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高分子材料表面处理的化学方法

(2014-08-20 09:00:57)
标签:

表面处理

高分子材料

聚烯烃

极性

分类: 行业资讯

    1.注塑件的表面处理

    采用氟化法技术,将PTFE衬里表面化学改性,从而增强PTFE与金属构件复合附着力,改“松衬,为。紧衬”,如采用萘钠法处逸聚四氟乙烯(薄膜)衬里表面.萘钠溶液将金属钠、精萘、四氟呋喃按一定比例,在氮气保护下配制而成。采用萘钠溶液处理PTFE衬里表面,进行衬里表面化学改性。采用有机溶剂清洗萘钠溶液处理后产生的污物。涂氟化物黏结剂,采用DG-2氟化物猫结剂,均匀涂覆在化学改性后的衬里表面,可以提高PTFE衬里同金属构件复合的附着力。

    2.化学技接法对高分子材料进行表面改性

    塑料件电镀通常都用ABS塑料,一般工序是除油,粗化,敏化,活化,化学镀镍或化学镀铜,镀铜加厚,镀表面层。表面层一般有镍、铬、仿金等,视需要而定。

    3.难钻高分干材料的表面化学处理

    聚乙烯(PE) ,聚丙烯(PP)等聚烯烃和聚四氟乙烯(PTFE)类含氟高分子材料,若不经特殊的表面处理.是很难用普通胶黏剂黏结的,这类材料通常称为难黏高分子材料或难黏塑料。

    难黏高分子材料的难黏原因是多方面的,第一是表面能低,临界表面张力一般只有31 34dyn·cm-1,由于表面能低,接触角大,印墨、黏结剂不能充分润湿基材,从而不能很好黏附在基材上。第二是结晶度高,化学稳定性好,它们的溶胀和溶解都要比结晶高分子困难,当溶剂型胶黏剂(或印墨、溶剂)涂在难黏材料表面,很难发生高聚物分子链成链或互相扩散和缠结,不能形成较强的黏附力。第三是聚烯烃、氟塑料等均属非极性高分子材料,聚乙烯分子上基本不带任何极性基团,是非极性高分子。聚丙烯分子中虽然每一个结构单元中有一甲基,但甲基是非常弱的极性基团,所以聚丙烯基本上属于非极性高分子。而聚四氟乙烯等氟塑料,因结构高度对称,也属非极性高分子,印墨、胶黏剂吸附在被a材料表面是由范德华力(分子间作用力)所引起的。对于非极性高分子材料表面,不具备形成取向力和诱导力的条件,而只能形成较弱的色散力,因而黏附性能较差.第四是聚烯烃类树脂本身含有低相对分子质量物质以及在加工过程中加人的添加剂(如滑爽剂、抗静电剂等),这类小分子物质极容易析出、汇集于树脂表面,形成强度很低的薄弱界面层,表现出黏附性差,不利用于印刷、复合和粘结等后加工。

    基于上述认识,人们采取了多种手段对难黏高分子材料表面进行改性处理:一是在聚烯烃等难黏材料表面的分子链上导人极性基团;二是提高材料的表面能;三是提高制品表面的粗糙度;四是消除制品表面的弱界面层。以提高难粘材料的黏附性能和黏结强度。难黏材料表面处理方法主要有以下几种。

    1)化学试剂处理法

    采用化学试剂对聚烯烃材料进行表面处理是聚烯烃的表面预处理方法中应用较多的一大类方法(简称化学法)。据不完全统计就有铬盐一硫酸法(Cr-H2 S04 )、过硫酸盐法、铬酸法、氯磺化法、氯酸钾盐法、白磷法、高锰酸钾法等多种方法。此类方法用于处理难黏材料表面的原理在于处理液的强氧化作用能使塑料表面的分子被氧化,从而在材料表面导人了羰基、羧基、乙炔基、羟基、磺酸基等极性基团。同时薄弱界面层因溶于处理液中而被破坏,甚至分子链断裂,形成密密麻麻凹穴,增加表面粗糙度,改善了材料的黏附性。

    影响材料表面预处理效果的主要因素有处理液配方、处理时间和温度、材料的种类等。

    化学处理法具有处理效果好、不需要特殊设备、用起来容易等特点,一度应用在中小型塑料制品的表面处理上,但是由于这种方法处理时间长、速度慢、制品容易着色,处理后还要中和、水洗及干燥,处理液污染性较大,目前已趋于淘汰。

    2)气体热氧化法

    聚烯烃材料表面经空气、氧气、臭氧之类气体氧化后,其黏结性,印刷性以及涂覆性能均可得到改善,其中臭氧法有较高的使用价值,它与空气或氧气氧化法不同,基本上不受聚烯烃材料中抗氧剂的影响。例如,含0.2%抗氧剂的PE300℃下挤出时,若用臭氧同时处理,则XPSO:C6.2%,远远大于空气氧化时测得的1.5%的数值,基本上克服了抗氧剂的不良影响。

    在热空气中添加某种促进剂,对聚烯烃的处理效果也不错,如添加某些含N络合物、二元羧酸以及有机过氧化物等,据报道其剥离强可提高到0.408---0.784MPa

    气体氧化法工艺简单、处理效果明显、没有公害,特别适用于聚烯烃的表面处理。但此法要求与材料尺寸相当的鼓风烘箱或类似加热设备,故使它的应用受到一定的限制。

    3)火焰处理法

    火焰处理就是采用一定配比的混合气体,在特别的灯头上烧,使其火焰与聚烯烃表面直接接触的一种表面处理方法。同前述两种处理方法一样,火焰法也能将羟基、羰基、羧基等含氧极性基团和不饱和双键导入聚烯烃材料表面,消除薄弱界面层,因而明显改善其钻接效果。是目前较流行的表面处理方法。

    火焰处理法成本低廉,对设备要求不高。影响火焰处理效果的主要因索有灯头型式,燃烧温度、处理时间、燃烧气体配比等,由于工艺影响因素较多,操作过程要求严格,稍有不慎就可能导致基材变形,甚至烧坏制品,所以目前主要用于软厚的聚烯烃制品的表面处理。

    4)电晕处理

    电晕处理(又称电火花处理)是将2100kV , 210kHz:的高频高压施加于放电电极上,以产生大量的等离子气体及臭氧,与聚烯烃表面分子直接或间接作用,使其表面分子链上产生羰基和含氮基团等极性基团,表面张力明显提高,加之糙化其表面去油污、水汽和尘垢等的协同作用改善表面的黏附性,达到表面预处理的目的。

    电晕处理具有处理时间短、速度快、操作简单、控制容易等优点,因此目前已广泛地应用于聚烯烃薄膜印刷、复合和黏结前的表面预处理。但是电晕处理后的效果不稳定,因此处理后最好当即印刷、复合、黏结。

    影响电晕处理效果的因素有处理电压、频率、电极间距、处理时间及温度,印刷性和黏结力随时间的增加而提高随温度升高而提高,实际操作中,通过采取降低牵引速率、趁热处理等方法,以改善效果。

    5)低温等离子体技术

    低温等离子体是低气压放电(辉光、电晕、高频、微波)产生的电离气体。低温等离子体中的活性粒子具有的能量一般都接近或超过碳碳或其他含碳键的键能,因此能与导人系统的气体或固体表面发生化学或物理的相互作用。如采用反应型的氧等离子体,可能与高分子表面发生化学反应,引入大量的含氧基团,改变其表面活性,既使采用非反应型Ar等离子体,也可能通过表面交联和蚀刻作用引起的表面物理变化而明显地改善聚合物表面的接触角和表面能。

    6)力化学处理

    力化学处理黏结是基于聚合物的力化学反应原理而进行的。聚合物在受到外力(如粉碎、振动研磨、塑炼等)作用时,会产生化学反应,称为聚合物的力化学反应。这种反应有两类,一类是在外力作用下的高分子键产生断裂而发生化学反应,包括力降解、力交联、力接枝等,另一类是应力活化聚合反应。力化学乳结主要是基于前一类反应。

    在力化学黏结中对涂有胶的被黏物表面进行摩擦,通过力化学作用使聚合物表面产生力降解而形成大分子自由基,它与黏结剂分子可能形成一定数量的共价键,产生牢固的界面结合,从而大大提高了接头的黏结强度,这已为电子自旋共振谱(ESR)和内反射红外光谱(ATRIR)研究所证实。

    影响力化学处理的因素主要有研磨的压力、转速、时间、磨料的种类和研磨的温度。对于不同的黏结剂一被黏材料体系,其处理工艺参数是不尽相同,需通过实验来优化确定。

    7)涂覆法处理聚丙烯

    为了进一步改善聚丙烯薄膜的豁结性、印刷性及热焊(热封)性,国外开发一种新的技术,即在聚丙烯薄膜上涂上一层极薄(2~4μm)的涂覆物质,它是一种结晶度较低、含极性基团的热塑性物质从而形成一个所谓的过滤层,来改善其薄膜表面的特性,这种薄膜称涂覆聚丙烯薄膜。

    比较常用的涂覆材料是氯化等规聚丙烯(CPP)。涂覆可根据加工机械和涂膜使用目的,选择溶液或熔融两种方式,涂层厚度以1- 50μcm为宜。

    涂覆的薄膜与印刷纸、铝箔、橡胶以及其他塑料薄膜等材料用热压的方法进行层合加工,其黏合牢度十分理想,用普通油墨施行印刷,能得到满意的印刷品。

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