CN102906168A - 处理柔性膜的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理膜的系统和方法。所述方法包括以下步骤：提供具有第一侧面和第二侧面的柔性膜；火焰处理所述柔性膜的第一侧面；随后用等离子处理所述第一侧面。经处理的膜可随后将涂层施用并固化到所述第一侧面。用于处理柔性膜的系统包括：适于退绕柔性膜卷辊的退绕元件，所述柔性膜具有第一侧面和第二侧面；设置用于接收从所述退绕元件处理的退绕膜并且适合火焰处理所述柔性膜的第一侧面的火焰处理元件；和设置用于接收从所述火焰处理元件处理的膜并且适合用等离子处理所述柔性膜的第一侧面的等离子处理元件。

Description

处理柔性膜的方法和系统

发明领域

本发明涉及处理柔性膜的系统和方法。本发明尤其涉及在制备用于随后的膜装饰活动中的表面处理柔性膜的系统和方法。

发明背景

柔性膜作为消费产品市场中的包装材料已经广为人知。装饰柔性膜以开发适用的包装表面区域并能够使产品信息得以沟通，也已经为人们所认识。产品生产商和产品包装材料生产商努力将不断发展的复杂装饰技术应用于包装材料和包装上，以便使他们货架上的产品得到与众不同的外观，并因而促使产品被采购。产品生产商通常还要求装饰整合为产品组成部分的膜，例如一次性个人卫生吸收剂产品中的底片膜。

为经济可行，包装薄膜必须可以采用可靠的方法通过自动设备进行处理。这可能要求制造的所述薄膜材料具有低摩擦系数的表面，以通过膜的装饰和转换加工设备进行可靠地处理。这种表面可能与人们找到的不断发展的复杂装饰技术不相兼容。

所需要的是处理柔性膜以提高它们与装饰技术的兼容性，同时保持它们与膜转换加工设备的兼容性的系统和方法。

发明概述

处理柔性膜的方法和系统。在一个实施方案中，所述方法包括提供具有第一侧面和第二侧面的柔性膜的步骤；火焰处理所述柔性膜的第一侧面；并且随后用氩等离子处理所述第一侧面。

在一个实施方案中，所述方法包括以下步骤：提供具有第一侧面和第二侧面的柔性膜；火焰处理所述柔性膜的第一侧面；随后用氩等离子处理所述第一侧面；向所述经处理的第一侧面涂覆涂层；以及固化涂覆到所述第一侧面上的涂层。

在一个实施方案中，用于处理柔性膜的系统包括：适于退绕柔性膜卷辊的退绕元件，所述柔性膜具有第一侧面和第二侧面；设置用于接收从所述退绕元件处理的退绕膜并且适合火焰处理所述柔性膜的第一侧面的火焰处理元件；和配置用于接收从所述火焰处理元件处理的膜并且适合用氩等离子处理所述柔性膜的第一侧面的等离子处理元件。

附图概述

所述附图示意性地说明了根据本发明的一个实施方案的系统的侧视图；

发明详述

如本文所用，术语“薄膜”是指具有适用于包装例如用于容纳消费品以及消费品自身的组成部分的袋子和小袋的厚度的薄膜，诸如例如约10至约250微米厚度的薄膜。薄膜可以由聚烯烃树脂制成。许多不同的组分混合物用于聚烯烃中，并且组分的选择基于它们的各种特性，例如强度和不透明性。聚乙烯（例如，低密度聚乙烯LDPE、线性低密度聚乙烯LLDPE、高密度聚乙烯HDPE、中密度聚乙烯MDPE、茂金属聚乙烯mPE、乙基乙酸乙烯酯EVA、以及它们的混合物）和聚丙烯，以及它们的共混物是经常用于制造薄膜的两种类型的材料。薄膜可使用吹塑薄膜、流延膜和挤出基底方法来制造。

在一个实施方案中，所述膜可能包括一个80微米的夹层，所述夹层由30微米的聚乙烯层层压到50微米的聚乙烯层组成。

本发明的层压体和单层膜尤其适于适应消费者对有吸引力的包装的需求。例如，可赋予包装视觉特征，包括印刷效果、金属化效果和全息效果。

通过将油墨印刷在经过表面氧化处理和化学反应处理例如火焰和等离子经处理的表面上，本发明的印刷效果可得到增强。火焰处理和等离子处理的组合可提高聚乙烯层压体结构的表面能，从大约30Dyne/cm的起点到处于大约35Dyne/cm至大约55Dyne/cm之间的范围内。所述初始火焰处理步骤可清除所述表面的污染物，例如存在于所述表面上的助滑剂，并降低必要的等离子处理能[功率密度]到五至十分之一。与可供选择的已知方法例如将化学处理例如丙烯酸涂层施用到聚丙烯上相比，这提供了将油墨有效地印刷到聚丙烯表面上的更经济的方法。可采用包括照像凹版印刷、柔性版印刷或平版（胶版）印刷在内的标准印刷技术。也可采用反向印刷来提供印刷层，该印刷层位于所述膜的接触非水性粘合剂层的侧面上。

金属化效果可采用如下方法来实现：在真空下升华铝并将它沉积到基质上产生镀金属层。镀金属层优选地被施用到塑料膜的与非水性粘合剂层接触的一侧上。真空沉积是获得此类效果的一种方法。镀金属层透过未被印刷、或仅部分印刷或用非不透明墨印刷的薄膜部分是可见的。

通过向所述膜施涂亮光剂并随后在母模结构存在的情况下固化所述亮光剂，可以在柔性膜的表面赋予光学效果。用亮光剂的特殊固化辐射法可固化所述亮光剂。所述固化的亮光剂适形于母模的结构。所述母模可以被构造使得所述母模结构的物理尺寸在纳米范围，并且因此向所述固化的亮光剂赋予光学特性。具有纳米尺度表面特性的所述固化的亮光剂将与人眼可见光谱部分的冲击电磁辐射相互作用，产生预期的光学效果。使用本文所述方法提高所述膜的表面能，可改善亮光剂粘附性而无需在施涂所述亮光剂之前向所述膜施涂打底剂。

本发明的所述系统和方法在制备随后的层压或构建性结构的所述膜时，可用于活化所述膜的至少一部分。在一个实施方案中。在一个实施方案中，PE层压体的外表面可在施涂粘合剂和附加元件例如闭合件之前被活化，其中所述闭合件可为包装组合件的一部分或可以是一次性个人卫生制品例如尿布的扣紧元件；或附加层与所述结构的层压。在这种方式中，所述粘合剂的效果可能被增强。由于所述表面的活化形成的增强效果可以从广泛范围的适用粘合剂中选择适当的粘合剂或可以使每单元面积薄膜使用更少量的粘合剂。

如上所述的柔性膜，可以以离散片或薄膜片的形式提供，或以薄膜的连续纤维网的形式提供。所述膜可以成卷材料的形式提供。提供的膜可以描述为具有第一侧面和第二侧面。所述提供的膜的尺寸使得纤维网的厚度尺寸大致上小于所提供的膜的长度或宽度。膜纤维网的卷绕辊可被退绕并穿过转换加工过程，所述过程包括所述公开方法的步骤，使用纤维网握持设备进行纤维网卷辊的退绕，承载所述纤维网并保持需要的张力以控制纤维网移动通过所述的过程步骤。术语“薄膜”或“塑料膜”或仅仅是“膜”可以互换使用，在本文中的含义是指任何基本上由热塑性材料制成的膜。

提供的材料可经过火焰处理。所述纤维网可移动通过固定的火焰处理元件，或所述火焰处理装置可移动通过固定的纤维网。所述火焰处理装置可被构造以处理所述膜的整个第一侧面，或可被构造以处理所述膜的第一侧面的仅仅一部分。在一个实施方案中，膜纤维网移动通过单个火焰处理工位，该工位包括气体灼热元件的单个阵列。所述工位燃烧甲烷与空气的混合物，甲烷与空气的比例为1:10，流量为(100l/min)/(1,000l/min)，向所述纤维网传导的功率密度为大约140和大约150Watts/ft²/min之间，移动速度为大约200m/min。

在所述火焰处理之后，所述纤维网的第一侧面可暴露进行氩等离子处理。在一个实施方案中，所述膜纤维网穿过配置于纤维网握持辊的切向的两根卷辊所包围的区域。在所述三根卷辊确定的空间中，所述纤维网在存在电势的情况下暴露于氩等离子中。在电极和所述纤维网支撑辊之间施加电压，使得等离子中的分子被传动，以冲击设置在所述纤维网握持辊上的所述膜。所述两根切向辊用来确定所述等离子气体占据的空间，并有助于通过限制环境空气进入所述电极和所述膜之间的容积空间的可能性来控制所述气体的补充。可以在大气压力下提供所述等离子的流体介质，或在超过大气压的压力下提供所述流体。

在一个实施方案中，采用大约30%的氩和大约70%的空气的混合物以形成等离子流体。在另一个实施方案中，所述混合物由大约50%的氩和大约50%的空气组成。在另一个实施方案中，所述等离子流体由大约80%的氩和大约20%的空气组成。在另一个实施方案中，等离子流体由90%的氩和10%的H₂组成。在另一个实施方案中，所述等离子流体由大约80%的氩和大约20%的O₂组成。在另一个实施方案中，所述等离子流体由大约80%的氩和大约20%的CO₂组成。在这些实施方案的每一个中，膜经过如上所述的火焰处理，并随后进行等离子处理。

所述等离子处理采用大约1到大约20Watts/ft²/min之间的功率密度，作用于以大约200m/min的速度移动的所述纤维网。火焰和等离子的组合，可以将所述功率密度降低到这个范围的低限，以达到令人满意的效果。火焰和等离子处理的组合改进所述膜的表面特性，使得有关涂覆涂层和粘合剂的稳定性的所述膜的适用性得以改善。涂覆涂层的稳定性由耐磨性和胶带试验的结果来表示。粘合剂的稳定性由测量的粘附力来表示。

如图所示，退绕元件100将膜10提供给所述流程。火焰处理元件200对所提供的膜的第一侧面进行火焰处理。等离子处理元件300对所述膜的第一侧面进行等离子处理。可选择的装饰元件400涂覆或装饰所述膜的第一侧面。可选择的回绕元件500卷绕所处理的膜和任选地装饰的膜。

在一个实施方案中，膜的所述两侧中的每一侧都可使用上述方法进行处理。在本实施方案中，第一侧面可能被处理并且随后进行涂覆，以提供需要的摩擦系数，并且所述第二侧面可被处理和涂覆。

实施例：

每个层压膜包括30微米的聚乙烯层压到50微米的聚乙烯，可使用火焰处理以及随后的等离子处理来处理表面上印刷的和未经处理的夹层。经处理的表面随后可涂覆INX亮光剂，所述亮光剂购自INX International InkCo.（Schaumburg,IL），通过UV固化在位。测试所述处理后和涂覆亮光剂之后的膜的表面能、摩擦系数以及亮光剂的耐摩擦性。所述测试的结果示出于表1和表2中。

表1

表2

测试方法：

油墨粘附性-胶带试验

目的：确定印刷油墨或亮光剂至柔性膜的粘合度。

所述膜在膜供应商的设施中用油墨印刷并涂覆亮光剂，其固化期限与这种施涂相配合。油墨固化后，当施用一片胶带并取下时，通过确定能够去除的油墨量，从而对油墨的粘附性进行分级。

材料的制备：每个试样应制备最少3个样本，包括所有颜色。试样尺寸70×70mm，表面平整，不起皱、无凹痕或其它不规则形状。没有污染。

胶带类型：3M Scotch透明胶带，参考600（每辊19mm×65.84m）。

胶带存续时间：胶带使用不得超过3个月或在储存期间暴露于高温下。

测量设置

胶带长度：50mm

设备：切割器。经过校准的钢尺。

试验过程：

1.将试样进行编号以防混淆。清晰地标识试样的纵向。

2.在测试之前，将所述试样在23℃和50%相对湿度条件下放置至少24小时。

3.在标准大气条件(23℃,50%相对湿度)下沿纵向和横向确定所述油墨的粘附性。

a.将所述试样放置在光滑、平坦的硬质表面。

b.在胶带最小自由末端3cm施涂油墨/亮光剂，即每个颜色一处。

c.将所述胶带牢固地按压在所述基材上。

d.让胶带保持15秒。

e.握住胶带自由末端并与所述表面呈90°角拉提。

f.检查所述胶带和所述样本的油墨转移情况。

分级：

_4级-在30cm间距处进行仔细检查，没有油墨从试样转移到胶带。

_3级-在30cm间距处进行仔细检查，有少量油墨从试样转移到胶带。

_2级-在手臂长度间距处，有少量油墨从试样转移到胶带。

_1级-在手臂长度间距处，有明显的油墨从试样转移到胶带。

每个所述分级的接受/拒绝标准应遵守所述主要技术规格。

测试报告：测试报告包括测试日期、膜材料的供应商、膜材料的标识和测试结果。

结果的解读

每个颜色的测试试样根据所附的分级图进行评估和分级。如果获得的结果在两个等级之间，应选择最严格的等级（比x级较差，因此选择y级）。如果对油墨转移到所述试样上的可见性有疑惑，则评估所述胶带片；如果处在两个等级之间，则选择最严格的等级。

苏瑟兰德摩擦测试***ASTM D-5264

1.测试方法-参考：

ASTM D-5264：用苏瑟兰德摩擦试验机对印刷材料耐磨性的标准试验方法。

2.目的：

本测试规程用于确定印刷表面的耐磨性和耐擦痕性能。测试方法更详细地用配有全宽度橡胶垫并使用标准化的接受器的所述苏瑟兰德摩擦试验机（或其等同物）确定印刷材料的耐磨性。

本测试方法适用于在平坦基材上具有施用图案的包装材料。

3.设备：参考ASTM D-5264的第6节。

_苏瑟兰德摩擦试验机，例如型号VMB-58405，带有4磅（大约1.8kg）的重物

_试样切割器

_苏瑟兰德记分装置

4.材料的制备：参考ASTM D-5264的第8节。

测试试样：

_测试之前进行编号。

_表面平整，不起皱、无凹痕或其它不规则形状。

_沿纵向切割试件：

·未印刷（白色）试样175×50mm，颗粒方向平行于50mm尺寸。

·印刷后的试样（如有可能，完全覆盖有油墨和亮光剂）150×65mm，颗粒方向平行于150mm尺寸。

_在操作期间避免手指印接触所述测试试样。

_对于纸板材料，所述白色试样是涂覆粘土、未施用亮光剂的白色纸板。

5.试验过程：参考ASTM D-5264的第4&10节。

1.用苏瑟兰德记分装置为未印刷试样打分，以包裹所述4磅苏瑟兰德测试重物（用于纸板试样，涂覆粘土的侧面向外；其它试样：白色{未印刷的}侧面向外）。

2.用印刷的测试试样罩住所述苏瑟兰德摩擦试验机（全区域）的底板，印刷的侧面向上并且平坦。

注意：定位所述印刷件使得所述重物在所有的待测油墨前后移动。可能必须在多个区域摩擦所述样本以测试所有油墨。

3.在环境温度(23℃,50%相对湿度)下进行所述测试。在所述测试之前，将所述试样这些条件下预置至少24小时。

4.启动苏瑟兰德摩擦试验机，设定在规定的摩擦转数下的自动开关。

注意：在没有规范的情况下，可将试样摩擦50次，即，25次完整的前后冲程。

5.所述试验机自动停止。

6.检查所述印刷的和白色试样的表面的油墨脏污情况。

7.检查所述印刷试样的表面的擦痕和/或所述亮光剂的起球情况。

8.将试样进行分级。

注意：当测试包装材料重复进行用包装材料替换所述粘土涂层板嵌段样本的测试并且实施包装材料对包装材料的所述测试时，则遵循4至8的步骤：

6分级：

根据下述分级方法对测试的试样进行评估和分级。如果获得的结果在两个等级之间，则选择最严格的等级（比x级较差，因此选择y级）。

_4级：没有变化。没有油墨脏污、擦痕和/或所述亮光剂的起球现象。

_3级：轻微变化。油墨脏污、擦痕和/或仅能够在近距离检查时很困难地看到的所述亮光剂的起球现象。

_2级：明显的变化。明显的油墨脏污、擦痕和/或在近距离检查时所述亮光剂的起球现象。

_1级：变坏。相当大的油墨脏污、擦痕和/或所述亮光剂的起球现象。

每种所述分级的接受/拒绝标准应根据所述主要技术规格。

7.测试报告：

测试日期。

_包装材料的供应商。

_包装材料的标识（厚度、类型、油墨、亮光剂等）。

_冲程数量。

_油墨脏污、擦痕和/或所述亮光剂起球的程度。

8.结果的解读：

_经过苏瑟兰德试验机的油墨/亮光剂，通常在正常贸易处理条件下将是令人满意的。

_影响摩擦阻力的因素是：

·所述嵌段样本上的刻痕质量，

·所述印刷样本的使用年限，

·固定到所述嵌段的样本和所述测试表面的平整度，

·和所述样本表面的清洁度。

_由于摩擦和擦痕，包装的外观和包装信息的易读性可显著下降。

9.定义和缩写：参考ASTM D-5264的第3节。

起球：小颗粒的起球现象，可能是由于在摩擦过程中所述亮光剂的软化造成的。这些颗粒具有坚韧的稠度和黑色外观。

擦痕：油墨和/或亮光剂的无扩展划痕。

脏污：油墨的扩展，而不是划痕。

Lbs：磅

Kg：公斤

MD：纵向

确定摩擦系数

1.目的：当两个塑性膜在一定的受控环境条件下相互接触时，确定它们之间的动态摩擦系数。

2.参考文件：标准ASTM D-1894-95。

3.(C)设备和材料：

-摩擦系数测量设备，优选地采用Thwing Albert Instrument Co.供应的Eja张力检验器

-切割器。

-金属尺。

-切割样本用的安全目镜和手套。

4.(C)测试样本和条件：

4.1.-正确标识样本以免混淆。

4.2.-在进行测试之前，将所述测试样本在23+/-1℃(73.4+/-2℉)和50+/-2%相对湿度的条件下放置至少24小时。

4.3.-测试样本表面应当平整、无线痕、划痕和其它不规则形状。

4.4.-避免用手触摸样本，以免汗渍或油脂沾污它们。

4.5.-每种类型应切割至少5份样本。所述固定的测试样本应为130mm×300mm (A)，并且所述连接到所述移动嵌段的移动测试样本应为100mm×130mm(B)。两种样本的最长尺寸应沿其纵向。

4.6.-测试样本只可被分析一次。为得到附加的“COF”读数，使用新的膜样本。

5.(C)设备的调节和标度的验证：

验证所述设备的校准切合为最新的。

6.(C)步骤：

6.1.-设定测试速度为150mm/min。

6.2.-将样本A放置在金属平台上并固定其一端。样本B必须连接到200+/-5gr和63.5mm×63.5mm的所述滑块上确保不要造成任何皱纹或任何其它表面变化。

6.3.-将样本B放在样本A的上端。

6.4.-将所述滑块固定到所述固定装置、滑轮或其它系统上。

6.5.-所述滑块应当移动至少130mm的距离。

6.6.-确定所述要求系统的摩擦系数(COF)，（印刷/印刷、非印刷/印刷、非印刷/非印刷、处理/处理、非处理/非处理）。每种配置测试至少5个样本。对于层压膜，无法测量所述处理/非处理和非处理/非处理的COF，因为不存在这些表面。

6.7.-确定标准偏差和所有测量值的平均值。所述测量区域的所述摩擦系数的数值将是所有测量值的平均值。

本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个上述量纲均旨在表示所述值以及该值附近的函数等效范围。例如，所公开的尺寸“40mm”旨在表示“约40mm”。

除非明确地不包括在内或换句话讲限制，本文所引用的每篇文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或专利申请，均特此以引用方式全文并入本文。任何文献的引用不是对其作为本文所公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术，或者其单独地或者与任何其它参考文献的任何组合，或者参考、提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文件中术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但是对那些本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的更改和修改。因此，所附权利要求书旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (15)

1.一种处理柔性膜的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有第一侧面和第二侧面的柔性膜；

b.火焰处理所述柔性膜的第一侧面；以及

c.随后用等离子处理所述第一侧面。

2.如权利要求1所述的方法，其中等离子源自含氩量在30%和100%之间的流体。

3.如权利要求1所述的方法，其中氩等离子源自含氩量在30%和80%之间的流体。

4.如权利要求1所述的方法，其中氩等离子源自含氩量在50%和80%之间的流体。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括向所述等离子处理的第一侧面施用粘合剂材料的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其中等离子处理向以200m/min速度移动的膜提供1和20Watts/ft2/min之间的功率密度。

7.一种处理柔性膜的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有第一侧面和第二侧面的柔性膜；

b.火焰处理所述柔性膜的第一侧面；

c.随后用氩等离子处理所述第一侧面；

d.向所述处理的第一侧面施用涂层；以及

e.固化向所述第一侧面施用的涂层。

8.如权利要求7所述的方法，其还包括在施用所述涂层之前印刷所述处理的第一侧面的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其在所述处理和装饰的第一侧面形成小于0.25，优选地小于0.2的最终动态摩擦系数。

10.如权利要求7所述的方法，其中氩等离子源自含氩量在30%和100%之间的流体。

11.如权利要求7所述的方法，其中氩等离子源自含氩量在30%和80%之间的流体。

12.如权利要求7所述的方法，其中氩等离子源自含氩量在50%和80%之间的流体。

13.一种处理柔性膜的系统，所述系统包括：

a.适于退绕柔性膜卷辊的退绕元件，所述柔性膜具有第一侧面和第二侧面；

b.设置用于接收从所述退绕元件处理的退绕膜并且适合火焰处理所述柔性膜的第一侧面的火焰处理元件；和

c.设置用于接收从所述火焰处理元件处理的膜并且适合用氩等离子处理所述柔性膜的第一侧面的等离子处理元件。

14.如权利要求13所述的系统，其还包括设置用于接收所述处理膜并且卷绕所述处理膜到卷辊上的回绕元件。

15.如权利要求13所述的系统，其还包括纤维网印刷或层压设备。

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