CN102432905B - 低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法 - Google Patents
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本发明公开了一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性方法。它的步骤如下：1）采用功率为1KW~20KW，电压为380V的低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理；2）重量比例为100:1~20的液态丙烯酸类单体与活化剂混合后，通过温度为120℃~200℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面；3）经波长为365nm，功率为500W~5000W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，活化剂被紫外光敏化，引发丙烯酸类单体在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为50℃~80℃热风吹扫，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。本发明聚乙烯薄膜表面气相接枝反应速率高，适合大规模连续化生产；成本较低；表面张力永久性提高，可解决复合包装膜质量稳定性问题。
Description
技术领域
本发明涉及新型高分材料改性方法，更具体涉及一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法。
背景技术
聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜等非极性的聚烯烃材料在包装领域应用广泛，但是跟尼龙膜、聚酯膜相比，存在极性低、难以粘结、复合牢度差、有静电等缺点。在软包装行业中一般为了发挥各种材质的优势，常使用粘合剂把聚乙烯薄膜与其他材料进行复合，但由于聚乙烯薄膜表面张力较弱，经常产生剥离强度不高的问题，产品质量不稳定。
为了提高复合牢度，这些材料需要进行表面改性，提高黏合性能。最常见的表面改性方法就是进行电晕处理（低温等离子体处理）。等离子体中的高能粒子轰击材料表面时传递的能量一般为几到几十电子伏。该能量超过常见化学键如C-C ( 3. 4 eV) 和C-H ( 4. 3 eV) 的键能，可导致这些化学键断裂，产生自由基。与空气接触时，自由基迅速与氧结合，转化为过氧基团(-OOH)和羟基基团（-OH），这些极性基团能够在室温下一定时间内相对稳定地存在，即材料表面得以活化。等离子体处理法不会使材料的力学性能产生明显损失，还能显著改善材料的亲水性、黏合性、染色性、吸附性等，并具有干式工艺和清洁无污染的特点。
然而，单纯等离子体处理后的改性效果存在随放置时间延长而变差的现象，称为时效性。为了克服时效性，可利用表面接枝法在材料表面引入以化学键结合的接枝分子链。专利CN1370795A提供了一种预辐照接枝技术制备聚乙烯防雾薄膜的方法，采用γ射线或电子束辐照聚乙烯薄膜，在薄膜表面引入过氧化物和羰基基团，引发液态单体接枝聚合。这种方法采用γ射线或电子束辐照聚乙烯薄膜，设备昂贵，接枝效率低（辐照时间1~8小时），液态聚合后处理复杂、成本高，不适合大规模生产。专利CN101735470A提供了一种利用聚丙烯薄膜辐照接枝改性制备锂离子电池隔膜的方法，同样采用电子辐照和液态表面接枝方法，对聚丙烯薄膜进行改性，属于间歇式反应（辐照时间2小时），不能适应聚乙烯薄膜产品大规模连续化生产。另据文献（《纺织学报》2011年第32卷，第5期，p10-15）报道，利用气相接枝，采用等离子体照射停止后，直接通入气化单体进行接枝聚合反应，进行表面改性。这种方法采用了间歇式的气相接枝聚合方法，接枝效率较高。但是这种方法必须使等离子体的处理和接枝反应分阶段进行，接枝时间长达15分钟，不具备大规模连续生产的可能性。
目前软包装行业的聚乙烯吹塑薄膜生产线速度一般为0.2~1m/s，为了满足聚乙烯薄膜的表面改性和工业化生产的效率，必须使用连续化的改性技术，即薄膜改性处理必须在线连续进行，所以辐照时间最多只有0.2~1s，远远少于述文献中的各种技术的处理时间（一般为15分钟~8小时），完全不能适应实际生产的需要，必须采用更为高效的接枝技术才能达到如此高的接枝反应效率。本发明提供的低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法，使用紫外光辐照单体和活化剂，使得本发明具有高效、快速、连续化的优势，这是以往薄膜表面处理技术所不具备的，也是本发明区别于其他技术的重要特点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性方法。
低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性方法它的步骤如下：
1）采用功率为1KW~20KW，电压为380V的低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理；
2）重量比例为100:1~20的液态丙烯酸类单体与活化剂混合后，通过温度为120℃~200℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面；
3）经波长为365nm，功率为500W~5000W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，活化剂被紫外光敏化，引发丙烯酸类单体在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为50℃~80℃热风吹扫，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。
所述的丙烯酸类单体为丙烯酸或丙烯腈；所述的活化剂为过硫酸铵。所述经喷嘴以气态形式均匀的喷射流速为0.1L/s~10L/s。所述的聚乙烯薄膜成分是重量比例为5:1~1：1的线性低密度聚乙烯（LLDPE）与低密度聚乙烯（LDPE）。所述的热风吹扫的流速为5L/s~100L/s。
与其他技术相比，本发明具有以下优点：
1）将接枝单体汽化、紫外光敏化处理，使得聚乙烯薄膜表面气相接枝反应具有很高的反应速率，适合大规模连续化生产，这是很多间歇式反应技术所不具备的。
2）采用气相接枝方法，丙烯酸类的接枝单体接枝效率高，聚乙烯薄膜表面张力得到很大的提高；与液态接枝反应相比，不需要后处理，节省了加工程序和加工成本，也提高了生产效率。
3）对聚乙烯薄膜低温等离子体表面电晕处理，与γ射线或电子束辐照处理方式相比，效率更快，成本也较低。
4）经过本方法处理后的聚乙烯表面接枝了极性分子基团，极大地改善了薄膜表面张力，提高了粘结力，可以解决复合包装膜剥离强度不高和不稳定的问题。
5）经过本方法处理后的聚乙烯表面接枝了极性分子基团，接触角和表面张力永久性提高，并不随时间延长而衰减，具有很好的产品质量稳定性。
附图说明
附图是低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性装置示意图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作更详细的描述，本发明的范围不受这些实施例的限制，所有在不偏离本发明核心内容的基础上所做的修改和改进，均属于本发明要求保护的范围。本发明的范围在权利要求书中详细提出。
实施例1
低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性方法的步骤如下：
1）采用南通三信电子有限公司生产的CW3008低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理，处理功率为7KW，电压为380V。
2）重量比例为100:10的液态丙烯酸与过硫酸铵混合后，通过温度为180℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面，所述经喷嘴以气态形式均匀的喷射流速为8L/s；
3）经波长为365nm，功率为5000W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，活化剂被紫外光敏化，引发丙烯酸类单体在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为70℃热风吹扫，热风吹扫的流速为20L/s，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。
所述的聚乙烯薄膜成分是重量比例为2:1的线性低密度聚乙烯（LLDPE）与低密度聚乙烯（LDPE）。
如附图所示，低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性装置包括低温等离子体发生器1、低温等离子体处理腔2、低温等离子体电极3、单体储罐4、汽化室5、上喷嘴6-1、下喷嘴6-2、上高压汞灯7-1、下高压汞灯7-2、高压汞灯电源8、上热风喷嘴9-1、下热风喷嘴9-2、压缩空气罐10、聚乙烯薄膜11；低温等离子体发生器1与低温等离子体电极3相连，低温等离子体电极3之间设有低温等离子体处理腔2，单体储罐4、汽化室5、上喷嘴6-1、下喷嘴6-2顺次相连，高压汞灯电源8与上高压汞灯7-1、下高压汞灯7-2相连，压缩空气罐10与上热风喷嘴9-1、下热风喷嘴9-2相连。宽度1000毫米、厚度0.05毫米的聚乙烯薄膜以0.5m/s的速度，经低温等离子体处理腔2处理后，上喷嘴6-1、下喷嘴6-2喷出单体和活化剂，经上高压汞灯7-1、下高压汞灯7-2辐照敏化，发生气相接枝反应，最后经上热风喷嘴9-1、下热风喷嘴9-2吹扫去除残留单体，得到气相接枝改性聚乙烯薄膜。
经测试，所得气相接枝改性聚乙烯薄膜接触角为68°，表面张力为56dyn/cm。
实施例2
低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性方法它的步骤如下：
1）采用南通三信电子有限公司生产的CW3008低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理，处理功率为5KW，电压为380V，所述的聚乙烯薄膜成分是重量比例为1:1的线性低密度聚乙烯（LLDPE）与低密度聚乙烯（LDPE）；
2）重量比例为100:5的液态丙烯腈与过硫酸铵混合后，通过温度为140℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面，所述经喷嘴以气态形式均匀的喷射流速为5L/s；
3）经波长为365nm，功率为5000W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，活化剂被紫外光敏化，引发丙烯酸类单体在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为50℃热风吹扫，热风吹扫的流速为50L/s，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。
经测试，所得气相接枝改性聚乙烯薄膜接触角为80°，表面张力为43dyn/cm。
实施例3
1）采用功率为1KW，电压为380V的低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理，所述的聚乙烯薄膜成分是重量比例为5:1的线性低密度聚乙烯（LLDPE）与低密度聚乙烯（LDPE）；
2）重量比例为100:1的液态丙烯酸与过硫酸铵混合后，通过温度为180℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面；
3）经波长为365nm，功率为500W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，过硫酸铵被紫外光敏化，引发丙烯酸在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为50℃热风吹扫，热风吹扫的流速为5L/s，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。
经测试，所得气相接枝改性聚乙烯薄膜接触角为82°，表面张力为42dyn/cm。
实施例4
1）采用功率为20KW，电压为380V的低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理，所述的聚乙烯薄膜成分是重量比例为1：1的线性低密度聚乙烯（LLDPE）与低密度聚乙烯（LDPE）；
2）重量比例为100: 20的液态丙烯腈与过硫酸铵混合后，通过温度为200℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面；
3）经波长为365nm，功率为5000W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，过硫酸铵被紫外光敏化，引发丙烯腈在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为80℃热风吹扫，热风吹扫的流速为100L/s，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。
经测试，所得气相接枝改性聚乙烯薄膜接触角为62°，表面张力为58dyn/cm。
Claims (6)
1.一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝的改性方法，其特征在于它的步骤如下：
1）采用功率为1KW~20KW，电压为380V的低温等离子体处理机对聚乙烯薄膜进行电晕处理；
2）重量比例为100:1~20的液态丙烯酸类单体与活化剂混合后，通过温度为120℃~200℃的汽化室汽化，经喷嘴以气态形式均匀的喷射在电晕处理后的聚乙烯薄膜表面；
3）经波长为365nm，功率为500W~5000W高压汞灯产生的紫外光进行辐照，活化剂被紫外光敏化，引发丙烯酸类单体在聚乙烯薄膜表面气相接枝，经温度为50℃~80℃热风吹扫，去除残留单体，得到表面气相接枝聚乙烯薄膜。
2.如权利要求1所述的一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法，其特征在于所述的丙烯酸类单体为丙烯酸或丙烯腈。
3.如权利要求1所述的一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法，其特征在于所述的活化剂为过硫酸铵。
4.如权利要求1所述的一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法，其特征在于所述经喷嘴以气态形式均匀的喷射流速为0.1L/s~10L/s。
5.如权利要求1所述的一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法，其特征在于所述的聚乙烯薄膜成分是重量比例为5:1~1：1的线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯。
6.如权利要求1所述的一种低温等离子体引发聚乙烯薄膜表面气相接枝改性方法，其特征在于所述的热风吹扫的流速为5L/s~100L/s。
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