PP、PE表面低温等离子体处理提高粘接性能

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-06-13

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。如何获得表面极性高、粘接性能好的PE和PP,以保证PE和PP具有足够的粘接强度，其中等离子表面处理是提高聚合物粘接的重要方法。

等离子处理PP塑料

PE和PP等离子表面改性处理的目的

已经知道,粘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,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,对其进行等离子改性处理的主要目的是:

(1)使PE与PP带上极性基团而使表面极性化。这有三方面的作用,一是表面活性和表面能提高,二是增加了因极性基团的引入而产生的分子间偶极作用力,三是增加了粘接剂与引入的极性基团在粘接界面上形成化学键的可能性。
2) 提高表面能。这主要是由于表面能极性分量的增加,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。

为了获得表面极性高、粘接性能好的PE和PP，可以对PE和PP板表面进行低温等离子改性处理以提高及其粘接性能。

表面低温等离子体处理

利用等离子清洗机产生含有电子、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,在表面生成大量的活性基团。氧等离子体是这一类型的代表,它在塑料表面引入大量的含氧基团,如羧基、羰基、羟基等,改善了表面化学活性,而且表面因氧化分解被刻蚀。

经等离子体处理后聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)表面黏附性均有显著提升。其中表面粗糙度增加，这是促使其黏结性能提升的原因之一；此外等离子体处理PP、PE表面引入新的含氧、含氮基团，这是黏结性能提升的主要原因。

热门关键词