凡雙玉,王佩璋

(北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院,北京100048)

PVC薄膜自黏性研究

凡雙玉,王佩璋＊

(北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院,北京100048)

采用流延法制備了聚氯乙烯(PVC)自黏膜,通過數(shù)字高阻計(jì)、原子力顯微鏡、視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、傅里葉紅外光譜儀等研究了增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)含量、增黏劑種類及含量、薄膜厚度、表面粗糙度、表面張力、表面析出物對(duì)PVC膜自黏性的影響。結(jié)果表明,PVC膜的自黏強(qiáng)度隨增塑劑含量增加而增加;增黏劑的加入極大地改善了PVC膜的自黏性,其中萜烯樹脂増黏效果最好;PVC膜的自黏性與薄膜的表面能有很大的關(guān)系。

聚氯乙烯;薄膜;自黏性;增黏劑;表面能

0 前言

近年來,自黏性薄膜作為新穎的包裝材料發(fā)展很快,透明無毒的超薄型自黏性保鮮薄膜、高耐刺穿性自黏性纏繞包裝薄膜、高檔抗靜電自黏薄膜、拉伸性能良好的家庭易操作型薄膜、密封性好的自黏性外包裝薄膜等的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。

德國專利采用氯乙烯與乙烯-醋酸乙烯、乙烯基醚和丙烯酸酯聚合物接枝共聚制備自黏性薄膜;日本專利采用5份聚羥丙基甲基丙烯酸酯、6份癸二酸二丁酯和2份環(huán)氧豆油改性氯乙烯-偏氯乙烯共聚物,制得的魚肉包裝材料的黏附力得到改善。楊中文等[4]將馬來酸單甘油酯稀土熱穩(wěn)定劑用于 PVC自黏保鮮膜中,改善了成膜性、黏附性、透明性等。本文研究了增塑劑含量、增黏劑種類對(duì)薄膜自黏性的影響,并探討了 PVC薄膜自黏性形成的主要原因。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PVC,SG3,北京化二股份有限公司;

硫醇錫,8831,北京三安化化工產(chǎn)品有限公司;

鄰苯二甲酸二辛酯(DOP),分析純,泰州市常佳化工有限公司;

環(huán)氧樹脂,WSR618,藍(lán)星新材料無錫樹脂廠;

萜烯樹脂,T-80,玉山縣金茂樹脂有限公司;

甲基丙烯酸甲酯(MMA),分析純,北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

高速混合機(jī),SHR10DY,北京華新科塑料機(jī)械有限公司;

錐形雙螺桿擠出機(jī),35/70,張家港市萬塑機(jī)械有限公司;

微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),CTM-6104,深圳市新三思計(jì)量技術(shù)有限公司;

視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x,OCA 35,德國Dataphysics儀器股份有限公司;

原子力顯微鏡,HO223,北京市中科機(jī)電設(shè)備公司;

數(shù)字高阻計(jì),PC68,上海百賀儀器科技有限公司;

傅里葉紅外光譜儀,Nicolet 6700,美國 Thermo Electron公司。

1.3 試樣制備

按表1所示配方稱取各種原料,高溫混合均勻至110℃,待冷卻后,采用雙螺桿擠出機(jī)流延擠出,各段溫度分別為一區(qū)186℃、二區(qū)186℃、三區(qū)188℃、四區(qū)188℃、機(jī)頭194℃,裁剪成標(biāo)準(zhǔn)試樣。

表1 實(shí)驗(yàn)配方表Tab.1 Experimental formula

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

將寬25 mm、長(zhǎng)50 mm試樣二片為一組,根據(jù)GB/T 1040—1992采用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試PVC薄膜表面的自黏性,拉伸速度為500 mm/min;

采用數(shù)字高阻計(jì)測(cè)試試樣的表面電阻率;

采用原子力顯微鏡觀察薄膜的表面微觀形態(tài);

采用接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試薄膜與水的接觸角,溫度為19～23 ℃,濕度為25%～40%。

2 結(jié)果與討論

2.1 厚度和DOP含量對(duì)PVC膜自黏性的影響

從圖1可以看出,隨著增塑劑DOP含量的增加,薄膜自黏強(qiáng)度增大;隨著薄膜厚度的增大,自黏強(qiáng)度也有所增大,但其影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及DOP含量。這是因?yàn)樵鏊軇┖康脑黾邮贡∧さ娜犴g性和附著能力增加,同時(shí)使增塑劑遷移到薄膜表面的量也增加,增加了薄膜表面的黏性。在增塑劑含量一定的情況下,在一定厚度范圍內(nèi),薄膜越厚,增塑劑由膜內(nèi)部向膜表面的擴(kuò)散能力越大,膜表面的自黏強(qiáng)度越大。但薄膜過厚,自重和柔韌性都會(huì)造成薄膜附著能力下降。

圖1 厚度和DOP含量對(duì)PVC薄膜自黏性的影響Fig.1 Effect of thickness and DOP contentson bond strength of PVC film s

2.2 增黏劑對(duì)PVC膜自黏性的影響

從圖2可以看出,薄膜的自黏強(qiáng)度隨增黏劑含量的增加而明顯增大。其中萜烯樹脂增黏劑的增黏效果最好,其次是自制丙烯酸增黏劑、甲基丙烯酸、環(huán)氧樹脂。加入這些增黏劑后薄膜的自黏強(qiáng)度都比不加時(shí)有明顯提高。這些增黏劑都是一些與PVC相容性并不是很好、但本身都帶有極性基團(tuán)的分子。增黏劑會(huì)逐步遷移到薄膜的表面,提高薄膜的自黏強(qiáng)度。

圖2 增黏劑對(duì)PVC薄膜自黏性的影響Fig.2 Effect of thickening agent on bond strength of PVC film s

2.3 表面電阻率對(duì)PVC膜自黏性的影響

從表2可以看出,加入增黏劑的PVC膜的表面電阻率比不加時(shí)有所下降,這與含有羥基、羧基增黏劑的析出有關(guān)。表面電阻率下降會(huì)對(duì)薄膜的靜電吸附有一定的影響。

表2 PVC膜的表面電阻率Tab.2 Surface resistivity of PVC film s

2.4 表面粗糙度對(duì)PVC膜自黏性的影響

從圖3可以看出,隨著增塑劑含量的增加,薄膜表面粗糙度增加,這主要是由于析出的增塑劑堆積在薄膜的表面造成的。薄膜表面析出的增塑劑越多,薄膜自黏性越好。

圖3 不同DOP含量的PVC膜的AFM照片F(xiàn)ig.3 AFM micrographs for PVC film s with different contents of DOP

2.5 表面張力對(duì)PVC膜自黏性的影響

從表3可以看出,未加入增黏劑時(shí),PVC膜的表面能為54.75×10-3N/m,加入增黏劑后 PVC膜的表面能增加,其中加入萜烯樹脂的自黏性最好的PVC膜表面能達(dá)到88.06×10-3N/m,這是由于萜烯樹脂中含有大量的羥基,羥基析出到表面改變了薄膜的表面能,這說明薄膜的自黏性是由薄膜的表面能所決定,表面能越大,表面親潤性越好,薄膜的自黏性越高。

表3 PVC膜的表面能Tab.3 _Surface energy of PVC films

2.6 表面析出物對(duì)PVC膜自黏性的影響

將聚丙烯膜和上述實(shí)驗(yàn)薄膜貼在一起,放入60℃烘箱中10 h后分開,采用紅外光譜儀對(duì)聚丙烯膜進(jìn)行分析。從圖4可以看出,聚丙烯膜表面留下了 PVC膜的析出殘留物。在1729 cm-1出現(xiàn)伸縮振動(dòng)吸收峰,1265 cm-1出現(xiàn)羧基伸縮振動(dòng)吸收峰,這是增塑劑DOP以及增黏劑的特征峰。這說明析出物與聚丙烯膜表面形成了范德華鍵和氫鍵。

圖4 聚丙烯膜表面殘留物的紅外譜圖Fig.4 FTIR spectra for residues on polypropylene surface

綜上所述,PVC膜的自黏性與其表面能有直接的關(guān)系,表面能又與薄膜表面的析出物有直接的關(guān)系,而影響薄膜析出物性質(zhì)的主要是增塑劑含量、增黏劑的種類及含量。

3 結(jié)論

(1)PVC膜的的自黏性隨著增塑劑含量增加而增大,增塑劑析出量的增加使薄膜的自黏性增大;

(2)增黏劑的加入極大地改善了 PVC膜的自黏性,其中萜烯樹脂増黏效果最好;

(3)PVC膜的自黏性與薄膜的表面能有很大的關(guān)系,自黏強(qiáng)度由薄膜表面與被黏物表面所能形成的氫鍵和范德華鍵大小所決定。

[1] Saw itow ski T,Franzka S,Beyer N,et al.Nanostructured Surfaces[J].A dvanced Functional M aterials,2001,11(3):169-173.

[2] Wei Q F,Ye H,Hou D Y,et al.Surface Functionalization of Polymer Nanofibers by Silver Sputter Coating[J].J App l Polym Sci,2006,99(5):2384-2388.

[3] Jokelainen A,Uusi-Rauva A,Chem D.Effect of Plasticizer and Surface Topography on the Cleanability of Plasticized PVC Materials[J].Applied Surface Science,2007,(3):5003-5010.

[4] 楊中文,劉西文.馬來酸單酯稀土在 PVC自黏保鮮膜中的應(yīng)用[J].上海塑料,2008,(2):12-14.

[5] Award A N.薄膜表面張力檢驗(yàn)[EB/OL].上海:美國科諾工業(yè)有限公司,2009[2010-12-10].http://www.chem17.com/st4516/Info_22161.htm l.

Study on Self-adhesive Mechanism of PVC Films

FAN Shuangyu,WANG Peizhang＊
(School of Material and Mechanical Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

Self-adhesive poly(vinyl chlo ride)(PVC)films were prepared via casting.The effects of content of plasticizer dioctyl phthalate(DOP),variety and content of thickening agent,film thickness,surface roughness,surface tension,and precipitate on the bonding strength of PVC film s were studied using digital high resistance meter,atomic force microscopy,video optical contact angle measuring instrument and Fourier transform infrared spectroscopy.It was found that the bonding strength of PVC film s increased with increasing plasticizer content.The addition of thickening agent significantly improved the self-adhesive of PVC films,in which terpene resin was the best.Self-adhesive of PVC film s was influenced by surface energy of the films in question.

poly(vinyl chloride);film;self-adhesive;thickening agent;surface energy

TQ325.3

B

1001-9278(2011)04-0069-04

2010-12-14

＊聯(lián)系人,wangpeizhang@sohu.com