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        功能性薄膜開發及應用

        發布:js-wmt 瀏覽:4456次

        【高附加值】是提高產品競爭力的關鍵。對于高分子薄膜,開發具有高附加值的新產品,也就是功能薄膜,是目前產業面臨的首要問題,也是我國薄膜產業未來的發展方向。

        功能薄膜具有非常明顯的交叉學科特點,涉及高分子、精密機械、電腦輔助分析、光學設計等,在我國戰略新興產業中扮演重要的角色。

        功能性薄膜約占薄膜總產量的5%,然而市值卻占接近15%,毛利率是普通薄膜的5-7倍,功能薄膜的高附加值吸引了越來越多廠商投資進入,造成產能過剩,尤其在光學薄膜領域。而在食品包裝(目的:延長保鮮)、服裝紡織(目的:多孔性排濕保暖)、農業薄膜(目的:阻隔有害光)、生物可分解、醫療、生化等在國外已是先期研究及開發的產品,國內仍具有很大差距。

        目前國內具有規模的企業,其高規格的功能性薄膜生產設備仍大多整套系統來自國外大廠,業者只學會使用及操作技術,對于各部分單元并不了解,在使用上有許多受限,例如塑料性質一旦改變,薄膜品質即受到影響;后續維修方面更受制于原廠,增加很多時間及成本。

        國內制備制造商不少,但對于高分子性質往往不甚了解,也缺乏電腦輔助分析的能力,因為在設計上大多仍以經驗及參考國外產品為主,對于精密系統的設計整合能力不足。因此如何協助國內業者了解高分子特性,提高設計能力,不只可提高競爭能力,也能夠有能力承接國外設備后續的維護及更新,才能夠落實技術本土化的目標。

        高機能薄膜應用分類

        LCD顯示器

        食品包裝膜

        農業用膜

        醫療用膜

        隨著老齡化社會的來臨,適合超高齡者使用、個別包裝、高阻隔、高機能成為發展方向。

        透濕防水膜

        是一種能防止液體穿透又能將濕氣排出,使用時內部不會發生結露而導致濕冷不舒服之狀況。材料以PTFE、TPU、聚酯為主。

        1PET透濕防水薄膜

        其優點為輕薄、伸長率好、加工性更佳、不易黃化、無孔特性沒有堵塞問題,透濕功能壽命可達10年以上。并且可回收熔融成再生料,降低環境負擔而不犧牲功能、質量、設計,此為不可多得之附加效益, 消費性產品的生態循環也為此材料帶來競爭力。

        全球透氣防水貼合材料非常著名的Sympatex? 屬聚酯貼合薄膜材料,用于針梭織布料貼合十分普遍,杜邦公司的Hytrel?也屬于此類材料。

        2PTFE透濕防水薄膜

        其產品對于環境影響重大,生產聚四氟乙烯過程中使用的原料之一全氟辛酸銨(PFOA)具有致癌作用。該成分之薄膜無法分解,需燃燒350℃以上才可熔融,且剝蝕物可令鳥致死,并可使人產生類似流感的癥狀。在環境保護的政策下,該類產品使用率逐漸受到已開發國家之限制。而疏水性材質,使用者長時間穿著時,服飾內層會產生結露現象,造成使用者穿著的不適感。

        PTFE(Gore-tex)薄膜其制程需使用有機溶劑,且為有孔性薄膜,會因孔洞堵塞而降低透濕功能。

        3TPU透濕防水薄膜

        為無孔質具親水基之薄膜,加工性良好,但仍稍不及聚酯系薄膜,且該產品在大陸已有多家廠商相繼生產,利潤和未來性與當年相比已衰退許多。

        開發實例

        以軟包裝材料為例,進行以下各步驟的說明及考量重點

        • 多層膜的應用

        • 如何進行各層塑料的搭配選擇

        • 多層膜的層厚設計

        • 如何進行共擠押加工

        • 界面特性分析

        • 界面不穩定現象的發生原因解析

        高性能軟包裝材料的關鍵性能

        • 阻隔性

        • 選擇性的滲透

        • 避免損壞;如耐穿刺、抗撕裂強度、沖擊強度和模量、良好的低溫韌性

        • 熱封性

        • 在高速包裝下的機械加工性;如薄膜彈性系數、膜厚度、密封性能好、摩擦系數低

        • 對消費者的吸引力

        塑料的搭配選擇重點

        以apple sauce cups為例:

        • 拉伸強度

        • 穿透阻力:阻隔性

        • 黏著性,與其他塑料薄膜的貼合

        • 光學性;透明度、表面光澤

        • 成型性;加工性

        • 機械性;耐摩、耐刮、耐沖擊

        • 經濟性;成本

        多層膜基本組成及塑料選擇

        • PP:耐熱、耐摔、安全、阻濕性佳、與EVOH加工溫度相近、加工性佳

        • EVOH:阻氧氣性特優,與PP加工溫度相近

        • PP-g-MAH:因PP與EVOH不相溶,必須加入黏著層,選擇PP-g-MAH能黏著PP層與EVOH層

        層厚設計

        層厚設計需要考慮:穿透阻力(阻隔性)是否夠?機械性質(耐摩、耐刮、拉伸強度、穿刺、沖擊)是否足夠?以及經濟性和成本。

        1收集塑料物性資料

        2計算適當厚度

        假設

        • 膜的氧氣穿透率(OTR)要求<0.02(cm3/100in2/day/atm)

        • 膜的濕氣穿透率(MVTR)要求<0.5(g/100in2/day/atm

        • 膜的沖擊強度0.025J

        3決定膜的各層厚度

        由于共擠押每層膜厚會有偏差約3~5%,且EVOH吸水性太高,不宜放在外層,故采A/B/A方式設計,由于PP與EVOH不相溶,須加上黏著層TL(PP-g-MAH),因此以PP/TL/EVOH/TL/PP為膜的主結構,層厚設計為30/10/20/10/30,總厚度為100um。

        4計原料成本概算


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