薄膜的结合强度；

所述第一干燥箱用于对挤压后的薄膜进行干燥；

所述乙醇固化系统用于对干燥后的薄膜进行蚕丝蛋白结构转化，实现涂层的抗水转变；

所述第二干燥箱用于对蚕丝蛋白结构转化后的薄膜进行再次干燥。

进一步地，所述等离子体处理装置包括常压DBD等离子体发生装置，所述常压DBD等离子体发生装置的高压放电电极是高导电率液体，石英管为介质。

一种采用上述系统对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆方法，该方法为：先用等离子体处理装置对烯烃类薄膜进行预处理改性，经等离子体处理装置预处理改性后的烯烃类薄膜在溶液槽中浸渍改性后，通过挤压辊挤压；挤压后的薄膜在第一干燥箱中干燥后在乙醇固化系统进行蚕丝蛋白结构转化，实现涂层的抗水转变，然后再经过第二干燥箱进行再次干燥；

所述溶液槽中的浸渍液为PVA/SF/PEG按照质量比2-6:2-7:0.5-1组成的混合溶液，且PEG分子量在6000-10000之间，溶液温度为40-60℃；

所述第一干燥箱的干燥温度为50-70℃；

所述乙醇固化系统中乙醇溶液的质量分数在40-60%之间，乙醇溶液的处理时间为4-12min。

本发明采用常压DBD等离子体辉光放电对薄膜进行表面预改性并在其表面涂覆亲水性涂层，就可实现烯烃类薄膜表面永久亲水改性。可对大面积烯烃类薄膜亲水性改性，既能保证处理的高效性、均匀性，实现大面积处理，又能同时降低能源消耗，减少成本，尤其在包装印刷行业具有广泛应用。具体包括以下有益效果：1.本发明中DBD放电电极是高导电率液体，能充分跟介质层石英进行接触，且能冷却放电介质增加设备的运行时间；2.所配置的PVA/SF/PEG涂料无毒性，是一种环境友好型的涂料配方；3.涂料中的蚕丝蛋白经乙醇固化后，对水具有更好的抗溶胀特性，且能更好的抑制聚乙烯醇。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；图中，送卷机1，运转带2，接地电压3，高压导电液体电极4，高压电源5，导向轴6，溶液槽7，加热装置8，挤压辊9，第一干燥箱10，乙醇固化系统11，第二干燥箱12，收卷机13；

图2(a) 不同涂覆参数对BOPP薄膜表面接触角曲线图，2(b)乙醇处理时间对(a)图中G线改性BOPP薄膜表面接触角曲线图；

图3是涂有PVA/SF/PEG涂层BOPP薄膜在水中及乙醇处理后的原子力显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图具体陈述本发明。

如图1所示，本发明是一种对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统，包括等离子体处理装置、溶液槽7、挤压辊9、第一干燥箱10、乙醇固化系统11、第二干燥箱12；

所述等离子体处理装置，用于对烯烃类薄膜进行预处理改性；

所述溶液槽7用于对预处理改性后的薄膜进行浸渍改性；

所述挤压辊9用于对浸渍改性后的薄膜进行挤压，使浸渍液在薄膜上均匀铺展且能增加与改性薄膜的结合强度；

所述第一干燥箱10用于对挤压后的薄膜进行干燥；

所述乙醇固化系统11用于对干燥后的薄膜进行蚕丝蛋白结构转化，实现涂层的抗水转变；

所述第二干燥箱12用于对蚕丝蛋白结构转化后的薄膜进行再次干燥。

实现了工业上的连续操作，该系统还包括了送卷机1，运转带2，导向轴6，收卷机13。

采用上述系统对烯烃类薄膜亲水改性的方法为：

（1）首先使送卷机1运转起来，根据处理烯烃类薄膜面积的需要，调节合适的DBD放电电压和电流，让常压DBD等离子体发生装置产生均匀的亚辉光等离子体。产生的均匀亚辉光等离子体改变了薄膜表面的特性，使其表面能得到较大提高，有利于提高后续涂层与烯烃薄膜的结合强度。由于本发明中DBD的高压放电电极是高导电率液体（导电率大于1000us/cm），能充分跟介质层石英进行接触，且能冷却放电介质，增加设备的运行时间；

（2）将等离子体处理过的烯烃类薄膜通过运转带2浸泡到配制好的PVA/蚕丝蛋白/PEG溶液中，PVA/SF/PEG的质量比为2-6:2-7:0.5-1，且PEG分子量在6000-10000之间，可以通过加热装置8控制混合溶液温度在40-60℃之间；

（3）将涂覆后的薄膜经过挤压辊9挤压，使浸渍液在薄膜上均匀铺展且能增加与改性薄膜的结合强度；实现微纳米功能层的均匀涂覆；

（4）挤压后的薄膜进入50℃-70℃在线烘箱（第一干燥箱10）烘干；然后经过质量分数为40-60%的乙醇溶液固化（即在乙醇溶液中浸泡处理4-12min），乙醇处理会使丝素膜的二级结构向β-折叠转变，导致水溶性降低，使混合液涂层与烯烃类薄膜紧密结合；且薄膜表面的粗糙度更低，使涂层抗溶胀和亲水特性都得到很大提高。

（5）最后经40℃-60℃的第二干燥箱12再次干燥。

由收卷机13把烯烃类薄膜收起。收紧的蚕丝蛋白会锁住聚乙烯醇和聚乙二醇，防止涂层溶胀。经过以上处理过程，烯烃类薄膜表面改性层就可实现永久性亲水抗溶胀改性。

从上图2(a)可以看到，在同一PVA浓度下，BOPP薄膜表面接触角跟SF浓度并不成线性关系，在PVA/SF/PEG=2-6:2-7:0.5-1的比例范围内，存在最佳混合比例PVA/SF/PEG=2-6:3:1，在改浓度下的情况下，接触角接近20度。同时，从图2b中可以看出，该最佳配比涂层经乙醇处理4-12min后，接触角可达到25度以下，尤其在反应时间为8分钟时接触角可达到16度。从以上数据可以看到，经过我们涂层处理，BOPP薄膜的表面能大大提高，有希望在高清印刷方面得到应用。

从图3可以看出，PVA/SF/PEG涂层经水侵泡后发生溶胀，且表面的亲水PEG被溶出形成较深的微洞，如图3(a)所示。图3(b)是经过乙醇处理的改性BOPP，尽管仍有微洞形成但是深度与未处理样品相比明显变浅，这些微坑有利于增加油墨层与BOPP薄膜的结合牢度。

Claims (3)

1.一种对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆系统，其特征在于，所述系统包括等离子体处理装置、溶液槽(7)、挤压辊(9)、第一干燥箱(10)、乙醇固化系统(11)、第二干燥箱(12)；

所述等离子体处理装置，用于产生均匀的亚辉光等离子体，实现对烯烃类薄膜进行预处理改性；

所述溶液槽(7)用于对预处理改性后的薄膜进行浸渍改性；

所述挤压辊(9)用于对浸渍改性后的薄膜进行挤压，使浸渍液在薄膜上均匀铺展且能增加与改性薄膜的结合强度；

所述第一干燥箱(10)用于对挤压后的薄膜进行干燥；

所述乙醇固化系统(11)用于对干燥后的薄膜进行蚕丝蛋白结构转化，实现涂层的抗水转变；

所述第二干燥箱(12)用于对蚕丝蛋白结构转化后的薄膜进行再次干燥。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等离子体处理装置包括常压DBD等离子体发生装置，所述常压DBD等离子体发生装置的高压放电电极是高导电率液体，石英管为介质。

3.一种对烯烃类薄膜亲水改性的常压等离子体涂覆方法，其特征在于，该方法在权利要求1所述的系统上实现，该方法为：先用等离子体处理装置对烯烃类薄膜进行预处理改性，经等离子体处理装置预处理改性后的烯烃类薄膜在溶液槽(7)中浸渍改性后，通过挤压辊(9)挤压；挤压后的薄膜在第一干燥箱(10)中干燥后在乙醇固化系统(11)进行蚕丝蛋白结构转化，实现涂层的抗水转变，然后再经过第二干燥箱(12)进行再次干燥；

所述溶液槽(7)中的浸渍液为PVA/SF/PEG按照质量比2-6:2-7:0.5-1组成的混合溶液，且PEG分子量在6000-10000之间，溶液温度为40-60℃；

所述第一干燥箱(10)的干燥温度为50-70℃；

所述乙醇固化系统(11)中乙醇溶液的质量分数在40-60%之间，乙醇溶液的处理时间为4-12min。