柔性包裝正在經(jīng)歷一場技術(shù)革命，旨在提高消費者的便利性，加強消費者保護，并為整個制造和分銷鏈的一系列挑戰(zhàn)提供新的解決方案。高性能薄膜結(jié)構(gòu)、包裝配置和應(yīng)用以及印刷技術(shù)繼續(xù)推動柔性包裝進(jìn)入現(xiàn)有市場和全新市場。軟包裝協(xié)會已經(jīng)確定，在一個包裝行業(yè)內(nèi)，軟包裝銷售額為120億美元，估計總銷售額約為205億美元。雖然傳統(tǒng)上的電暈和火焰表面預(yù)處理已經(jīng)制備出成品柔性包裝結(jié)構(gòu)用于圖形和涂層增強，但本文提供了使用大氣等離子體處理（APT）技術(shù)為新的柔性包裝印刷粘合性能帶來益處的證據(jù)。
?大氣等離子處理工藝背景
大氣等離子處理工藝是為處理/功能化各種材料而開發(fā)的，與目前用于軟包裝應(yīng)用的電暈、火焰和底漆處理技術(shù)相比具有獨特的優(yōu)勢。 大氣等離子處理系統(tǒng)允許在大氣壓和低溫下利用廣泛的惰性和活性氣體產(chǎn)生均勻的高密度等離子體。 大氣等離子處理工藝用類似于真空等離子處理工藝的方式處理/功能化材料表面。APT生產(chǎn)設(shè)備測試目前已成功用于各種材料的處理，包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯、Tyvek?、聚酰胺和聚四氟乙烯。經(jīng)過處理的材料的表面能大幅增加（無需任何背面處理或針孔），從而提高其潤濕性、印刷性和粘合性能。
大氣等離子處理工藝包括將聚合物暴露在低溫、高密度輝光放電（即等離子體）中。產(chǎn)生的等離子體是一種部分電離氣體，由大濃度的激發(fā)原子、分子、離子和自由基組成。氣體分子的激發(fā)是通過使氣體（在開放式設(shè)計中輸送）進(jìn)入電場（通常是高頻）來完成的。自由電子從外加的高頻電場中獲得能量，與中性氣體分子碰撞并轉(zhuǎn)移能量，使分子離解，形成許多活性物質(zhì)。正是這些激發(fā)物質(zhì)與等離子體相對的固體表面的相互作用，導(dǎo)致了材料表面的化學(xué)和物理修飾。等離子體對給定材料的影響取決于表面與等離子體中存在的反應(yīng)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)。在通常用于表面處理的低暴露能量下，等離子體-表面相互作用只改變材料的表面；影響僅限于幾個分子層深的區(qū)域，并且不會改變基底的體積特性。由此產(chǎn)生的表面變化取決于表面成分和所用氣體。用于等離子體處理聚合物的氣體或氣體混合物可包括氮、氬、氧、一氧化二氮、氦、水蒸氣、二氧化碳、甲烷、氨和其他物質(zhì)。每種氣體產(chǎn)生一種獨特的等離子體成分，并產(chǎn)生不同的表面特性。例如，通過等離子體誘導(dǎo)的氧化、硝化、水解或胺化，可以快速有效地提高表面能。根據(jù)聚合物的化學(xué)性質(zhì)和源氣體，將分子部分替換到表面可以使聚合物變得可潤濕。特定類型的被取代原子或基團決定了特定的表面電位。對于任何氣體成分，三種表面工藝同時改變?nèi)嵝园b基板，其程度取決于化學(xué)和工藝變量：燒蝕、交聯(lián)和活化。在燒蝕過程中，高能粒子（即自由基、電子和離子）對聚合物表面的轟擊和輻射破壞了聚合物主鏈的共價鍵，導(dǎo)致分子量較低的聚合物鏈，隨著長分子組分變短，揮發(fā)性低聚物和單體副產(chǎn)物蒸發(fā)（燒蝕）并被排出。用惰性工藝氣體（氬或氦）進(jìn)行交聯(lián)。鍵斷裂發(fā)生在聚合物表面。但是，由于沒有自由基清除劑，它可以在不同的鏈（交聯(lián)）上與附近的自由基形成鍵。活化是用等離子體中不同的原子或化學(xué)基團取代表面聚合物官能團的過程。與燒蝕一樣，暴露在高能物質(zhì)表面會吸收氫或破壞聚合物的主干，產(chǎn)生自由基。此外，等離子體還含有非常高的紫外線輻射。這種紫外線能在聚合物表面產(chǎn)生額外的自由基。自由基在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，它能與聚合物主鏈本身或表面存在的其他自由基迅速反應(yīng)，形成穩(wěn)定的共價鍵合原子或更復(fù)雜的基團。
? ? ? ? ? ? ? ?未被處理表面? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? APT——處理表面? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
已從理論上和實踐上論證大氣等離子體在成品膜上的應(yīng)用，以向基底膜提供特定的功能，以改善與電暈處理工藝相關(guān)的粘附性。由于大氣等離子體在大氣壓下的高密度等離子體中含有高度反應(yīng)性物質(zhì)，它被證明能顯著增加表面面積，并在聚合物表面形成極性基團，從而使基底與其界面（即油墨、涂料、粘合劑）之間發(fā)生強共價鍵合。
分析表明，利用聚酯基結(jié)構(gòu)上的水性油墨的柔性包裝轉(zhuǎn)換器可通過采用基于大氣等離子表面處理系統(tǒng)來改善油墨的粘附性。
