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PP、PE表面低溫等離子體處理提高粘接性能

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-06-13

聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)性能優(yōu)良,成本低,故其薄膜、片材及各種注射成型制品被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。很多情況下,這些制品還需經(jīng)過粘接、電鍍、涂飾、印刷等二次加工。如何獲得表面極性高、粘接性能好的PE和PP,以保證PE和PP具有足夠的粘接強(qiáng)度，其中等離子表面處理是提高聚合物粘接的重要方法。

等離子處理PP塑料

PE和PP等離子表面改性處理的目的

已經(jīng)知道,粘接界面上的作用力有三類:一為靜力,如機(jī)械嚙合作用和摩擦作用所產(chǎn)生的力;二為粘接界面上分子間作用力,當(dāng)粘接劑與被粘材料接近到0.3～0.5nm時(shí),將由色散、偶極和氫鍵等作用產(chǎn)生范德華力;三為化學(xué)鍵力,當(dāng)粘接劑與被粘材料接近到0.1～0.3nm時(shí),發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵,而且粘接強(qiáng)度抵抗介質(zhì)腐蝕的能力主要取決于化學(xué)鍵力。

而對(duì)于PE與PP材料,它們具有以下特點(diǎn):

1) PE和PP僅由碳?xì)湓咏M成,是非極性或弱極性高分子材料。
(2) 表面能低,臨界表面張力只有約31×10^-3N/m。
(3) 結(jié)晶度高,化學(xué)穩(wěn)定性較好,而且常用的成型加工方法都會(huì)導(dǎo)致表面層分子定向排列,增加分子的結(jié)晶度。因此,各類粘接劑等作用于其表面時(shí)難以發(fā)生高分子鏈和鏈段的擴(kuò)散與纏結(jié),從而不能形成較強(qiáng)的粘接力。
(4)PE與PP本身含有低相對(duì)分子質(zhì)量組分,而且在加工過程中還加入了各種添加劑。在成型過程中,這些小相對(duì)分子質(zhì)量物質(zhì)將向表面匯聚,再加上環(huán)境污染,將形成強(qiáng)度低的弱邊界層。

因此,根據(jù)粘接力的產(chǎn)生以及PE與PP的特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行等離子改性處理的主要目的是:

(1)使PE與PP帶上極性基團(tuán)而使表面極性化。這有三方面的作用,一是表面活性和表面能提高,二是增加了因極性基團(tuán)的引入而產(chǎn)生的分子間偶極作用力,三是增加了粘接劑與引入的極性基團(tuán)在粘接界面上形成化學(xué)鍵的可能性。
2) 提高表面能。這主要是由于表面能極性分量的增加,改善了粘接劑與PE和PP表面的潤(rùn)濕性,為粘接界面上分子間緊密接近而獲得最大的分子間作用力和化學(xué)作用力創(chuàng)造了條件。同時(shí)排除了PE與PP表面吸附的氣體,減少了粘接界面上的空隙率,為獲得最大的機(jī)械嚙合作用提供了條件。
3) 除去表面的弱邊界層,使表面能增加,也避免了粘接后力學(xué)性能差的弱邊界層的影響。
4) 提高表面粗糙度。增強(qiáng)了粘接界面上的機(jī)械嚙合作用,同時(shí)為粘接界面上分子間物理作用和化學(xué)作用提供了更大的面積。

為了獲得表面極性高、粘接性能好的PE和PP，可以對(duì)PE和PP板表面進(jìn)行低溫等離子改性處理以提高及其粘接性能。

表面低溫等離子體處理

利用等離子清洗機(jī)產(chǎn)生含有電子、離子、自由基等電離氣體粒子的低溫等離子體處理PE、PP表面。由于等離子體中絕大部分粒子的能量高于聚合物中常見化學(xué)鍵的鍵能,因此,當(dāng)?shù)入x子體粒子撞擊PE、PP表面時(shí)具有足夠的能量引發(fā)塑料表面一定深度內(nèi)各種化學(xué)鍵斷裂或重新組合。

當(dāng)采用非反應(yīng)性等離子體的氫氣、惰性氣體粒子時(shí),它們只將能量轉(zhuǎn)移給表層分子,使它活化生成鏈自由基,自由基進(jìn)而相互反應(yīng)生成表面交聯(lián)層。表面潤(rùn)濕性、反應(yīng)性得到改善,弱邊界層被強(qiáng)化,如氬等離子體處理PE后表面能達(dá)68.9mJ/m²。

當(dāng)采用反應(yīng)性等離子體時(shí),它們將與表面發(fā)生氧化、氮化等反應(yīng),在表面生成大量的活性基團(tuán)。氧等離子體是這一類型的代表,它在塑料表面引入大量的含氧基團(tuán),如羧基、羰基、羥基等,改善了表面化學(xué)活性,而且表面因氧化分解被刻蝕。

經(jīng)等離子體處理后聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)表面黏附性均有顯著提升。其中表面粗糙度增加，這是促使其黏結(jié)性能提升的原因之一；此外等離子體處理PP、PE表面引入新的含氧、含氮基團(tuán)，這是黏結(jié)性能提升的主要原因。

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