做座气相防锈塑料薄膜关键技术分析上

气相防锈塑料薄膜关键技术分析(上)

摘要：阐述了气相防锈塑料薄膜的发展历史，并介绍了使用形式、应用领域、制造方法和生产过程中存在的问题，技术指标，以及目前该产品在国内外的标准情况。

关键词：气相防锈塑料薄膜 气相缓蚀剂 防锈包装 塑料薄膜 关键技术

一、概述：气相防锈塑料薄膜的历史

气相防锈塑料薄膜（Volatile Corrosion Inhibitor Film，简称VCIF）是将气相缓蚀剂（Volatile Corrosion Inhibitor，简称VCI或Vapor Phase Inhibitor，简称VPI）以一定方式加到塑料薄膜中而形成的一种防护用内包装材料。气相防锈塑料薄膜（通称VCI膜），主要是通过化学合成、筛选具有高温（200℃）稳定性和适宜蒸气压的气相缓蚀剂（VCI），并使其以超微粉形态与PE混熔，制得高VCI含量的塑料母粒，藉此母粒添加于聚烯烃树脂，经共挤吹塑工艺制得。

在我国，武汉材料保护研究所于70年代开始进行VCIF[3]的研制，并取得了很大成绩，试产品经综合检测，技术指标达到当时美军VCIF产品规范，经3年多的工业化试用，效果明显。1992年朱晔峰申请了涂敷型VCIF的专利[4]；1999年曹海川获得了吹塑法VCIF的专利[5]；2000年沈阳防锈包装材料公司提出了两份VCIF的新型使用形式，扩大了其应用范围。

二、基本原理

1.金属腐蚀机理

金属在自然环境条件下会自发地由高能态向低能态转变，即由不稳定的金属单质形态向稳定的金属化合物形态转变，这种转变叫金属的腐蚀，即金属在环境介质的作用下，发生化学或电化学反应而引起的破坏或变质，腐蚀机理如图一所示：图中发生的变化可用下面的反应式表述：

阳极：M－e→M＋

阴极： O 2＋2H 2O＋4e→4OH－

nM＋nOH－→Mm(OH)n

金属逐渐变成金属离子，进而形成化合物而受到腐蚀。

2.气相防锈机理

为防止金属的腐蚀，需要对金属进行防护处理。现代对金属及其制品最常用的封存防锈处理方法就是气相缓蚀剂法，气相缓蚀剂的主要应用形式是将气相缓蚀剂加入到一定形式的包装材料上而形成气相防锈包装材料。最常用的是以纸和纸/塑为基材的气相防锈纸。本项目研制的气相防锈塑料薄膜是一项具有更新换代意义的新型气相防锈包装材料。本项目的基本原理就是将现代气相缓蚀剂技术与塑料加工技术有机结合，使气相缓蚀剂均匀、稳定地混熔于塑料薄膜中，通过气相缓蚀剂自身的特点——适宜的蒸汽压而持续稳定地挥发出缓蚀剂蒸气，这种缓蚀剂蒸气通过与金属离子反应、形成钝化膜络合物、改变金属表面的酸碱环境及在金属表面形成憎水膜等形式钝化金属表面，从而起到防止或延缓金属锈蚀的发生。

三、 气相防锈塑料薄结构形式

VCIF按其结构、功能和制造工艺可分为多种形式，并有各自的特点和适用范围。目前共有涂敷型和挤出吹塑型两种。涂敷型薄膜是以聚乙烯、聚丙烯或其它塑料薄膜为载体，将胶粘剂、VCI和溶剂等均匀涂在经电晕处理的薄膜上并烘干而成。生产方法类似于气相防锈纸。这种方法生产的产品具有如下优点：VCI选用范围广泛、防锈效果好、不受高温的限制；前期防锈迅速；生产技术相对简单。同时也存在下列不足：外压力实验机在进行季度保护时应注意的问题：观均匀性差；透明度不好；涂层容易被蹭掉而粘在金属制品上或受到损失；溶剂（如乙醇、甲苯、汽油等）的烘干消耗能量并造成一定的环境污染。本方法在VCIF产生的初期曾作为一种基本方法进行了较充分的研究，随着共挤吹塑方法的产生，这种方法的研究和应用便停留在一定程度和规模上。期间虽然有人进行了类似方法——印刷VCIF的研究，并获得了专利，但也只限于科研范围内而为获得广泛应用。目前该方法生产的薄膜在国内外大型专业制造厂中只有印刷生产该产品。挤出吹塑法是将VCI直接混入塑料粒子中经共挤吹塑而成，或将VCI通过造粒再与塑料粒子共挤吹塑而成。与涂敷型产品相比，具有透明度高、外观清洁、美观、易于加工等特点，是当今气相防锈塑料薄膜的主流。不足之处是前期防锈效果缓慢、VCI在生产过程中（155－200℃）易汽化、液化或变质而影响制将螺钉向下旋造工艺和防锈效果、阻隔性较涂敷型小、易凝露等。随着VCI合成水平的提高、范围的扩大及相应添加剂的开发和结构的调整，上述问题将得到很大程度的改善，并在将来几十年会作为防锈包装材料的主要产品之一而得到进一步的研究和应用。