具体实施方式

现在将对本公开内容的各种实施方式进行详细说明，本公开内容的一或多个例子绘示于图中。在以下对于图式的描述中，相同的附图标号指示相同的部件。一般地，只会对单个实施方式的不同处进行描述。各个实例是以解释本公开内容的方式而提供，而非意味着对本公开内容的限制。另外，作为一个实施方式的一部分而被绘示或描述的特征，可用于或结合其他实施方式，以产生又一另外的实施方式。意欲所述内容包含这样的调整及变化。

随着聚合物膜在日常生活中(例如是在食品包装中)的使用增加，近年来对于改进聚合物膜的生产的兴趣变得越来越高。

首先，基于除了粘合性质之外的其他性质来选择用于给定的应用的聚合物膜。此后，可注意聚合物膜的粘合性质，特别是其中聚合物膜将与其他膜或涂层(例如是由聚合物或金属制成)一起用于应用中。

在一些应用中，粘合性质在聚合物膜的选择中具有次要作用的原因是，存在近年来开发的修改聚合物膜的表面的不同替代方案，用以改善聚合物膜与其它膜或涂层的粘合性质。

修改聚合物膜的表面的这些替代方案的实例是，用等离子体处理装置对聚合物膜进行表面处理。等离子体是一种电离的气相物质，此物质可包含离子、电子、及中性原子、和/或大致上维持电荷中性的分子。除了等离子体及电子之间的边界区域外，等离子体包括等量的正电荷及负电荷。此外，等离子体中的带电粒子共同对外部电磁场作出响应。

在用等离子体处理装置对聚合物膜进行表面处理时，通常经由自由基化学物质，来使等离子体中产生的高能粒子(例如是离子和/或电子)与聚合物膜的表面强烈地相互作用。一般来说，通常是观察到等离子体对于聚合物膜的表面的四个主要效果。各个效果总是在某种程度上存在，但是取决于聚合物膜、处理气体、等离子体处理装置、及处理参数，其中一种效果可能优于其他效果。

据此，四个主要效果为：(1)表面清洁，也就是从聚合物膜的表面去除有机污染物；(2)从聚合物膜的表面消剥(ablation)或蚀刻(etching)材料，可以去除薄弱的边界层并增加表面积；(3)近表面的聚合分子的交联或分支，可以凝聚地增强聚合物膜的表面；以及(4)聚合物膜的表面化学结构的改变，这可能发生在用等离子体处理装置本身对聚合物膜进行表面处理的期间，以及在将聚合物膜的已处理部分再次暴露于空气中时，此时残留的自由基可以与大气的氧气或水蒸气反应。

进一步来说，在聚合物膜的表面处理期间，等离子体中的电子及离子可以是通过扩散或重组而消失。为了保持稳定的等离子体，需要外部激发以产生更多的电子及离子，以使得电子及离子的产生率与损失率可以达到平衡。多数的等离子体产生方法是依靠给予电子足够的能量，来将中性原子或分子分解成离子及电子。运用这种等离子体产生方法的一些等离子体源是辉光放电(glow discharge)，电晕放电(corona discharge)、电容耦合放电(capacitively coupled discharge)、电感耦合放电(inductively coupleddischarge)、及电子回旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)。

特别是，一种用于改善聚合物膜的粘合性质的等离子体处理装置是电晕处理装置。电晕处理装置使用低温电晕放电等离子体来赋予表面性质上的变化。举例来说，将电晕处理装置设计成增加聚合物膜及纸的表面能，以便改善诸如墨水及粘合剂的涂层的粘合性。结果，经表面处理的聚合物膜表现出改善的印刷及粘合性质量以及层压(lamination)强度。

电晕处理装置可包含两个主要部件：电源，包括高频发电机及高压变压器；及处理器站，包括具有至少一电极的等离子体源及处理器接地辊(ground roll)。电晕处理装置的电源符合标准的50/60赫兹(Hz)公用电功率，并将其转换成单相、更高频率(标称值为10至30kHz)的功率，以提供给处理器站。处理器站通过气隙、经由一对高电位电极及在接地电位支撑材料的辊，将这些功率施加至材料的表面，例如是聚合物膜的表面。只有面对处理器站的高电位电极的一侧的材料应显示出表面张力的增加。

特别是，可以通过改变各种处理参数来主要地控制等离子体对聚合物膜的表面的效果，所述处理参数例如是等离子体源压力、等离子体电源、处理气体的类型、处理气体的流量、处理持续的时间(或处理速度)、及等离子体与基材表面的距离。因此，通过控制这样的处理参数，可以在单一处理步骤中获得多种上述的效果。然而，为了获得有关于处理确定的聚合物膜的处理知识，并找到在聚合物膜的表面上实现特定效果的最佳条件，必须进行冗长且昂贵的尝试错误法的过程。

根据在此所述的实施方式，改善了聚合物膜的表面处理，特别是，其中聚合物膜与其他膜或涂层(例如是由聚合物或金属所制成)是一起用于应用中，且因此，需要聚合物膜的特定粘合性质。

由于寻找用于处理聚合物膜的表面的最佳条件的尝试错误法的过程冗长且昂贵，寻求了一种聚合物膜的表面处理方法，这种方法的简易性增加且聚合物膜的生产时间减少。

据此，本公开内容涉及一种用于聚合物膜的表面处理方法，以及根据这种方法的经表面处理的聚合物膜在包装材料，特别是食品包装的生产中的运用。用于聚合物膜的表面处理方法包括：向表面处理装置提供关于至少聚合物膜的信息；基于此信息，在表面处理装置处调整带电粒子的放电及聚合物膜在表面处理装置中的停留时间中的至少一项；及在表面处理装置中的聚合物膜的停留时间期间将带电粒子的放电施加到聚合物膜的表面，以获得聚合物膜的经处理的表面。

根据可以与在此所述的其他实施方式结合的本公开内容的实施方式，可以是由带电粒子(例如是电子或离子)来处理聚合物膜。可以在电子源中产生电子，例如是利用等离子体、热电子发射、或电子的场发射。如在此所述，可以在离子源中产生离子。在下文中提及离子，因为离子可能有益于更容易地进行表面的修改。

在更详细地描述本公开内容的多种实施方式之前，解释下与在此所使用的一些术语(term)及表述(expressions)有关的一些方面。

术语“聚合物涂层”是指由聚合物材料所制成的薄层，此聚合物涂层是利用多种不同技术、例如是挤压/分散及溶解应用被施加于基板或材料上，例如聚合物膜上。

术语“聚合物膜”应理解为由聚合物所制成的一块材料，此聚合物膜具有小于100μm，典型地小于50μm，且更典型地为20μm的厚度。进一步来说，聚合物膜可具有1m或更大，典型地2m或更大的宽度。卷对卷(roll-to-roll,R2R)工艺中的长度可以是从几百米到几公里变化。术语“表面”是指一块材料的外部范围或面积。

术语“等离子体”通常描述由离子、电子、及中性物种所组成的部分电离的气体。术语“等离子体”也可以是指，当物质例如是通过升高温度和/或以特定频率施加高压而连续地被供给能量时所产生的电子及带正电的离子的混合物。术语“离子的放电”是指，当物质例如是通过升高温度和/或以特定频率施加高压而连续地被供给能量时，所产生的一群带正电的离子。术语“离子的放电”也指作为等离子体的部分的带正电的离子。

术语“电源”应理解为向等离子体源供应电流或电压的电子装置。术语“等离子体源”是指等离子体处理装置的一部分，此等离子体处理装置通过将电场或电子束及光子束施加于处理气体中而产生等离子体。

图1示出根据在此所述的实施方式的用于聚合物膜的表面处理方法100的流程图。方法100从起点101开始，方法100包括将关于至少聚合物膜的信息提供给表面处理装置102，基于信息103在表面处理装置处调整离子的放电及聚合物膜在表面处理装置中的停留时间中的至少一项，并在表面处理装置中的聚合物膜的停留时间期间将离子的放电施加到聚合物膜的表面，以获得经表面处理的聚合物膜104。方法100在结束点105结束。

在可以与在此所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，聚合物膜可包括聚烯烃(polyolefin)、聚酯(polyester)、聚氨酯(polyurethane)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、及聚硅氧烷(polysiloxane)中的至少一种。此外，聚合物膜的表面的至少部分可包括聚合物涂层。此聚合物涂层可包括聚烯烃、聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、及聚硅氧烷中的至少一种。特别是，聚烯烃可包括聚乙烯(polyethylene)及聚丙烯(polypropylene)中的至少一种。进一步来说，聚酯可包括至少聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)。此外，聚丙烯酸酯可包括聚甲基丙烯酸盐(polymethacrylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl)methacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚丙烯酰胺(polyacrylamide)中的至少一种。此后，在进一步的实施方式中可能不会提及聚合物涂层。然而，在在此所述的实施方式中，可以在聚合物膜的表面的至少一部分上提供聚合物涂层。

进一步来说，将关于至少聚合物膜的信息提供给表面处理装置102，可以进一步包括提供聚合物膜的材料密度及聚合物膜的表面原子密度中的至少一项。此外，将关于至少聚合物膜的信息提供给表面处理装置可以进一步包括将关于聚合物涂层的信息提供给表面处理装置，将关于聚合物涂层的信息提供给表面处理装置包括提供聚合物涂层的材料密度及聚合物涂层的表面原子密度中的至少一项。

据此，术语“材料密度”是指每单位体积的聚合物膜或聚合物涂层的所包含在聚合物膜或聚合物涂层中的聚合物的质量。可以通过使用根据ISO12154:2014的气体比重瓶来确定本公开内容中的材料密度。进一步来说，聚合物的材料密度可以是在例如是数据库或数据表中被找到，此数据库或数据表包含有关于包含在聚合物膜或聚合物涂层中的至少一种聚合物的信息。

此外，术语“表面原子密度”应理解为每单位面积的聚合物膜或聚合物涂层的在聚合物膜或聚合物涂层的表面上的聚合物的原子数。

根据可与在此所述的其他实施方式结合的一些实施方式，表面处理方法可包括溶剂擦拭和/或化学处理的进一步的处理。据此，可以通过在聚合物膜的表面上施加溶剂、及通过擦拭而从聚合物膜的表面上去除溶剂及诸如蜡、油、和/或任何其他低分子量污染物的任何溶质，来进行溶剂擦拭。

进一步来说，可以通过在聚合物膜的表面上施加化学物质来进行化学处理，此化学物质与来自聚合物膜的表面的任何污染物和/或与聚合物膜反应。化学处理的实例可包括在包含聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)的聚合物膜的表面上的蚀刻处理，向包含聚酯的聚合物膜的表面添加烧碱(caustic soda)，以及向包含聚苯乙烯(polystyrene)的聚合物膜的表面添加硫酸(sulphuric acid)。

根据在此所述的实施方式，可以提供聚合物膜和/或聚合物涂层的表面原子密度。可以通过提供的信息获得聚合物膜的材料密度及聚合物膜的表面原子密度中的至少一项、和/或聚合物涂层的材料密度及聚合物涂层的表面原子密度中的至少一项，并基于有关于聚合物膜及聚合物涂层中的至少一个的信息，用算法计算聚合物膜及聚合物涂层中的至少一个的表面原子密度。据此，可以通过对材料密度进行算术运算，来计算本公开内容中的聚合物膜和/或聚合物涂层的表面原子密度，所述算术运算例如是加、减、除、或乘。

在可以与在此所述的其他实施方式结合的一些实施方式中，调整表面处理装置(参见图1中的信息103)。此调整可以是基于信息，再基于离子的放电及聚合物膜在表面处理装置中的停留时间中的至少一项。此调整可以进一步包括使用算法计算用于处理聚合物膜和/或聚合物涂层中的至少一个的离子剂量。此计算可以是至少基于放电电流、电极面积、及停留时间。可以由算法来提供进一步的计算，以获得用于处理聚合物膜及聚合物涂层中的至少一个的离子能量。更进一步地，此调整可以是附加地或可替代地包括：基于表面处理装置在加工方向上的至少一尺寸及加工方向上的聚合物膜的输送速度，来计算聚合物膜在表面处理装置中的停留时间；以及选择处理气体。

因此，术语“放电电流”是指由电源提供给等离子体处理装置的等离子体源的电流。术语“电极面积”是指作为等离子体源的一部分且用于产生等离子体的电极的面积。术语“停留时间”应理解为聚合物膜在表面处理装置中花费的时间段。特别是，术语“停留时间”是指一个时间段，其中将等离子体施加在表面处理装置中的聚合物膜或聚合物涂层的表面上。

进一步来说，术语“离子剂量”是指在聚合物膜或聚合物涂层的每单位面积上，施加于聚合物膜或聚合物涂层的来自等离子体的带正电的离子的数量。术语“离子能量”应理解为来自等离子体的带正电的离子的能量的数量，等同于当电子上的电位增加一伏特(V)时电子所获得的能量的数量。术语“表面处理装置在加工方向上的尺寸”是指等离子体源的线性延伸，特别是在基板移动的方向上，其中聚合物膜流至表面处理装置上。术语“加工方向上的聚合物膜的输送速度”应理解为聚合物膜在表面处理装置处、在聚合物膜流至表面处理装置上所在的方向上输送的速率。

可以通过对放电电流、电极面积、及停留时间的至少一项进行算术运算，来计算在本公开内容中施加到聚合物膜和/或聚合物涂层上的离子剂量，所述算术运算例如是加、减、除、或乘。类似地，可以用对表面处理装置在加工方向上的至少一尺寸、及加工方向上的聚合物膜的输送速度进行算术运算，来计算本公开内容中的表面处理装置中的聚合物膜的停留时间，所述算术运算例如是加、减、除、或乘。

据此，用于处理聚合物膜和/或聚合物涂层中的至少一个的离子剂量包括每平方厘米4×10¹⁴至6×10¹⁵个离子，典型地每平方厘米6×10¹⁴至4×10¹⁵个离子，更典型地每平方厘米8×10¹⁴至2×10¹⁵个离子。进一步来说，用于处理聚合物膜和/或聚合物涂层中的至少一个的离子能量包括100电子伏特(eV)至9000eV，典型地200eV至7000eV，更通常地是400eV至5000eV。

表面处理装置可以是等离子体处理装置。此等离子体处理装置可包括至少一电源及处理器站。进一步来说，此处理器站可包括具有至少一电极的等离子体源及处理器接地辊。此外，此电源可提供电流至等离子体处理装置的等离子体源中。电源可以是单极或双极的。术语“单极”是指具有两个输出端子(正及负)的电源。术语“双极”是指具有三个输出端子(正极、接地及负极)的电源。

进一步来说，电流可以是低频RF、高频RF、MF、DC、及AC中的至少一种。术语“AC”及“DC”是指通过电源施加到等离子体源的电流。术语“AC”是指交流电，其中电流的方向相关于时间变化。术语“DC”是指直流电，其中电流是恒定的，并且在整个用电源向等离子体源的电流的施加期间，电流的流动方向永久保持不变。术语“电流”是指通过导体的电子的连续流动，并且可以由导体的两个带不同电的端之间的电位差来产生电流。

进一步来说，术语“射频”是指用电源施加到等离子体源的电压或电流的振荡变化。此外，术语“射频”与术语“AC”有关。术语“RF”是指射频，并且涉及高于100kHz且低于915MHz，典型地高于1MHz且低于900MHz的频率。术语“MF”是指中频，并且涉及高于16kHz且低于100kHz，典型地高于20kHz且低于50kHz的频率。

根据可以与在此所述的其他实施方式结合的一些实施方式，等离子体处理装置可以包括等离子体源，此等离子体源通过施加电场至处理气体来产生等离子体，此电场例如是DC或AC电流、射频电流、微波放电、或电子束及光子束。等离子体处理装置可包括等离子体源，此等离子体源由辉光放电、双极磁控管(bipolar magnetron)、电容耦合放电、电感耦合放电、微波放电、及电子回旋共振中的至少一种来产生等离子体。

据此，术语“辉光放电”是指由电流通过处理气体形式而产生等离子体的等离子体源，所述电流典型地为DC或低频RF)。术语“辉光放电”也指通过在包含处理气体的两个电极之间施加电压来产生等离子体的等离子体源。术语“双极磁控管”是指通过利用连接到相同电源(AC)的两个磁控管来产生等离子体的等离子体源，其中这两个磁控管可以是彼此异相地脉冲180°，使得各个磁控管交替地作为阴极和阳极。术语“电容耦合放电”应理解为由电流通过处理气体形式而产生等离子体的等离子体源，所述电流典型地为高频RF、更典型地为13.56MHz。术语“电感耦合放电”是指通过在包含处理气体的两个电极之间施加电压来产生等离子体的等离子体源，其中此两个电极可以是缠绕在形成等离子体的腔室周围的线圈。

进一步来说，术语“微波放电”是指通过将穿过石英窗的微波辐射施加到处理气体而产生等离子体的等离子体源，其中此等离子体源可包括磁控管。术语“电子回旋共振”是指通过经由传输线将具有2.45GHz频率及0.0875T磁场强度的微波施加到处理气体中而产生等离子体的等离子体源。

进一步来说，等离子体处理装置可以是真空等离子体处理装置或大气等离子体处理装置。真空等离子体处理装置可以是用于分批工艺(batch process)中。大气等离子体处理装置可以是用于装配线工艺(assembly-line process)中。术语“真空”是指低于大气压的压力，典型地低于10托(torr)的压力。

处理气体可以是无机或有机的。举例来说，无机处理气体可包括氩(argon)、氧(oxygen)、氮(nitrogen)、氦(helium)、及氖(neon)中的至少一种，典型地氩、氧、氮、氦中的至少一种，且更典型地氩、氧、及氮中的至少一种。示例性的有机处理气体包括硅烷(silanes)、饱和及不饱和烃(saturated and unsaturated hydrocarbons)、以及芳族化合物(aromatics)。

表面处理方法可以进一步包括分析聚合物膜的经处理的表面和/或分析经处理的聚合物涂层。据此，分析聚合物膜的经处理的表面和/或分析经处理的聚合物涂层，可包括利用根据ISO 29862:2007的胶带测试之一来测量粘合强度，光谱法例如是傅立叶变换(Fourier-transform)红外线(infrared)、紫外线(ultraviolet)、及X-射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopies)，及测量接触角或润湿性(wettability)。

根据本公开内容的经表面处理的聚合物膜可以是用于卷对卷应用(R2R应用)中。举例来说，此应用可包括包装材料的生产、触控面板的应用、柔性电子装置的应用、阻隔膜的应用，超高阻隔膜的应用、以及诸如光学层堆叠之类的光学层的应用，所述包装材料的生产特别是食品包装的生产。

图2示出根据在此所述的实施方式的表面处理装置200的示意图。

根据可以与在此所述的其他实施方式结合的一些实施方式，表面处理装置200可包括计算机201、控制器单元202、电源203、及处理器站204。进一步来说，可以通过计算机201将关于至少一聚合物膜207的信息提供给表面处理装置。控制器单元202可以是能够至少控制电源203。表面处理装置200可以是等离子体处理装置。等离子体处理装置可包括一等离子体源205。电源可以将电流提供给等离子体源205。可以沿加工方向208、例如是在辊206之上将聚合物膜207引导通过表面处理装置200。

虽然上述内容是关于实施方式，但可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计出其他和更进一步的实施方式，本公开内容的范围由随附的权利要求书来确定。