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低温等离子体处理对PVC表面粘接性能的影响

Mar. 22, 2024

聚氯乙烯(PVC)作为五大通用塑料之一,因阻燃性好、尺寸稳定性佳、自身力学强度高,因性价比高而广泛用于生产、生活中,是我国产量最大的树脂,需求量仅次于聚乙烯,是以塑代木、以塑代钢的重要原料,是电缆、农膜、滴灌等领域的应用材料,在建筑工程、市政工程、水利工程、农业和工业上都能得到应用。因此PVC的产业地位正在全面提升、消费潜力巨大。而探索PVC的再利用途径,实现资源的最大化利用,具有重要的生态、经济意义。但是与LLDPE、PP一样,PVC的表面能低,导致PVC的粘接强度较差。为了提高PVC的粘接性能,需要对PVC材料进行表面预处理。目前湿化学法常用来改性PVC表面,通过提高聚合物表面自由能和粗糙度增大接触面积,但这种方法效果不显著,且会造成环境污染。而等离子体的改性过程快速高效、绿色环保,因此采用低温等离子体处理PVC具有非常可观的应用前景。

等离子体被称为物质的第四态,指气体电离后形成的电子、离子、原子、激发态的分子或自由基等集合。按照等离子体的粒子温度划分,分为高温和低温两种类型,一般在材料表面改性处理领域使用的是低温等离子体。

低温等离子体中高能粒子能量高于聚合物材料的结合键能,与高分子材料表面相互作用时,可改变聚合物链结构,并在材料表面形成新的官能团,从而达到材料表面改性的功效

低温等离子体处理有诸多优点,如一般只作用于材料表面,不影响基体的性质,还有操作简便、处理快、效果好、节能环保等优势,因此被广泛用于材料表面改性领域,发展前景好。

低温等离子体处理对PVC表面粘接性能的影响

PVC材料经等离子体处理前后的表面微观结构如图1所示。可见经等离子体处理效果较明显,而未经处理的PVC材料表面较为平整,处理后的PVC材料表面粗糙,有很多杂乱无章的沟壑,处理高度的提升使沟壑变浅变少,使润湿性减小,接触角提高。说明等离子体处理后,PVC材料表面的粗糙度增加,增加了PVC与胶液的胶钉面积,使PVC材料粘接性能有很大的提高。

低温等离子体处理对PVC表面粘接性能的影响

图1 等离子体处理前后 PVC 表面微观结构

等离子体处理的深度非常薄,仅为纳米级别,对表面产生物理刻蚀作用,对材料整体的性质几乎没有影响,却可以使材料表面的润湿性发生显著变化。这是因为等离子体处理在PVC表面产生了氧化反应,引入了羟基、碳基等极性基团,亲水性变好。

综上所述:等离子体放电空间中存在大量的活性粒子,它们中的一部分和PVC的表面作用,打开表面的化学键.打开的化学键重新组合使得表面发生刻蚀(交联),或和等离子体中的反应粒子相互作用,在表面引入一些新的基团,表面极性分量和表面自由能都得到提高。在机械啮合和化学作用力的协同作用下,PVC材料的粘接性能得到极大改善。

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