抗静电技术在包装印刷业的应用

   静电的产生机理

   众所周知，包装印刷业所用的材料如纸张、塑料、油墨、粘合剂、导辊(部分经阳极处理生成氧化铝)都是绝缘体；印刷、复合、复卷、分切等工艺又是高速进行摩擦、接触、分离的“表面"工程。而不同种类的绝缘材料在快速摩擦、接触、分离过程中，具有较强吸附电子能力的材料由于获得电子而出现负电荷，而另一种材料由于失去电子而带正电荷。静电的产生主要与绝缘材料的化学组成、分子结构、力学特性、光洁程度、电性能以及环境温湿度、外界机械作用情况如接触压力、摩擦分离的速度等因素有关。薄膜的种类、接触类型、接触时间、接触面积、分离速度不同，产生的静电放电时间以及电压不同。如电性能越好的材料静电强度越大；相同材料间也易产生静电，例如当把两块密切接触的塑料材料如聚乙烯薄膜迅速分开时，瞬间产生的静电可达一万伏以上。此外，不含水分的液体和气体也容易带上静电。印刷材料中的纸张、塑料、油墨、印版(如柔印版)等对电子的亲疏特性各不相同，且印刷过程中很大的压力使它们密切接触，又有很高的速度使它们迅速分离，完全具备静电产生的条件。因此印刷过程中，极易产生成千上万伏的静电积累并放电。特别是纸张、塑料材料在制造过程中，由于粒料之间、熔体与螺杆、料筒、模口(模唇)之间的摩擦、收卷时和导辊摩擦都会产生静电积累，静电来不及逸散就被销售到包装印刷厂，在印刷、复合等加工前就带有静电，为静电持续积累并放电提供了条件。塑料材料带电的规律是：塑料的功函数大，则易带负电；其功函数小，则带正电，常见的塑料材料中，功函数由大到小的顺序依此为：PP、PE、PS、PVDC、PET、纸、AL(铝箔)、PA。即PP、PE极易带负电，PET、纸、AL(铝箔)、PA极易带正电。

   静电的危害

   一旦带静电，就会给印刷带来首先是在静电作用下，纸张与纸张之间牢牢吸住，无法整齐。在印刷过程中，由于静电吸引，单张纸之间牢牢地粘贴在一起，有时两张，有时几张，有时一沓纸难以分开，导致分纸吸嘴吸不起纸张，严重影响印刷效率。塑料材料在进行彩印时，由于静电放电，经常会发现印晶边缘出现毛刺状油墨溢出、套印偏差增加等现象；油墨产生静电会产生浅网或漏印现象；塑料薄膜以及油墨吸附环境中的粉尘、毛发等异物易发生刀丝等质量问题。在进行复卷、分切、制袋等工艺时，静电放电会破坏设备的光电纠偏系统、电磁控制系统等。高达数万伏的静电放电极易引燃有机溶剂，发生火灾事故。特别是包装材料因吸附异物会造成对所包装产品的污染；在顾客使用时降低了自动灌装效率；在包装粉剂产品如洗衣粉、药剂、奶粉时，由于袋口吸附了粉剂，封口强度无法保证。

   抗静电技术

   要结合生产实际、包装材料的用途(包装什么产品)、顾客的使用条件等情况，采取不同的抗静电技术。常见的抗静电技术如下：

   1．物理消除法

   物理消除法是在不改变材料性能的情况下，利用静电本身固有的特性来消除的方法。如“接地”消除法，就是在工序上安装消静电毛刷。将刷体置于纸张或塑料卷材的收卷或放卷处，并使消静电毛刷的接地端可靠接地，而不能接于设备或导辊上。因为设备有可能接地不良；部分导辊经过阳极处理，表面生成氧化铝，而氧化铝是不导电的。例如高压放电式静电消除法，即采用高压放电式静电消除器来消除静电。泫静电消除器按放电极性分为单极性和双极性。单极性静电消除器只中和一种电荷(正电荷或负电荷)，双极性静电消除器既可以消除正电荷，又可以消除负电荷。环境湿度控制法也是较为常见的一种，增加车间环境的相对湿度(适宜在60％～70％范围)，可以提高塑料、纸张表面的水分，形成微薄的、可以导电的水膜，从而加速静电泄漏。以上三种相结合的静电消除法在进行印刷、复合、分切以及制袋工艺时较为常见。

   2．化学消除法

   化学消除静电法即抗静电剂处理技术，主要是将抗静电剂(表面活性剂)通过添加(填充)技术或涂层技术，对树脂或基材进行电性能改性的方法，是较为彻底和完善的抗静电技术。但由于添加或涂布了抗静电剂，引起了材料化学成分的改变，因而该技术不适用于对纸张的处理，只适用于对塑料树脂的改性。

   特别是在包装食品、医药、化妆品、化工产品等，要注意安全性、卫生性以及与基体树脂的相容性等等，故而技术含量较高。具有抗静电性能的包装材料，不仅杜绝了由于静电引起的各种质量事故，而且为顾客提高了包装效率，保证了封口强度，因而得到顾客的认可。令人欣慰的是，塑料工业界早在上世纪90年代初期就加强了对抗静电剂的研究，抗静电剂的性能日趋成熟，抗静电剂处理技术也得到了广泛的推广与使用。

   2．1添加型处理技术

   该技术(即母粒技术)是将添加型抗静电剂按一定浓度(百分之几到百分之几十)与热塑性树脂混合，并添加多种助剂，经熔融、混炼、造粒，制得抗静电母粒。抗静电剂的选用，要注意与基体树脂的相容性。若相容性太差，则制得的抗静电粒子性能较差；但相容性太好，则抗静电剂向表面迁移的速度太慢，难以形成抗静电水膜。选用与制品树脂相同的树脂作为基体树脂，在进行熔融、混炼、造粒的过程中，要尽可能维持较低的加工温度，防止抗静电剂因热稳定性不好而分解甚至变质。利用抗静电粒子制备抗静电塑料薄膜，常采用三层(ABC)共挤吹塑工艺。注意添加抗静电母粒的比例要根据其有效物的浓度确定，并依据测试结果作适当调节，使其表面电阻率ps在1011n左右即可；添加量增大不仅增加产品成本，而且会对后期的加工工序带来不利影响。若要制备抗静电复合包装材料，则把抗静电粒子加入功能面(热封面)，而不加入复合面(电晕处理面)，以免迁移出的抗静电剂及水膜形成阻隔层，影响复合后材料的剥离强度。也可将抗静电母粒按一定比例加入涂覆级树脂如PE、PP中经挤出复合(流延)工艺，从而避免了薄膜因粘连及吸附异物等引发的质量问题。

   2．2涂层型处理技术

   涂层型抗静电剂处理技术是将离子型表面活性剂制成抗静电涂料，涂覆于塑料薄膜表面，起防止电荷积累效果。涂层型抗静电剂的选用，要根据被涂覆基材的功函数大小来确定。塑料材料的功函数大，则易带负电；其功函数小，则带正电。常见的塑料材料中功函数由大到小的顺序前面已谈到，PP、PE极易带负电，宜采用阳离子型表面活性剂涂覆；PET、PA极易带正电，宜采用阴离子型表面活性剂涂覆。要求塑料薄膜表面润湿张力大于38dyn／cm；抗静电涂料成膜性好、耐摩擦、耐化学腐蚀且作用持久。制备抗静电涂料的方法是：将抗静电剂溶解于成膜性好、与塑料薄膜附着牢固的醇溶性或酯溶性树脂或乳液中；也可用聚氨酯粘合剂作载体，用酯类溶解；还可溶解于溶剂型塑料涂料中，制成抗静电涂料。涂布时注意选择合适的涂布干量，设定好干燥箱阶梯温度，控制好卷取速度及环境相对湿度，防止涂布后产生雾度、彩虹等现象。

   静电的测量与测试

   对包装材料的静电测量主要是测量其所积累电荷的电压，可采用静电电压表进行测量，且要先选择最大量程，而后逐步缩小量程。对包装材料表面电阻率的测试，要依据GB／1410—89《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》，在规定的环境温度、相对湿度条件下进行。测得其表面电阻率在109n一1012~范围内，即具有抗静电性能。

   静电是一种常见的物理现象，有物体运动就容易产生静电。加之包装印刷业几乎所有的加工工艺都是在绝缘材料表面进行，静电的产生就不足为奇。只要我们加深对静电产生的机理、危害的认识，科学、经济地运用抗静电技术，就能保持软塑包装材料的快速发展，并运用到各个领域。