Адгезия полиэтилена к металлу

Обновлено: 18.05.2024

Введение, в качестве добавки, полимеров (менее 10 %), может также значительно модифицировать свойства системы. Благодаря полимерной природе эти добавки обладают специфическими преимуществами, они могут являться поверхностными модификаторами, модификаторами ударопрочности, низкомигрирующими добавками.

Полимерные материалы как добавки к полимерам обладают следующими преимуществами: простота в обращении, низкие показатели мигрирующей способности, летучести и токсичности.

В большинстве случаев эти материалы обеспечивают увеличение периода эффективности свойств, например антистатических, повышают адгезию к печатным материалам и краскам, в сравнении с материалами с низкой молекулярной массой или масляными продуктами.

Активатор адгезии

В большинстве случаев, полимеры не смешиваются друг с другом, т.е. являются несовместимыми, что препятствует образованию истинно гомогенного продукта. Существует множество способов регулирования свойств и модификации, в том числе поверхностной, направленных на достижение приемлемого компаундирования и удовлетворение потребностей заказчиков.

Однако, когда адгезия между двумя фазами низка - это истинно в большинстве случаев - механические рабочие характеристики смесей полимеров будут низкими. Низкая адгезия наблюдается между полиолефинами (отсутствие полярных групп) и между полимерами, где не происходит никакого специфического взаимодействия.

По этой причине осложняется или даже становится невозможным получение многослойных изделий (пленки, бутыли и пр.) или изделий из нескольких материалов.

При армировании пластмассы наполнителями или волокнами, межфазная адгезия с полимером является ключевым фактором. По этим причинам, составы, содержащие различные полимеры или наполнители и многокомпонентный конечный продукт требуют хорошей межфазной адгезии. Достигнуть такой адгезии возможно путем введения в полимерную смесь добавок, способствующих совместимости (ДСС) полимерных материалов.

Эти соединения используются при переработке термопластов, композиций, термореактивных материалов и резины. ДСС, действующие на поверхности раздела фаз, уменьшают поверхностную энергию между фазами, способствуют более тонкому диспергированию компонентов в процессе смешивания, приводят к улучшению адгезии между фазами.

Имеются различные семейства добавок, способствующих совместимости:

Блок- и привитые сополимеры ДСС, действующая фактически подобно "поверхностно-активному веществу", локализуется предпочтительно на поверхности раздела между двумя фазами, восстанавливая поверхностное натяжение. В результате улучшается межфазная адгезия и увеличивается дисперсность смеси.

Подобно поверхностно-активным веществам, блок-сополимеры имеют тенденцию создавать мицеллы. Количество полимеров, которые могут служить ДСС достаточно велико, однако немногие блок-сополимеры промышленно выпускаются и являются достаточно дорогостоящими.

-СБС (стирол-бутадиен-стирола триблоксополимер) каучуки, например, используются для компаундирования стирольных смесей. СБС может быть линейным или радиальным, обеспечивая комбинацию свойств сопротивления ударным нагрузкам и прозрачности, например, в пластинах полистирола (ПС).

- СЭБС (стирол-этиленбутадиен-стирол) также используется для смешения ПС / ПЭ или систем, включающих оба материала.

- САН (сополимер стирола и акрилонитрила), привитый к ЭПДК (этиленпропилендиеновый каучук) выпускается серийно как активатор адгезии для стирольных композиций, АБС и даже смесей ПВХ. Полиэфир-блок-полиамид (ПЭБА) часто используется для компаундирования составов с полиамидами.

Полимеры с функциональными группами - очень важное семейство ДСС для полимерных составов, отличающиеся высокой эффективностью. Принцип действия заключается в том, что на поверхности раздела фаз двух полимеров происходит реакция между функциональными группами, за счет которой осуществляется прививка одного полимера к другому.

Совмещение или сцепление также может происходить в результате специфического взаимодействия между полярными группами в полимерах.

Механизм также применим для производства изделий с барьерными свойствами, например многослойных пленок или емкостей. Полимеры с функциональными группами к тому же используются для соединения внутреннего барьерного слоя (например ПА 12, EVON - сополимер этилена и винилового спирта) с внешним (полиолефин). В этом случае, ДСС называется соединительным слоем.

Малеинированные полимеры

Малеинированные полимеры являются одним из широко известных семейств модифицированных полимеров и используются как активаторы и ускорители адгезии. Они могут быть получены полимеризацией или модификацией непосредственно в процессе компаундирования. Этот процесс называется реактивным вытеснением.

Ангидридные группы могут вступать в реакцию с амино-, эпокси- и спиртовой группами. Малеинированные смолы также используются для увеличения адгезии пластика к металлу, улучшения когезии между полимером и наполнителем (алюминия гидроокись, древесная стружка, слюда, стекловолокно), ударопрочной модификации эпоксидных смол (СЭБС-пр-МА, малеиновый ангидрид привитый к СЭБС).

Эпоксидированные полимеры

Эпоксидированные полимеры также являются промышленно выпускаемыми полимерами. Они модифицируются главным образом глицидилметакрилатом. Эпоксидированные полимеры активно взаимодействуют с NH2 -, ангидридной, кислотной и спиртовой группами. Рекомендуется их использование при компаундировании полиэфиров (ПЭТФ - полиэтилентерефталат, ПБТФ - полибутилентерефталат) с полиолефинами или эластомерами.

В таблице представлены примеры некоторых серийно выпускаемых функциональных полимеров и их применения:

Функциональный полимер

С каким полимером или группами реагирует

Применение

Малеинированные полимеры

-NH2, эпоксидная группа, силан

Компаундирование полипропилена с полиамидом; связующий слой между полипропиленом и сополимером этилена и винилового спирта; увеличение адгезии между полимером и наполнителями; увеличение адгезии между полиолефином и стекловолокном

Список тематических статей

Введение, в качестве добавки, полимеров (менее 10 %), может значительно модифицировать свойства системы. Благодаря полимерной природе эти добавки обладают специфическими преимуществами, они могут являться поверхностными модификаторами, модификаторами ударопрочности, низкомигрирующими добавками.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Полиэтиленовые изделия часто требуется прикрепить к различным деталям из других материалов. Адгезия полиэтилена , спрессованного в расплавленном состоянии с металлом, ничтожна; соединение разрывается при охлаждении за счет усадочных напряжений, вследствие большого различия термических коэффициентов расширения. [16]

Таким образом, изменение адгезии пленки полиэтилена к стальной поверхности под действием влажности воздуха является обратимым. Это объясняется тем, что адгезия полиэтилена к стальной поверхности обусловлена взаимодействием полярных кислородсодержащих групп с металлической поверхностью. С изменением влажности воздуха происходит адсорбция и десорбция этих групп, что в конечном счете и обусловливает изменение адгезии. Однако такое объяснение [129] не полностью вскрывает механизм воздействия влаги на адгезию, так как остается неясным процесс проникновения влаги в зазор между контактирующими телами. [17]

Установлено, что величина адгезии зависит от условий образования склейки. Так, например, приведенные выше данные об адгезии полиэтилена к текстильным волокнам получены при склеивании волокон под давлением при температуре 170 - 180 С. [18]

Аналогичное явление наблюдается и при действии так называемой холодной плазмы на полиэтилен и целлофан. Наибольший эффект при этом достигается в атмосфере аргона: адгезия полиэтилена к целлофану возрастает более чем в 100 раз. Присутствие кислорода значительно снижает эффективность обработки. [19]

Прижимной валик обычно покрывают неопреном или антиадгезионной силиконовой резиной. В зазоре поддерживают давление 15 - 20 кГ / см. Недостаточное давление ухудшает адгезию полиэтилена к целлофану. В результате предварительного нагрева целлофана улучшается адгезия полиэтилена, замедляется охлаждение расплава полиэтилена при его нанесении и увеличивается степень окисления поверхности полиэтиленовой пленки. Для нагревания целлофан пропускают по стальному столу, снабженному внутренними электрообогревателями. [20]

Прижимной резиновый валок изготавливают чаще всего из резины на основе силиконового каучука ( ее твердость 60 - 65 по Шору), достаточно устойчивой к высокой температуре и практически не обладающей адгезией к полиэтилену. При использовании других резин, например на основе неопренового каучука, необходимо обрабатывать валок веществами, снижающими адгезию полиэтилена к резине, например силиконовой жидкостью. [21]

При нанесении покрытий на бетон необходима грунтовая подготовка в виде полиуретановых и алкидно-стирольных лаков или клея ВДУ, которые повышают адгезию полиэтилена к металлу и бетону. Полиуретановый лак состоит из 50 % - ного ксилольного раствора алкидной смолы ( на основе касторового масла), в который перед употреблением вводят 10 % диизоциа-ната и 5 % сиккатива. Алкидно-стирольный лак является также 50 % - ным раствором в ксилоле сополимера 40 % - ного стирола и 60 % - ной алкидной смолы. После нанесения покрытия поверхности могут немедленно подвергаться воздействию среды и нагрузки. [22]

Как видно, каучуки средней жесткости ( СКС-30 и СКН-18) при механосололимеризации с полистиролом резко повышают его ударную прочность, что существенно расширяет область использования этого недорогого распространенного пластика. Только сополимеризация с таким жестким, сильнополярным каучуком, как СКН-40, не улучшает свойств, вероятно, вследствие плохой совместимости с полистиролом. Отмечено резкое возрастание адгезии полиэтилена после механосополимеризации его с бутил-каучуком и окисления. [24]

Удаление воды из образцов ограниченного размера в лабораторных условиях происходит за счет испарения влаги из торцов адгезионного шва, а также в результате диффузии через прилипшую пленку. Причем в случае адгезии полиэтилена удаление воды происходит преимущественно в результате диффузии. Об этом свидетельствует тот факт, что при увеличении толщины пленки время самослипания их растет. [25]

Появление геликов ведет к образованию полос и прожилок в полиэтиленовой пленке и может вызвать ее разрыв. Чрезмерно высокие температуры в головке приводят к повышенному угару полиэтилена - превращению его в летучее воскоподобное вещество с выделением пузырьков и образованием пустот в пленке. Низкая температура головки ухудшает адгезию полиэтилена к полярной поверхности целлофана. [26]

Прижимной валик обычно покрывают неопреном или антиадгезионной силиконовой резиной. В зазоре поддерживают давление 15 - 20 кГ / см. Недостаточное давление ухудшает адгезию полиэтилена к целлофану. В результате предварительного нагрева целлофана улучшается адгезия полиэтилена , замедляется охлаждение расплава полиэтилена при его нанесении и увеличивается степень окисления поверхности полиэтиленовой пленки. Для нагревания целлофан пропускают по стальному столу, снабженному внутренними электрообогревателями. [27]

Можно сделать вывод, что разделение системы будет происходить скорее когезионно в жидкости, чем адгезионно на поверхности - раздела твердое тело - жидкость. Данные, представленные в табл. 6 - 1 для адгезии полиэтилена и полистирола к стали подтверждают это заключение. [28]

Однако в этом случае необходимо наносить теплоизолирующее грунтовое покрытие. В качестве последнего рекомендуются полиуретановые и алкидностирольные лаки и клеи ВДУ. За рубежом применяются также грунтовые прослойки из полисульфидного каучука, повышающие адгезию полиэтилена к металлу. Очевидно в этом случае эластичная грунтовка предотвращает нарушение адгезии под влиянием напряжений, возникающих в результате усадки. [29]

Тейлор и Рутцлер6 указали на то, что геометрические ограничения, обусловленные особенностью структуры полимеров и поверхности металла, могут препятствовать всяким взаимодействиям с поверхностью, кроме взаимодействия малой доли соответствующих мономерных единиц. Тогда значение работы адгезии в приведенных выше расчетах было бы слишком велико. На основе использования молекулярных моделей эти ученые пришли к выводу, что в процессе адгезии полиэтилена и полистирола к стали реализуется не более 1 % возможных взаимодействий молекул полимеров и поверхности модели. [30]

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕПА К МЕТАЛЛУ Советский патент 1970 года по МПК C09D5/08

Известен способ крепления полиэтилена к металлу нанесением на поверхность металла или полиэтилена слоя органической перекиси.

По предложенному способу для повышения адгезии полиэтилена к металлу, например, стали в качестве органической перекиси ирнменяют гидроперекись изопроинлбензола.

Те.хиологнческий процесс получения адгезионной связи полиэтилен - сталь по нредлагаемому способу весьма прост и заключается в следующем.

Па предварительно подготовленную (обезжиренную или травленную с носледуюи1.ей иассивацией) сухую новерхность стали при ко.мнатной температуре наносят равномерный слой (0,005-0,3 г на 1 ./W-) кажущейся поверхности структурирующего агента - гидроперекиси изопропилбензола в виде раствора в органических растворителях или стопроцентного вещества. Так как вязкость растворов и самого структурирующего агента невелика, применимы любые известные методы его нанесения на металл (полив, распыление, окунание и др.). Если структурирующий агент наносится из раствора, то носле нанесения следует сущка поверхности нри температуре 30-80°С и продолжительности 1 -10 мин до полного удаления растворителя. Затем предназначенную для адгезирования поверхность

полиэтиленового изделия (пленка, лист, блок и т. д.) приводят в контакт с покрытой гидроперекисью нзопропилбензола поверхностью металла и выдерживают при температуре 160-190°С, давлении 3-30 кг/c.ir- и нродолжительиости 3-10 мин. Для иитеисификации нроцесса допускается нанесение гндронерекиси изопропилбепзола на предварительно нагретую до 60-90°С поверхность металла.

Адгезирование по предлагаемому способу может быть осуществлено в виде прерывного или непрерывного процесса на обычных агрегатах (прессах, нрнкатных и нлакирующих валках, каландрах, экструдатах н т. д.).

Прочность адгезионной связн на отслаивание достигает величин 5-10 кг/с.и (для покрытий толщиной 0,6-0,8 .«.«).

Пример 1. Предварительно обычными способами обезжиренный лист жести (например, сталь 08 КП-ГОСТ 1050-60) размерами 120X120X0,25 .1ш) окунают в 0,1%-ный раствор гидроперекиси изопропилбензола в ацетоне. По извлечении лишнему раствору дают стечь, лист сушат нри нормальной темнературе в течение 3 мин.

Подготовленную таким образом жесть дублируют с листом полиэтилена, покрытым слоем лавсановой марли размерами 120Х Х120Х0.7 м.ч, пакет закладывают между обогреваемыми плитами с ограннчителем толщнны, установленных на 0,6 мм. Температура обогреваемых плит 170±3°С. В течение 30 сек давление смыкания плит доводится до величины 10 кг/см. Затем образец выдерживают под давлением в течение 3 мин, извлекают из пресса и охлаждают на воздухе до комнатной температуры.

Адгезия на отслаивание полученного иокрытия достигает величин 5-9 кг/см (скорость отслаивания 50 мм/мин, угол отслаивания 180°, ширина отслаиваемой полосы 10 мм). Прочность пленки покрытия (на расстяжение) после отслаивания составляет 156 кг/см, прочность исходного полиэтиленового листа 1-48 кг/слгз.

Определение нрочности на отслаивание тонких покрытий (0,4 мм) возможно только при предварительной их армировке (ткапью, марлей и др.) так как усилие отслаивания создают в отслаиваемой пленке растягивающие напряжения близкие и превышающие предел прочности на растяжение полиэтилена, что приводит к разрыву пленки.

Пример 2. Обработанный, как в примере 1, образец стали нагревают в термотоннельной иечи ири температуре 170°С в течение 4 мин. Образец пленки полиэтилена нагревают в течение 4 мин при 70°С. Непосредственно перед дублированием в валках на сталь из пульверизатора наносят 0,5%-ный раствор гидроперекиси изопропплбензола в ацетоне. Дублирование пленки со стальной лентой происходит в дублирующих валках ири степени сжатия пленки 1 : 1,5. Затем следует термическая обработка образца в термотоннеле при 170°С в течение 4 мин и ф ниширующая прикатка на валках. Показатели прочности адгезионной связи аиалогичиы примеру 1. Влияние поверхностной обработки стали на адгезию полиэтилена низкой плотности с применением и без применения гипериза показано в таблице.

Способ крепления полиэтилена к металлу нанесением слоя органической перекиси на поверхность металла или полиэтплепа с иоследующим прессованием, отличаюш пйся тем, что, с целью увеличения адгезии, в качестве органической перекиси ирименяют гидроперекись изопропилбензола.

Читайте также: