提高PE与PP板卷材表面粘接性能的途径.doc

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1、提高PE与PP板卷材表面粘接性能的途径2001-10-11科技版 　　聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)性能优良，成本低，故其薄膜、片材及各种注射成型制品被广泛应用于各行各业中。很多情况下，这些制品还需经过粘接、电镀、涂饰、印刷等二次加工。金属/塑料/金属复合层板的出现及其对于轿车、航空航天器、电子装备轻量化和隔热、吸震减振等功能要求的重要意义，提出了如何获得表面极性高、粘接性能好的PE和PP板卷材的问题，以保证金属板料与塑料板卷材间具有足够的粘接强度。　　1PE和PP板卷材表面改性处理的目的。已经知道，粘

2、接界面上的作用力有三类：一为静力，如机械啮合作用和摩擦作用所产生的力；二为粘接界面上分子间作用力，当粘接剂与被粘材料接近到0.3-0.5nm时，将由色散、偶极和氢键等作用产生范德华力；三为化学键力，当粘接剂与被粘材料接近到0.1-0.3nm时，发生化学反应形成化学键，而且粘接强度抵抗介质腐蚀的能力主要取决于化学键力。而对于PE与PP材料，它们具有以下特点。(1)PE和PP仅由碳氢原子组成，是非极性或弱极性高分子材料。(2)表面能低，临界表面张力只有约31×10-3N/m。(3)结晶度高，化学稳定性较好。

3、而且常用的成型加工方法都会导致表面层分子定向排列，增加分子的结晶度。因此，各类粘接剂等作用于其表面时难以发生高分子链和链段的扩散与缠结，从而不能形成较强的粘接力。(4)PE与PP本身含有低相对分子质量组分，而且在加工过程中还加入了各种添加剂。在成型过程中，这些小相对分子质量物质将向表面汇聚，再加上环境污染，将形成强度低的弱边界层。因此，根据粘接力的产生以及PE与PP的特点，对其进行改性处理的主要目的是：(1)使PE与PP带上极性基团而使板卷材表面极性化。2)提高表面能。这主要是由于表面能极性分量的增

4、加，改善了粘接剂与PE和PP表面的润湿性，为粘接界面上分子间紧密接近而获得最大的分子间作用力和化学作用力创造了条件。同时排除了PE与PP表面吸附的气体，减少了粘接界面上的空隙率，为获得最大的机械啮合作用提供了条件。(3)除去表面的弱边界层，使表面能增加，也避免了粘接后力学性能差的弱边界层的影响。(4)提高表面粗糙度。增强了粘接界面上的机械啮合作用，同时为粘接界面上分子间物理作用和化学作用提供了更大的面积。　　2　改性处理方法、基本原理及改性后的粘接特性为了获得表面极性高、粘接性能好的PE和PP板卷材，可

5、以采用两种途径：一是对PE和PP板卷材进行表面处理，在其表面层形成极性基团或极性单体；二是先将高极性的PE、PP接枝物或高分子表面改性剂与PE、PP混合，再用挤出等方法制造板卷材。2.1对PE和PP板卷材表面的改性处理及其粘接性能2.1.1表面化学处理利用酸液对塑料表面分子进行强氧化作用，从而在其表面引入羧基、醛基、羰基等极性基团。其中最典型且效果最好的是硫酸-重铬酸盐处理液。Briggs等用硫酸-重铬酸钾液处理PE、PP膜后，表面O/C比增大近20倍以上，粘接强度大幅度提高。黄发荣等用硫酸-重铬酸钾液

6、处理PE板表面后获得了优良的粘接强度。表面形貌也发生变化，在PP的球晶面上，球晶之间不规整区域被优先腐蚀，形成10-15祄深的空穴；在片晶面上，中间区受酸蚀，形成5-20祄深的缝穴；对LDPE和HDPE处理后，表面形成细密的粗糙形态。2.1.2表面火焰处理用可燃气体的火焰瞬时高温燃烧塑料表面，由于高温火焰是一种等离子体，火焰中含有激发态的O、NO、NH、OH和CN等自由基、离子、中子等，通过对塑料表面的脱氢和氧化反应而在表面生成羧基、羟基、羰基等含氧极性基团和不饱和双键。表面由非极性转变为极性，表面能因

7、此而提高。对于PE与PP，表面能分别提高到50mJ/m2和43.8mJ/m2。同时表面的弱边界层被除去，表面也被粗化。黄发荣等用火焰处理PE板表面后获得了优良的粘接强度。2.1.3表面热气体氰化空气、氧气、臭氧等气体和PE、PP表面在热状态下进行氧化反应，可使其表面生成羰基、羧基等极性基团，从而改善表面润湿性与粘接性。用臭氧对热LDPE片进行处理后，与铝片的粘接强度很好。2.1.4表面低温等离子体处理利用电晕、辉光等放电装置产生含有电子、离子、自由基等电离气体粒子的低温等离子体处理PE、PP表面。由于等

8、离子体中绝大部分粒子的能量高于聚合物中常见化学键的键能，因此，当等离子体粒子撞击PE、PP表面时具有足够的能量引发塑料表面一定深度内各种化学键断裂或重新组合。当采用非反应性等离子体的氢气、惰性气体粒子时，它们只将能量转移给表层分子，使它活化生成链自由基，自由基进而相互反应生成表面交联层。表面润湿性、反应性得到改善，弱边界层被强化，如氩等离子体处理PE后表面能达68.9mJ/m2。当采用反应性等离子体时，它们将与表面发生氧化、氮化等反应，在表