PVC薄膜自黏性研究

凡双玉,王佩璋

(北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048)

PVC薄膜自黏性研究

凡双玉,王佩璋＊

(北京工商大学材料与机械工程学院,北京100048)

采用流延法制备了聚氯乙烯(PVC)自黏膜,通过数字高阻计、原子力显微镜、视频光学接触角测量仪、傅里叶红外光谱仪等研究了增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)含量、增黏剂种类及含量、薄膜厚度、表面粗糙度、表面张力、表面析出物对PVC膜自黏性的影响。结果表明,PVC膜的自黏强度随增塑剂含量增加而增加;增黏剂的加入极大地改善了PVC膜的自黏性,其中萜烯树脂増黏效果最好;PVC膜的自黏性与薄膜的表面能有很大的关系。

聚氯乙烯;薄膜;自黏性;增黏剂;表面能

0 前言

近年来,自黏性薄膜作为新颖的包装材料发展很快,透明无毒的超薄型自黏性保鲜薄膜、高耐刺穿性自黏性缠绕包装薄膜、高档抗静电自黏薄膜、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装薄膜等的应用越来越广泛[1-3]。

德国专利采用氯乙烯与乙烯-醋酸乙烯、乙烯基醚和丙烯酸酯聚合物接枝共聚制备自黏性薄膜;日本专利采用5份聚羟丙基甲基丙烯酸酯、6份癸二酸二丁酯和2份环氧豆油改性氯乙烯-偏氯乙烯共聚物,制得的鱼肉包装材料的黏附力得到改善。杨中文等[4]将马来酸单甘油酯稀土热稳定剂用于 PVC自黏保鲜膜中,改善了成膜性、黏附性、透明性等。本文研究了增塑剂含量、增黏剂种类对薄膜自黏性的影响,并探讨了 PVC薄膜自黏性形成的主要原因。

1 实验部分

1.1 主要原料

PVC,SG3,北京化二股份有限公司;

硫醇锡,8831,北京三安化化工产品有限公司;

邻苯二甲酸二辛酯(DOP),分析纯,泰州市常佳化工有限公司;

环氧树脂,WSR618,蓝星新材料无锡树脂厂;

萜烯树脂,T-80,玉山县金茂树脂有限公司;

甲基丙烯酸甲酯(MMA),分析纯,北京益利精细化学品有限公司。

1.2 主要设备及仪器

高速混合机,SHR10DY,北京华新科塑料机械有限公司;

锥形双螺杆挤出机,35/70,张家港市万塑机械有限公司;

微机控制电子万能试验机,CTM-6104,深圳市新三思计量技术有限公司;

视频光学接触角测量仪,OCA 35,德国Dataphysics仪器股份有限公司;

原子力显微镜,HO223,北京市中科机电设备公司;

数字高阻计,PC68,上海百贺仪器科技有限公司;

傅里叶红外光谱仪,Nicolet 6700,美国 Thermo Electron公司。

1.3 试样制备

按表1所示配方称取各种原料,高温混合均匀至110℃,待冷却后,采用双螺杆挤出机流延挤出,各段温度分别为一区186℃、二区186℃、三区188℃、四区188℃、机头194℃,裁剪成标准试样。

表1 实验配方表Tab.1 Experimental formula

1.4 性能测试与结构表征

将宽25 mm、长50 mm试样二片为一组,根据GB/T 1040—1992采用微机控制电子万能试验机测试PVC薄膜表面的自黏性,拉伸速度为500 mm/min;

采用数字高阻计测试试样的表面电阻率;

采用原子力显微镜观察薄膜的表面微观形态;

采用接触角测量仪测试薄膜与水的接触角,温度为19～23 ℃,湿度为25%～40%。

2 结果与讨论

2.1 厚度和DOP含量对PVC膜自黏性的影响

从图1可以看出,随着增塑剂DOP含量的增加,薄膜自黏强度增大;随着薄膜厚度的增大,自黏强度也有所增大,但其影响程度远远不及DOP含量。这是因为增塑剂含量的增加使薄膜的柔韧性和附着能力增加,同时使增塑剂迁移到薄膜表面的量也增加,增加了薄膜表面的黏性。在增塑剂含量一定的情况下,在一定厚度范围内,薄膜越厚,增塑剂由膜内部向膜表面的扩散能力越大,膜表面的自黏强度越大。但薄膜过厚,自重和柔韧性都会造成薄膜附着能力下降。

图1 厚度和DOP含量对PVC薄膜自黏性的影响Fig.1 Effect of thickness and DOP contentson bond strength of PVC film s

2.2 增黏剂对PVC膜自黏性的影响

从图2可以看出,薄膜的自黏强度随增黏剂含量的增加而明显增大。其中萜烯树脂增黏剂的增黏效果最好,其次是自制丙烯酸增黏剂、甲基丙烯酸、环氧树脂。加入这些增黏剂后薄膜的自黏强度都比不加时有明显提高。这些增黏剂都是一些与PVC相容性并不是很好、但本身都带有极性基团的分子。增黏剂会逐步迁移到薄膜的表面,提高薄膜的自黏强度。

图2 增黏剂对PVC薄膜自黏性的影响Fig.2 Effect of thickening agent on bond strength of PVC film s

2.3 表面电阻率对PVC膜自黏性的影响

从表2可以看出,加入增黏剂的PVC膜的表面电阻率比不加时有所下降,这与含有羟基、羧基增黏剂的析出有关。表面电阻率下降会对薄膜的静电吸附有一定的影响。

表2 PVC膜的表面电阻率Tab.2 Surface resistivity of PVC film s

2.4 表面粗糙度对PVC膜自黏性的影响

从图3可以看出,随着增塑剂含量的增加,薄膜表面粗糙度增加,这主要是由于析出的增塑剂堆积在薄膜的表面造成的。薄膜表面析出的增塑剂越多,薄膜自黏性越好。

图3 不同DOP含量的PVC膜的AFM照片Fig.3 AFM micrographs for PVC film s with different contents of DOP

2.5 表面张力对PVC膜自黏性的影响

从表3可以看出,未加入增黏剂时,PVC膜的表面能为54.75×10-3N/m,加入增黏剂后 PVC膜的表面能增加,其中加入萜烯树脂的自黏性最好的PVC膜表面能达到88.06×10-3N/m,这是由于萜烯树脂中含有大量的羟基,羟基析出到表面改变了薄膜的表面能,这说明薄膜的自黏性是由薄膜的表面能所决定,表面能越大,表面亲润性越好,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 表面析出物对PVC膜自黏性的影响

将聚丙烯膜和上述实验薄膜贴在一起,放入60℃烘箱中10 h后分开,采用红外光谱仪对聚丙烯膜进行分析。从图4可以看出,聚丙烯膜表面留下了 PVC膜的析出残留物。在1729 cm-1出现伸缩振动吸收峰,1265 cm-1出现羧基伸缩振动吸收峰,这是增塑剂DOP以及增黏剂的特征峰。这说明析出物与聚丙烯膜表面形成了范德华键和氢键。

图4 聚丙烯膜表面残留物的红外谱图Fig.4 FTIR spectra for residues on polypropylene surface

综上所述,PVC膜的自黏性与其表面能有直接的关系,表面能又与薄膜表面的析出物有直接的关系,而影响薄膜析出物性质的主要是增塑剂含量、增黏剂的种类及含量。

3 结论

(1)PVC膜的的自黏性随着增塑剂含量增加而增大,增塑剂析出量的增加使薄膜的自黏性增大;

(2)增黏剂的加入极大地改善了 PVC膜的自黏性,其中萜烯树脂増黏效果最好;

(3)PVC膜的自黏性与薄膜的表面能有很大的关系,自黏强度由薄膜表面与被黏物表面所能形成的氢键和范德华键大小所决定。

[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] 杨中文,刘西文.马来酸单酯稀土在 PVC自黏保鲜膜中的应用[J].上海塑料,2008,(2):12-14.

[5] Award A N.薄膜表面张力检验[EB/OL].上海:美国科诺工业有限公司,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

＊联系人,wangpeizhang@sohu.com