凝膠含量與粘接性能對復合膜用粘接性樹脂的影響

單化眾 王芳 梁俊杰

摘 要：聚乙烯接枝馬來酸酐（PE-g-MAH）粘接性樹脂是在雙螺桿擠出機制備的應用下完成的，為對復合膜用粘接性樹脂凝膠含量與粘接性能進行研究，需要對引發劑的用量與反應溫度等對凝膠含量的影響進行分析，然后對其粘結性進行探討。通過實驗發現，發引劑用量和反應溫度與熔體流動速率呈反比，與凝膠含量成正比。樹脂的粘接性會受到凝膠含量的直接影響，螺桿轉速為250r/min時，凝膠含量達到0.12%，并且剝離強度與油老化后剝離強度為31.8N/15 mm與25.9N/15mm。

關鍵詞：粘接性樹脂；PE-g-MAH；凝膠含量；粘接性能

目前在塑料制品中聚乙烯（PE）的應用十分廣泛，由于其價格低廉，制作工藝簡單等優勢，在高分子材料的應用具有十分重要的影響。在食品包裝領域聚乙烯基材的復合膜的應用較為普遍，需要在熱熔型粘結性樹脂的幫助下，完成粘結。由于復合膜用粘接性樹脂的應用量與范圍十分普遍與巨大，因此就要加大對復合膜用粘接性樹脂凝膠含量與粘接性能的研究，確保其良好的應用效果。所以就要對復合膜用粘接性樹脂凝膠含量與粘接性能進行細致的研究。

1.實驗部分

1.1 原料

在選擇原料時，主要是選擇下面幾種：埃克森美孚的PE，型號為3518CB；市售的MAH，具體為分析純；市售的過氧化二異丙苯（DCP），含量為99%。

1.2 設備與儀器

在本次實驗中應用到的設備為南京杰恩特公司的雙螺桿擠出機，型號為SHJ-20。

使用到的儀器分別為我國生產的熔體流動速率測試儀、平板硫化儀與電子萬能拉伸試驗機，型號分別為YK-3650、XLB50-D、CMT6104。

1.3 PE-g-MAH粘合樹脂產品制備

在混合機中將MAH、DCP與PE這三種原料進行混合，要將PE與MAH的混合比進行嚴格控制，確定為100：1，引發劑需要確定為DCP，對DCP的用量進行合理確定，同時也要對雙螺桿擠出機的相關參量進行設置，比如溫度等。

1.4 熔體流動速率（MFR）測試

GB/T3682-2000為熔體流動速率測試時的標準，在本文的實驗中，實驗熔體流動速率的測定需要在流動速率測試儀的應用下完成，并且間測試的溫度、負荷、次數設置為190℃、2.16kg與5次，最后取這五次的平均數。

1.5 凝膠含量的測試方法

利用300目的銅網對重量為2g的粘合性樹脂進行包裹，然后將其放入二甲苯溶劑中煮沸24h，在放入丙酮溶劑前要將銅網取出，將銅網上的一些殘留物清洗干凈，并且在恒溫箱中烘干，然后對凝膠含量進行計算。

凝膠含量= *100%

在該公式中，M、M1、M2分別為煮沸洗滌烘干后銅網和包裹物的重量、銅網的重量、接枝物的重量。

1.6 粘接性能及老化性能測試

第一，粘接性能：要將PE-g-MAH與EVOH壓成薄膜，需要在平板硫化儀的應用下，壓為厚度為0.3mm的薄膜，并且在熱壓的方式下，將其制作成復合膜，然后將復合膜進行裁剪，將長度與寬度確定為100mm與15mm，將裁剪的長條作為試樣。在玻璃夾具上對試樣進行固定，對剝離速度與長度進行合理確定，分別為50mm/min與50mm。

第二，粘接老化性能：將長度與寬度分別為100mm與15mm的剝離試樣放置在92號汽油中，然后將實驗的溫度與時間確定為25±2℃與7d，然后在7s后將樣條表面的燃油擦掉，做T剝離測試。

2.結果與討論

2.1 引發劑用量對MFR和凝膠含量的影響

在接枝反應中，引發劑是十分重要的助劑，在反應過程中會對反應造成極大影響，所以本文選擇的引發劑為DCP，同時也要對工藝參數進行合理確定，觀察引發劑用量對MFR和凝膠含量的影響。在研究中發現，引發劑的用量與粘結樹脂的熔體流動速率之間呈反比，但是引發劑的用量與凝膠含量之間的關系呈正比。造成這種現象的主要原因是，當將MAH連接在聚乙烯接枝上后，就會對大分子鏈的極性造成一定影響，導致其極性增加，從而使得流動性與熔體流動速率變差與下降。下圖為引發劑用量對MFR和凝膠含量的影響：

圖1：引發劑用量對MFR和凝膠含量的影響

當引發劑的含量在0.2%以下時，在接枝反應的基礎上，不會得到凝膠；當引發劑的含量在0.4%以上時，自由基數目會增加，大分子自由基的濃度在符合一定條件后，會提升交聯反應幾率，這時分子的極性與作用力會升高與增強，從而產生凝膠，并且數量較多。

2.2 反應溫度對MFR和凝膠含量的影響

當反應溫度出現變化時，會對膠含量產生一定影響，主要表現為當反應溫度在160℃到220℃之間時，熔體流動速率與凝膠含量分別出現降低與增加的情況，當溫度超過220℃之后，凝膠含量的變化幅度并不大。在接枝反應動為學中，溫度是其主要影響因素之一。一般情況下，反應溫度與引發劑分解速率、自由基濃度呈正比，并且在反應過程中出現劇烈的反應，這時會出現MFR與凝膠分別較小與增多的情況。但是溫度過高也會造成引發劑在較短的時間內分解完畢，這時溫度再進行升高時，也不會對凝膠含量造成太大影響[1]。

2.3 螺桿轉速對MFR和凝膠含量的影響

當螺桿轉速在250r/min以內時，熔體流動速率與凝膠含量分別出現降低與增多的情況。當螺桿轉速超過250r/min時，MFR與凝膠含量會出現下降與不變的情況。造成這種現象的主要原因是由剪切強度和反應時間造成的[2]。在確定進料比之后，會發現螺桿轉速與反應物的分散情況呈正比，與剪切力呈正比，也與對接枝反應呈正比，但是在反應過程中如果剪切離過大，就會出現分子物理斷裂的情況，并且斷裂數量會增多。

2.4 凝膠含量對粘接及老化性能的影響

對引發劑用量與反應溫度進行固定，這時通過對螺桿轉速就泄漏調整，制備出粘合性樹脂，但是凝膠的含量各不相同，這時對膠含量和剝離強度的關系進行觀察，得到的結果如下所示：

螺桿轉速為100r/min、150r/min、200r/min、250r/min、300r/min時，凝膠的含量分別為0.04%、0.06%、0.09%、0.13%、0.14%；剝離強度分別為16.4N/15mm、20.2N/15mm、27.7N/15mm、31.8N/15mm、27.3N/15mm；老化后的剝離強度分別為15.1 N/15mm、18.3 N/15mm、25.1 N/15mm、25.9 N/15mm、20.6 N/15mm；老化后的剝離強度下降程度分別為1.3 N/15mm、1.9 N/15mm、2.6 N/15mm、5.9 N/15mm、6.7 N/15mm[3]。

MAH接枝反應會對粘接強度決定的，當轉速在250r/min，MAH的接枝反應程度會在轉速的強化下得到提升，并且在轉速的提升下，粘接性也會提升。但是在轉速的不斷提升下，反應速度也會降低，反應不充分，并且會導致粘結性降低。同時在對粘合樹脂的燃油老化性進行觀察之后，使得粘接性在老化之后出現降低的情況，并且粘接性在凝膠含量增加的同時也會出現損失的情況。出現這種現象的主要原因是由于在粘接反應界面會在凝膠的干涉下出現缺陷，并且當凝膠的含量在增加時，粘結性也會出現下降的情況，這就說明凝膠含量與粘結老化之間有十分緊密的聯系。當轉速達到250 r/min，初始粘接強度與老化后粘接強度依然為31.8N/15mm與25.9N/15mm[4]。

3.實驗結論

通過本文的分析，能夠得出以下幾個結論：第一，引發劑用量和反應溫度與熔體流動速率呈反比，與凝膠含量呈正比；當螺桿轉速在250r/min以內時，熔體流動速度與凝膠含量分別出現下降與增加的情況，當螺桿轉速不斷增加時，熔體流動速率會出現上升的情況。

第二，不同凝膠含量的粘合性樹脂需要在螺桿轉速的調整下進行制備，這時會發現轉速與凝膠含量之間的關系呈正比，轉速與老化后粘接性能呈反比。當引發劑用量為0.6%時，反應溫度與轉速、凝膠含量、粘合樹脂粘接強度、老化后粘接強度分別為220℃、250r/min、0.12%、31.8N/15mm、25.9N/15mm。雖然本文對復合膜用粘接性樹脂凝膠含量與粘接性能進行一定的研究，但還有很多不足需要改進，希望在未來的研究者能夠不斷加大這方面的研究，提升復合膜用粘接性樹脂的整體應用效果。

4.結語

復合膜用粘接性樹脂的應用十分廣泛，并且在應用中取得良好的應用效果，所以就要對復合膜用粘接性樹脂凝膠含量與粘接性能進行合理分析。所以在研究過程中引發劑用量對MFR和凝膠含量、反應溫度對MFR和凝膠含量、螺桿轉速對MFR和凝膠含量、凝膠含量對粘接及老化性能等的影響進行分析，并且復合膜用粘接性樹脂凝膠含量與粘接性能的良好，對企業的發展具有重要價值。

參考文獻：

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