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成功案例
2011聚氯乙烯市场走势及展望
发布时间:2015-06-07

    聚乙烯泡沫塑料具有良好的缓冲性能、热导率低隔热性能好、耐侯性好、耐老化好等优点已经被广泛应用于农业工业,汽车电子及民用等各个方面。对聚乙烯泡沫塑料的配方和生产技术的研究[1-2],性能研究[3-4]及制备方法研究[5-6]成果已经被广泛报道。但是随着聚乙烯泡沫塑料被应用到越来越多的高性能泡沫胶带产品和复合材料中去时,其表面处理的问题正在被越来越广泛得关注。对于聚乙烯表面处理的研究成果报道[7]多数是以聚乙烯薄膜为研究对象,本文将讨论聚乙烯泡沫塑料的表面处理技术应用现状。  
   1. 化学试剂处理 
    化学试剂处理是比较传统的难粘材料表面处理的方法。其特点是:处理效果好;不需要特殊设备;使用容易。因此化学处理方法也一度在很多中小塑料企业被广泛应用。比较常见的有铬盐-硫酸法(Cr-H2SO4)[8]、过硫酸盐法、铬酸法、氯磺化法、氯酸钾盐法、白磷法、高锰酸钾法等数十种。其原理是利用处理的液的强氧化性使材料表面被氧化而接上羰基、羧基、乙炔基、磺酸基等极性基。同时薄弱界面层因溶于处理液中而被破坏,同时形成许多炭化小点,以此来改善表面能增加粘接性。 
    对于聚乙烯泡沫塑料的处理来说,化学试剂处理的效果好且处理效果持续时间长。对于很多无法实现一步法生产的复合产品或胶带产品的生产企业来说,可以利用此特性将材料表面处理和最终复合的生产步骤分步进行,大大降低设备投资成本。 
    传统的化学试剂处理方法虽然很实用却也存在某些缺点,比如处理速度慢且处理后的后处理比较麻烦,处理液污染比较大,处理过程容易对泡沫体造成损伤等。但是化学试剂处理聚乙烯泡沫塑料对于许多下游制品企业非常有意义,所以传统的化学试剂处理方法仍有很大的改进发展空间。     
   2. 电晕处理 
    与传统的湿态化学方法相比,电晕法成本低且可以在常温度非液态环境下运行从而改变聚乙烯泡棉的表面性能。在近几年,随着电晕设备制造商的技术日趋成熟,电晕处理已经成为聚乙烯泡沫塑料表面处理技术中被广泛采用且十分有效的处理方法。 
    2.1 电晕处理聚乙烯泡沫塑料表面机理探讨  
   电晕处理是一种电击处理,它利用高频高电压在被处理表面电晕放电使被处理表面发生变化从而改变表面性能。最新研究[9]表明导致电晕处理后表面性能改变的因素主要有以下几种:(1)化学变化:化学变化中主要的作用是氧化作用,活化氧与聚合物表面分子反应生成含氧官能团从而大幅增加表面能提高粘接性能。其次是表面分子发生交联限制部分分子的运动增加其分子量形成大分子量层,大分子量层(0.05-0.1um)会将表面的薄弱界面层(油脂,蜡类及低分子析出物)破坏以起到清洁表面提高表面能的作用。(2)物理变化:表面形貌改变是提高表面能的主要原因。电晕放电是一种高能量粒子轰击聚合物表面的过程,表面会形成微小的斑点,造成表面粗化以提高粘结效果。(3)永久极化驻极体形成:将聚乙烯置于强电场中时介电质会诱导出电流,这个永久极化的驻极现象会使材料表面产生自粘性。由驻极体形成的表面电荷随时间而衰减且在高温下加快衰减,所以自粘强度会随时间延长而减弱。
    对于聚乙烯泡沫塑料的电晕表面处理来说,氧化作用及永久极化驻极体的效果会是主要效果。泡沫塑料的表面形貌比较粗糙,所以电晕处理的物理效果还有待考证。但是不同泡沫塑料的泡孔结构不同的孔壁厚度孔壁强度会对电晕处理的效果产生什么样的影响还不得而知,不同的发泡配方中的添加剂(发泡剂,交联剂)对电晕效果的影响的研究报道也比较少,这也许将是接下来可以进行研究的一个方向。   
    2.2 电晕处理在聚乙烯泡沫塑料中的应用 
    因为聚乙烯泡沫塑料的许多特性与薄膜有着非常大的差别,比如强度密度等性能。因此电晕技术在应用到处理聚乙烯泡沫塑料表面时,会有一些与处理薄膜的不同之处。处理聚乙烯泡沫塑料电晕设备及工艺的选用与普通处理薄膜的电晕处理会有所不同。一般来说普通薄膜的处理功率需在10KV以上,而泡沫塑料的处理功率则只需在2KV左右便可完成。因为普通泡沫塑料的表面强度非常低,高功率的处理很容易将泡沫击穿或烧焦。因此通常来说,电晕处理泡沫塑料的速度比较慢以保证处理质量。  
   电晕处理效果不稳定,对于泡沫塑料而言,因为其处理功率不能过高,表面氧化程度比较有限,驻极体数量和强度都会减少,所以电晕处理效果更不稳定。所以通常对于泡沫塑料来说,电晕处理后都需及时使用以放置处理效果减退。这就对整套生产线设备和处理工艺控制提出较高要求。     
   3. 改性剂处理  
   3.1 表面辐射接枝单体改性  
   贾曙[10]等对聚乙烯片材进行了辐射接枝的研究,并探讨了接枝条件对接枝率的影响;溶液中丙烯酸浓度及酸度对接枝率的影响,既而研究了接枝率对粘接性能的影响。最终发现经过丙烯酸辐射接枝改性后,其表面粘结性能大大提高,粘接剪切测试发现粘接面的剪切强度已经超过了聚乙烯片材本身的强度。Olafsen[11]等用电晕处理方法接枝改性了聚乙烯材料表面也取得不错的效果。Allmer[12]等用UV光辐射引发蒸气相单体表面接枝改性,也有研究用氩气等离子对表面进行接枝处理改性。    相比于化学试剂处理和电晕处理技术,表面接枝的优势在于表面的氧化程度可以被更精确的控制,且处理效果非常稳定持续时间更长,且对材料基体的损伤程度可以降到非常低的程度。因此辐射接枝处理聚乙烯泡沫塑料的技术应用的研究发展在泡棉胶带行业和需用到聚乙烯泡沫塑料的复合材料行业有非常重要意义。
   3.2 表面改性剂 
    表面改性剂技术在聚乙烯泡沫塑料中的应用将会很好解决处理效果稳定不够且保持时间不长的工业问题。其原理是:改性剂分子具有两类基团,一类亲聚乙烯树脂,另一类亲胶粘剂及其他极性表面。且与聚乙烯树脂的亲和力需合理设计的,以保证在加工过程中改性剂迁移到材料表面却不会在表面形成薄弱界面层。在之前的研究中,甲基丙烯酸长链烷基酯(SMA)作为亲聚乙烯树脂端和甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DM)作为亲极性端的共聚物组成改性剂被实验证明有非常好的表面改性效果。现在也有许多工业产品尝试在聚乙烯泡沫塑料中添加EVA、EAA等与聚乙烯树脂相容性很好的极性物质,来增加聚乙烯泡沫的表面极性。并且EVA等改性物的加入对聚乙烯泡沫塑料的物理性能也有一定程度的提高从而拓宽了聚乙烯泡沫材料的应用范围。但是如何解决EVA等极性物质添加后在加工过程中向表面迁移和EVA等物质造成薄弱接面层的问题还有待解决。 
    4. 结束语  
   聚乙烯泡沫塑料在胶带行业和特殊复合材料行业被广泛应用的同时其表面处理的研究也显得越来越重要。传统化学处理以处理效果稳定投资小等优势被众多企业使用,但是其精确控制问题还需改进。电晕处理技术已经被广泛应用与聚乙烯泡沫塑料的表面处理上,其处理速度快设备投资相对较小。但是处理效果不稳定不均匀且处理时效短等缺点也急待解决,并且泡沫塑料本身的结构性能对电晕处理效果的反应也需要更多的研究来解释。改性剂处理技术的效果好并且可精确控制,这样的优点将使此技术在聚乙烯泡沫塑料表面处理领域有更大的应用发展的空间。  
   现存的众多处理技术单独研究及应用已日趋完善,但是工业化大规模的生产制造仍然需要更稳定成本更低更有效率聚乙烯泡沫塑料表面处理技术。估计在不久的将来,各种技术优点组合的复合技术会被研究并在市场慢慢被应用推广。


 

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